Physiologie du muscle 1re Anne mdecine FACULTE DE

Physiologie du muscle 1ère Année médecine FACULTE DE MEDECINE De Constantine Université 3 Constantine

Objectifs du cours; -Différencier entre les différents types des muscles -Connaitre la structure particulière des fibres musculaires -Comprendre les mécanismes du fonctionnement moléculaire des protéines contractiles - Faire le lien entre le fonctionnement moléculaire et la fonction du muscle entier -Elucider les différentes voies énergétiques observées dans le métabolisme du muscle - Comprendre l’adaptation du muscle à l’exercice -Expliquer les mécanismes de la fatigue musculaire -Comprendre les mécanismes physiopathologie de certaines myopathies - Différencier entre les muscle squelettique et lisse

Introduction ; -Recherche sur le muscle : Sportif et myopathies - Le muscle squelettique : 40% de la masse corporelle - Permet à l’être vivant de bouger et agir -Un des rares tissu dont les actions au niveau moléculaire sont connues - Le seul tissu qui augmente son métabolisme énergétique jusqu’à 20 o 30%

CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Types de tissu musculaire * Cellules musculaires = myocytes ou fibres musculaires 3 types: 1. Tissu musculaire squelettique 2. Tissu musculaire cardiaque 3. Tissu musculaire lisse

CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Types de tissu musculaire Squelettique Cardiaque Lisse Oui Non Apparence Strié

CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Types de tissu musculaire Régulation hormonale de la croissance osseuse. Lisse Squelettique Cardiaque Localisation Recouvre le squelette Coeur osseux et s’y attache Dans les parois des organes viscéraux (estomac, vessie) et les organes des voies respiratoires Volontaire ou involontaire ? Volontaire Involontaire Contraction … Peut se contracter rapidement mais se fatigue facilement Se contracte à un rythme relativement constant Contractions lentes et continues (ne se fatigue pas)

CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Caractéristiques fonctionnelles du tissu musculaire 1. L’excitabilité 2. La contractilité 3. L’extensibilité 4. L’élasticité

CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Fonctions des muscles 1. Production du mouvement 2. Maintien de la posture 3. Stabilisation des articulations 4. Dégagement de chaleur

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Anatomie macroscopique d’un tissu squelettique Innervation et irrigation sanguine Chaque fibre musculaire squelettique est dotée d’une terminaison nerveuse. Chaque muscle est desservie par une artère et une ou plusieurs veines. Les artères acheminent les nutriments et l’oxygène. Les veines évacuent les déchets métaboliques.

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Anatomie macroscopique d’un tissu squelettique Gaines de tissu conjonctif Fascia Épimysium Périmysium Endomysium

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Anatomie microscopique d’une fibre musculaire squelettique

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Anatomie microscopique d’une fibre musculaire squelettique Sarcolemme = la membrane d’une fibre musculaire. - Elle possède des récepteurs de neurotransmetteurs et d’hormones qui régulent les contractions musculaires. Sarcoplasme = le cytoplasme d’une fibre musculaire. - Il abrite des réserves de glycogène ainsi que de la myoglobine, protéine qui se lie à l’oxygène et qui n’existe nul part ailleurs.

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Anatomie microscopique d’une fibre musculaire squelettique Myofibrilles Chaque fibre musculaire comporte un grand nombre de myofibrilles (organites).

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Anatomie microscopique d’une fibre musculaire squelettique Myofibrilles La ligne Z, les télophragmes, unissent les sarcomères adjacents.

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Anatomie microscopique d’une fibre musculaire squelettique Myofibrilles Myofilaments: Myosine = filament épais ; Actine = filament mince

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Anatomie microscopique d’une fibre musculaire squelettique Myofilaments Les têtes des molécules de myosine: comportent des sites de liaison de l’actine. contiennent des sites de liaison de l’ATP. contiennent des enzymes ATPases qui dissocient l’ATP.

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Anatomie microscopique d’une fibre musculaire squelettique Myofilaments Actine: Porte des liaisons sur lesquels les têtes de myosine se fixent. Tropomyosine: Bloque les sites actifs. Troponine: Tn. I, Tn. T, Tn. C

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Anatomie microscopique d’une fibre musculaire squelettique Réticulum sarcoplasmique et tubules transverses

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Anatomie d’une fibre musculaire squelettique Niveax d’organisation Organe Myofibrille Groupe de cellules Fibre musculaire Cellule Myofilament Organite Muscle Section d’organite Faisceau Molécule protéique Sarcomère

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Anatomie d’une fibre musculaire squelettique Niveax d’organisation Organe Muscle Groupe de cellules Faisceau Cellule Fibre musculaire Organite Myofibrille Section d’organite Sarcomère Molécule protéique Myofilament

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Mécanisme de la contraction Modèle du glissement des filaments Durant la contraction, les filaments minces glissent sur les filaments épais de sorte que l’actine et la myosine se chevauchent davantage. Hugh Huxley 1954

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Physiologie d’une fibre musculaire squelettique

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Jonction neuromusculaire et stimulus nerveux

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Jonction neuromusculaire et stimulus nerveux

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Physiologie d’une fibre musculaire squelettique Production d’un potentiel d’action 1. Membrane est dépolarisée 2. Potentiel d’action se propage 3. Repolarisation (période réfractaire) « Loi du tout ou rien »

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Physiologie d’une fibre musculaire squelettique Couplage excitation-contraction 1. Potentiel d’action se propage le long des tubules transverses. 2. Lorsqu’il parvient aux triades, les citernes terminales libèrent des ions calcium. 3. Une partie du calcium se lie à la troponine (Tn. C). Ceci change la position de la tropomyosine et expose les sites de liaison. 4. Têtes de myosine se lient aux filaments d’actine et les tirent. 5. Signal calcique disparaît. Calcium retourne au RS. 6. Tropomyosine va retourner masquer le site de liaison. La fibre musculaire se détend.

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Physiologie d’une fibre musculaire squelettique Résumé des rôles du calcium ionique dans la contraction

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Physiologie d’une fibre musculaire squelettique Résumé des rôles du calcium ionique dans la contraction

MUSCLES SQUELETTIQUES Propriétés mécaniques du muscle : Tension longueur Courbe force (tension)/longueur du muscle. La force est exprimée en pourcentage de la force maximale volontaire (Fmax). La longueur est exprimée en pourcentage de la longueur normale du muscle au repos (Lo).

MUSCLES SQUELETTIQUES Propriétés mécaniques du muscle : Tension longueur Type : JPG

Propriétés mécaniques du muscle : Tension longueur La tension que produit une fibre musculaire, et par extension un muscle entier, augmente en fonction de l’étirement initial de celui-ci, jusqu’à un plateau maximal, et diminue ensuite. Ce phénomène s’explique par le fait que la tension générée par un muscle est proportionnelle au nombre de ponts qui s’établissent entre les deux types de filaments contractiles ; le nombre de ponts, lui, dépend du degré de chevauchement entre les filaments. Les têtes de myosine sont réparties régulièrement sur les filaments épais, sauf dans une zone nue au centre appelée zone H. Lorsqu’un sarcomère est étiré au maximum, aucun chevauchement ne survient entre les filaments, aucune liaison ne peut s’établir et donc la tension est égale à 0. Lorsque l’étirement est diminué, le nombre de ponts augmente et la tension aussi, jusqu’à ce que les extrémités des filaments fins effleurent le début de la zone nue ; le chevauchement est alors maximal, toutes les têtes de myosine des filaments épais peuvent ce lier aux filaments d’actine et la tension est maximale

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Contraction d’un muscle squelettique Unité motrice Un neurone et les fibres motrices qu’il excite. - Un neurone peut exciter aussi peu que 3 fibres ou autant que 2 000 fibres! - Le nombre varie selon les besoins; la grosseur du muscle et la précision de mouvement nécessaire.

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Métabolisme des muscles Production d’énergie pour la contraction L’énergie servant à la contraction est fournie par l’ATP. Il y a très peu d’ATP emmagasinée dans les muscles. Une fois l’ATP hydrolysée en ADP + Pi, sa régénération se fait en une fraction de seconde suivant trois voies.

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Métabolisme des muscles Régénération de l’ATP 1. Par l’intéraction de l’ADP avec la créatine phosphate. 2. À partir du glycogène emmagasiné et par une voie anaérobique appelée glycolyse anaérobique. 3. Respiration aérobie.

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Métabolisme des muscles ~ 30 – 60 sec. ~ 15 sec. Plusieurs heures

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Métabolisme des muscles Régénération de l’ATP

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Métabolisme des muscles Dette d’oxygène La quantité d’oxygène supplémentaire qui devra être consommée par l’organisme pour que les processus de rétablissement aient lieu. Ex. Courir le 100 m en 12 sec… * Une augementation d’acide lactique stimule indirectement le centre de la respiration dans le bulbe rachidien de l’encéphale.

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Métabolisme des muscles Dégagement de chaleur pendant l’activité musculaire Seule une proportion de 20 à 25% de l’énergie libérée par la contraction musculaire est convertie en travail utile. Le reste 75 - 80% sont transformés en chaleur.

MUSCLES SQUELETTIQUES Atlas de poche de physiologie

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Effets de l’exercice physique sur les muscles Exercices aérobiques ou d’endurance (Natation, course à pieds, marche rapide, cyclisme) Modifications: - nombres de capillaires - nombres de mitochondries - de myoglobine * Meilleur résistance à la fatigue.

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Effets de l’exercice physique sur les muscles Exercices contre résistance (anaérobiques) Modifications: - volume musculaire (dilatation des fibres) - nombres de mitochondries - nombres de myofilaments et de myofibrilles - quantité de tissu conjonctif entre les cellules - emmagasine plus de glycogène

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Vitesse et durée de la contraction Types de fibres musculaires Fibres oxydatives à contraction lente: Abondance de myoglobine: réserve d’oxygène. Résistantes à la fatigue. Fibres oxydatives à contraction rapide: Grosses cellules musculaires. Réserves de glycogène importantes. Fatiguable : accumulation d’acides. Fibres glycolytiques à contraction rapide: Réserves de glycogène importantes. Fatiguables

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Métabolisme des muscles Fatigue musculaire Physiologique Une incapacité physiologique de se contracter. (Différent de la fatigue psychologique. ) Cause: manque relatif d’ATP. L’accumulation d’acide lactique et les déséquilibres ioniques contribuent également à la fatigue musculaire.

MUSCLES SQUELETTIQUES Fatigue musculaire Fatigue pathologique Centrale : -Motivation - Cortex moteur - Moelle épinière - Motoneurone Périphérique : - Jonction neuromusculaire - Membrane sarcolème - Tubule T - Libération du ca++ (Réticulum) - Liaison ca++ et troponine - Activité des ponts acto-myosine

MUSCLES SQUELETTIQUES MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE Effets de l’exercice physique sur les muscles Inactivité et sédentarité Atrophie musculaire

Physiologie musculaire MUSCLES ET TISSU MUSCULAIRE La rigidité cadavérique est dûe à un manque d’ATP qui sert à détacher les têtes de myosine…

Physiopathologie Myopathies : -Myopathies atrophique - Myopathies destructives : Inflammatoires, myosite, auto- immunes , dystrophies musculaires - Myopathies métaboliques : Mitochondriales , glycogénoses - Dysfonctionnement des canaux ioniques Jonction neuromusculaire: -Myasthénie -Syndrome de lambert Eaton Neuropathies : -Poliomyélite -Neuropathies périphériques

Le muscle lisse Présent dans la paroi de tous les organes creux de l’organisme : -Voies aériennes, vaisseaux , appareil digestif, et génito-urinaire - Composé de cellules musculaires lisses Questions ? ? ? - Deux rôles : - Tonus qui maintient la forme de l’organe creux - Raccourcissement et contraction, joue un rôle important dans les grandes régulation telle que la pression artérielle , le contrôle de la microcirculation , digestion et ….

Muscle lisse Classification fonctionnelle : Tonique et phasique : -Phasique : Tube digestif, appareil génito-urinaire, Le muscle est relâché au repos et animé de contraction rythmique en activité -Tonique : Vaisseaux, bronches responsable de la vasomotricité et d’un tonus vasculaire , bronchomotricité

Relation structure fonction: Dépend de l’organe considéré Exp: Différence entre artériole et artère de gros calibre -Artériole : une seule couche musculaire lisse encerclant l’ endothélium Vasomotricité - Artère : Plusieurs couches de cellules musculaires lisses concentriques qui forment la média pour pouvoir diminuer le calibre de l’artère pendant la contraction (Régulation de la pression artérielle) -Le muscle bronchique est organisé en faisceaux musculaire lisse encerclant les voies aériennes. Contraction: Diminution du calibre bronchique - Tube digestif : Musculeuse externe est divisée en deux couches musculaires lisses - Péristaltisme

Innervation du muscle lisse Le muscle lisse est innervé par le système nerveux autonome -Sympathique : Catécholamines , Noradrénaline et l’adrénaline Récepteurs alpha et béta -Parasympathique : acétylcholine , récepteurs muscariniques - Bronches et tube digestif : Système non adrénergique non cholinergique -Médiateurs et transmission paracrines : La plus part des médiateurs : Cellules inflammatoires ( Mastocytes, macrophages , polynucléaires neutrophiles…) Exp: Histamine, leucotriènes , prostaglandines …

Contraction musculaire lisse -Lente 100 x plus lente que le muscle lisse -Pas de troponine - Régulation indirecte par le ca++ -L’augmentation du ca ++ Calmoduline ca++ Myosine kinase Phosphorylation de la chaine légère régulatrice Un cycle de contraction (Racourcissement) Le cycle s’ arrête quand le ca++ diminue Déphosphorylation Energie : une mol d’ATP/Cycle Faible consommation d’énergie

Références : 1 - Physiologie humaine H Guénard ed 2009 2 - Physiologie du muscle squelettique de la structure au mouvement David Jones et col traduit par Bruno Sésboué 2005 3 - Atlas de poche de physiologie 3ème édition 2001 4 - JM Mienville UNS 5 - H Bens aad faculté de médecine de Sousse 6 - Element de biologie humaine 101 CKB 05 K Dion