15 mars 2022

COMMENT FONCTIONNENT LES MUSCLES

Les muscles font partie de ces choses que la plupart d’entre nous considèrent comme allant de soi, mais ils sont incroyablement importants pour deux raisons essentielles :

  • Les muscles sont le “moteur” que votre corps utilise pour se propulser. Bien qu’ils fonctionnent différemment du moteur d’une voiture ou d’un moteur électrique, les muscles font la même chose : ils transforment l’énergie en mouvement.
  • Il vous serait impossible de faire quoi que ce soit sans vos muscles. Absolument tout ce que vous concevez avec votre cerveau est exprimé sous forme de mouvement musculaire. Les seuls moyens dont vous disposez pour exprimer une idée sont les muscles de votre larynx, de votre bouche et de votre langue (mots parlés), les muscles de vos doigts (mots écrits ou “parler avec vos mains”) ou les muscles squelettiques (langage corporel, danse, course, construction ou combat, pour n’en citer que quelques-uns).

Parce que les muscles sont si essentiels à tout animal, ils sont incroyablement sophistiqués. Ils transforment efficacement le carburant en mouvement, ils sont durables, ils s’auto-guérissent et ils sont capables de se renforcer avec la pratique. Ils font tout, de la marche à la circulation du sang !

Lorsque la plupart des gens pensent aux “muscles”, ils pensent aux muscles que nous pouvons voir. Par exemple, la plupart d’entre nous connaissent les biceps de nos bras. Mais il existe trois types uniques de muscles dans le corps d’un mammifère :

  • Le muscle squelettique est le type de muscle que nous pouvons voir et sentir. Lorsqu’un culturiste s’entraîne pour augmenter sa masse musculaire, c’est le muscle squelettique qui est sollicité. Les muscles squelettiques s’attachent au squelette et vont par paires : un muscle pour déplacer l’os dans un sens et un autre pour le déplacer dans l’autre sens. Ces muscles se contractent généralement volontairement, c’est-à-dire que vous pensez à les contracter et que votre système nerveux leur dit de le faire. Ils peuvent effectuer une contraction courte et unique (twitch) ou une contraction longue et soutenue (tétanos).
  • Les muscles lisses se trouvent dans le système digestif, les vaisseaux sanguins, la vessie, les voies respiratoires et, chez la femme, l’utérus. Le muscle lisse a la capacité de s’étirer et de maintenir une tension pendant de longues périodes. Il se contracte involontairement, c’est-à-dire que vous ne devez pas penser à le contracter car votre système nerveux le contrôle automatiquement. Par exemple, votre estomac et vos intestins font leur travail musculaire toute la journée et, pour la plupart, vous ne savez jamais ce qui s’y passe.
  • Le muscle cardiaque se trouve uniquement dans votre cœur, et ses principales caractéristiques sont l’endurance et la constance. Il peut s’étirer de manière limitée, comme un muscle lisse, et se contracter avec la force d’un muscle squelettique. Il s’agit d’un muscle à contraction uniquement et se contracte involontairement.

Dans cet article, nous allons examiner les différents types de muscles de votre corps et l’étonnante technologie qui leur permet de fonctionner si bien.  À partir de maintenant, nous nous concentrerons sur le muscle squelettique. Les processus moléculaires de base sont les mêmes dans les trois types.

LES BASES DU MUSCLE SQUELETTIQUE

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Le muscle squelettique est également appelé muscle strié, car lorsqu’il est observé sous une lumière polarisée ou coloré avec un indicateur, vous pouvez voir des bandes alternées de lumière et d’obscurité.

Le muscle squelettique a une structure complexe qui est essentielle à la façon dont il se contracte. Nous allons décortiquer un muscle squelettique, en commençant par les plus grandes structures et en allant vers les plus petites.

L’action de base de tout muscle est la contraction. Par exemple, lorsque vous pensez à bouger votre bras à l’aide de votre muscle biceps, votre cerveau envoie un signal à une cellule nerveuse pour lui demander de se contracter. La quantité de force créée par le muscle varie : le muscle peut se contracter peu ou beaucoup selon le signal envoyé par le nerf. Tout ce que peut faire un muscle, c’est créer une force de contraction.

Un muscle est un faisceau de nombreuses cellules appelées fibres. On peut se représenter les fibres musculaires comme de longs cylindres, et par rapport aux autres cellules de votre corps, les fibres musculaires sont assez grosses. Elles mesurent de 1 à 40 microns de long et de 10 à 100 microns de diamètre. À titre de comparaison, une mèche de cheveux a un diamètre d’environ 100 microns et une cellule typique de votre corps a un diamètre d’environ 10 microns.

Une fibre musculaire contient de nombreuses myofibrilles, qui sont des cylindres de protéines musculaires. Ces protéines permettent à une cellule musculaire de se contracter. Les myofibrilles contiennent deux types de filaments qui s’étendent le long de l’axe longitudinal de la fibre, et ces filaments sont disposés selon un schéma hexagonal. Il existe des filaments épais et des filaments fins. Chaque filament épais est entouré de six filaments fins.

Les filaments épais et fins sont attachés à une autre structure appelée disque Z ou ligne Z, qui s’étend perpendiculairement au grand axe de la fibre (la myofibrille qui s’étend d’une ligne Z à l’autre est appelée sarcomère). Le long de la ligne Z se trouve un petit tube appelé tubule transversal ou tubule en T, qui fait en fait partie de la membrane cellulaire et s’étend profondément à l’intérieur de la fibre. À l’intérieur de la fibre, s’étendant le long de l’axe longitudinal entre les tubules T, se trouve un système membranaire appelé réticulum sarcoplasmique, qui stocke et libère les ions calcium qui déclenchent la contraction musculaire.

CONTRACTER UN MUSCLE

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Pendant la contraction, les filaments fins glissent sur les filaments épais, raccourcissant ainsi le sarcomère.

Les filaments épais et fins effectuent le travail réel d’un muscle, et la façon dont ils le font est plutôt cool. Les filaments épais sont constitués d’une protéine appelée myosine. Au niveau moléculaire, un filament épais est un arbre de molécules de myosine disposées en cylindre. Les filaments minces sont constitués d’une autre protéine appelée actine. Les filaments minces ressemblent à deux rangs de perles tordus l’un autour de l’autre.

Pendant la contraction, les filaments épais de myosine s’accrochent aux filaments fins d’actine en formant des ponts croisés. Les filaments épais tirent les filaments fins devant eux, ce qui raccourcit le sarcomère. Dans une fibre musculaire, le signal de contraction est synchronisé sur l’ensemble de la fibre de sorte que toutes les myofibrilles qui composent le sarcomère se raccourcissent simultanément.

Les rainures de chaque filament fin contiennent deux structures qui permettent aux filaments fins de glisser le long des filaments épais : une protéine longue, en forme de tige, appelée tropomyosine, et un complexe protéique plus court, en forme de perle, appelé troponine. La troponine et la tropomyosine sont les interrupteurs moléculaires qui contrôlent l’interaction entre l’actine et la myosine pendant la contraction.

Si le glissement des filaments explique comment le muscle se raccourcit, il n’explique pas comment le muscle crée la force nécessaire au raccourcissement. Pour comprendre comment cette force est créée, pensons à la façon dont vous tirez quelque chose vers le haut avec une corde :

  1. Saisissez la corde à deux mains, bras tendus.
  1. Relâchez votre prise avec une main, disons la gauche, et maintenez votre prise avec la droite.
  1. La main droite tenant la corde, modifiez la forme de votre bras droit pour raccourcir sa portée et tirer la corde vers vous.
  1. Attrapez la corde avec votre main gauche tendue et relâchez la prise de votre main droite.
  1. Changez la forme de votre bras gauche pour le raccourcir et tirez la corde, en ramenant votre bras droit à sa position d’extension initiale pour qu’il puisse saisir la corde.
  1. Répétez les étapes 2 à 5, en alternant les bras, jusqu’à ce que vous ayez terminé.

Les muscles créent de la force en faisant tourner les ponts croisés de la myosine.

Pour comprendre comment les muscles créent la force, appliquons l’exemple de la corde.

Les molécules de myosine ont la forme d’un club de golf. Dans notre exemple, la tête de club de la myosine (ainsi que le pont croisé qu’elle forme) est votre bras, et le filament d’actine est la corde :

  1. Pendant la contraction, la molécule de myosine forme une liaison chimique avec une molécule d’actine sur le filament fin (qui saisit la corde). Cette liaison chimique est le pont croisé. Pour plus de clarté, seul un pont transversal est représenté dans la figure ci-dessus (en se concentrant sur un bras).
  1. Initialement, le pont croisé est étendu (votre bras qui s’étend) avec de l’adénosine diphosphate (ADP) et du phosphate inorganique (Pi) attachés à la myosine.
  1. Dès que le pont croisé est formé, la tête de la myosine se plie (votre bras se raccourcit), créant ainsi une force et faisant glisser le filament d’actine au-delà de la myosine (en tirant sur la corde). Ce processus s’appelle le coup de force. Pendant le coup de force, la myosine libère l’ADP et le Pi.
  1. Une fois l’ADP et le Pi libérés, une molécule d’adénosine triphosphate (ATP) se lie à la myosine. Lorsque l’ATP se lie, la myosine libère la molécule d’actine (en lâchant la corde).
  1. Lorsque l’actine est libérée, la molécule d’ATP est divisée en ADP et Pi par la myosine. L’énergie de l’ATP remet la tête de la myosine dans sa position initiale (extension du bras).
  1. Le processus se répète. Les actions des molécules de myosine ne sont pas synchronisées : à tout moment, certaines myosines s’attachent au filament d’actine (saisissent la corde), d’autres créent une force (tirent la corde) et d’autres encore libèrent le filament d’actine (relâchent la corde).

Les contractions de tous les muscles sont déclenchées par des impulsions électriques, qu’elles soient transmises par les cellules nerveuses, créées en interne (comme dans le cas d’un stimulateur cardiaque) ou appliquées en externe (comme dans le cas d’un choc électrique).

DÉCLENCHER ET INVERSER LA CONTRACTION

Le processus de couplage menant du signal électrique (excitation) à la contraction dans le muscle squelettique

Le déclencheur d’une contraction musculaire est une impulsion électrique. Le signal électrique déclenche une série d’événements qui conduisent au cycle de pontage croisé entre la myosine et l’actine, ce qui génère la force. La série d’événements est légèrement différente entre les muscles squelettiques, lisses et cardiaques.

Voyons ce qui se passe dans un muscle squelettique, de l’excitation à la contraction et à la relaxation :

  1. Un signal électrique (potentiel d’action) se propage dans une cellule nerveuse, entraînant la libération d’un message chimique (neurotransmetteur) dans un petit espace situé entre la cellule nerveuse et la cellule musculaire. Cet espace s’appelle la synapse.
  1. Le neurotransmetteur traverse la fente, se lie à une protéine (récepteur) sur la membrane de la cellule musculaire et provoque un potentiel d’action dans la cellule musculaire.
  1. Le potentiel d’action se propage rapidement le long de la cellule musculaire et pénètre dans la cellule par le tubule T. Le potentiel d’action ouvre des portes dans la cellule musculaire.
  1. Le potentiel d’action ouvre des portes dans le réservoir de calcium du muscle (réticulum sarcoplasmique).
  1. Les ions calcium s’écoulent dans le cytoplasme, où se trouvent les filaments d’actine et de myosine.
  1. Les ions calcium se lient aux molécules de troponine-tropomyosine situées dans les sillons des filaments d’actine. Normalement, la molécule de tropomyosine en forme de tige recouvre les sites de l’actine où la myosine peut former des ponts croisés.
  1. En se liant aux ions calcium, la troponine change de forme et fait glisser la tropomyosine hors du sillon, exposant ainsi les sites de liaison actine-myosine.
  1. La myosine interagit avec l’actine en formant des ponts croisés, comme décrit précédemment. Le muscle crée ainsi une force et se raccourcit.
  1. Après le passage du potentiel d’action, les portes calciques se ferment, et les pompes à calcium situées sur le réticulum sarcoplasmique retirent le calcium du cytoplasme.
  1. Lorsque le calcium est repompé dans le réticulum sarcoplasmique, les ions calcium se détachent de la troponine.
  1. La troponine reprend sa forme normale et permet à la tropomyosine de recouvrir les sites de liaison actine-myosine sur le filament d’actine.
  1. Comme aucun site de liaison n’est disponible, aucun pont croisé ne peut se former et le muscle se détend.

Comme vous pouvez le constater, la contraction musculaire est régulée par le niveau d’ions calcium dans le cytoplasme. Dans le muscle squelettique, les ions calcium agissent au niveau de l’actine (contraction régulée par l’actine). Ils déplacent le complexe troponine-tropomyosine hors des sites de liaison, permettant à l’actine et à la myosine d’interagir.

Toute cette activité nécessite de l’énergie. Les muscles utilisent l’énergie sous forme d’ATP. L’énergie de l’ATP est utilisée pour réinitialiser la tête du pont croisé de la myosine et libérer le filament d’actine. Pour fabriquer de l’ATP, le muscle effectue les opérations suivantes :

  1. Il décompose la créatine phosphate et ajoute le phosphate à l’ADP pour créer de l’ATP.
  1. Il effectue une respiration anaérobie, par laquelle le glucose est décomposé en acide lactique et l’ATP est formé.
  1. Effectue une respiration aérobie, par laquelle le glucose, le glycogène, les graisses et les acides aminés sont décomposés en présence d’oxygène pour produire de l’ATP.

Les muscles sont constitués d’un mélange de deux types de fibres de base : les fibres à contraction rapide et les fibres à contraction lente. Les fibres à contraction rapide sont capables de développer des forces plus importantes, de se contracter plus rapidement et ont une plus grande capacité anaérobie. En revanche, les fibres à contraction lente développent la force lentement, peuvent maintenir les contractions plus longtemps et ont une capacité aérobie plus élevée. L’entraînement peut augmenter la masse musculaire, probablement en modifiant la taille et le nombre des fibres musculaires plutôt que les types de fibres. Certains athlètes de haut-niveau ont également recours à des substances améliorant les performances, notamment des stéroïdes anabolisants, pour développer leurs muscles, bien que cette pratique soit dangereuse et interdite dans la plupart des compétitions sportives.

MUSCLE CARDIAQUE ET LISSE

Bien que la plupart des processus soient similaires, il existe quelques différences notables entre les actions des muscles squelettiques, cardiaques et lisses.

Les cellules du muscle cardiaque sont striées et ressemblent beaucoup aux cellules du muscle squelettique, sauf que dans le muscle cardiaque, les fibres sont interconnectées. Le réticulum sarcoplasmique des cellules musculaires cardiaques n’est pas aussi développé que celui des cellules musculaires squelettiques. La contraction du muscle cardiaque est régulée par l’actine, ce qui signifie que les ions calcium proviennent à la fois du réticulum sarcoplasmique (comme dans le muscle squelettique) et de l’extérieur de la cellule (comme dans le muscle lisse). Autrement, la chaîne d’événements qui se produit dans la contraction du muscle cardiaque est similaire à celle du muscle squelettique.

Par rapport au muscle squelettique, les cellules du muscle lisse sont petites. Elles sont fusiformes, d’une longueur de 50 à 200 microns et d’un diamètre de 2 à 10 microns seulement. Elles n’ont pas de stries ni de sarcomères. En revanche, elles présentent des faisceaux de filaments fins et épais (par opposition à des bandes bien développées) qui correspondent aux myofibrilles. Dans les cellules des muscles lisses, les filaments intermédiaires sont entrelacés à travers la cellule, un peu comme les fils d’une paire de bas “filet de pêche”. Les filaments intermédiaires ancrent les filaments fins et correspondent aux disques en Z des muscles squelettiques. Contrairement aux cellules musculaires squelettiques, les cellules musculaires lisses ne possèdent pas de troponine, de tropomyosine ou de réticulum sarcoplasmique organisé.

Comme dans les cellules musculaires squelettiques, la contraction d’une cellule de muscle lisse implique la formation de ponts croisés et le glissement des filaments minces sur les filaments épais. Cependant, comme le muscle lisse n’est pas aussi organisé que le muscle squelettique, le raccourcissement se produit dans toutes les directions. Pendant la contraction, les filaments intermédiaires de la cellule musculaire lisse aident à tirer la cellule vers le haut, comme pour fermer un sac à main à cordon.

Les ions calcium régulent la contraction des muscles lisses, mais d’une manière légèrement différente de celle des muscles squelettiques :

  1. Les ions calcium viennent de l’extérieur de la cellule.
  1. Les ions calcium se lient à un complexe enzymatique sur la myosine, appelé calmoduline-myosine.
  1. Le complexe enzymatique décompose l’ATP en ADP et transfère le Pi directement à la myosine.
  1. Ce transfert de Pi active la myosine.
  1. La myosine forme des ponts croisés avec l’actine (comme dans les muscles squelettiques).
  1. Lorsque le calcium est pompé hors de la cellule, le Pi est retiré de la myosine par une autre enzyme.
  1. La myosine devient inactive et le muscle se détend.

Ce processus est appelé contraction régulée par la myosine.

F.A.Q : COMMENT FONCTIONNENT LES MUSCLES

Quel est le muscle le plus fort du corps humain ?

Il n’y a pas d’accord car il existe de multiples façons de juger de la force. Certains experts pensent que c’est le masséter (utilisé pour la mastication), tandis que d’autres affirment que c’est le grand fessier (fesses).

Quels sont les types de muscles ?

Les trois types de tissus musculaires sont le muscle cardiaque, le muscle lisse et le muscle squelettique ou strié. Le muscle cardiaque se trouve uniquement dans le cœur, tandis que le muscle lisse se trouve dans le système digestif, les vaisseaux sanguins, la vessie, les voies respiratoires et l’utérus. Le muscle squelettique est le type de muscle que l’on peut voir et sentir.

Combien y a-t-il de muscles et d'os dans le corps humain ?

On estime qu’il y a plus de 650 muscles squelettiques nommés dans votre corps. Le corps humain adulte contient 206 os.

Qu'est-ce qui déclenche une contraction musculaire ?

Une contraction musculaire est déclenchée par une impulsion électrique (excitation) lorsque le cerveau envoie un signal au muscle par les nerfs.

Comment les muscles font-ils bouger le corps ?

Les muscles font bouger le corps en se contractant et en se relâchant. Les muscles peuvent tirer les os, mais ils ne peuvent pas les pousser, c’est pourquoi ils travaillent par paires (fléchisseurs et extenseurs). Les fibres musculaires à contraction rapide peuvent se contracter plus rapidement, tandis que les fibres à contraction lente peuvent maintenir les contractions plus longtemps.

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