La Physiologie de l’exercice

1 Physiologie de l exercice B. BARON et Pr. P. PELAYO 1 1 La Physiologie de l exercice Auteurs Bertrand BARON, Universit de la R union Pr. Patrick PELAYO, Universit Lille 2 2 Physiologie de l exercice B. BARON et Pr. P. PELAYO 2 Chapitre 1 : Le muscle : transformateur d nergie. 1. Introduction. Toutes activit s physiques et sportives impliquent une interaction entre le sportif et un engin, le sol ou un autre sportif. Ainsi le lanceur va interagir avec un poids, un disque ou un marteau, le coureur pied avec le sol, alors que le judoka va interagir directement avec un adversaire. Dans tous les cas, ces diff rentes interactions sont possibles dans un premier temps gr ces des mouvements segmentaires, c'est- -dire au d placement d'un segment osseux par rapport un autre.

2 Ainsi pour lancer le poids le plus loin possible, le lanceur va effectuer une extension du bras sur l'avant-bras afin d'acc l rer le poids. L action ne va pas se limiter ce seul mouvement bien entendu, le tronc et les membres inf rieurs participeront galement. En fait, m me le plus simple mouvement localis , comme lorsqu on soul ve une charge en flexion de l avant bras sur le bras, entra ne la contraction de plusieurs muscles participant directement au mouvement (ce sont les muscles dits agonistes : dans le cas de la flexion de l avant bras sur le bras : biceps brachial mais galement le brachial et le long supinateur) mais aussi la contraction de nombreux autres muscles participant au contr le de la posture notamment. Autres exemples : le coureur pied va effectuer une extension du pied sur la jambe et de la jambe sur la cuisse afin de se d placer vers l'avant apr s contact avec le sol.

3 Ou encore, le judoka effectuera une flexion de l'avant-bras sur le bras afin d'attirer son adversaire vers lui. On pourrait multiplier ces exemples l'infini. Tous ces mouvements segmentaires sont rendus possibles gr ce l'action des muscles qui d veloppent une force permettant de d placer les leviers osseux autour des diff rents axes articulaires (le coude, le genou, la cheville par exemple). Cette force est produite par la transformation d' nergie chimique en nergie m canique au sein du muscle. Et c'est gr ce aux 600 et quelques muscles que comporte notre organisme que l'on peut marcher, courir, lancer, sauter, nager, frapper, danser, et faire tous les mouvements et activit s physiques possibles et imaginables. 2. Structure du muscle. Le muscle est constitu de milliers de cellules musculaires de forme cylindrique qu'on appelle les fibres musculaires.

4 Plusieurs fibres musculaires forment un faisceau et plusieurs faisceaux forment l'ensemble du muscle. Chaque fibre musculaire est entour e par une fine couche de tissu conjonctif : l endomysium qui la s pare des autres fibres. Le sarcolemme, situ sous l endomysium, d limite le contenu cellulaire. De m me chaque faisceau musculaire est entour du p rimysium, alors que l pimysium entoure l'ensemble du muscle. Ces diff rentes enveloppes conjonctives se r unissent pour former un tissu Physiologie de l exercice B. BARON et Pr. P. PELAYO 3 3 dense et tr s solide : le tendon. Elles se sont entrelac es avec les fibres de l os. Cet ensemble constitue donc un lien tr s solide entre le muscle et l os. Le muscle est compos d'environ 75 % d eau. Mais les l ments les plus importants d un point de vue fonctionnel sont les prot ines, qui correspondent environ 20 % de la masse musculaire.

5 Si elles sont si importantes, c'est qu'elles sont responsables des propri t s contractiles du muscle. Les principales prot ines sont la myosine, l actine, la troponine et la tropomyosine. Lorsqu'on observe une fibre musculaire au microscope, on peut observer une alternance de bandes claires et de bandes sombres qui lui donnent un aspect stri . En langage technique les bandes claires sont dites isotropes, ce qui signifie qu elles laissent passer la lumi re. C'est pourquoi on les appelle les bandes I (I pour isotropes). Si elles laissent passer la lumi re, c'est parce qu' cet endroit, seuls les filaments fins constitu s principalement d'actine et de tropomyosine sont pr sents. A l'inverse les bandes sombres sont dites anisotropes et on les appelle bandes A. c'est parce qu cet endroit on peut observer la pr sence des filaments fins mais galement des filaments pais constitu s de myosine.

6 La bande I est s par e en deux parties par la ligne Z. L'unit comprise entre 2 lignes Z s'appelle le sarcom re. C'est l'unit fonctionnelle de la cellule musculaire. C'est l'int rieur de cette unit fonctionnelle que la contraction musculaire va se d rouler, principalement sous l effet d une interaction entre les filaments fins et pais aboutissant un raccourcissement du sarcom re. 3. Approche m canique de la contraction musculaire. Lors de la contraction, la force musculaire est transmise au segment osseux sur lequel le muscle s ins re. Les muscles ayant un point d'insertion haut et bas sur 2 segments osseux s par s par une ou plusieurs articulations, les contractions musculaires permettent de rapprocher ces segments osseux. Le muscle triceps sural par exemple, formant le relief du mollet, s'ins re entre la partie inf rieure du f mur et la partie post rieure du talon qu on appelle le calcan um.

7 Sa contraction va tr s logiquement entra ner une l vation du pied, c'est- -dire une extension du pied. 4 Physiologie de l exercice B. BARON et Pr. P. PELAYO 4 Ce ph nom ne de contractions est macroscopiquement visible. On voit par exemple tr s distinctement le triceps sural se raccourcir lorsqu il entra ne une extension du pied sur la jambe. C est galement le cas pour le biceps brachial lorsqu il fl chit l'avant-bras sur le bras. Ces exemples correspondent aux contractions les plus classique durant lesquelles le muscle se raccourci: c'est ce qu'on appelle une contraction concentrique. Les autres modalit s sont la contraction isom trique durant laquelle il n y a pas de d placement segmentaire : on r siste une charge sans qu il n y ait de mouvement. Et la contraction excentrique : on ralenti une charge sans parvenir l immobiliser ou la soulever.

8 Cette modalit est particuli re car le muscle se contracte en s tirant. Si ce raccourcissement musculaire est macroscopiquement visible, c'est qu'il se passe exactement la m me chose microscopiquement au niveau de chaque fibre musculaire. Les filaments fins et pais glissent les uns sur les autres sans qu ils ne changent eux-m mes de longueur. Le sarcom re par contre passe d'une longueur d'environ 4 m en position de repos une longueur de m lorsque la fibre musculaire contract e. Ce raccourcissement microscopique de l ensemble des sarcom res entra ne un raccourcissement macroscopiquement visible permettant au muscle de g n rer une force importante. 4. Approche biologique de la contraction musculaire. Au niveau de la t te de myosine, on trouve une enzyme ayant la particularit d'hydrolyser l'ATP.

9 Cette enzyme est la myosine ATPase. (Rappelons qu'une enzyme est une mol cule permettant de faciliter une r action chimique et que l'hydrolyse de l'ATP permet de lib rer de l' nergie comme nous le verrons dans le chapitre r serv la bio nerg tique). Lors de la contraction musculaire, la lib ration d' nergie induite par l'action de la myosine ATPase permet le glissement entre les filaments d'actine et de myosine. Physiologie de l exercice B. BARON et Pr. P. PELAYO 5 5 Ce processus complexe se d roule en plusieurs tapes qui permettent de transformer une nergie chimique en nergie m canique partir d'une d charge lectrique. La premi re tape correspond l'arriv e du message nerveux sur la fibre musculaire. Son point de d part se situe au niveau du cerveau, pour aller jusqu la fibre musculaire apr s avoir transit le long de la moelle pini re.

10 Le potentiel d'action mis par le syst me nerveux arrive au niveau des tubules transverses de la cellule musculaire. C'est l tape de l'excitation musculaire. (Les tubules transverses, galement appel e tubules T, sont des invaginations du sarcolemme d limitant le contenu de la cellule musculaire). Le calcium (Ca2+) pr sent au niveau du r ticulum sarcoplasmique va alors tre lib r dans le cytoplasme cellulaire. C est l tape du couplage excitation-contraction qui correspond l'ensemble des ph nom nes permettant de transformer le signal nerveux en un signal intracellulaire vers les fibres contractiles. (Le r ticulum sarcoplasmique est un compartiment intracellulaire qui stocke le calcium en grande quantit ). Vient ensuite l tape de la contraction musculaire proprement dite. Le calcium lib r du r ticulum sarcoplasmique se fixe sur le syst me troponine-tropomyosine.