Système musculaire

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Anatomie du système musculaire

Types de muscles

Il existe trois types de tissus musculaires : Le muscle viscéral, le muscle cardiaque et le muscle squelettique.

Muscle viscéral

Le muscle viscéral se trouve à l’intérieur d’organes comme l’estomac, les intestins et les vaisseaux sanguins. Le plus faible de tous les tissus musculaires, le muscle viscéral fait se contracter les organes pour déplacer les substances dans l’organe. Comme le muscle viscéral est contrôlé par la partie inconsciente du cerveau, on parle de muscle involontaire – il ne peut être contrôlé directement par l’esprit conscient. Le terme « muscle lisse » est souvent utilisé pour décrire le muscle viscéral car il a un aspect très lisse et uniforme lorsqu’on l’observe au microscope. Cet aspect lisse contraste fortement avec l’aspect en bande des muscles cardiaques et squelettiques.

Muscle cardiaque

Retenu uniquement dans le cœur, le muscle cardiaque est responsable du pompage du sang dans tout le corps. Le tissu musculaire cardiaque ne peut pas être contrôlé consciemment, c’est donc un muscle involontaire. Alors que les hormones et les signaux du cerveau ajustent le taux de contraction, le muscle cardiaque se stimule lui-même pour se contracter. Le pacemaker naturel du cœur est constitué de tissu musculaire cardiaque qui stimule les autres cellules du muscle cardiaque à se contracter. En raison de son auto-stimulation, le muscle cardiaque est considéré comme autorhythmique ou intrinsèquement contrôlé.

Les cellules du tissu musculaire cardiaque sont striées, c’est-à-dire qu’elles semblent avoir des bandes claires et sombres lorsqu’elles sont observées au microscope optique. La disposition des fibres protéiques à l’intérieur des cellules est à l’origine de ces bandes claires et sombres. Les stries indiquent qu’une cellule musculaire est très forte, contrairement aux muscles viscéraux.

Les cellules du muscle cardiaque sont des cellules ramifiées en forme de X ou de Y étroitement reliées entre elles par des jonctions spéciales appelées disques intercalaires. Les disques intercalaires sont constitués de projections en forme de doigts provenant de deux cellules voisines qui s’emboîtent et assurent une liaison solide entre les cellules. La structure ramifiée et les disques intercalaires permettent aux cellules musculaires de résister à la pression artérielle élevée et à l’effort de pompage du sang tout au long de la vie. Ces caractéristiques permettent également de diffuser rapidement les signaux électrochimiques d’une cellule à l’autre afin que le cœur puisse battre en tant qu’unité.

Muscle squelettique

Le muscle squelettique est le seul tissu musculaire volontaire du corps humain – il est contrôlé consciemment. Chaque action physique qu’une personne effectue consciemment (par exemple, parler, marcher ou écrire) nécessite des muscles squelettiques. La fonction du muscle squelettique est de se contracter pour rapprocher les parties du corps de l’os auquel il est attaché. La plupart des muscles squelettiques sont attachés à deux os à travers une articulation, le muscle sert donc à rapprocher les parties de ces os l’une de l’autre.

Les cellules musculaires squelettiques se forment lorsque de nombreuses cellules progénitrices plus petites s’agglutinent pour former des fibres longues, droites et multinucléées. Striées comme le muscle cardiaque, ces fibres musculaires squelettiques sont très solides. Le muscle squelettique tire son nom du fait que ces muscles sont toujours reliés au squelette à au moins un endroit.

Anatomie générale d’un muscle squelettique

La plupart des muscles squelettiques sont attachés à deux os par des tendons. Les tendons sont des bandes résistantes de tissu conjonctif régulier et dense dont les fibres de collagène solides attachent fermement les muscles aux os. Les tendons sont soumis à un stress extrême lorsque les muscles tirent dessus, ils sont donc très solides et sont tissés dans les revêtements des muscles et des os.

Les muscles se déplacent en raccourcissant leur longueur, en tirant sur les tendons et en rapprochant les os les uns des autres. L’un des os est tiré vers l’autre os, qui reste immobile. L’endroit de l’os immobile qui est relié au muscle par les tendons s’appelle l’origine. L’endroit de l’os mobile qui est relié au muscle par les tendons s’appelle l’insertion. Le ventre du muscle est la partie charnue du muscle entre les tendons qui effectue la contraction réelle.

Noms des muscles squelettiques

Les muscles squelettiques sont nommés en fonction de nombreux facteurs différents, notamment leur emplacement, leur origine et leur insertion, le nombre d’origines, leur forme, leur taille, leur direction et leur fonction.

• Endroit. De nombreux muscles tirent leur nom de leur région anatomique. Le rectus abdominis et le transverse abdominis, par exemple, se trouvent dans la région abdominale. Certains muscles, comme le tibialis anterior, portent le nom de la partie de l’os (la partie antérieure du tibia) à laquelle ils sont attachés. D’autres muscles utilisent un hybride de ces deux éléments, comme le brachioradialis, qui porte le nom d’une région (brachial) et d’un os (radius).
• Origine et insertion. Certains muscles sont nommés en fonction de leur connexion à un os fixe (origine) et à un os mobile (insertion). Ces muscles deviennent très faciles à identifier une fois que vous connaissez le nom des os auxquels ils sont attachés. Parmi les exemples de ce type de muscle, citons le sternocléidomastoïdien (reliant le sternum et la clavicule à l’apophyse mastoïde du crâne) et l’occipitofrontalis (reliant l’os occipital à l’os frontal).
• Nombre d’origines. Certains muscles se connectent à plus d’un os ou à plus d’un endroit sur un os, et ont donc plus d’une origine. Un muscle avec deux origines s’appelle un biceps. Un muscle à trois origines est un triceps. Enfin, un muscle avec quatre origines est un muscle quadriceps.
• Forme, taille et direction. On classe également les muscles selon leur forme. Par exemple, les deltoïdes ont une forme delta ou triangulaire. Les muscles serratus présentent une forme dentelée ou en forme de scie. Le grand rhomboïde a une forme de losange ou de diamant. La taille du muscle peut être utilisée pour distinguer deux muscles situés dans la même région. La région fessière contient trois muscles différenciés par leur taille : le gluteus maximus (grand), le gluteus medius (moyen) et le gluteus minimus (petit). Enfin, la direction dans laquelle les fibres musculaires s’étendent peut être utilisée pour identifier un muscle. Dans la région abdominale, on trouve plusieurs ensembles de muscles larges et plats. Les muscles dont les fibres courent tout droit de haut en bas sont le rectus abdominis, ceux qui courent transversalement (de gauche à droite) sont le transverse abdominis, et ceux qui courent en biais sont les obliques.
• Fonction. Les muscles sont parfois classés selon le type de fonction qu’ils remplissent. La plupart des muscles des avant-bras sont nommés en fonction de leur fonction car ils sont situés dans la même région et ont des formes et des tailles similaires. Par exemple, le groupe des fléchisseurs de l’avant-bras fléchit le poignet et les doigts. Le supinateur est un muscle qui met le poignet en supination en l’enroulant pour le tourner vers le haut. Dans la jambe, il existe des muscles appelés adducteurs dont le rôle est d’adduire (rapprocher) les jambes.

L’action des groupes dans les muscles squelettiques

Les muscles squelettiques travaillent rarement seuls pour réaliser des mouvements dans le corps. Plus souvent, ils travaillent en groupes pour produire des mouvements précis. Le muscle qui produit un mouvement particulier du corps est appelé agoniste ou moteur principal. L’agoniste est toujours associé à un muscle antagoniste qui produit l’effet inverse sur les mêmes os. Par exemple, le muscle biceps brachial fléchit le bras au niveau du coude. En tant qu’antagoniste de ce mouvement, le muscle triceps brachii étend le bras au niveau du coude. Lorsque le triceps étend le bras, le biceps serait considéré comme l’antagoniste.

En plus du couple agoniste/antagoniste, d’autres muscles travaillent pour soutenir les mouvements de l’agoniste. Les synergistes sont des muscles qui aident à stabiliser un mouvement et à réduire les mouvements étrangers. Ils se trouvent généralement dans les régions proches de l’agoniste et se connectent souvent aux mêmes os. Comme les muscles squelettiques rapprochent l’insertion de l’origine immobile, les muscles fixateurs aident au mouvement en maintenant l’origine stable. Si vous soulevez quelque chose de lourd avec vos bras, les fixateurs dans la région du tronc maintiennent votre corps droit et immobile afin que vous conserviez votre équilibre pendant le soulèvement.

Histologie des muscles squelettiques

Les fibres musculaires squelettiques diffèrent considérablement des autres tissus du corps en raison de leurs fonctions hautement spécialisées. De nombreux organites qui composent les fibres musculaires sont uniques à ce type de cellule.

Le sarcolemme est la membrane cellulaire des fibres musculaires. Le sarcolemme agit comme un conducteur pour les signaux électrochimiques qui stimulent les cellules musculaires. Connectés au sarcolemme, des tubules transversaux (tubules T) aident à transporter ces signaux électrochimiques jusqu’au milieu de la fibre musculaire. Le réticulum sarcoplasmique sert à stocker les ions calcium (Ca2+) qui sont essentiels à la contraction musculaire. Les mitochondries, les « centrales électriques » de la cellule, sont abondantes dans les cellules musculaires pour décomposer les sucres et fournir de l’énergie sous forme d’ATP aux muscles actifs. La majeure partie de la structure de la fibre musculaire est constituée de myofibrilles, qui sont les structures contractiles de la cellule. Les myofibrilles sont constituées de nombreuses fibres de protéines disposées en sous-unités répétitives appelées sarcomères. Le sarcomère est l’unité fonctionnelle des fibres musculaires. (Voir Macronutriments pour plus d’informations sur les rôles des sucres et des protéines.)

Structure des sarcomères

Les sarcomères sont constitués de deux types de fibres protéiques : les filaments épais et les filaments fins.

• Filaments épais. Les filaments épais sont constitués de nombreuses unités liées de la protéine myosine. La myosine est la protéine qui provoque la contraction des muscles.

• Les filaments minces. Les filaments minces sont constitués de trois protéines :

  1. L’actine. L’actine forme une structure hélicoïdale qui constitue l’essentiel de la masse des filaments minces. L’actine contient des sites de liaison à la myosine qui permettent à la myosine de se connecter à l’actine et de la déplacer pendant la contraction musculaire.
  2. Tropomyosine. La tropomyosine est une longue fibre protéique qui s’enroule autour de l’actine et recouvre les sites de liaison de la myosine sur l’actine.
  3. Troponine. Liée très étroitement à la tropomyosine, la troponine éloigne la tropomyosine des sites de liaison de la myosine pendant la contraction musculaire.

Physiologie du système musculaire

Fonction du tissu musculaire

La principale fonction du système musculaire est le mouvement. Les muscles sont les seuls tissus du corps qui ont la capacité de se contracter et donc de faire bouger les autres parties du corps.

Liée à la fonction de mouvement se trouve la deuxième fonction du système musculaire : le maintien de la posture et de la position du corps. Les muscles se contractent souvent pour maintenir le corps immobile ou dans une position particulière plutôt que pour provoquer un mouvement. Les muscles responsables de la posture du corps ont la plus grande endurance de tous les muscles du corps – ils maintiennent le corps tout au long de la journée sans se fatiguer.

Une autre fonction liée au mouvement est le déplacement des substances à l’intérieur du corps. Les muscles cardiaques et viscéraux sont principalement responsables du transport de substances comme le sang ou la nourriture d’une partie du corps à une autre.

La dernière fonction du tissu musculaire est la production de chaleur corporelle. En raison du taux métabolique élevé des muscles en contraction, notre système musculaire produit une grande quantité de chaleur résiduelle. De nombreuses petites contractions musculaires dans le corps produisent notre chaleur corporelle naturelle. Lorsque nous faisons un effort plus important que la normale, les contractions musculaires supplémentaires entraînent une augmentation de la température corporelle et éventuellement une transpiration.

Les muscles squelettiques en tant que leviers

Les muscles squelettiques collaborent avec les os et les articulations pour former des systèmes de leviers. Le muscle agit comme la force d’effort ; l’articulation agit comme le point d’appui ; l’os que le muscle déplace agit comme le levier ; et l’objet déplacé agit comme la charge.

Il existe trois classes de leviers, mais la grande majorité des leviers du corps sont des leviers de troisième classe. Un levier de troisième classe est un système dans lequel le point d’appui se trouve à l’extrémité du levier et l’effort se situe entre le point d’appui et la charge à l’autre extrémité du levier. Les leviers de troisième classe dans le corps servent à augmenter la distance déplacée par la charge par rapport à la distance sur laquelle le muscle se contracte.

La contrepartie de cette augmentation de la distance est que la force nécessaire pour déplacer la charge doit être supérieure à la masse de la charge. Par exemple, le biceps brachial du bras tire sur le radius de l’avant-bras, provoquant une flexion à l’articulation du coude dans un système de levier de troisième classe. Une très légère modification de la longueur du biceps entraîne un mouvement beaucoup plus important de l’avant-bras et de la main, mais la force appliquée par le biceps doit être supérieure à la charge déplacée par le muscle.

Unités motrices

Des cellules nerveuses appelées motoneurones contrôlent les muscles squelettiques. Chaque motoneurone contrôle plusieurs cellules musculaires dans un groupe appelé unité motrice. Lorsqu’un motoneurone reçoit un signal du cerveau, il stimule toutes les cellules musculaires de son unité motrice en même temps.

La taille des unités motrices varie dans tout le corps, selon la fonction d’un muscle. Les muscles qui effectuent des mouvements fins – comme ceux des yeux ou des doigts – ont très peu de fibres musculaires dans chaque unité motrice afin d’améliorer la précision du contrôle du cerveau sur ces structures. Les muscles qui ont besoin de beaucoup de force pour remplir leur fonction – comme les muscles des jambes ou des bras – possèdent de nombreuses cellules musculaires dans chaque unité motrice. L’une des façons dont le corps peut contrôler la force de chaque muscle est de déterminer le nombre d’unités motrices à activer pour une fonction donnée. Cela explique pourquoi les mêmes muscles qui sont utilisés pour ramasser un crayon sont également utilisés pour ramasser une boule de bowling.

Cycle de contraction

Les muscles se contractent lorsqu’ils sont stimulés par des signaux provenant de leurs motoneurones. Les motoneurones entrent en contact avec les cellules musculaires en un point appelé jonction neuromusculaire (NMJ). Les motoneurones libèrent des neurotransmetteurs chimiques au niveau de la NMJ qui se lient à une partie spéciale du sarcolemme appelée plaque terminale du moteur. La plaque terminale du moteur contient de nombreux canaux ioniques qui s’ouvrent en réponse aux neurotransmetteurs et permettent aux ions positifs de pénétrer dans la fibre musculaire. Les ions positifs forment un gradient électrochimique pour se former à l’intérieur de la cellule, qui se propage dans le sarcolemme et les tubules T en ouvrant encore plus de canaux ioniques.

Lorsque les ions positifs atteignent le réticulum sarcoplasmique, les ions Ca2+ sont libérés et autorisés à circuler dans les myofibrilles. Les ions Ca2+ se lient à la troponine, ce qui amène la molécule de troponine à changer de forme et à déplacer les molécules de tropomyosine voisines. La tropomyosine est éloignée des sites de liaison de la myosine sur les molécules d’actine, ce qui permet à l’actine et à la myosine de se lier ensemble.

Les molécules d’ATP alimentent les protéines de myosine dans les filaments épais pour qu’elles se courbent et tirent sur les molécules d’actine dans les filaments fins. Les protéines de myosine agissent comme des rames sur un bateau, en tirant les filaments fins plus près du centre d’un sarcomère. Lorsque les filaments fins sont rapprochés, le sarcomère se raccourcit et se contracte. Les myofibrilles des fibres musculaires sont constituées de nombreux sarcomères en ligne, de sorte que lorsque tous les sarcomères se contractent, les cellules musculaires se raccourcissent avec une grande force par rapport à leur taille.

Les muscles poursuivent leur contraction tant qu’ils sont stimulés par un neurotransmetteur. Lorsqu’un motoneurone arrête la libération du neurotransmetteur, le processus de contraction s’inverse. Le calcium retourne dans le réticulum sarcoplasmique, la troponine et la tropomyosine reprennent leur position de repos, et l’actine et la myosine ne peuvent plus se lier. Les sarcomères reviennent à leur état de repos allongé une fois que la force de la myosine tirant sur l’actine a cessé.

Certaines conditions ou certains troubles, comme la myoclonie, peuvent affecter la contraction normale des muscles. Vous pouvez vous renseigner sur les problèmes de santé musculo-squelettiques dans notre section consacrée aux maladies et aux affections. En outre, apprenez-en davantage sur les progrès des tests de santé ADN qui nous aident à comprendre le risque génétique de développer une dystonie primaire à début précoce.

Types de contraction musculaire

La force de contraction d’un muscle peut être contrôlée par deux facteurs : le nombre d’unités motrices impliquées dans la contraction et la quantité de stimulus du système nerveux. Une seule impulsion nerveuse d’un motoneurone va provoquer une brève contraction d’une unité motrice avant de se détendre. Cette petite contraction est connue sous le nom de contraction de twitch. Si le motoneurone fournit plusieurs signaux dans un court laps de temps, la force et la durée de la contraction musculaire augmentent. Ce phénomène est connu sous le nom de sommation temporelle. Si le motoneurone fournit de nombreuses impulsions nerveuses en succession rapide, le muscle peut entrer dans l’état de tétanos, ou contraction complète et durable. Un muscle restera en tétanos jusqu’à ce que la vitesse du signal nerveux ralentisse ou que le muscle devienne trop fatigué pour maintenir le tétanos.

Toutes les contractions musculaires ne produisent pas un mouvement. Les contractions isométriques sont des contractions légères qui augmentent la tension du muscle sans exercer une force suffisante pour déplacer une partie du corps. Lorsque les gens tendent leur corps en raison d’un stress, ils effectuent une contraction isométrique. Tenir un objet immobile et maintenir une posture sont également le résultat de contractions isométriques. Une contraction qui produit un mouvement est une contraction isotonique. Les contractions isotoniques sont nécessaires pour développer la masse musculaire par l’haltérophilie.

Le tonus musculaire est un état naturel dans lequel un muscle squelettique reste partiellement contracté à tout moment. Le tonus musculaire fournit une légère tension sur le muscle pour éviter d’endommager le muscle et les articulations lors de mouvements brusques, et contribue également à maintenir la posture du corps. Tous les muscles maintiennent une certaine quantité de tonus musculaire en tout temps, à moins que le muscle n’ait été déconnecté du système nerveux central en raison d’une lésion nerveuse.

Types fonctionnels de fibres musculaires squelettiques

Les fibres musculaires squelettiques peuvent être divisées en deux types en fonction de la façon dont elles produisent et utilisent l’énergie : Le type I et le type II.

1. Les fibres de type I sont très lentes et délibérées dans leurs contractions. Elles sont très résistantes à la fatigue car elles utilisent la respiration aérobie pour produire de l’énergie à partir du sucre. Nous trouvons des fibres de type I dans les muscles de tout le corps pour l’endurance et la posture. Près des régions de la colonne vertébrale et du cou, de très fortes concentrations de fibres de type I maintiennent le corps en place tout au long de la journée.

2. Les fibres de type II se décomposent en deux sous-groupes : Le type II A et le type II B.

   • Les fibres de type II A sont plus rapides et plus fortes que les fibres de type I, mais n’ont pas autant d’endurance. Les fibres de type II A se trouvent dans tout le corps, mais surtout dans les jambes où elles travaillent pour soutenir votre corps tout au long d’une longue journée de marche et de station debout.
   • Les fibres de type II B sont encore plus rapides et plus fortes que les fibres de type II A, mais ont encore moins d’endurance. Les fibres de type II B sont également beaucoup plus claires que celles de type I et de type II A en raison de leur absence de myoglobine, un pigment qui stocke l’oxygène. On trouve des fibres de type II B dans tout le corps, mais particulièrement dans le haut du corps où elles donnent de la vitesse et de la force aux bras et à la poitrine au détriment de l’endurance.

Métabolisme musculaire et fatigue

Les muscles tirent leur énergie de différentes sources selon la situation dans laquelle le muscle travaille. Les muscles utilisent la respiration aérobie lorsque nous les sollicitons pour produire un niveau de force faible à modéré. La respiration aérobie nécessite de l’oxygène pour produire environ 36 à 38 molécules d’ATP à partir d’une molécule de glucose. La respiration aérobie est très efficace et peut se poursuivre tant qu’un muscle reçoit des quantités adéquates d’oxygène et de glucose pour continuer à se contracter. Lorsque nous utilisons les muscles pour produire un niveau de force élevé, ils sont tellement contractés que le sang porteur d’oxygène ne peut pas pénétrer dans le muscle. Dans ces conditions, le muscle crée de l’énergie en utilisant la fermentation de l’acide lactique, une forme de respiration anaérobie. La respiration anaérobie est beaucoup moins efficace que la respiration aérobie – seulement 2 ATP sont produits pour chaque molécule de glucose. Les muscles se fatiguent rapidement car ils brûlent leurs réserves d’énergie dans le cadre de la respiration anaérobie.

Pour que les muscles fonctionnent plus longtemps, les fibres musculaires contiennent plusieurs molécules d’énergie importantes. La myoglobine, un pigment rouge présent dans les muscles, contient du fer et stocke l’oxygène d’une manière similaire à l’hémoglobine dans le sang. L’oxygène de la myoglobine permet aux muscles de poursuivre la respiration aérobie en l’absence d’oxygène. Le phosphate de créatine est un autre produit chimique qui contribue au fonctionnement des muscles. Les muscles utilisent l’énergie sous forme d’ATP, en convertissant l’ATP en ADP pour libérer son énergie. Le phosphate de créatine donne son groupe phosphate à l’ADP pour le retransformer en ATP afin de fournir de l’énergie supplémentaire au muscle. Enfin, les fibres musculaires contiennent du glycogène, une grande macromolécule composée de nombreux glucoses liés entre eux, qui permet de stocker de l’énergie. Les muscles actifs cassent les glucoses des molécules de glycogène pour fournir un approvisionnement interne en carburant.

Lorsque les muscles manquent d’énergie pendant la respiration aérobie ou anaérobie, le muscle se fatigue rapidement et perd sa capacité à se contracter. Cet état est connu sous le nom de fatigue musculaire. Un muscle fatigué contient très peu ou pas d’oxygène, de glucose ou d’ATP, mais de nombreux déchets de la respiration, comme l’acide lactique et l’ADP. Le corps doit absorber de l’oxygène supplémentaire après un effort pour remplacer l’oxygène stocké dans la myoglobine de la fibre musculaire et pour alimenter la respiration aérobie qui reconstituera les réserves d’énergie à l’intérieur de la cellule. La dette d’oxygène (ou absorption d’oxygène de récupération) est le nom donné à l’oxygène supplémentaire que le corps doit absorber pour ramener les cellules musculaires à leur état de repos. Cela explique pourquoi vous vous sentez essoufflé pendant quelques minutes après une activité intense – votre corps essaie de se restaurer à son état normal.