Contraction musculaire

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.

Muscles squelettiques

Les muscles squelettiques ont les caractéristiques suivantes :

1. il s'agit du type de muscles le plus courant dans notre corps ;
2. ces muscles sont sous contrôle conscient ;
3. ils sont attachés aux os par des tendons. Ils permettent le mouvement volontaire des membres et du squelette.

Fig. 1 - Illustration de quelques muscles squelettiques majeurs.

Muscle cardiaque

Le muscle cardique a les caractéristiques suivantes :

1. ce muscle se trouve uniquement dans le cœur ;
2. sa fonction est de se contracter et de pomper le sang dans tout le corps ;
3. 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 remplissent différents rôles et fonctions dans l'organisme :

1. contrôler le processus de péristaltisme dans l'intestin ;
2. réguler la pression artérielle en ajustant la résistance des parois des vaisseaux sanguins ;
3. réguler l'écoulement de l'urine ;
4. ils assurent les contractions de l'utérus pendant la grossesse et l'accouchement.

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 (K_d)

La courbe ci-dessous (voir la figure 3) illustre la différence de saturation en oxygène entre l'hémoglobine et la myoglobine. Le terme « P_O2 » 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.

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.

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.

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 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.