Les muscles sont fascinants. Savais-tu qu'il existe de nombreux types de muscles différents dans le corps ? Savais-tu également que la plupart des muscles fonctionnent par paires et effectuent différents types de contractions pour générer des mouvements ?
Ainsi nous allons le voir dans ce résumé de cours, la contraction musculaire correspond à l'ensemble des processus permettant à nos muscles de remplir leurs fonctions. Des messages nerveux envoyés par notre cerveau jusqu'à l'activation de nos fibres musculaires, en passant par le transport de l'oxygène grâce à la myoglobine, le système de la contraction musculaire est un sujet fascinant, alors, lançons-nous sans attendre !
Classification des muscles
Les muscles sont classés en deux catégories en fonction de leur aspect : striés et non striés.
Muscles striés
Les muscles striés se subdivisent en deux types : les muscles squelettiques et les muscles cardiaques.
Une caractéristique importante commune aux muscles striés est qu'ils contiennent de la myoglobine (une protéine de liaison à l'oxygène et au fer présente dans les tissus musculaires cardiaques et squelettiques des vertébrés). Ceci est détaillé dans une section plus bas.
Muscles squelettiques
Les muscles squelettiques ont les caractéristiques suivantes :
- il s'agit du type de muscles le plus courant dans notre corps ;
- ces muscles sont sous contrôle conscient ;
- ils sont attachés aux os par des tendons. Ils permettent le mouvement volontaire des membres et du squelette.
Les muscles du biceps, du triceps et du fessier sont tous des exemples de muscles squelettiques. Certains des principaux muscles squelettiques antérieurs (de face) et postérieurs (de dos) sont illustrés dans la figure 1 ci-dessous. Le grand nombre de muscles squelettiques différents rend impossible de tous les représenter sur une image telle que celle-ci !
Les muscles squelettiques sont également appelés muscles volontaires.
Fig. 1 - Illustration de quelques muscles squelettiques majeurs.
Muscle cardiaque
Le muscle cardique a les caractéristiques suivantes :
- ce muscle se trouve uniquement dans le cœur ;
- sa fonction est de se contracter et de pomper le sang dans tout le corps ;
- ce muscle est sous contrôle involontaire, il s'agit d'un couplage excitation/contraction cardiaque.
Fig. 2 - Le muscle cardiaque (myocarde), coupe transversale.
Muscles non striés
Les muscles non striés (également appelés muscles lisses) sont différents des muscles squelettiques :
Les muscles non striés contiennent également de la myoglobine, bien que leur concentration soit généralement plus faible que dans les muscles striés et sont sous contrôle involontaire.
Les muscles non striés remplissent différents rôles et fonctions dans l'organisme :
- contrôler le processus de péristaltisme dans l'intestin ;
- réguler la pression artérielle en ajustant la résistance des parois des vaisseaux sanguins ;
- réguler l'écoulement de l'urine ;
- ils assurent les contractions de l'utérus pendant la grossesse et l'accouchement.
Le péristaltisme est le nom donné aux mouvements musculaires permettant de faire avancer un contenu dans un organe creux tel que le gros intestin.
Importance de la myoglobine dans la contraction musculaire
La myoglobine est une protéine rouge dont la structure est similaire à une seule sous-unité de l'hémoglobine. Alors que la myoglobine et l'hémoglobine sont toutes deux des molécules de stockage de l'oxygène, la myoglobine a une plus grande affinité pour l'oxygène que l'hémoglobine. Par conséquent, l'hémoglobine cède de l'oxygène à la myoglobine, surtout à faible pH.
Ce comportement est particulièrement important lors d'une activité musculaire intense où il y aura un manque d'oxygène, et les muscles subiront une respiration anaérobie.
Un sous-produit de la respiration anaérobie est l'acide lactique, qui abaisse le pH des muscles. Ainsi, lors d'une activité musculaire intense, l'hémoglobine cède plus facilement de l'oxygène à la myoglobine dans les muscles. Cet oxygène est utilisé dans la respiration aérobie pour générer l'adénosine triphosphate (ATP) nécessaire à la contraction musculaire.
Courbe de dissociation à l'équilibre
Le niveau d'affinité d'une molécule fait référence à sa capacité à interagir et à se lier à une autre molécule. Il est symbolisé par la constante de dissociation à l'équilibre (Kd)
La courbe ci-dessous (voir la figure 3) illustre la différence de saturation en oxygène entre l'hémoglobine et la myoglobine. Le terme « PO2 » désigne la pression partielle de l'oxygène et le terme « saturation » désigne le degré de saturation de la myoglobine et de l'hémoglobine en oxygène. Lorsque la pression partielle de l'oxygène gazeux augmente, la saturation en oxygène augmente également jusqu'à ce que l'hémoglobine/myoglobine soit saturée. La myoglobine a une plus grande affinité pour l'oxygène et, par conséquent, elle sera saturée en oxygène à des pressions plus faibles.
Fig. 3 - Courbe comparative de saturation en l'oxygène de l'hémoglobine et de la myoglobine.
Quels sont les types de contractions musculaires ?
Les contractions des muscles squelettiques sont classées en deux types en fonction de la longueur du muscle pendant la contraction. Ces deux types sont isométriques et isotoniques.
Contraction isométrique
Les contractions isométriques génèrent une force et une tension tandis que la longueur du muscle reste relativement constante.
Par exemple, les muscles de la main et de l'avant-bras subissent une contraction isométrique lorsque tu fermes le poing. Un autre exemple serait celui d'une contraction de biceps, lorsque tu tiens un haltère dans une position statique au lieu de le soulever ou de l'abaisser activement.
Contraction isotonique
Contrairement aux contractions isométriques, la tension reste constante pendant les contractions isotoniques, tandis que la longueur du muscle change. En fonction de la modification de la longueur du muscle, les contractions isotoniques peuvent être concentriques ou excentriques.
Contraction musculaire isotonique concentrique
La contraction concentrique est un type d'activité musculaire qui génère une tension et une force permettant de déplacer un objet à mesure que le muscle se raccourcit. Il s'agit du type de contraction musculaire le plus courant dans notre corps.
En soulevant un haltère avec le biceps, une contraction concentrique fait plier le bras au niveau du coude et soulève le poids vers l'épaule.
Contraction musculaire isotonique excentrique
Pendant une contraction excentrique, le muscle s'allonge tout en continuant à générer de la force. En d'autres termes, la résistance opposée au muscle est supérieure à la force générée, ce qui entraîne un allongement du muscle. La contraction excentrique est le type de contraction le plus fort, principalement utilisé pour les mouvements de poids contrôlés.
Les contractions excentriques peuvent être volontaires ou involontaires. Par exemple, une contraction excentrique volontaire permet l'abaissement contrôlé d'un objet lourd soulevé par une contraction concentrique. Un exemple de contraction excentrique involontaire serait l'abaissement involontaire d'un objet trop lourd.
Le cycle des ponts croisés (voir explication ci-dessous) se produit également lors de la contraction excentrique, mais le sarcomère et la longueur du muscle sont allongés.
Le sarcomère
Le cycle des ponts croisés est le processus intramusculaire de raccourcissement des sarcomères suivi d’une contraction mécanique des fibres musculaires.
Un sarcomère est l'unité contractile de base d'un myocyte (fibre musculaire). Un sarcomère est composé de deux filaments protéiques principaux (filaments fins d'actine et épais de myosine) qui sont les structures actives responsables de la contraction musculaire.
Messages nerveux
Les cellules musculaires (myofibres) contiennent des protéines contractiles telles que des filaments d'actine et de myosine, collectivement appelés myofilaments. Dans les muscles squelettiques, ces myofilaments sont disposés en groupes appelés sarcomères qui donnent aux myofibres un aspect strié.
Suite à une stimulation nerveuse et à la libération d'ions calcium dans le cytoplasme de la fibre musculaire, les filaments fins d'actine et les filaments épais de myosine glissent les uns sur les autres dans un processus appelé théorie du filament glissant. En bref, ce processus est piloté par des ponts croisés qui s'étendent à partir des filaments de myosine et interagissent de manière récurrente avec les filaments d'actine.
La contraction musculaire est une activité à forte demande d'énergie. Cette énergie est fournie par l'hydrolyse de l'ATP au niveau des têtes de myosine. En raison du glissement de ces dernières les unes sur les autres, les sarcomères et les fibres musculaires se raccourcissent, ce qui entraîne une contraction musculaire.
Les muscles squelettiques et le mouvement
Les muscles ne font que produire une tension qui n'entraîne pas de mouvement efficace, à moins qu'elle ne soit exercée sur une structure qui ne change pas de forme, c'est-à-dire l'os. Par conséquent, le mouvement des membres nécessite à la fois des muscles et un squelette ferme.
Les muscles squelettiques sont le type de muscles le plus courant dans le corps humain, il y en a plus de 600 qui se croisent dans de multiples directions.
Les muscles sont généralement attachés aux os par des longueurs de tissus conjonctifs très résistants appelés tendons. L'une des nombreuses propriétés importantes des tendons est que, malgré leur grande flexibilité, ils ne s'étirent pas lorsque le muscle se contracte et tire sur eux. Ils transmettent donc toute la force générée sur l'os. Certains muscles ont des tendons très longs, et d'autres sont fixés directement aux os.
Cependant, tous les tendons ne sont pas fixés sur les os. Certains tendons relient des muscles aux tendons d'autres muscles, comme les muscles lombaires de la main, qui sont reliés aux tendons du muscle fléchisseur profond des doigts (voir la figure 4 ci-dessous).
Fig. 4 - Le muscle fléchisseur profond des doigts de la main.
Action antagoniste des muscles
Les muscles ne sont capables de produire une tension qu'en tirant ou en se contractant. Ils sont donc incapables de pousser ou de comprimer. En raison de cette limitation, les muscles doivent travailler par paires pour générer des mouvements dans différentes directions.
Lorsque deux muscles différents tirent sur une articulation dans des directions opposées, ils agissent de manière antagoniste. Un exemple d'action musculaire antagoniste peut être observé dans les muscles quadriceps et ischio-jambiers de la cuisse lorsque nous fléchissons et étendons notre jambe au niveau de l'articulation du genou.
- Pour étendre le genou : les muscles quadriceps se contractent et les ischio-jambiers se détendent.
- Pour plier le genou : les muscles ischio-jambiers se contractent et les quadriceps se détendent.
Là encore, il est important de souligner que cette action antagoniste entraîne un mouvement grâce au fait que les os sont rigides et incompressibles.
L'une des principales fonctions des muscles est de maintenir la posture. Pour ce faire, des paires de muscles antagonistes se contractent de manière isométrique au niveau des articulations afin de maintenir un angle articulaire constant.
Action synergique des muscles
Dans la plupart des cas, soulever des objets lourds nécessite un processus de contraction plus complexe impliquant un plus grand nombre de muscles. Par exemple, les muscles du biceps brachial, du brachial antérieur et du long supinateur sont les principaux fléchisseurs du coude, ils agissent en synergie, c'est-à-dire qu'ils s'entraident pendant la contraction.
Contraction - Points clés
- Les muscles sont généralement divisés en deux catégories : les muscles striés et les muscles non striés. Les muscles striés comprennent les muscles cardiaques et les muscles squelettiques. Ils contiennent tous deux de la myoglobine et sont composés de nombreuses unités contractiles appelées sarcomères qui leur donnent leur aspect strié. Les muscles non striés comprennent les muscles lisses. Ils ne contiennent ni myoglobine ni sarcomères.
- La myoglobine est une protéine liant l'oxygène que l'on trouve dans les muscles striés. Elle a une plus grande affinité pour l'oxygène que l'hémoglobine. Elle est donc capable de décharger facilement l'oxygène de l'hémoglobine du sang et de le stocker dans les muscles striés pour le moment où ils en auront besoin.
- Il existe deux grands types de contraction musculaire : isométrique et isotonique. La contraction isotonique se divise à son tour en deux catégories : concentrique et excentrique.
- Les muscles travaillent souvent par paires. Leurs actions sont soit antagonistes, soit synergiques. L'action antagoniste implique deux muscles qui génèrent des mouvements opposés en tirant sur une articulation dans des directions opposées. Pour générer un mouvement, l'un doit être détendu pour que l'autre se contracte. Les actions synergiques impliquent un ou plusieurs muscles qui travaillent ensemble pour générer un mouvement en tirant sur une articulation dans la même direction.
Références
- Fig. 1 : Vue antérieure et postérieure des muscles squelettiques superficiels du corps humain. Wikipedia (https://fr.wikipedia.org/wiki/Muscle#/media/Fichier:Vue_ant%C3%A9rieure_et_post%C3%A9rieure_des_muscles_du_corps_de_l'homme.jpg) par "Homme en Noir" (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Homme_en_Noir) attribué par CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)
- Fig. 2 : Heart myocardium diagram. Wikimedia Commons (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Heart_myocardium_diagram.jpg) par "Patrick J. Lynch" (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Patrick.lynch) attribué par Creative Commons Attribution 2.5 Generic license (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5/)
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