Par le Dr. Gianfranco De Angelis
Il est décourageant de voir des instructeurs et des entraîneurs personnels donner des explications «empiriques» sur différents sujets: masse musculaire (hypertrophie), augmentation de la force, résistance, etc., sans même avoir une connaissance globale de la structure histologique et de la physiologie des muscles.
Peu ont une connaissance plus ou moins approfondie de l'anatomie macroscopique, comme s'il suffisait de savoir où se situent les biceps ou les pectoraux, sans se soucier de la structure histologique et encore moins de la biochimie et de la physiologie des muscles. J'essaierai, dans la mesure du possible, de faire une discussion brève et simple sur le sujet, également accessible au profane des sciences biologiques.
Structure histologique
Le tissu musculaire diffère des autres tissus (nerveux, osseux, conjonctif) en raison d’une caractéristique évidente: la contractilité, c’est-à-dire que le tissu musculaire est capable de se contracter ou de raccourcir sa longueur. Avant de voir comment il se raccourcit et pour quels mécanismes, parlons de sa structure. Nous avons trois types de tissus musculaires, histologiquement et fonctionnellement différents: les tissus musculaires squelettiques striés, les tissus musculaires lisses et les tissus musculaires cardiaques. La principale différence fonctionnelle entre le premier et les deux autres réside dans le fait que si le premier est régi par la volonté, les deux autres sont indépendants de la volonté. Le premier concerne les muscles qui déplacent les os, ceux que nous entraînons avec des haltères, des haltères et des machines. Le second type est donné par les muscles des viscères, tels que les muscles de l'estomac, des intestins, etc. qui, comme nous le voyons chaque jour, ne sont pas contrôlés par la volonté. Le troisième type est celui cardiaque: le cœur est également constitué de muscles, en fait il est capable de se contracter; en particulier, le muscle cardiaque est également strié, il est donc semblable au squelette, mais il existe une différence importante; sa contraction rythmique est indépendante de la volonté.
Le muscle squelettique strié est responsable des activités motrices volontaires et donc des activités sportives. Le muscle strié est constitué de cellules, comme toutes les autres structures et systèmes de l'organisme; la cellule est la plus petite unité capable de vie autonome. Dans l'organisme humain, il y a des milliards de cellules et presque toutes ont une partie centrale appelée noyau, entourée d'une substance gélatineuse appelée cytoplasme. Les cellules qui constituent le muscle sont appelées fibres musculaires : ce sont des éléments allongés, disposés longitudinalement par rapport à l'axe du muscle et rassemblés en bandes. Les principales caractéristiques de la fibre musculaire striée sont les suivantes:
- Il est très grand, la longueur peut atteindre quelques centimètres, le diamètre est de 10 à 100 microns (1 micron = 1/1000 de mm.). Les autres cellules de l'organisme sont, à quelques exceptions près, de taille microscopique.
- Il a beaucoup de noyaux (presque toutes les cellules n'en ont qu'un) et c'est pour cette raison qu'un "polynucléaire syncytial" est défini.
- Il apparaît strié transversalement, c'est-à-dire qu'il présente une alternance de bandes sombres et de bandes claires. La fibre musculaire présente dans son cytoplasme des formations allongées, disposées longitudinalement par rapport à l'axe de la fibre et donc également à celui du muscle, appelées myofibrilles, on peut les considérer comme des cordons allongés placés à l'intérieur de la cellule. Les myofibrilles sont également striées transversalement et sont responsables des stries de la fibre entière.
Prenez un myofibrille et étudiez-le: il comporte des bandes sombres, appelées bandes A, et des bandes claires appelées I, au milieu de la bande I, une ligne sombre appelée ligne Z. L'espace entre une ligne Z et l'autre est appelé le sarcomère, qui représente l'élément contractile et la plus petite unité fonctionnelle du muscle; en pratique, la fibre est raccourcie car ses sarcomères sont raccourcis.
Voyons maintenant comment la myofibrille est fabriquée, c'est ce qu'on appelle l'ultrastructure du muscle. Il est constitué de filaments, certains gros filaments de myosine, d'autres filaments minces d'actine. Les gros s'emboîtent avec les minces pour que la bande A soit formée par le filament grossier (c’est pourquoi il est plus foncé), la bande I est formée par la partie du filament fin qui n’est pas collée au filament épais filament fin est plus léger).
Mécanisme de contraction
Maintenant que nous connaissons la structure histologique et l'ultrastructure, nous pouvons mentionner le mécanisme de la contraction. Dans la contraction, les filaments légers passent entre les lourds filaments, de sorte que les bandes diminuent en longueur; ainsi le sarcomère diminue également en longueur, c'est-à-dire la distance entre une bande Z et l'autre: la contraction se produit donc non pas parce que les filaments ont été raccourcis, mais parce qu'ils ont diminué la longueur du sarcomère. Diminuer la longueur du sarcomère diminue la longueur des myofibrilles. Ainsi, puisque les myofibrilles constituent la fibre, la longueur de la fibre diminue, de sorte que le muscle, constitué de fibres, est raccourci. Évidemment, pour que ces filaments puissent circuler de l’énergie, il faut une substance: l’ATP (adénosine triphosphate), qui est la monnaie énergétique de l’organisme. L'ATP est formé par l'oxydation des aliments: l'énergie qui en résulte est transmise à l'ATP qui le transmet aux filaments pour les faire couler. Pour que la contraction se produise, un autre élément est nécessaire, l'ion Ca ++ (calcium). La cellule musculaire contient des stocks importants et la met à la disposition du sarcomère lorsque la contraction doit avoir lieu.
Contraction musculaire d'un point de vue macroscopique
Nous avons vu que l'élément contractile est le sarcomère. Nous examinons maintenant tous les muscles et l'étudions du point de vue physiologique, mais macroscopiquement. Pour qu'un muscle se contracte, il lui faut un stimulus électrique : ce stimulus provient du nerf moteur, en partant de la moelle épinière (comme il arrive naturellement); ou il peut provenir d'un nerf moteur réséqué électriquement et stimulé, ou stimuler directement le muscle électriquement. Imaginez prendre un muscle: une extrémité attachée à un point fixe, l’autre extrémité suspendue à un poids; à ce stade, nous le stimulons électriquement; le muscle se contracte, c'est-à-dire qu'il se raccourcit en soulevant le poids; cette contraction est appelée contraction isotonique. Si au lieu de cela nous lions le muscle avec les deux extrémités à deux supports rigides, lorsque nous le stimulons, le muscle augmentera la tension sans raccourcir: on parle de contraction isométrique. En pratique, si nous prenons la barre sur le sol et la soulevons, ce sera une contraction isotonique; si nous le chargeons avec un poids très lourd et, tout en essayant de le soulever, même si nous contractons les muscles au maximum, nous ne le déplaçons pas, on parle alors de contraction isométrique. Dans la contraction isotonique, nous avons effectué un travail mécanique (travail = force x déplacement); dans la contraction isométrique, le travail mécanique est nul puisque: travail = force x déplacement = 0, déplacement = 0, travail = force x 0 = 0
Si nous stimulons le muscle avec une fréquence très élevée (c’est-à-dire de nombreuses impulsions par seconde), il développera une force très élevée et restera contracté au maximum: le muscle dans cette condition est dit tétanique, donc la contraction tétanique signifie la contraction maximale et continue. Un muscle peut se contracter un peu ou beaucoup, à volonté; Cela est possible grâce à deux mécanismes: 1) lorsqu'un muscle est peu contracté, seules certaines fibres se contractent; en augmentant l'intensité de la contraction, d'autres fibres sont ajoutées. 2) Une fibre peut se contracter avec une force moindre ou supérieure en fonction de la fréquence de décharge, c'est-à-dire du nombre d'impulsions électriques qui parviennent aux muscles dans l'unité de temps. En modulant ces deux variables, le système nerveux central contrôle la force que doit contracter le muscle. Quand une forte contraction commande, presque toutes les fibres du muscle sont raccourcies, non seulement, mais elles seront toutes déchiquetées avec une grande force: quand une faible contraction commande, seules quelques fibres sont raccourcies et avec une force moindre.
Faisons maintenant face à un autre aspect important de la physiologie musculaire: le tonus musculaire. Le tonus musculaire peut être défini comme un état continu de légère contraction des muscles, indépendante de la volonté. Quel facteur provoque cet état de contraction? Avant la naissance, les muscles ont la même longueur que les os, puis, avec le développement, les os s'étirent plus longtemps que les muscles, de sorte que ces derniers sont étirés. Lorsqu'un muscle est étiré, par un réflexe spinal (réflexe myotatique), il se contracte. Par conséquent, l'étirement continu auquel le muscle est soumis détermine un état continu de contraction légère mais persistante. La cause est un reflet et puisque la principale caractéristique des réflexes est le non-volontarisme, le ton n'est pas régi par la volonté. La tonalité est un phénomène basé sur un réflexe nerveux. Par conséquent, si je coupe le nerf qui va du système nerveux central au muscle, il devient flasque, perdant complètement le tonus.
La force de contraction d'un muscle dépend de sa section transversale et est égale à 4-6 kg.cm2. Mais le principe est valable en principe, il n’existe pas de ratio spécifique de proportionnalité directe: chez un athlète, un muscle légèrement plus petit que celui d’un autre athlète peut être plus fort. Un muscle augmente son volume s’il est entraîné avec une résistance croissante (c’est le principe sur lequel la gymnastique est basée avec des poids); il est important de souligner le fait que le volume de chaque fibre musculaire augmente alors que le nombre de fibres musculaires reste constant. Ce phénomène s'appelle l'hypertrophie musculaire.
Biochimie musculaire
Voyons maintenant le problème des réactions qui se produisent dans les muscles. Nous avons déjà dit cela pour que la contraction de l’ énergie se produise; cette énergie conserve la cellule dans le soi-disant ATP (adénosine triphosphate), qui, lorsqu'il donne de l'énergie au muscle, se transforme en ADP (adénosine diphosphate) + Pi (phosphate inorganique): la réaction consiste à éliminer un phosphate. Donc, la réaction qui se produit dans le muscle est ATP → ADP + Pi + énergie. Cependant, les stocks d’ATP sont peu nombreux et nous devons synthétiser à nouveau cet élément. Ainsi, pour que le muscle se contracte, il faut également que la réaction inverse (ADP + Pi + énergie> ATP) se produise, de sorte que le muscle dispose toujours d’ATP. L'énergie nécessaire à la resynthèse de l'ATP est fournie par les aliments: ceux-ci, après avoir été digérés et absorbés, atteignent le muscle par le sang, où ils abandonnent leur énergie, uniquement pour fabriquer de l'ATP.
La substance énergétique par excellence est donnée par les sucres, en particulier le glucose. Le glucose peut être dégradé en présence d'oxygène (dans une atmosphère aérobie) et est, comme on dit mal, "brûlé"; L'énergie qui s'en débarrasse prend l'ATP, tandis que le glucose ne reste que de l'eau et du dioxyde de carbone. 36 molécules d'ATP sont obtenues à partir d'une molécule de glucose. Mais le glucose peut également être attaqué en l'absence d'oxygène. Dans ce cas, il se transforme en acide lactique et ne forme que deux molécules d'ATP. ensuite, l'acide lactique qui passe dans le sang se dirige vers le foie où il se transforme à nouveau en glucose. Ce cycle de l'acide lactique s'appelle le cycle de Cori. Qu'est-ce qui se passe pratiquement quand le muscle est contracté? Au début, lorsque le muscle commence à se contracter, l'ATP est immédiatement épuisé et, puisqu'il n'y a pas eu d'adaptations cardiocirculatoires et respiratoires ultérieures, l'oxygène qui arrive au muscle est insuffisant, le glucose se décompose en absence d'oxygène formant de l'acide lactique. Dans un deuxième temps, nous pouvons avoir deux situations: 1) Si l'effort continue légèrement, si l'oxygène est suffisant, le glucose s'oxyde alors dans l'eau et l'anhydride carbonique: aucun acide lactique ne s'accumule et l'exercice peut durer des heures ( ce type d’effort est donc appelé aérobie, par exemple la course de fond). 2) Si l'effort continue d'être intense, malgré l'arrivée massive du muscle, beaucoup de glucose se séparera en l'absence d'oxygène; par conséquent, une grande quantité d'acide lactique se formera, ce qui provoquera de la fatigue (on parle de stress anaérobie, par exemple une course rapide, telle que 100 mètres). Pendant le repos, l'acide lactique, en présence d'oxygène, se transformera à nouveau en glucose. Au début, même dans l'effort aérobique, l'oxygène manque: on parle de dette en oxygène, qui sera payée quand on se repose; ledit oxygène sera utilisé pour synthétiser à nouveau le glucose à partir d'acide lactique; En fait, immédiatement après l'effort, nous consommons plus d'oxygène que d'habitude: nous remboursons la dette. Comme vous pouvez le constater, nous avons cité le glucose comme exemple de carburant, car c’est le carburant le plus important du muscle; En fait, même si les graisses ont une plus grande quantité d'énergie, pour les oxyder, il est toujours nécessaire de disposer d'une certaine quantité de glycides et de beaucoup plus d'oxygène. En l'absence de ceux-ci, il existe des troubles importants (cétose et acidose). Les protéines peuvent être utilisées comme carburant, mais comme elles sont les seules utilisées pour entraîner les muscles, la fonction plastique y prévaut. Les lipides ont la particularité d'avoir, au même poids, plus d'énergie que les sucres et les protéines: ils sont idéalement utilisés comme stockage. Donc, les glycides sont le carburant, les protéines sont les matières premières, les lipides sont les réserves.
Dans cet article sur la physiologie musculaire, j’ai essayé d’être aussi clair que possible, sans négliger la rigueur scientifique: je pense que j’aurai obtenu un excellent résultat si j’ai incité les opérateurs de fitness à s'intéresser plus sérieusement à la physiologie, car je crois que Les notions fondamentales de physiologie et d'anatomie doivent constituer un atout culturel essentiel pour tenter de comprendre en quelque sorte ce merveilleux corps humain.
