Système musculaire. Lycée-Collège de la Planta, Sion Martine Morend Gattlen, Blaise Perruchoud, Grégoire Raboud, Sonia Sierro

Transcription

1 Système musculaire Lycée-Collège de la Planta, Sion Martine Morend Gattlen, Blaise Perruchoud, Grégoire Raboud, Sonia Sierro

2 LE SYTEME MUSCULAIRE 1. INTRODUCTION 2 2. TYPES DE MUSCLES Muscles squelettiques Muscles lisses Muscle cardiaque 3. FONCTIONS DES MUSCLES SQUELETTIQUES Production de mouvement Maintien de la posture Stabilisation des articulations Dégagement de chaleur Expression 4. STRUCTURE DES MUSCLES SQUELETTIQUES Muscle Faisceau Fibre musculaire Myofibrilles Actine, myosine Sarcomère MECANISME DE LA CONTRACTION Influx nerveux Glissement des filaments ATP Loi du tout ou rien, sommation, tétanos Muscles antagonistes SOURCES D'ATP DANS LE MUSCLE Stocké dans le muscle Régénéré par la créatine phosphate Anaérobie lactique Aérobie 8 7. MANIFESTATIONS DE L'ACTIVITE MUSCULAIRE Au niveau du muscle Au niveau de l'organisme 9 8. EFFETS DE L'ENTRAINEMENT 9 9. DIVERS Crampes Courbatures Rigidité cadavérique Curare Tétanos Dystrophie musculaire

3 1. INTRODUCTION Il y a très longtemps, parce que les muscles au travail lui faisaient penser à des souris s'activant sous la peau, un homme de science leur a donné le nom de muscles, du mot latin mus signifiant petite souris. En effet lorsqu'on entend parler de muscles, ce sont ceux des boxeurs ou des haltérophiles qui viennent à l'esprit. Mais le cœur et la paroi des organes creux contiennent aussi une certaine proportion de tissu musculaire. Les systèmes musculaire et osseux sont corrélés : les os, au nombre de 206 chez l'être humain, agissent comme des leviers lors de la contraction des muscles auxquels ils sont reliés soit directement par leurs fibres charnues soit indirectement par l'intermédiaire des tendons. En outre, les os protègent les organes, emmagasinent le calcium et d'autres minéraux et sont également le siège de la production des cellules sanguines. Les articulations sont les points de contact de deux ou plusieurs os. Elles confèrent à notre squelette une certaine mobilité. La majorité des articulations du corps font partie des articulations synoviales. Dans ce type d'articulations, les deux extrémités des os sont revêtues de cartilage lisse et enfermées dans une capsule articulaire remplie d'un liquide lubrifiant et visqueux, le liquide synovial. Le mouvement d'une articulation provoque le réchauffement du liquide synovial et une diminution de sa viscosité. L'articulation est généralement renforcée par des ligaments. Outre ces composants, certaines articulations possèdent des éléments particuliers comme les ménisques qui sont des capitonnages de tissus conjonctifs situés entre les cartilages articulaires afin de rendre ajustables des surfaces qui, sans eux, ne le seraient pas. Le genou, de même que l'articulation de la mandibule, possède des ménisques. Le corps humain comprend plus de 600 muscles dont la taille varie suivant la fonction. Ces muscles constituent environ 30 à 40 % de la masse corporelle chez la femme et 40 à 50 % chez l'homme. 2. TYPES DE MUSCLES Si l'on s'en tient à la structure cellulaire, les muscles peuvent être répartis en trois catégories (figure 1) : Les muscles squelettiques : aux fibres striées, attachés au squelette, soumis à la volonté exemple : Les muscles lisses : aux fibres non striées, situés surtout dans les parois des organes creux, indépendant de la volonté exemple : Le muscle cardiaque : aux fibres ramifiées et striées, constituant le cœur, indépendant de la volonté. exemple : Dans ce chapitre, nous limiterons notre étude à celle des muscles squelettiques. 1

4 FIGURE 1 : Comparaison des différents types de muscles. 3. FONCTIONS DES MUSCLES SQUELETTIQUES Les muscles de notre organisme exercent cinq fonctions importantes : Production du mouvement : ils assurent la locomotion et la manipulation, et ils permettent de réagir rapidement aux événements qui surviennent dans l'environnement. Maintien de la posture : ils effectuent sans cesse des ajustements infimes grâce auxquels nous pouvons conserver notre posture assise ou debout. Stabilisation des articulations (en collaboration avec les ligaments). Dégagement de chaleur : comme aucune «machine» n'est parfaite, il y a une perte d'énergie sous forme de chaleur durant les contractions musculaires. Expression : les muscles peauciers assurent, par leur contraction tout en nuances, différentes mimiques ou expressions extériorisant les émotions et états d'âme (tristesse, joie, peur, etc.) de la personne. 4. STRUCTURE D'UN MUSCLE SQUELETTIQUE Le muscle squelettique a généralement la forme d'un fuseau aux extrémités duquel se trouvent des tendons assurant sa fixation sur les os. Il se caractérise par un emboîtement d'unités parallèles de plus en plus petites entourées de tissu conjonctif (figure 2). Un muscle squelettique consiste en plusieurs faisceaux de longues fibres musculaires disposées dans le sens de la longueur. Chaque fibre musculaire est une cellule unique munie de plusieurs noyaux et des autres organites habituels. Chaque fibre est un assemblage de myofibrilles placées dans le sens de la longueur. Les myofibrilles comprennent elles-mêmes deux types de myofilaments : les filaments minces constitués d'actine les filaments épais constitués de myosine, en forme de club de golf. 2

5 FIGURE 2 : Structure et niveaux d'organisation d'un muscle squelettique. 3

6 Les muscles squelettiques présentent des stries à cause de la disposition régulière des myofilaments qui crée un motif de répétition de bandes claires et sombres. Chaque élément de cette répétition constitue un sarcomère qui est l'unité contractile du muscle (figure 3). FIGURE 3 : Structure d'un sarcomère. 5. MECANISME DE LA CONTRACTION Un muscle squelettique ne se contracte qu'à la suite d'une stimulation par un neurone moteur au niveau d'une structure appelée plaque motrice. L'ensemble formé par le neurone moteur et les fibres qu'il régit constitue l'unité motrice. L'influx nerveux (= message nerveux) circule sous forme électrochimique (figure 4). FIGURE 4 : Unité motrice et terminaison neuromusculaire. 4

7 Lorsqu'un muscle se contracte, chaque sarcomère raccourcit. Toutefois la longueur des filaments d'actine et de myosine ne varie pas pendant la contraction. On peut expliquer ce phénomène par la théorie de la contraction par glissement des filaments. Son principe est simple : à chaque contraction, les filaments d'actine glissent le long des filaments de myosine et pénètrent plus en avant vers le centre du sarcomère. Conséquence : celui-ci rétrécit de 30 à 50 %. Comment les filaments glissent-ils? Lorsque la fibre musculaire est au repos, les têtes de myosine sont en retrait. La stimulation nerveuse du muscle leur permet de s'accrocher sur les filaments d'actine. Puis la tête pivote et ce mouvement fait alors glisser le filament d'actine qui se déplacent de proche en proche le long des filaments de myosine (figures 5 et 6). A raison de 5 cycles par seconde, chacune des 500 têtes de myosine que comporte un filament épais contribue, de ce fait, à raccourcir la fibre musculaire et le muscle tout entier. Pour fournir l'énergie nécessaire à ce mécanisme, un nouvel acteur moléculaire intervient : l'atp (adénosine triphosphate), la molécule énergétique du muscle. FIGURE 5 : Glissement des filaments. FIGURE 6 : Raccourcissement du sarcomère Comme décrit ci-dessus, une unité motrice comprend un neurone moteur ramifié et les fibres musculaires qu'il innerve. Une fibre isolée répond à une stimulation selon la loi du tout (si la 5

8 stimulation est suffisamment forte) ou rien (si la stimulation est trop faible). Les contractions graduées observables au niveau du muscle entier résultent du recrutement de plusieurs unités motrices. Une secousse musculaire est provoquée par un stimulus isolé. Les stimuli qui sont reçus à une fréquence plus élevée subissent une sommation pour produire une contraction graduée (figure 7). Le tétanos est une contraction régulière et continue qui survient lorsque les neurones moteurs fournissent une salve de stimuli. FIGURE 7 : Sommation des contractions de fibres musculaires Un muscle retrouve sa longueur initiale grâce à la contraction d'un muscle antagoniste (biceps et triceps par exemple). 6

9 6. SOURCES D'ATP DANS LE MUSCLE L ATP est la seule source d énergie qui peut alimenter directement la contraction. Il doit être régénéré de façon continue afin que la contraction puisse se poursuivre. Il existe 4 sources d ATP pour le muscle (figure 8) : ATP stocké dans le muscle (énergie pour 4 à 6 secondes de contraction). Pas d utilisation d oxygène par le muscle. ATP régénéré grâce à la créatine phosphate (ces deux premières sources permettent la contraction maximale du muscle pendant 15 secondes environ). Pas d utilisation d oxygène par le muscle. ATP produit par transformation du glucose en acide lactique (énergie pour 30 à 60 secondes de contraction maximale). Pas d utilisation d oxygène par le muscle. L'accumulation d'acide lactique est néfaste pour l'activité musculaire. ATP produit par la respiration cellulaire aérobie à partir du glucose, des acides gras ou des acides aminés (énergie pour plusieurs heures de contraction modérée). Oxygène absolument nécessaire. FIGURE 8 : Voies de régénération de l'atp musculaire. Lorsqu'il n'y a plus d'atp, des contractures apparaissent parce que les têtes de myosine ne peuvent plus se détacher des filaments d'actine (un peu comme dans le cas de la rigidité cadavérique, voir page 10). Lors d'une activité physique, les différentes sources participent à la production d'atp mais leur contribution varie en fonction du type d'effort effectué (figure 9). 7

10 FIGURE 9 : Exigences métaboliques de différents types d'exercices physiques. 7. MANIFESTATIONS DE L'ACTIVITE MUSCULAIRE Au niveau du muscle Le débit sanguin augmente. La consommation d oxygène augmente (jusqu à 12 fois). La réserve de glycogène diminue. L'acide lactique s'accumule. Au niveau de l'organisme entier Le rythme respiratoire s accélère. La fréquence cardiaque augmente. La contraction cardiaque est plus puissante. L organisme s échauffe ( transpiration déshydratation possible). 8. EFFETS DE L'ENTRAINEMENT La pratique régulière d'une activité physique se manifeste sur tout l'organisme, notamment par une : Augmentation de la masse musculaire (par épaississement des fibres musculaires existantes et non pas parce que leur nombre augmente). Augmentation du nombre de capillaires autour des muscles sollicités. Baisse de la fréquence cardiaque, augmentation de la masse et du volume du cœur. Adaptation du système respiratoire. 8

11 9. DIVERS La crampe est un spasme continu (ou contraction tétanique) d'un muscle entier ou d'un groupe musculaire, qui peut durer quelques secondes ou plusieurs heures, et pendant lequel le muscle devient raide et douloureux. Elle peut être due à une faible concentration de glucose dans le sang, à un manque d'électrolytes (en particulier de sodium ou de calcium), à la déshydratation ou à une irritabilité des neurones de la moelle épinière. Un moyen de soulager une crampe consiste à étirer le muscle. Environ 12 heures après un exercice important, les muscles durcissent et deviennent douloureux. Les courbatures apparues persistent généralement 24 heures. Elles seraient dues à des lésions du tissu conjonctif du muscle et de ses insertions tendineuses, mais aussi à l'apparition d'un œdème inflammatoire lié à la libération d'histamine et de polypeptides vasodilatateurs lors de l'effort ou encore à des altérations des myofibrilles. Il semble qu'à la suite d'un exercice musculaire important le muscle entame un processus de régénération : il devient de plus en plus résistant à la fatigue. La rigidité cadavérique (ou rigor mortis) illustre bien le fait que c'est l'atp qui permet le détachement des têtes de myosine. La plupart des muscles commencent à durcir 3 ou 4 heures après la mort. La rigidité atteint un maximum après 12 heures puis diminue peu à peu pendant 48 à 60 heures suivantes. Peu de temps après l'arrêt de la respiration, la synthèse de l'atp prend fin et le détachement des têtes de myosine devient impossible. L'actine et la myosine sont alors liées de façon irréversible, ce qui provoque la raideur des muscles morts. La rigidité cadavérique disparaît lorsque les protéines musculaires se dégradent quelques heures après la mort. Le curare, un poison dont les autochtones d'amérique du Sud enduisent la pointe de leurs flèches, se combine avec les récepteurs d'acétylcholine (voir figure 4) et empêche sa liaison par inhibition compétitive. En conséquence, bien que les neurones moteurs continuent de libérer de l'acétylcholine (le «feu vert» de la contraction), les muscles ne peuvent plus se contracter et un arrêt respiratoire se produit. Le tétanos est une maladie infectieuse aiguë causée par la toxine de la bactérie anaérobie Clostridium tetani et se manifestant par des spasmes douloureux et persistants de certains muscles squelettiques; la maladie débute habituellement par une raideur des mâchoires et des muscles masséters des mâchoires qui bloque l'ouverture de ces dernières ainsi que des spasmes du tronc et des membres. Sans vaccination préventive, la maladie cause la mort par insuffisance respiratoire ou épuisement. Le terme de dystrophie musculaire désigne un ensemble de maladies héréditaires qui attaquent les muscles et qui apparaissent généralement dans l'enfance. Les muscles atteints s'hypertrophient parce qu'il s'y dépose des graisses et du tissu conjonctif, mais les fibres musculaires elles-mêmes dégénèrent et s'atrophient. 9