LE MOUVEMENT C . Notions de bioénergétique Dans

LE MOUVEMENT
Energie de la contraction – structure musculaire – différents types de contraction
C . Notions de bioénergétique
Dans un système biologique , les réactions chimiques sont des moyens de
transfert d’énergie d’un système à un autre .
Ces réactions chimiques peuvent être divisées en 2 catégories :
- les réactions exothermiques : elles libèrent de l’énergie sous une
forme quelconque , le plus souvent sous forme de chaleur ;
elles peuvent se déclencher spontanément .
- les réactions endothermiques : elles ne peuvent débuter que dans la
mesure où de l’énergie est apportée au système sous une forme
quelconque .
⤇ En général , la rupture d’une liaison entre 2 atomes est exothermique
tandis que la formation d’une liaison ( synthèse ) est endothermique .
L’énergie libérée lors d’un processus exothermique peut être utilisée pour
assurer la réalisation d’un processus endothermique .
D . L’énergie de la contraction musculaire
1. Source d’énergie : l’ATP
L’ATP se déplace vers la tête de myosine et restitue l’énergie en perdant le
phosphate inorganique ( Pi ) ; cette énergie se divise en 2 parties :
- production de chaleur qui n’est pas utilisable dans le mouvement
mais sert à maintenir la température corporelle
- production de molécules d’ATP régénérées à partir de l’ADP pour
couvrir les besoins d’énergie qui se manifestent dans toutes les
cellules mais spécialement dans celles du tissu musculaire
( contraction et relaxation musculaire )
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Energie thermique – chaleur
Substrats issus de l’alimentation + O₂ → CO₂ + H₂O + Energie
Energie chimique
ATP
réaction endothermique
énergie de métabolisme
ADP + Pi + Energie
recyclage
ATP
réaction exothermique
énergie destinée à la cellule
ADP + Pi +Energie
cellule musculaire
contraction
2. Les besoins en ATP lors de l’effort
Les réserves en ATP dans l’organisme sont minimes , juste de quoi tenir de
2 à 3 secondes lors d’un geste explosif .
A l’exercice , il y a donc augmentation des réactions chimiques produisant
l’ATP : ce sont les filières de resynthèse de l’ATP .
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E . Les filières de resynthèse de l’ATP
La régénération de l’ATP se fait suivant 3 phases :
1. Les voies directes ou filière anaérobie alactique
Ce sont les filières énergétiques qui ne font pas appel aux substrats de
l’alimentation
→ Réaction couplée de l’ADP avec la créatine phosphate
Tous les mécanismes cellulaires de la contraction musculaire nécessitent de
l’ATP .
L’énergie mécanique de la contraction provient directement de l’énergie
chimique ( ATP ).
ATP ⤇ ADP + Pi + énergie
Au début de l’activité musculaire , l’ATP présent dans le muscle actif est
consommé rapidement .
Un système de production d’ATP rapide se met en place . L’ADP se couple à
la créatine phosphate .
CrP
ADP
Cr
ATP + énergie
Une puissance musculaire maximale peut être ainsi maintenue 10 à 15 s
( sprint ) .
Cependant , la récupération des réserves de CrP est un phénomène rapide :
2 minutes sont suffisantes pour revenir à 90% des concentrations initiales .
L’entraînement n’augmente pas la concentration de CrP .
2. La glycolyse anaérobie ou filière anaérobie lactique
Pour des exercices musculaires de longue durée :
Les réserves de glycogène du muscle sont transformées en acide lactique
avec production de 2 molécules d’ATP par molécule de sucre . Le
rendement énergétique est faible .
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La glycolyse anaérobie commence plus tardivement que la dégradation de
la créatine phosphate et produit de l’ATP 2,5 fois plus vite que la voie
aérobie , donc pour un effort nécessitant beaucoup d’ATP en une période
courte , c’est la filière anaérobie qui en fournit une grande partie .
a. Formation de l’acide lactique
ADP + Pi
glycolyse
Glycogène
glucose
anaérobie
2 pyruvate
ac. lact. + 2 ATP
ATP
b. L’acide lactique limite t-il la performance ?
L’acide lactique est la combinaison des ions lactate et H⁺ issus de
l’hydrolyse de l’ATP .
La baisse de la performance est plutôt liée à l’acidose inhérente à
l’accumulation des protons H⁺.
c. Le devenir de l’acide lactique
- Le lactate est transformé en glycogène dans le foie par le cycle de Cori
- Le lactate est oxydé directement dans les muscles ( essentiellement
les fibres lentes ) , le foie , les reins et le cœur . Il est transformé en
pyruvate et est oxydé dans le cycle de Krebs .
3. Le métabolisme aérobie ou filière aérobie
Les glucides sont les seuls substrats utilisés en absence d’ O₂ .
En présence d’O₂ , le pyruvate transformé en acéthylCoA ( coenzyme A )
entre dans la mitochondrie .
Les glucides sont donc également utilisés pour produire de l’énergie par la
voie aérobie ; toutefois les protides et les lipides peuvent être utilisés aussi .
Les protides ne fournissent l’énergie que dans des conditions très
exceptionnelles de jeûne .
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Plus le travail se prolonge et plus la part des lipides dans la fourniture
d’énergie est importante (25 à 50 % dans la première heure de travail , 40 à
60 % pendant la deuxième heure et plus de 70 % après la troisième heure)
a. La mitochondrie
Les mitochondries sont placées à 2 endroits dans les fibres musculaires :
- sous la membrane plasmique
→ elles assurent l’apport d’énergie pour les échanges d’ions à travers
le sarcolemme ( membrane )
- plus profondément dans les myofibrilles
→ elles ont un activité supérieure et fournissent l’énergie nécessaire
pour la contraction et le pompage du calcium dans le RE ( réticulum
endoplasmique ) .
b. Le cycle de Krebs
Le cycle de Krebs est une série de réactions chimiques qui se déroule dans
les mitochondries et qui permet l’oxydation complète de l’acéthylCoA .
Pour chaque pyruvate consommé , le cycle de Krebs fournit donc seulement
l’ énergie nécessaire à la présynthèse de 2molecules d’ ATP . Son but
principal est donc ailleurs.
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c. La chaîne de transport des électrons
Lors de la glycolyse et de l’oxydation complète de l’acéthylCoA , des ions
hydrogène sont libérés .
S’ils s’accumulaient , le milieu intracellulaire deviendrait trop acide .
Le cycle de Krebs est couplé à une série de réactions connue sous le nom de
chaîne de transport d’électrons .
Les atomes d’hydrogène se combinent à 2 coenzymes , qui vont le
transporter vers la chaîne de transport des électrons où ils seront divisés en
H⁺ et e⁻.
A la fin de la chaîne , les ions H⁺ se combinent à l’oxygène pour donner de
l’eau :
2 H⁺ + O²⁻
H₂O
Les électrons libérés par les ions d’hydrogène fournissent l’énergie
nécessaire à la phosphorylation de l’ADP en ATP .
Parce qu’il nécessite de l’ oxygène , ce processus est appelé phosphorylation
oxydative ; il permet la synthèse de 34 molécules d’ATP .
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L’un des facteurs limitant la resynthèse d’ATP dépend des capacités de
l’individu à transporter l’oxygène .
Dans tous les cas , la consommation maximale d’oxygène ( VO₂ max ) est le
témoin de la puissance du métabolisme aérobie .
Les 3 filières
 Filière anaérobie alactique : elle permet un effort explosif
→ sprint et renforcement musculaire explosif
 Filière anaérobie lactique : elle permet un effort intense
→ travail fractionné ou interval training , musculation
 Filière aérobie : elle permet un effort d’intensité moyenne
→ sports d’endurance
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Les différentes filières démarrent toutes immédiatement mais ont des
délais d’intervention différents et des possibilités de rendement étalées
dans le temps .
Il y a donc un chevauchement des processus suivant leur rapidité de
disponibilité , l’intensité de l’exercice , l’apport suffisant en oxygène .
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F . La structure musculaire
Selon le besoin de vitesse ou de force , l’adaptation à l’effort modifie la
quantité et la qualité des fibres .
a. les fibres musculaires
→ On distingue 2 principaux types de fibres :
Les fibres à contraction lente ( type I ) ou fibres rouges
Elles sont de faible puissance mais de forte endurance .
Elles ont un petit diamètre de section et une forte densité capillaire car elles
sont adaptées aux efforts aérobies et sollicitent le système cardio-vasculaire
Les fibres à contraction rapide ( type II ) ou fibres blanches
La détermination du type des fibres se fait grâce à la myosine et plus
particulièrement à partir des chaînes de myosine lourdes
( MHC : Myosin Heavy Chain )
Elles sont de forte puissance mais de faible endurance .
Elles ont un grand diamètre de section et une faible densité capillaire car
elles sont adaptées aux efforts anaérobies .
Elles sont de 2 sortes :
- Les fibres de type IIa , à métabolisme mixte , anaérobie et aérobie
- Les fibres de type IIx , à métabolisme anaérobie uniquement
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b. Répartition des fibres
Les fibres ‘lentes’ sont toujours sollicitées les premières .
Les fibres ‘rapides’ sont uniquement sollicitées dans les efforts importants
de courte durée .
Plus généralement , la vitesse sollicite les fibres rapides , l’endurance les
fibres lentes et la force l’ensemble des fibres .
La proportion de fibres lentes dans un muscle humain peut varier de 10 à
90 % .
Certains muscles , comme les extenseurs du genou , les jumeaux , le biceps
brachial ou le deltoïde ont une composition assez bien partagée entre les 2
types de fibres .
Il existe à l’inverse des muscles plus maqués ; ainsi les muscles posturaux
comme le soléaire qui assure la station debout prolongée ont une majorité
de fibres de type I .
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Pour un muscle donné , la répartition entre fibres rapides et fibres lentes
dépend également du sport pratiqué .
Les sportifs d’endurance ont un grand pourcentage de fibres de type I alors
que les amateurs de sports explosifs ont davantage de fibres de type II .
Cette typologie particulière est-elle innée ou acquise ?
c. Facteurs induisant la transformation
On a longtemps estimé que le changement de typologie était impossible .
En réalité , la conversion, en particulier la modification des chaînes lourdes
de myosine est possible .
Puis on a pensé que les fibres I se transformaient en fibres IIx sous l’effet de
l’entraînement en force .
A l’heure actuelle , il est avéré que les effets de l’entraînement se font dans
le sens suivant :
- Entraînement aérobie : fibres IIx → fibres IIa → ( fibres I )
- Entraînement en force : fibres IIx → fibres IIa
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Contrairement à une idée répandue , la répétition d’exercices de faible
intensité pendant de longues heures ou d’exercices de force , induit donc
des effets similaires : augmentation des fibres IIa .
La seule façon d’augmenter les fibres IIx est l’inactivité .
Malgré tout , les modifications typologiques sont assez mineures : pour un
sport donné , les sportifs qui percent sont ceux qui sont génétiquement
programmés .
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D . Les différents types de contraction
Le muscle possède 4 propriétés essentielles :
- L’excitabilité : il réagit aux sollicitations des motoneurones qui
véhiculent l’influx nerveux .
- La contractibilité : il se contracte à l’exercice .
- L’extensibilité : il peut subir des allongements .
- L’élasticité : il reprend sa forme lors du repos .
Suivant les forces auxquelles il est soumis , le muscle peut se contracter de 2
manières :
- de manière statique ou isométrique
ou
- de manière dynamique ou anisométrique
Le travail musculaire statique ou dynamique engendre 5 types de
contractions musculaires : isométrique , isotonique , auxotonique ,
isocinétique et pliométrique .
Et chacun de ces types de contraction renvoie à 2 formes de mouvement :
concentrique et excentrique .
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1. La contraction statique
C’est une contraction pour laquelle la tension du muscle ou la force exercée
contre une charge externe est égale ou inférieure à la force externe .
Par conséquent , la charge n’est pas déplacée .
→ exemple : l’athlète qui essaie de déplacer une barre fixe
Il ne pourra pas déplacer la barre mais la force exercée par le
muscle est substantielle .
→ Sports utilisant la tension maximale statique :
- la gymnastique ( certains exercices d’équilibre )
- la lutte ou le judo ( prises au sol )
→ Sports utilisant la contraction statique sous-maximale ou basse :
- la planche à voile , le ski alpin
2. La contraction dynamique
Toute contraction dynamique génère un mouvement . Le système neuromusculaire travaille de façon dynamique lorsqu’il y a déséquilibre entre les
forces internes et les forces externes ( exemple de force externe : la gravité)
3. La contraction isométrique ( iso : même ; métrique : longueur )
C’est une contraction pour laquelle le muscle , même contracté , ne change
pas de longueur ; dans ce cas , la contraction s’exerce contre une charge
dont la force dépasse celle des muscles de l’athlète .
Aucun travail musculaire n’est réalisé mais on observe le développement
d’une tension musculaire relativement élevée et une consommation
d’énergie .
4. La contraction isotonique ( même tension )
Une contraction dynamique requiert exceptionnellement une contraction
isotonique .
Lors d’une contraction isotonique , la longueur du muscle varie mais pas la
tension .
→ flexion du coude , retour bras allongé : mouvement à vitesse lente et
constante avec par contre une résistance maximale
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5. La contraction auxotonique ( auxo : augmentation ; tonique : tension )
Lors du changement continu de l’angle articulaire et de la vitesse du
mouvement en travail musculaire dynamique , le muscle se contracte soit
en augmentant soit en diminuant la tension .
L’engagement ou le désengagement des unités motrices fait en sorte que le
muscle s’adapte aux exigences de la tension , exigences qui varient
continuellement .
6 . La contraction isocinétique ( iso : même ; cinétique : mouvement )
Le système neuro-musculaire peut travailler à une vitesse constante lors de
chaque phase du mouvement contre une résistance élevée prédéterminée
et ceci malgré le changement continu de leviers ou de moments de force .
→ vitesse relativement constante réalisée en natation et en aviron par
exemple
7. La contraction pliocentrique
Le muscle exécute une contraction concentrique isotonique à partir d’une
position d’étirement .
→ exemple : saut d’un obstacle
Ce mouvement étire le muscle mais déclenche également le réflexe de
l’organe tendineux ( réflexe myotatique ) qui provoque la contraction des
muscles .
8. Contractions concentriques et excentriques
Une contraction concentrique se produit quand le muscle se raccourcit :
on parle de flexion .
Lorsque le muscle s’étire , il s’agit d’une contraction excentrique :
on parle d’extension .
⤇ Les facteurs qui influencent la contraction musculaire , c'est-à-dire qui
agissent sur le développement de la force et de la puissance musculaire
chez un individu sont :
sa santé physique , son type d’entraînement , son âge
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