I.U.T. A Génie biologique ère Année. PHYSIOLOGIE ANIMALE. Les muscles et la contraction musculaire J.P. PERRET

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1 1 I.U.T. A Génie biologique ère Année. PHYSIOLOGIE ANIMALE Les muscles et la contraction musculaire J.P. PERRET

2 2 LES MUSCLES et LA CONTRACTION MUSCULAIRE 1- Généralités essentielles : p.5 2- Le muscle squelettique : p Description macro et microscopique : fibres, fibrilles et myofilaments origine et aspect de la striation le réticulum sarcoplasmique et les triades 2.2 Le couplage excitation-contraction puis la relaxation : le fonctionnement de la plaque motrice (couplage neuro-musculaire ) : p.7 - la dépolarisation du sarcolemme - l activation des récepteurs détecteurs de voltage «dihydropyridine» l augmentation du taux intracytoplasmique de calcium ( Ca ++ ) : p.8 l activation des canaux Ca++ ( ou «ryanodine» ) de la membrane du réticulum sarcoplasmique les protéines contractiles : troponines,tropomyosine, myosine et actine : propriétés et interactions la relaxation : 2.3 Source énergétique de la contraction : p l Adénosine tri phosphate ( ATP ) et la phosphocréatine L origine de l ATP : - la glycolyse anaérobie - l oxydation du glucose et des acides gras. 2.4 Caractéristiques de la contraction : p les diverses fibres squelettiques les unités motrices les divers types de contractions la régulation de la contraction d un muscle 3- Le muscle cardiaque : p Description macro et microscopique (= différences avec le muscle squelettique ): - cellules mononucléées; fibrilles discontinues à disques intercalaires; desmosomes; réticulum moins développé et absence de triades; jonctions lacunaires; nombreuses mitochondries;

3 3 3.2 Le couplage excitation- contraction puis la relaxation: la dépolarisation spontanée et rythmique des cellules pace-maker la transmission de la dépolarisation aux myocytes cardiaques l augmentation en deux temps du taux intracytoplasmique de calcium: p.14 - l entrée de Ca++ extracellulaire par les récepteurs canaux Ca++ «dihydropyridine» - la sortie de Ca++ du réticulum sarcoplasmique ( = Ca++ induced Ca++ release ) par les récepteurs canaux Ca++ «ryanodine» l interaction des protéines contractiles la relaxation régulation nerveuse : les synapses neuro-effectrice ortho et para sympathiques: 3.3 Source énergétique de la contraction : l oxydation du glucose et des acides gras. 4- Les muscles lisses : p Description macro et microscopique : ( = différences avec les autres muscles ) - corps denses et insertion des myofilaments ; absence de fibrilles et de sarcomères ; réticulum très peu développé ; 4.2 L origine de l excitation permet de distinguer deux types de muscles lisses : le muscle lisse unitaire ( MLU) : intestin, utérus, artérioles. - l excitation provenant de régions pace-maker ou - l excitation provenant d un étirement provoquent une dépolarisation du sarcolemme qui se propage aux cellules voisines par des jonctions communicantes le muscle lisse multiunitaire ( MLMU) : iris, bronches, artères. - l excitation provenant d un stimulus nerveux ortho ou para sympathique provoque indirectement une dépolarisation du sarcolemme qui ne se propage pas. 4.3 La contraction puis la relaxation : p l augmentation du taux intracytoplasmique de calcium : - MLMU : par sortie de Ca++ du réticulum sarcoplasmique puis entrée de Ca++ extracellulaire - MLU : par entrée de Ca++ extracellulaire l activation de la kinase des chaînes légères de la myosine ( KCLM) et l interaction des protéines contractiles : myosine et actine la relaxation consécutive à une contraction p La relaxation suivant un stimulus nerveux ortho ou para sympathique. 4.5 La commande hormonale du fonctionnement de certains muscles lisses : - myomètre, cellules myoépithéliales des canaux galactophores et ocytocine - myocytes des voies biliaires et cholecystokinine Résumé : p.20 ( = fig.14 ) Exercices et corrigé : p.21

4 4 Ce qu il faut connaître et savoir Connaître : 1- Les différences de structure des cellules musculaires squelettiques, cardiaques et lisses au niveau du sarcolemme, du réticulum sarcoplasmique et des myofibrilles et myofilaments. 2- Les concentrations intra et extra-cellulaires des ions Na +, K +, Ca La signification des termes : potentiel de repos, d action, seuil, dépolarisation, canal à ouverture réglée par la tension ou un ligand. Savoir expliquer les mécanismes : 1- qui conduisent à la dépolarisation du sarcolemme des divers types de cellules musculaires. 2- qui conduisent à l augmentation de la concentration intracytoplasmique du Ca ++ dans les divers types de cellules musculaires. 3- des interactions entre les protéines contractiles dans les divers types de cellules musculaires 4- qui conduisent à la relaxation dans les divers types de myocytes 5- de couplage neuro-musculaires dans les divers types de myocytes ; connaître les neurotransmetteurs impliqués et le rôle des stimulis nerveux dans l excitation des myocytes.

5 5 Les muscles et la contraction musculaire 1- Généralités essentielles : Les muscles peuvent se différencier : 1-1 par leur fonction : Certains assurent le déplacement de segments corporels. Ce sont les muscles squelettiques qui sont reliés au squelette par des tendons ; D autres modifient la pression à l intérieur d organes creux. Ce sont le muscle cardiaque et les muscles lisses qui sont localisés dans la paroi des viscères ( bronches, vaisseaux, tube digestif, canaux excréteurs des glandes exocrines ) 1-2 par leur fonctionnement : La contraction des muscles squelettiques est déclenchée par un stimulus nerveux. La contraction du muscle cardiaque est modulée par le système nerveux. Contrairement au muscle squelettique, un cœur isolé se contracte spontanément. Les muscles lisses fonctionnent comme les muscles squelettiques ( muscles lisses multiunitaires) ou comme le muscle cardiaque ( muscles lisses unitaires ) 1-3 par le mécanisme cellulaire de la contraction : Si la contraction résulte pour tous les muscles d une augmentation de la concentration intra cytoplasmique du Ca++ ( [Ca++]i ), par contre le Ca++ pénétrant dans le cytoplasme provient : - de réserves intracellulaires pour le muscle squelettique dont la contraction est temporairement possible dans un milieu extracellulaire dépourvu de Ca++. - du milieu extracellulaire pour certains muscles lisses - du milieu extracellulaire et de réserves intra cellulaires pour le muscle cardiaque et les autres muscles lisses. La contraction des muscles lisses et cardiaque est impossible dans un milieu dépourvu de Ca++ Ces différences de fonctionnement sont en relation avec les différences de structure des divers types de muscles et de cellules musculaires.

6 6 2- Le muscle squelettique : 2-1 description macro et microscopique : Ne sont décrites ici que les seules structures cellulaires caractéristiques : fibres, fibrilles et myofilaments : ( fig. 1 et 2 ) Chaque muscle est formé de plusieurs centaines de cellules multinucléées, appelées fibres musculaires. Chaque fibre est enveloppé dans une membrane plasmique, le sarcolemme.( de «sarcos» = muscle et «lemnos» = membrane ). Chaque fibre renferme des faisceaux de myofibrilles qui sont elles même formées de myofilaments. On distingue des myofilaments épais et minces dont la disposition régulière donne au muscle son aspect strié Chaque myofibrille est constituée de segments répétitifs appelés sarcomères limités par des stries sombres étroites ou stries Z. Chaque sarcomère présente une alternance de bandes plus ou moins sombres qui matérialisent la disposition des myofilaments. Les myofilaments minces disposés aux extrémités du sarcomère sont insérés sur les stries Z.Les myofilaments épais sont disposés au centre du sarcomère. Les myofilaments épais et minces se superposent partiellement. Au repos la longueur d un sarcomère est de 2,5 µ m. Lors d une contraction elle passe à 1,6 µ m sans que la longueur des myofilaments soit modifiée. La contraction résulte donc d un glissement des myofilaments minces le long des myofilaments épais. L examen en coupe transversale d une myofibrille montre une disposition des myofilaments selon une symétrie hexagonale. Chaque myofilament épais est entouré de six myofilaments minces avec lesquels il interagit. Chacun des myofilaments minces voisine avec trois myofilaments épais avec lesquels il interagit. Nous étudierons le mécanisme de l interaction en : le réticulum sarcoplasmique et les triades ( fig. 3 ) Un réseau membranaire intracellulaire enserre les myo fibrilles. Il est constitué d une part par le réticulum sarcoplasmique qui est organisé de manière répétitive et dont chacun des éléments est bordé par des sacs latéraux localisés au niveau de la limite entre les bandes sombres et claires ; et d autre part par des replis du sarcolemme, en forme de

7 7 gouttière, dénommés tubules transverses intercalés entre les sacs latéraux. Un tubule transverse et les sacs latéraux adjacents forment une triade. Le réticulum sarcoplasmique est très développé dans les fibres musculaires squelettiques qui disposent donc d un réserve importante de Ca++ intracellulaire. En effet la [Ca++] dans le réticulum, équivalente à celle du milieu extracellulaire, est de 1 mm, alors qu elle n est que de 10-4 mm dans le cytoplasme. 2-2 : le couplage excitation-contraction : ( cf. schéma pendant le cours et fig.4 ) La contraction d un muscle squelettique est toujours consécutive à un stimulus nerveux : le fonctionnement de la plaque motrice ou couplage neuro-musculaire Les terminaisons axonales des neurones moteurs viennent se loger dans des replis du sarcolemme. L ensemble constitue la synapse neuro musculaire, caractéristique du muscle squelettique. A ce niveau le sarcolemme est appelé plaque motrice. L arrivée d un potentiel d action à la terminaison axonale déclenche la sécrétion du neurotransmetteur acétylcholine qui va se fixer sur un récepteur spécifique localisé uniquement au niveau de la plaque motrice. Ce récepteur cholinergique est dit nicotinique car il est aussi sensible à la nicotine. C est un récepteur canal ionique perméable aux ions Na+ et K+. Mais du fait d un gradient électrochimique plus favorable ce canal laisse surtout passer les ions Na+.(cf. chapitre système nerveux). La fixation de l acétylcholine déclenche l ouverture du canal qui appartient donc à la catégorie des canaux «activés par un ligand». Les ions Na+ dont la concentration intracellulaire ( 15 mm ) est inférieure à la concentration extracellulaire ( 140 mm ) pénétrent passivement dans la fibre musculaire et provoquent une dépolarisation sodique brève (10ms) du sarcolemme Cette dépolarisation se propage au réticulum sarcoplasmique au niveau des triades par l intermédiaire d une protéine du tubule transverse activée par la tension, dénommée récepteur de la dihydropyridine qui transmet la dépolarisation aux sacs latéraux ce qui y active un récepteur canal «activé par la tension» dénommé récepteur ryanodine qui devient perméable aux ions Ca++.

8 : l augmentation de [ Ca++ ]i : Le Ca++ stocké dans le réticulum sarcoplasmique diffuse dans le cytoplasme où sa concentration passe de 10-4 à 10-3 mm. C est ce qui permet le déclenchement des interactions entre les protéines contractiles constitutives des myofilaments. Ainsi la présence de Ca++ dans le milieu extracellulaire n est pas indispensable à la contraction du muscle squelettique : les protéines contractiles : propriétés et interactions. ( cf. schémas de cours ) Six protéines sont mises en jeu. Cinq composent les myofilaments minces. Ce sont l actine, la tropomyosine et les trois toponines C, I et T. La myosine est la seule protéine des myofilaments épais. Quatre de ces protéines ont un rôle régulateur. Ce sont les troponines et la tropomyosine. C est en définitive l interaction entre l actine et la myosine qui permet le glissement des myofilaments. Lorsque la [Ca++]i augmente, le Ca++ peut se fixer sur la troponine C qui est, dans les fibres musculaires squelettiques, la protéine de fixation du Ca++. Nous verrons qu il existe d autres protéines de fixation du Ca++ dans d autres types cellulaires. Cette fixation entraîne : - un changement de la configuration spatiale de la troponine T dont l interaction avec la tropomyosine est modifiée. Ceci entraîne un déplacement de la tropomyosine qui jusqu alors recouvrait le site de fixation de la myosine sur l actine. - la perte de l activité inhibitrice de l ATPase de la myosine exercée par la troponine I. Dans ces conditions, la myosine : - hydrolyse l ATP pour en récupérer l énergie, se transformer en myosine à haute énergie, et utiliser l énergie emmagasinée pour changer de configuration en faisant pivoter une de ses parties appelée «tête de la myosine». Cette tête se fixe sur l actine ( = formation des ponts actine myosine ou tension musculaire ) et la déplace. C est l événement unitaire de la contraction.

9 : la relaxation : Elle est obtenue par : - un retour à la [Ca++]i initiale par expulsion du Ca++ hors du cytoplasme jusque dans son compartiment d origine, le réticulum sarcoplasmique, contre le gradient de concentration, grâce à la Ca++ ATPase, localisée dans la membrane du réticulum, et qui est activée lorsque [Ca++)i augmente. - ce qui entraîne une reprise de l effet inhibiteur de l ATPase de la myosine par la troponine I - dans ces conditions l interaction actine-myosine cesse et les myofilaments reprennent leur position initiale. Pour que la [Ca++]i diminue effectivement il faut aussi que les canaux calcium du réticulum soient fermés ce qui nécessite la repolarisation du sarcolemme qui est assurée par la Na+-K+ ATPase. La relaxation consomme donc de l énergie et nécessite la production d ATP. C est pourquoi elle ne peut avoir lieu post mortem et entraîne la rigidité cadavérique. 2-3 : sources énergétiques de la contraction ( fig. 5 ) : l ATP et la créatine phosphorylée : La seule source d énergie directement utilisable par les cellules est celle qui est présente dans les liaisons phosphorées riches en énergie de nucléotides dont le plus important, quantitativement, est l ATP ( Adénosine Tri Phosphate ). La synthèse de ce nucléotide est assurée extemporanément dans chaque cellule à partir de substrats énergétiques stockables qui sont le glucose et les acides gras. Seule une petite quantité de liaisons phosphorées riches en énergie peut être stockée dans les cellules musculaires sous forme de créatine phosphorylée ( phosphagène ) par transfert à partir de l ATP sur la créatine (=1) : (1) Créatine + ATP créatine phosphorylée + ADP (2)

10 10 La créatine phosphorylée sera utilisée, après régénération de l ATP (=2), par la fibre musculaire squelettique, seulement lorsque cette dernière ne pourra pas fabriquer suffisamment d ATP à partir des substrats énergétiques : L origine de l ATP L ATP est généré par les fibres musculaires squelettiques - soit avec un apport d oxygène suffisant pour permettre à l oxydation des substrats énergétiques de produire tout l ATP nécessaire. C est le cas lorsque l exercice est modéré. Dans cette situation le glucose et les acides gras sont utilisés. Leur oxydation mitochondriale se traduit par une production d H 2 O et de CO 2. - soit avec un apport d oxygène insuffisant pour permettre à l oxydation des substrats énergétiques de produire tout l ATP nécessaire. C est le cas lorsque l exercice est intense. Une partie de l ATP est produit par la glycolyse anaérobie. Dans cette situation le glucose-6- phosphate issu du glycogène musculaire est alors le substrat énergétique préférentiel. Son utilisation anaérobie se traduit par une production d acide lactique. Une autre partie de l ATP est produite à partir de la créatine phosphorylée sans génération d acide lactique. L énergie chimique des substrats énergétiques n est transformée en énergie mécanique qu avec un rendement faible ( 25 % environ ). Le reste est transformé en chaleur. 2-4 Caractéristiques de la contraction : : les diverses fibres squelettiques : 3 types de fibres sont présentes dans chaque muscle en proportion variable ce qui contribue à conférer au muscle des propriétés contractiles spécifiques en rapport avec son rôle spécifique. Ce sont les fibres rouges ( ou oxydatives ) lentes ou rapides et les fibres blanches (ou glycolytiques ) rapides. Ces types de fibres diffèrent par l intensité de leur métabolisme oxydatif qui dépend de la richesse de leur irrigation sanguine, de leur densité mitochondriale, de leur teneur en myoglobine ( fortes pour les fibres rouges) et par l intensité de l activité ATPasique de leur myosine. ( forte pour les fibres rapides ).

11 11 Les muscles riches en fibres rouges lentes sont peu fatigables à l inverse de ceux qui sont riches en fibres blanches rapides. Le nombre et les proportions de chaque type de fibre présent dans chaque muscle est fixé génétiquement. L exercice musculaire ( entraînement ) permet cependant de les modifier. Un exercice modéré et prolongé ( endurance ) augmente la capacité oxydative des fibres et la proportion de fibres rouges tout en diminuant leur diamètre, donc la tension qu elles peuvent exercer et leur fatigabilité.. Un exercice intense et bref ( musculation ) augmente la capacité glycolytique des fibres, la proportion des fibres blanches et leur diamètre, ce qui engendre une hypertrophie de muscles très fatigables : les unités motrices : ( fig. 6 ) Une unité motrice est constituée par l ensemble des fibres innervées par les arborisations terminales d un même motoneurone. Ces fibres appartiennent toutes au même type. La taille des unités motrices, c est à dire le nombre de fibres qui les composent, contribue aussi à conférer au muscle ses propriétés contractiles spécifiques. Plus le nombre d unités motrices est élevé, plus leur taille est faible. Ceci contribue à augmenter la précision des mouvements ( muscles des globes oculaires ). Le nombre des unités motrices est relativement faible dans les muscles qui n assurent pas des mouvements précis ( abdominaux par ex. ) : les divers types de contractions : La tension musculaire ( = raccourcissement des sarcomères ) peut : - occasionner un raccourcissement du muscle. C est le cas lorsque la charge à laquelle est soumis le muscle est inférieure à sa tension. Dans ce cas on parle de contraction isotonique. - ne pas engendrer de modification de la longueur du muscle. C est le cas lorsque la charge est égale à la tension. Dans ce cas on parle de contraction isométrique. - S accompagner d un allongement du muscle. C est le cas lorsque la charge est supérieure à la tension. Dans ce cas on parle d allongement passif. Ces diverses possibilités sont autorisées par le fait qu à côté des fibres musculaires existent des éléments élastiques : fibres de collagène du tissus conjonctif.

12 : la régulation de la contraction d un muscle : Si la contraction d une fibre est de type tout ou rien avec une durée et une amplitude fixe ( cf. schéma du cours ), par contre celle d un muscle est variable en durée et en amplitude. L amplitude dépend du nombre des unités motrices (ou fibres) recrutées par un stimulus nerveux ( donc de l intensité de ce stimulus ) et de la fréquence de leur recrutement ( donc de la fréquence des stimuli nerveux ). ( cf. schémas donnés en cours et fig. 7 ): - l établissement de la relation : Amplitude (ou nombre d unités recrutées ) =f (Intensité (I) d un stimulus UNIQUE ) permet de déterminer l I max, c est à dire l I minimum qui permet d obtenir l amplitude maximum A. - l établissement de la relation : Amplitude pour I max = f ( fréquence des stimuli ) permet de déterminer la fréquence minimum qui permet d obtenir une contraction tétanique. L amplitude d une contraction tétanique est supérieure à A. Elle atteint une valeur de 3 à 4A. La durée est assurée par l asynchronisme du recrutement des unités motrices. En effet si toutes étaient recrutées simultanément, elles se contracteraient et se relaxeraient simultanément. La durée de la contraction du muscle serait limitée et fixe. Dans la mesure où elle se sont pas recrutées simultanément, une partie d entre elles se contracte pendant qu une autre partie se relaxe. Ainsi il y a toujours une proportion fixe ( qui dépend de f ) de fibres contractées, et la contraction du muscle peut être maintenue pendant une longue durée. Il existe un ordre de recrutement des unités motrices qui est fonction de l innervation et de la tension qui est demandée au muscle en exercice. Pour un exercice modéré, seront recrutées les unités motrices formées de fibres rouges lentes, innervées par des neurones de faible diamètre qui se dépolarisent rapidement. Pour des exercices plus intenses seront recrutés aussi les unités motrices formées de fibres rouges rapides puis celles formées de fibres blanches rapides qui sont innervées par des neurones de plus fort diamètre qui se dépolarisent moins vite.

13 13 3- Le muscle cardiaque : 3-1 : description macro et microscopique : Ne sont décrites ici que les différences par rapport au muscle squelettique. ( fig. 8 ) Les fibres sont formées par plusieurs cellules musculaires ramifiées séparées par des disques intercalaires à l intérieur desquels les desmosomes assurent la cohésion mécanique entre cellules et l ancrage des myofibrilles. Les myocytes cardiaques communiquent par des jonctions lacunaires. Les myofilaments sont disposés comme dans le muscle squelettique et leur protéines contractiles y sont identiques. Le réticulum sarcoplasmique est moins développé que dans le muscle squelettique et les replis du sarcolemme forment des saccules moins développées que les tubules transverses. 3-2 : le couplage excitation- contraction puis la relaxation : ( fig. 9 ) : la dépolarisation spontanée et rythmique des cellules pace-maker : Contrairement au muscle squelettique ce n est pas un stimulus nerveux qui déclenche la contraction du muscle cardiaque. Celle ci résulte de la dépolarisation spontanée de cellules pace maker ou entraîneuses qui sont localisées dans la paroi de l oreillette droite, à l abouchement des veines caves, et forment le nœud sinusal.( cf. ch. «Circulation» ). Lorsque la valeur de cette dépolarisation atteint le potentiel seuil, on observe une inversion prolongée ( 100 ms ) de polarité membranaire consécutive à l ouverture de canaux Na+ voltage dépendants puis à celle de canaux Ca++ voltage dépendants. Cette dépolarisation se propage ( = potentiel d action ) à des cellules spécialisées dans la conduction qui forment un réseau ramifié dans la paroi des oreillettes appelé tissus nodal qui rejoint le nœud inter ventriculaire. De là sont issus le faisceau de Hiss puis le réseau de Purkinje.( cf. ch. «Circulation» ) La dépolarisation se propage ensuite, à partir de ces cellules conductrices, aux cellules musculaires des oreillettes puis des ventricules.

14 : la transmission de la dépolarisation aux myocytes cardiaques : Les jonctions communiquantes jouent un rôle majeur dans la transmission de la dépolarisation au sarcolemme des myocytes cardiaques auriculaires puis ventriculaires ce qui permet une contraction coordonnée du muscle cardiaque. Cette dépolarisation est liée à l entrée de Na+ extracellulaire : l augmentation en deux temps de la [Ca++]i : La dépolarisation du sarcolemme permet l ouverture d un canal Ca++ voltage dépendant ( = récepteur dihydropyridine qui, dans le cas du myocarde, est un canal). Le Ca++ extracellulaire pénètre lentement dans le cytoplasme ce qui permet de maintenir la dépolarisation du sarcolemme pendant plus de 100 ms. Cette dépolarisation est dite sodicocalcique. Nous voyons que la présence de Ca++ dans le milieu extracellulaire est indispensable pour la contraction cardiaque. Il se produit donc une hausse de [Ca++]i qui n est cependant pas suffisante pour permettre de déclencher les interactions entre les protéines contractiles. Le Ca++ lui même stimule l ouverture de canaux Ca++ ligand dépendants du réticulum sarcoplasmique dits récepteurs ryanodine. Le passage de Ca++ en provenance du réticulum dans le cytoplasme (= Ca++ induced Ca++ release ) permet alors d obtenir une [Ca++]i suffisante pour déclencher : l interaction des protéines contractiles : qui se déroule comme dans le muscle squelettique : la relaxation : Implique, comme dans les fibres squelettiques : - un retour à sa valeur initiale de [Ca++]i qui est assurée par les Ca++ATPases localisées dans la membrane du réticulum et du sarcolemme ainsi que par un échangeur ( antiport ) Na+- Ca++ du sarcolemme. - une repolarisation du sarcolemme assurée par le fonctionnement des Na+-K+ATPases et Ca++ATPases du sarcolemme.

15 : la régulation nerveuse du rythme et de l amplitude des contractions : Le système nerveux autonome intervient pour régler et non pour déclencher la contraction cardiaque. Il agit sur les caractéristiques fonctionnelles des cellules pace maker et des myocytes cardiaques. L innervation motrice orthosympathique en libérant le neurotransmetteur noradrénaline augmente la vitesse de dépolarisation spontanée des cellules pace maker et accélère les contractions cardiaques alors que l'innervation parasympathique en libérant le neurotransmetteur acétylcholine a l effet inverse. De la même manière la noradrénaline augmente l amplitude des contractions en agissant sur les myocytes cardiaques alors que l acétylcholine a l effet inverse. ( mécanisme : cf. chapitre «la transduction du message» ) 3-3 : source énergétique de la contraction : Les myocytes cardiaques ne produisent d ATP que par oxydation du glucose et des acides gras. Ils sont très irrigués par les capillaires coronaires et riches en mitochondries. Un apport insuffisant d oxygène est fatal. Il ne se produit qu en cas d obstruction des vaisseaux coronaires. ( infarctus du myocarde )

16 16 4- Les muscles lisses : 4-1 : description macro et microscopique : ne sont décrites ici que les particularités des muscles lisses. ( fig. 10 ) Le muscle est formé par des cellules musculaires fusiformes dans lesquelles les myofilaments sont disposés en chaînes diagonales si bien qu on n observe pas de striation. Les myofilamants minces sont insérés sur le sarcolemme et des corps denses du cytoplasme.. Les invagination du sarcolemme ( = caveolae ) et le réticulum sarcoplasmique sont encore moins développés que dans le muscle cardiaque. 4-2 : les deux types de muscles lisses : Les relations entre myocytes lisses d une part et entre motoneurones autonomes et myocytes lisses d autre part permettent de distinguer deux types de muscles lisses : ( fig. 11 et 12 ) : les muscles lisses multiunitaires C est le cas de ceux de l iris, des bronches et des artères. Ce type de muscle ne répond, comme le muscle squelettique, qu à la suite d un stimulus nerveux. Les neurotransmetteurs sont libérés au niveau de chaque myocyte. Chaque motoneurone autonome innerve un ensemble de myocytes, équivalent d'une unité motrice. Il n y existe pas de jonction lacunaire. Cet ensemble de myocytes reçoit une double innervation autonome : ortho et para sympathique et peut se contracter ou se relaxer selon le neurotransmetteur dominant. ( cf. chapitres «Système nerveux»)

17 : les muscles lisses unitaires C est le cas de ceux de l intestin, de l utérus et des artérioles. Ce type de muscle se contracte, comme c est le cas pour le myocarde, en l absence de stimulus nerveux, La contraction résulte de l activité de cellules pace maker ou d un étirement qui génèrent une dépolarisation du sarcolemme qui se propage (= potentiel d action). Le muscle fonctionne comme s il n y existait qu une unité motrice. Les myocytes communiquent par des jonctions lacunaires ce qui favorise la propagation de la contraction à l ensemble des myocytes. Les stimuli nerveux modulent la contraction. Les stimuli orthosympathiques dans un sens et les stimuli parasympathiques en sens opposé. Le neurotransmetteur n est libéré qu au niveau d un nombre limité de myocytes. 4-3 : La contraction puis la relaxation : ( fig. 13) : l augmentation de [Ca++]i : Pour les muscles lisses multiunitaires elle s effectue en deux temps. Le neurotransmetteur stimule indirectement l ouverture de canaux Ca++ ligand dépendants localisés dans la membrane du réticulum ( activés par l IP3 ) puis du sarcolemme ( activés par le Ca++ ). On observe alors une dépolarisation dite calcique. Pour les muscles lisses unitaires elle s effectue en un seul temps. La dépolarisation du sarcolemme liée à l ouverture de canaux Na+ déclenche l ouverture de canaux Ca++ voltage dépendants qui prolongent la dépolarisation dite sodico-calcique. L augmentation de [Ca++]i nécessite donc, quel que soit le muscle lisse, la présence de Ca++ dans le milieu extracellulaire sans laquelle la contraction n est pas possible.

18 : l interaction des protéines contractiles : Comme pour les autres muscles les myofilaments épais sont formés de myosine. Par contre les myofilaments minces ne sont formés que d actine et ne possèdent pas de protéines contractiles régulatrices. Ainsi le Ca++ se fixe sur une autre protéine : la calmoduline. Le complexe Ca++- Calmoduline règle l activité d une enzyme, la kinase des chaînes légères de la myosine ( KCLM ) qui phosphoryle la myosine (= myosine à haute énergie ), permet son interaction avec l actine et le glissement des filaments minces d actine ( cf. chapitre «Transduction du message» ) : la relaxation : consécutive à une contraction implique le retour de [Ca++]i à sa valeur initiale qui est assuré par les Ca++ATPases du sarcolemme et éventuellement du réticulum sarcoplasmique, qui sont stimulées par la hausse de [Ca++]i. Elle implique aussi la repolarisation du sarcolemme qui passe par l activation de la Na+-K+ ATPase ( muscle lisse unitaire ) et de la Ca++ATPase. 4-4 : La relaxation consécutive à un stimulus nerveux : L innervation autonome des muscles lisses ( et cardiaque ) est double : ortho et para sympatique. Les neurotransmetteurs libérés, noradrénaline et acétylcholine, se fixent sur des récepteurs du sarcolemme qui ne sont pas des canaux ioniques contrairement à ce que nous avons vu pour le muscle squelettique. Ainsi les récepteurs de l acétylcholine sont différents de ceux qui sont présents dans le sarcolemme squelettique. Ils sont appelés muscariniques parce qu ils sont sensibles à la muscarine, alcaloïde d un champignon. Nous avons vu ( cf. chapitre «Système nerveux» ) que les effets viscéraux de ces deux neurotransmetteurs sont généralement opposés ; aussi bien lorsqu il s agit de moduler la contraction des muscles lisses unitaires que de déclencher celle des muscles lisses

19 19 multiunitaires. Dans ce dernier cas si un des deux neurotransmetteurs déclenche une contraction, l autre déclenche une relaxation et vice-versa. 4-5 : la commande hormonale du fonctionnement de certains muscles lisses : Le fonctionnement de certains muscles lisses unitaires dépend bien plus d un contrôle hormonal que d un contrôle nerveux, même s ils reçoivent une innervation autonome. C est le cas pour : - l utérus et les cellules myoépithéliales des canalicules des glandes mammaires : leurs contractions sont déclenchées par l hormone ocytocine. L utérus n y est sensible que lorsque les récepteurs de l ocytocine y sont présents. C est le cas en fin de gestation lorsque la sécrétion d hormones oestrogènes est forte. ( cf. chapitre «Reproduction» et TP «Motricité de l utérus» ). - la vésicule biliaire ses contractions sont déclenchées par l hormone cholécystokinine sécrétée par des cellules endocrines du tube digestif, lors de l arrivée dans l intestin grêle du bol alimentaire. Résumé : cf. fig. 14 ( p. 20 )

20 20 Myocyte squelettique Myocyte cardiaque Myocyte lisse ( muscle unitaire ) TD, utérus, artériole Myocyte lisse ( muscle multiunitaire ) iris, bronche, artère Origine de la contraction Stimulus nerveux Cellules pacemaker Cellules pacemaker et étirement Modulation de la contraction Non Nerveuse autonome Nerveuse autonome et hormonale Stimulus nerveux autonome Nerveuse autonome Neurotransmetteur ( NT ) Acétylcholine Acétylcholine et Noradrénaline Acétylcholine et Noradrénaline Acétylcholine et Noradrénaline Récepteur du NT Dépolarisation du sarcolemme (S) précédant l entrée de Calcium Canal ( nicotinique ) Métabotrope ( muscarinique et adrénergique ) canal Calcium du Sarcolemme Non Oui Voltage dépendant Métabotrope ( muscarinique et adrénergique ) Métabotrope ( muscarinique et adrénergique ) Oui Oui Oui Non Oui Voltage dépendant Oui Ligand dépendant canal Calcium du réticulum sarcoplasmique Voltage dépendant Ligand dépendant Ligand dépendant Ligand dépendant (RS) Origine de l de ( Ca ++ ) i RS E + RS E RS + E Dépolarisation du Sarcolemme maintenue par le Calcium Non Oui Oui Oui Protéine de liaison du Calcium Troponine C Troponine C Calmoduline Calmoduline Protéines contractiles régulatrices Oui (troponines, tropomyosine ) Oui (troponines, tropomyosine ) Non Non Cible du Calcium Troponine C Troponine C KCLM KCLM Ca ++ - ATPase RS RS+S S RS+S Echangeur Na + - Ca ++ Non Oui (S) Oui (S) Oui (S) Relaxation active (conséquence d un stimulus nerveux ) Non Non Oui Oui FIG 14 : Rappel et comparaison des étapes conduisant à la contraction et à la relaxation des divers types de fibres musculaires

21 21 EXERCICES Répondre par VRAI ou FAUX ou compléter. ( solutions fournies sur demande ) Tous les muscles viscéraux : - sont des muscles lisses - se contractent sous l effet de l acétylcholine - se contractent en réponse à un stimulus nerveux La contraction musculaire.- nécessite toujours la présence de Ca++ extracellulaire.- fait toujours suite à une augmentation de la concentration intracytoplasmique de Ca++ - qui se fixe sur la..ou la. La présence de Ca++ dans le milieu extracellulaire est nécessaire :..pour la contraction du muscle squelettique..pour la contraction du muscle lisse.pour la contraction du muscle cardiaque..pour la contraction de tous les muscles Le Ca++ initie les interactions entre protéines contractiles :..en se fixant sur la troponine C du muscle squelettique.en se fixant sur la troponine C du muscle cardiaque.en se fixant sur la calmoduline du muscle lisse.après son transfert passif depuis le réticulum sarcoplasmique vers le cytoplasme

22 22 Les récepteurs de l acétylcholine :..sont localisés dans le sarcolemme. sont identiques pour tous les muscles.sont ouverts par une modification de la polarisation du sarcolemme.sont tous des canaux ioniques La relaxation musculaire :. consomme de l énergie.est consécutive à une activation de la Ca++ ATPase.est déclenchée par un stimulus nerveux pour les muscles squelettiques.est déclenchée par l acétylcholine ou la noradrénaline pour les muscles lisses Exposés : conseil : de manière générale un exposé de physiologie animale doit permettre de répondre aux questions suivantes : - Où? - Quand? - Comment? - Pourquoi? Pour les sujets ci-après la question où est sans objet. Par contre la question comment est primordiale puisqu il est demandé de décrire des mécanismes pour les comparer. «Comparer les mécanismes qui conduisent à la relaxation des fibres musculaires squelettiques et cardiaques». «Comparer les mécanismes qui conduisent à la relaxation des fibres musculaires cardiaques et lisses» «Comparer les mécanismes qui conduisent à la relaxation des fibres musculaires squelettiques et lisses» Voici un exemple de réponse pour le premier sujet. Pour les autres sujet le même plan peut être conservé et le contenu est souvent identique. Cet exemple donne le minimum des explications qu il convient de fournir pour obtenir la note maximum et non pas la totalité des explications qu il est possible de fournir.

23 23 «La relaxation des fibres musculaires squelettiques et cardiaques fait suite à leur contraction. ( = réponse à la question : quand? ) La contraction est consécutive à une augmentation suffisante de la concentration intra cytoplasmique du Ca++ ( (Ca++)i ) qui déclenche les interactions entre les protéines contractiles. Cette hausse de (Ca++)i est elle même consécutive à la dépolarisation du sarcolemme qui résulte de l entrée dans le cytoplasme de Na+ extracellulaire. Les mécanismes qui conduisent à la relaxation vont donc rétablir la polarisation du sarcolemme par fermeture des canaux Na++ voltage dépendants du sarcolemme et activation de la Na+/K+ ATPase qui refoulera le Na+ dans le milieu extracellulaire. La repolarisation du sarcolemme va entraîner la fermeture des canaux Ca++. La différence entre les fibres musculaires squelettiques et cardiaques provient de la répartition de ces canaux Ca++. Ils ne sont présents que dans la membrane du réticulum sarcoplasmique (RS) des fibres musculaires squelettiques. Par contre ils sont présents à la fois dans le sarcolemme et le RS des fibres musculaires cardiaques. ( ce point peut être développé pour différencier les canaux Ca++ voltage dépendants du sarcolemme cardiaque, les canaux Ca++ voltage dépendants du RS des muscles squelettiques et les canaux Ca++ ligand dépendants du RS du myocarde. ) Le Ca++ qui est entré dans le cytoplasme est refoulé dans son ou ses compartiments d origine : RS pour les fibres musculaires squelettiques, RS et milieu extra cellulaire pour les fibres musculaires cardiaques. Ce transfert actif est assuré par les Ca++ATPases localisées dans le sarcolemme et la membrane du RS ainsi que par un échangeur Na+- Ca++ du sarcolemme cardiaque. ( = réponse à la question : comment? ) La relaxation est nécessaire pour qu une nouvelle contraction puisse avoir lieu. ( = réponse à la question : pourquoi? ) Félicitations à celles et ceux qui sont arrivés jusque là! Je vous souhaite un contrôle réussi Puis une Bonne fin d année