TP8. Problème : Comment mettre en relation la structure du muscle à sa fonction, et ce à l échelle cellulaire? 2 nde L Y C É E

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1 TP8 Problème : Comment mettre en relation la structure du muscle à sa fonction, et ce à l échelle cellulaire? L Y C É E 2 nde

2 Observation au MO de cellules musculaires squelettiques Observation en microscopie photonique de cellules musculaires squelettiques de singe. On observe trois cellules musculaires striées transversalement. Les bandes sombres correspondent aux filaments épais. Au centre des bandes claires, on distingue une ligne plus sombre correspondant aux disques Z. Source Biodidac ( a/)

3 Cellules musculaires striées squelettiques humaines au Microscope Electronique à Balayage (MEB)

4 Cellules musculaires striées squelettiques, coloration au bleu de méthylène et observation au microscope optique (X600)

5 Bilan: On constate une cellule très allongée. Or on sait que le muscle est un organe long qui relie deux os. On en déduit que cette structure cellulaire très allongée est donc adaptée à sa fonction de liaison au squelette. On constate que le cytoplasme est strié (bandes parallèles à l allongement de la fibre mais aussi perpendiculaires). Or on sait qu un muscle a la capacité de se contracter et ainsi voir sa longueur diminuer et son diamètre augmenter. On en déduit que cette double striation dans la cellule permet au muscle de se contracter (de manière réversible). On constate plusieurs noyaux dans une même cellule (=fibre) musculaire. Or on sait que le muscle est le siège d un métabolisme respiratoire et/ou fermentaire intense, et que ce métabolisme est codé par des gènes. On en déduit que cette pluri nucléation des cellules musculaires est une adaptation à leur fort métabolisme lié à leur capacité de se contracter et de se relâcher ce qui nécessite beaucoup d énergie.

6 Cellule musculaire striée squelettique au Microscope Electronique à Transmission (MET)

7 Cellules musculaires striées squelettiques humaines au Microscope Electronique à Balayage (MEB)

8 Les dangers des pratiques inadaptées Le graphique présente le temps (en min) de réalisation d un parcours pour un marathonien en fonction de la charge d entraînement en km.semaine -1 On constate que plus l entraînement augmente plus le temps de réalisation de parcours diminue: ainsi l individu devient plus performant. Mais au-delà d un entraînement de 140km/semaine, alors les performances du coureur décroissent. On en déduit qu il existe une charge d entraînement par semaine à ne pas dépasser. Au-delà l organisme n a pas le temps de récupérer, c est-à-dire stocker des réserves et laisser aux fibres musculaires le temps nécessaire à l entretien des microfibrilles par exemple. Nathan SVT 2 nde ed 2010 p.262

9 Les troubles du sommeil observés en cas de surentraînement, peuvent s expliquer par l implication du système nerveux (nerfs ortho et parasympathiques) dans la régulation de la PA notamment. Un trop grande sollicitation de l orthosympathique lors de l effort physique trop long peut engendrer des troubles nerveux, et aussi des troubles cardiorespiratoires. La boucle de régulation de la PA peut être mise en défaut. Le système réglant ne fonctionne plus. On voit en effet, que chez un sujet surentraîné, la Fc ne redescend pas après l effort et reste proche d un sujet sédentaire (105 contre 123 battements.min -1 )

10 Nathan SVT 2 nde ed 2010 p.263 Les stéroïdes anabolisants comme la métribolone, sont des molécules organiques de forme très proche de la testostérone. Ils se fixent donc aux mêmes récepteurs moléculaires que la testostérone et entraînent les mêmes réponses de l organisme. Ainsi, ces molécules ont pour effet essentiel d augmenter la synthèse de fibres musculaires, tout en évitant l effet masculinisant de la testostérone naturelle. Ces anabolisants permettent également un maintien de l ossification et une diminution de la masse adipeuse. La prise d anabolisants par un sportif est inadaptée et dangereuse, car les muscles surdéveloppés perdent en résistance et ne sont pas soutenus par un squelette insuffisamment développé. De plus, le manque de tissu adipeux peut entraîner des déficits en nutriments nécessaires au fonctionnement musculaire.

11 Nathan SVT 2 nde ed 2010 p.263 Les fonctions de l organisme affectées par les anabolisants: - La fonction de nutrition (atteintes hépatiques, augmentation du risque cardio-vasculaire, suspicion d infarctus du myocarde) - la fonction de relation: agressivité, hyperactivité, irritabilité - la fonction de reproduction: atrophie des testicules, diminution du nb de spermatozoïdes chez l homme, irrégularités menstruelles, diminution du tissu mammaire chez la femme

12 Traces écrites B. Etude microscopique Les muscles par le jeu de leur contraction/relâchement permettent de mettre en mouvement notre squelette. Ces modifications de l organe musculaire s expliquent à l échelle microscopique : Les cellules musculaires apparaissent allongées, on parle de fibres musculaires. Ces fibres longent la totalité de l os, elles sont donc souvent très longues pour des cellules. Elles sont regroupées en faisceaux également allongés et visibles à l œil nu (aspect filandreux de la viande). Cette forme allongée est adaptée à la fonction de liaison entre deux os. Dans le cytoplasme, on observe au MO une structure intracellulaire striée. Cette striation (double) permet des variations de longueur et de diamètre de la fibre cellulaire et donc à grande échelle du muscle. On constate plusieurs noyaux dans une même cellule (=fibre) musculaire. En effet le muscle est le siège d un métabolisme respiratoire et/ou fermentaire intense, et ce métabolisme est codé par des gènes. Ainsi cette pluri nucléation des cellules musculaires est une adaptation à leur fort métabolisme lié à leur capacité de se contracter et de se relâcher, ce qui nécessite beaucoup d énergie. Ainsi, lorsqu un muscle squelettique se contracte, son diamètre augmente et sa longueur diminue, inversement lorsqu il se relâche. Ces contractions consomment beaucoup d énergie. Ces modifications s expliquent par la composition intracellulaire des fibres musculaires.

13 Traces écrites (suite) Cf Questions 1 à 4 p III. Sport et pratiques inadaptées Des pratiques inadaptées ou dangereuses (exercice trop intense, dopage ) augmentent la fragilité du système musculo-articulaire et/ou provoquent des accidents. A. L importance de l entraînement pour améliorer ses performances On constate que plus l entraînement augmente plus les performances sportives sont grandes. L entraînement favorise le développement musculaire (augmentation du nombre de fibres et de microfibrilles), mais aussi de l irrigation sanguine (multiplication des capillaires sanguins approvisionnant les muscles en dioxygène et nutriments). Il participe également à augmenter le Volume déjection systolique (Vs) tout en diminuant la Fc (fatigant le cœur) : ainsi l entraînement permet d augmenter le Dc et avec lui l approvisionnement en sang des muscles. Enfin, l entraînement renforce les connexions nerveuses et ainsi augmente la précision du mouvement. B. Une pratique sportive inadaptée est risquée pour l organisme Au-delà d une certaine durée de l entraînement (ex pour un marathonien courir plus de 140km/semaine), on constate une diminution des performances. On en déduit qu il existe une charge d entraînement par semaine à ne pas dépasser. Au-delà l organisme n a pas le temps de récupérer, c est-à-dire stocker des réserves et laisser aux fibres musculaires le temps nécessaire à l entretien des microfibrilles par exemple.

14 Traces écrites (fin) C. Les dérives dans la recherche de l exploit sportif La pression exercée sur les sportifs en termes de performances les conduit parfois à recourir à des méthodes illégales et dangereuses pour leur organisme. Ainsi, la consommation de produits dopants tels que les anabolisants ou l EPO permet sur du court terme d augmenter rapidement les performances sportives ; mais sur du moyen terme ces produits sont néfastes et peuvent être létaux. Ex : l EPO est une substance naturellement synthétisée par l organisme (par les reins) qui permet la synthèse de globules rouges. Ces cellules sanguines ont pour rôle le transport réversible du dioxygène. L injection illégale d EPO de synthèse permet d augmenter artificiellement le nombre de globules rouges dans le sang et ainsi augmenter l approvisionnement en dioxygène des muscles : la VO2 max est ainsi accrue. Or cette densité importante de globules rouges rend le sang plus visqueux ce qui peut entraîner l obstruction des capillaires sanguins alimentant le muscle cardiaque te ainsi aboutir à un infarctus (arrêt du cœur). Conclusion :Cette partie relative au corps humain en lien avec la pratique sportive a permis de révéler l importance de la pratique d un sport pour entretenir un organisme en bonne santé. On a ainsi montré la relation existant entre les organes (cerveau, cœur, poumons, vaisseaux sanguins, muscles, squelette), et dans quelle mesure le sport sollicite ces organes. Dans cette relation entre les organes, on a pu comprendre un exemple de boucle de régulation dans le cas du paramètre réglé, qu est la pression artérielle. Enfin, on a mise en évidence que la pratique d un sport est bénéfique à l organisme à condition d être adaptée, en effet tout excès est néfaste.