TPE 3e Partie

 

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Intro 1ere Partie 2e Partie 3e Partie Lexique

 

Les transformations subies par le muscle et dues à l’effort

 

1/Qu'est-ce qu'un muscle ?
2/Le développement de muscle dû à l'effort
3/Les déformations musculaires accidentelles dues à la pratique du sport

 

Nous verrons dans cette partie ce qu’est un muscle et en particulier le muscle squelettique, grâce auquel le corps se meut, puis comment le muscle du sprinter se développe et enfin quels sont les accidents dont l’athlète est parfois victime.

2.1. Qu’est-ce qu’un muscle ?

 

2.1.1. Les 3 types de muscles

On compte 3 trois sortes de muscles :

- les muscles lisses : situés dans la peau, les organes internes, l’appareil reproducteur, les vaisseaux sanguins et l’appareil excréteur. Constitués de fines stries longitudinales, ils se contractent involontairement selon des stimulations envoyées par le système nerveux autonome.

- les muscles cardiaques : qui constituent en grande partie le cœur des vertébrés. Les cellules présentent à la fois des stries longitudinales et des stries transversales, ont leur noyau disposé au centre et se caractérisent par la ramification et l’interconnexion des fibres. Les muscles cardiaques ne sont pas non plus contrôlés volontairement.

- les muscles squelettiques : fixés sur le squelette par des tendons (tissu conjonctif) ou des aponévroses (pour le pied), c’est l’individu qui en contrôle la contraction ou la contraction lors de l’effort.

2.1.2. Le muscle squelettique

- présentation

Dans un muscle squelettique, chaque fibre (cellule) musculaire est enveloppée dans une fine gaine de tissu, appelée endomysium. Les faisceaux de fibres musculaires sont recouverts par une gaine plus épaisse de tissu conjonctif : le périmysium.

L’ensemble du muscle est renforcé et recouvert par une dernière gaine de tissu, nommée l’épimysium. (voir schéma suivant).

 

schéma des enveloppes de tissu conjonctif d’un muscle squelettique

 

irrigation sanguine

 

La contraction des fibres musculaires représente une énorme dépense d’énergie, d’où la nécessité d’un approvisionnement plus ou moins continu en oxygène. De plus, les cellules musculaires produisent de grandes quantités de déchets métaboliques devant être évacués par les veines afin d’assurer l’efficacité de la contraction.

En règle générale, les vaisseaux sanguins et les neurofibres le muscle en son milieu et se divisent formant un réseau de capillaires (voir schéma ci-dessous) à l’intérieur des cloisons de tissu conjonctif et rejoignent l’endomysium.

Ces capillaires, longs et sinueux, peuvent s’adapter aux changements de longueur du muscle en se déroulant lors d’un étirement et en se repliant lors d’une contraction.

 

 

schéma d’un réseau de capillaires

 

structures des fibres

 

La fibre musculaire, enveloppée par le sarcolemme (surface de la membrane plasmique de la fibre musculaire squelettique), est constituée de myofibrilles, éléments cylindriques ayant la propriété de pouvoir se contracter. Les myofibrilles représentent 80% du volume de la cellule musculaire, comme on peut le voir sur le schéma suivant :

 

On remarque l'alternance de régions claires (bande I, pour isotrope) et foncées (bande A, pour anisotrope) sur la myofibrille (voir les documents qui suivent) : c'est pour cette raison que le muscle squelettique est appelé muscle strié.

 

structure d’une myofibre

 

photo de stries photo d’un sarcomère

Un sarcomère est la plus petite unité de contraction du muscle. Il est délimité à chacune de ses extrémités par une strie Z qui se trouve au centre de la bande I (région claire du myofilament), voir le schéma ci-dessous.

Chaque sarcomère renferme deux types de protéines contractiles : l'actine (filament

mince) est attachée aux stries Z, et la myosine (filament épais) délimitant la bande A (région foncée).

 

Section d'un myofilament comprenant 3 sarcomères

 

Comme le montre le schéma ci-dessus, chaque bande A est coupée en son milieu par une rayure plus claire appelée zone H (pour hélio=semblable au soleil). De plus, chaque zone H est elle-même divisée en deux par une ligne sombre, la strie M.

structure et composition moléculaire des myofilaments

 

Les filaments épais , d’un diamètre de 12 à 16 nm, sont essentiellement composés de myosine. Cette protéine possède une structure semblable à celle d’un bâton de hockey : sa tige, ou axe, se termine par une tête sphérique comportant elle-même deux lobes, ou ponts d’union.

 

protéine de myosine

Les molécules de myosine sont regroupées de telle sorte que leurs tiges représentent la partie centrale du filament et que les lobes de leur tête sont orientées dans des directions opposées. La partie centrale du filament épais est donc lisse, dénudée, tandis que les extrémités sont garnies de têtes de myosine autour de son axe. (voir schéma et photo d’un filament épais suivant).

 

filament épais

Les filaments minces , de 5 à 7 nm de diamètre, sont principalement constitués d’ actine. Les polypeptides, sous unités de l’actine ou actine G, portent des sites de liaison sur lesquels les têtes de myosine viennent se fixer lors de la contraction.

Les monomères d’actine G se regroupent en polymères d’actine fibreuse -ou actine F- qui s’allongent en de longs fils.

L’épine dorsale de chaque filament mince est constituée de deux brins d’actine F enroulés l’un autour de l’autre, le tout ressemblant à deux fils garnis de perles et tordus ensemble.

Plusieurs protéines de régulation sont aussi présentes :

. la tropomyosine, protéine cylindrique entourant l’actine R et la rigidifiant. Les molécules de tropomyosine sont placées bout à bout des chaînes d’actine F.

. la troponine, complexe de trois polypeptides dont le TnI (qui se lie à l’actine), le TnT (qui se lie à la tropomyosine et s’aligne avec l’actine) et le TnC (qui se lie aux ions calcium).

 

filament mince

Ces deux dernières protéines contribuent à la régulation des interactions myosine-actine lors de la contraction.

2.1.3. Agencement des fibres

Nous savons que les muscles sont constitués de fibres (ou faisceaux), mais leur agencement varie, diversifiant les muscles tant par leur forme que leur capacité de fonctionnement.

Les agencements les plus courants sont de type parallèle (le biceps du bras), penné (le muscles droit de la cuisse ou le muscle long extenseur des orteils), convergent (le muscles grand pectoral) ou circulaire (le muscle orbiculaire des lèvres ou de l’œil).

 

Agencements des muscles squelettiques du corps humain

 

2.2. Le développement musculaire du à l’effort

 

2.2.1. La contraction musculaire

- contraction isotonique et contraction isométrique

Les muscles ne se raccourcissent pas toujours lors de leur contraction. La force exercée sur un objet par un muscle contracté est appelée la tension musculaire. L’objet va exercer une force de résistance qui correspond généralement à son poids. Comme la tension musculaire et la force de résistance sont de direction opposée, la tension musculaire doit être plus grande que le poids de la charge à déplacer. Et donc la contraction isotonique entraînera un raccourcissement du muscle et un déplacement de la charge.

La tension et la charge sont constantes et égales pendant la plus grande partie de la contraction le raccourcissement du muscle n’a lieu que quand la tension dépasse la charge. Quand un muscle exerce une tension sans raccourcissement, on dit que la contraction est isométrique. Elle intervient quand le sportif essaie de déplacer une charge supérieure à la tension sans jamais l'égaler.

Dans les 2 sortes de contraction, les phénomènes mécaniques et chimiques sont les mêmes. Dans le corps humain la plupart des mouvements comprennent les 2 types de contraction. On aura d’une part l’ isotonie qui va provoquer le mouvement et l’ isométrie qui va maintenir la posture. (Exemple : Pendant la marche, au niveau de la jambe de l’athlète, comme celle de tout autre être humain, a une contraction isotonique et au niveau de la colonne vertébrale il a une contraction isométrie.) La contraction est provoquée par l'arrivée d'un message nerveux : il existe des synapses ou plaques motrices entre les fibres d'un motoneurone et les fibres musculaires. (voir le dessin suivant).

 

arrivée du message nerveux grâce au motoneurone

 

A l’échelle microscopique, on constate que les filaments, minces comme épais, ne changent pas de longueur quand les sarcomères se contractent. Une question se pose alors : comment expliquer le raccourcissement de la cellule musculaire ? L’hypothèse la plus approuvée est la théorie de la contraction par glissement des filaments, élaborée par Hugh Huxley en 1954, selon laquelle la contraction se fait par un glissement des filaments minces le long des filaments épais, les myofilaments se chevauchant davantage. (voir le schéma suivant)

 

 

Glissement des filaments minces sur les filaments épais

Dans une fibre musculaire au repos, les filaments épais et minces ne se chevauchent que sur une petite partie de leur longueur, mais au cours de la contraction, les filaments minces pénètrent de plus en plus dans la région centrale de la bande A.

Dans l’ensemble, les bandes I sont raccourcies, le stries Z disparaissent et les bandes A se rapprochent les unes des autres sans que la longueur des fibres ne diminue.

Une seconde question nous apparaît alors : comment les filaments glissent-ils ? Ce sont les têtes de myosine qui font saillie tout autour des extrémités des filaments épais (comme on peut le voir sur le schéma de la page suivante).

Lorsque les cellules musculaires sont activées par le système nerveux, les têtes de myosine s’accrochent aux sites de liaison situés sur les sous-unités d’actine des filaments minces : le glissement est amorcé. Chaque tête de myosine s’attache et se détache plusieurs fois pendant la contraction pour produire une tension et tirer le filament mince vers le centre du sarcomère.

 

 

Glissement des filaments d’actine lors de la contraction a l’échelle microscopique

 

Comme ce phénomène se déroule simultanément dans les sarcomères de toutes myofibrilles, la cellule musculaire raccourcit.

mécanisme de contraction

 

En l’absence de calcium, la cellule musculaire reste au repos car le complexe troponine-tropomyosine s’interpose entre les têtes de myosine et les sites de liaison de l’actine. Le schéma suivant explique le rôle du calcium dans le mécanisme de la contraction.

 

 

Rôle des ions calcium lors de la contraction

 

(a) Lorsque la concentration en calcium dans les cellules est faible, la tropomyosine s’interpose entre les sites de liaison de l’actine et des têtes de myosine, empêchent ainsi leur liaison ; le muscle se trouve donc à l’état de repos.

(b) À des concentrations intracellulaires en calcium élevées, celui-ci se lie à la troponine.

(c) La troponine combinée au calcium (TnC) subit un changement dans sa structure tridimensionnelle, qui écarte la tropomyosine des sites de liaison de l’actine et de la myosine.

(d) Les têtes de myosine peuvent alors se fixer aux sites de liaison, ce qui permet à la contraction d’avoir lieu, par le glissement des filaments minces sous l’action des têtes de myosine.

2.2.2. Les effets de l’exercice physique sur les muscles

La somme de travail effectuée par un muscle engendre des modifications du muscle lui-même. Lorsqu’on les utilise souvent ou de façon soutenue, les muscles peuvent gagner en taille ou en force, ou devenir plus efficaces et résistants à la fatigue. D’autre part, quelles que soient ses causes, l’inactivité amène une diminution du volume des muscles.

- adaptations à l’exercice physique

Les exercices aérobiques, ou d’endurance, comme la marche rapide, entraînent plusieurs modifications caractéristiques de muscle squelettique du sprinter : une augmentation du nombre de capillaires entourant les fibres musculaires, ainsi que du nombre de mitochondries situées à l’intérieur de ces fibres. Ces modifications permettent un métabolisme musculaire plus efficace, une endurance accrue, une force plus grande et une meilleure résistance à la fatigue.

Mais les bienfaits des exercices aérobiques ne concernent pas uniquement les muscles squelettiques. En effet, le métabolisme général et la coordination neuromusculaire de l’athlète deviennent également plus efficaces, la motilité gastro-intestinale s’améliore et le squelette se trouve renforcé. Le fonctionnement des systèmes cardiovasculaire et respiratoire est lui aussi amélioré. Ces avantages peuvent être permanents ou temporaires suivant la durée et l’intensité de l’exercice physique pratiquée par le sportif.

L’endurance, activité modérée mais de longue durée, n’amène pas une hypertrophie notable des muscles squelettiques, même si l’athlète coure pendant des heures.

L’augmentation du volume musculaire qui résulte d’un exercice modéré et fréquent semble refléter une dilatation de chacune des fibres musculaire - et notamment les fibres blanches à action rapide – et non une multiplication du nombre de fibres.

Cependant certains chercheurs affirment qu’une partie de l’augmentation de la taille du muscle est due à la fission ou à la déchirure de fibres hypertrophiées et à la croissance de ces cellules « divisées ».

Les fibres musculaires soumises à un travail intensif contiennent plus de mitochondries, forment un plus grand nombre de myofilaments et de myofibrilles, et établissent des réserves de glycogène plus importantes. La quantité de tissu conjonctif présent entre les cellules augmente elle aussi. Ensemble, ces changements provoquent une augmentation notable du volume et de la force du muscle.

Le sprinter obtient donc ses beaux mollets et ses belles cuisses en dilatant les fibres de ses muscles, accroissant le volume de ses muscles.

Les exercices contre résistances peuvent lui donner des muscles aux formes admirables, mais si l’entraînement n’est pas mené de façon judicieuse, certains muscles peuvent se développer plus que d’autres. En effet, les muscles travaillent en couples (groupes) antagonistes, et ceux qui sont opposés doivent posséder la même souplesse pour pouvoir fonctionner de façon harmonieuse.

Lorsque l’exercice musculaire n’est pas équilibré, la musculature peut sembler hypertrophiée, c’est-à-dire que l’individu manque de flexibilité, présente une allure maladroite et ne peut pas faire un plein usage de ses muscles. C’est pour cette raison que le sprinter est généralement veillé par son entraîneur qui saura gérer les travaux musculaires.

Comme les exercices d’endurance et contre résistance entraînent différents modes de réponse musculaire, il est important de connaître les objectifs de l’exercice, c’est toujours le travail de l’entraîneur de l’athlète.

atrophie due à l’inactivité

 

Les muscles doivent être actifs pour rester sains. L’immobilisation complète, pendant un séjour forcé au lit ou à la suite de la perte de stimulation nerveuse lors d’une rupture musculaire par exemple, entraîne une atrophie musculaire qui s’amorce presque aussitôt que les muscles se trouvent immobilisés.

Même lorsqu’ils sont au repos, les muscles reçoivent du système nerveux de faibles stimuli intermittents. Cette stimulation est essentielle car elle permet aux muscles de rester fermes et relativement normaux.

Lorsqu’un muscle est entièrement privé de stimulation nerveuse, le résultat est désastreux : le muscle paralysé peut s’atrophier jusqu’à atteindre le quart de son volume initial. A mesure qu’il s’atrophie, le tissu musculaire est remplacé par du tissu conjonctif fibreux qui empêche toute rééducation ; ce qui pousse souvent les athlètes à abandonner les entraînements.

2.3. Les déformations musculaires accidentelles dues à la pratique du sport

Avec la pratique d’un sport, le risque d’accidents et de blessures est constant et tous les muscles peuvent être sujet de l’objet. Il existe différentes formes d’accidents sportifs, lesquelles allons nous définir dans cette partie en les regroupant dans deux catégories : les accidents musculaires sans lésions musculaires et ceux avec lésions musculaires.

2.3.1. Les accidents musculaires sans lésions anatomiques

- la contracture

Un muscle contracturé est un muscle qui ne retrouve pas sa longueur initiale après un exercice. C’est la conséquence d’une activité anormale ou exagérée du muscle qui ne se fait ressentir qu’une ou deux heure après l’exercice ou le lendemain matin.

 

 

- les crampes

La crampe est une contraction isométrique très intense du muscle avec douleur vive et durable qui se déclare pendant l’effort. Les muscles du mollet et du pied sont les muscles les plus sujets à la crampe.

 

Chez le sportif, la crampe peut être une « crampe d’effort », on observe dans ce cas que la crampe traduit une fatigue musculaire provoquée par un asynchronisme de contraction lui-même du à une erreur d’un geste technique.

- la courbature

C’est une douleur musculaire qui apparaît lors d’un effort inhabituel ou après une période d’arrêt de l’exercice. Les fibres musculaires enflammées sécrètent un liquide (acide lactique) et gonflent, alors que la gaine dans laquelle ils sont enveloppés (aponévrose) n'est pas extensible. Elle ne se déclare que 12 à 24 heures après l’activité sportive et dure 5 à 7 jours.

 

 

2.3.2. Les accidents musculaires avec lésions anatomiques

l’élongation

 

Il s’agit d’une micro-déchirure qui intervient au cours de l’exercice de manière vive et brutale. Elle dure de 10 à 15 jours mais n’est généralement pas d’une douleur très importante. Elle donne une impression d’étirement du muscle qui n’empêche pas l’activité mais la limite. C’est l’inverse de la contracture : le sprinter a conduit son muscle au-delà de sa capacité d’étirement.

 

le claquage

 

C’est la lésion d’un certain nombre de fibres musculaires. Son apparition est plutôt brutale et l’athlète la ressent en plein effort. Elle contraint à un arrêt immédiat de l’activité. L’athlète est le plus souvent coupé en plein effort mais il arrive néanmoins qu’il continue son effort sur une élongation, entraînant le claquage. Il survient le plus souvent aux ischio-jambiers.

 

la déchirure

 

C’est l’accident le plus grave. D’une durée de 21 à 30 jours, elle correspond à un dépassement des possibilités physiologiques du muscle, souvent causé par un geste incorrect en particulier dans son amplitude. Exemple : le sprinter qui va « tracter » et être en lordose lombaire, ce qui implique une charge trop importante de travail incombant aux ischio-jambiers.

 

la rupture

 

C’est une véritable fracture musculaire qui se produit comme la déchirure mais de façon plus violente. Là, elle dure entre 45 et 60 jours et impose au sportif une immobilisation de 3 semaines et un arrêt de 3 mois de tout exercice physique.

 

la contusion

Provoquée par la pression, le frottement ou par un choc musculaire, elle peut aller d’un simple écrasement de tissus musculaires à la déchirure du muscle avec broyage des fibres pendant 15 à 21 jours.

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