Physiologie Musculaire et Énergie

Sommaire du Cours

• Le cours porte sur la physiologie appliquée à l'entraînement.
• Il est divisé en quatre parties : l'exercice musculaire, l'énergie musculaire, l'entraînement physique et l'optimisation de la performance sportive.

Partie 1 : L'exercice Musculaire

• L'exercice implique le mouvement du corps grace à l'action des muscles squelettiques.
• Le muscle squelettique est composé de l'épimysium, des faisceaux de fibres musculaires (entourés du périmysium), et de fibres musculaires (entourées de l'endomysium).
• La fibre musculaire est entourée d'une membrane plasmique appelée sarcolemme.
• Le sarcolemme présente des invaginations peu profondes.
• Des jonctions avec la zone nerveuse (plaque motrice terminale) facilitent la transmission du potentiel d'action.
• Les fibres musculaires contiennent des myofibrilles et du sarcoplasme.
• Le sarcoplasme contient des protéines, minéraux, glycogène et organites cellulaires.
• A l'intérieur du sarcoplasme, se trouve un réseau de tubules transverses (Système T).
• Le réticulum sarcoplasmique (RS) est un réseau de tubules longitudinaux parallèle aux myofibrilles.
• Le RS stocke le calcium, essentiel à la contraction musculaire.

Partie 1.2 : Les myofibrilles

• Chaque fibre musculaire contient des myofibrilles (éléments contractiles).
• Le sarcomère est l'unité fonctionnelle fondamentale de la myofibrille.
• Un sarcomère est compris entre deux stries Z.
• Les myofibrilles sont composées de filaments protéiques qui sont responsables de la contraction musculaire : les filaments fins (actine, tropomyosine, troponine) et les filaments épais (myosine).
• La titine est un troisième myofilament qui s'étend de la strie Z à la ligne M.
• La titine maintient la myosine alignée pendant la contraction musculaire.

Partie 1.3 : Contraction de la Fibre Musculaire

• L'initiation de la contraction musculaire survient en réponse à un signal du système nerveux.
• Un motoneurone-a peut innerver plusieurs fibres musculaires.
• L'ensemble des fibres innervées par un motoneurone forme une unité motrice.
• La jonction neuromusculaire est le lieu de communication entre le motoneurone et la fibre musculaire.

Partie 1.4 : Le Couplage Excitation-Contraction

• Le processus de contraction musculaire est initié par une stimulation nerveuse ou un potentiel d'action.
• Lors de la stimulation, un neurotransmetteur (acétylcholine) est sécrété, ce qui provoque une dépolarisation de la membrane de la fibre musculaire.
• La dépolarisation provoque l'ouverture de canaux ioniques membranaires.
• L'entrée de sodium dans la cellule provoque une dépolarisation et la formation du potentiel d'action.

Partie 1.5 : Le Rôle du Calcium

• Après la dépolarisation du sarcolemme, l'impulsion électrique se propage au RS, libérant les ions calcium.
• Au repos, la tropomyosine masquant les sites actifs des filaments d'actine empêche la fixation des têtes de myosine.
• Le Ca²⁺ se lie à la troponine, ce qui déplace la tropomyosine et expose les sites actifs de l'actine.
• Cela permet l'attachement des têtes de myosine à l'actine, provoquant la contraction.

Partie 1.6 : La Théorie du Filament Glissant

• Le muscle se raccourcit par le glissement des filaments d'actine sur les filaments de myosine.
• Le bras du pont et la tête de myosine exercent une forte attraction qui provoque le mouvement des filaments.
• Le cycle se répète jusqu'à ce que le calcium soit repompé dans le RS, arrêtant la contraction.

Partie 1.7 : L'énergie et l'arrêt de la contraction Musculaire

• La contraction musculaire nécessite de l'énergie, fournie par l'ATP.
• L'ATPase, une enzyme située sur la tête de myosine, hydrolyse l'ATP en ADP et phosphate inorganique, libérant de l'énergie.
• La contraction se poursuit tant que le calcium est présent dans le cytoplasme.
• Le calcium est repompé dans le RS lorsque la contraction s'arrête.
• La troponine et la tropomyosine reprennent leur position initiale, masquant les sites actifs de l'actine.

Partie 1.8 : Types de Fibres Musculaires

• Un muscle squelettique contient des fibres lentes de type I (50% du muscle) et rapides de type II (25% du muscle).
• Les fibres de type I ont une tension maximale en 110ms, un système de myosine ATPase lent, et un réticulum sarcoplasmique moins développé.
• Les fibres de type II ont une tension maximale en 50ms, un système de myosine ATPase rapide, et un réticulum sarcoplasmique plus développé.
• Les types IIa sont plus réactives et sont recrutés lors des activités de 1500 m (athlétisme) ou 400 m (natation).
• Les types IIb sont moins facilement excitables et sont principalement recrutés lors des exercices explosifs (100 m sprint, 50 m nage libre).

Partie 1.9 : Types de fibres musculaires et exercices

• Les fibres de type I sont caractérisées par leurs capacités aérobies et d'endurance.
• Les fibres de type II sont caractérisées par leurs capacités anaérobies pour une puissance plus importante.
• La composition en fibres musculaires est principalement déterminée par la génétique et varie peu de l'enfance à l'âge adulte.

Partie 1.10 : Le Muscle squelettique et l'exercice

• Le recrutement des fibres musculaires est sélectif et dépend de l'intensité de l'exercice.
• Les fibres de type I sont recrutées en premier, suivies des fibres IIa, puis des fibres IIb, selon l'ordre de recrutement.
• Le principe de taille explique que les unités motrices avec des petits motoneurones sont activées en premier.

Partie 1.10.2 : Modalités de contraction musculaire

• On distingue trois types de contractions musculaires: excentrique, isométrique et concentrique.
• Tout mouvement nécessite la production de force musculaire qui est dépendante de plusieurs facteurs.
• Le nombre d'unités motrices actives, le type de fibres, la fréquence de stimulation, la taille du muscle, l'angle de l'articulation et la vitesse de contraction.

Partie 1.10.3 : Modalités de contraction musculaire

• Les unités motrices et la taille du muscle sont importants pour la force développée par le muscle.
• La relation tension-longueur présente une longueur optimale où le muscle développe la tension maximale.
• La relation force-vitesse indique que la force développée diminue avec l'augmentation de la vitesse de contraction, exceptée lors des contractions excentriques.

Partie 2 : Métabolisme et Bioénergétique Musculaire

• L'énergie est stockée dans les aliments sous forme de glucides, lipides et protéines.
• Ces trois substrats énergétiques sont décomposés dans les cellules pour libérer l'énergie.
• Trois voies métaboliques permettent de dégrader ces sous-métabolites et libérer leur énergie :
  • Le système ATP-PCr.
  • Le système glycolytique.
  • Le système oxydatif.

Partie 2.1 : Les substrats énergétiques

• L'énergie stockée dans les aliments est libérée lors de la rupture des liaisons chimiques.
• Les substrats énergétiques essentiels sont le glucose, les acides gras libres et les acides aminés.
• Les glucides sont la source d'énergie principale, suivi des lipides, puis des protéines, pour les exercices modérés à forts, les efforts de longue durée.

Partie 2.2 : L'ATP : La Molécule Énergétique du Muscle

• L'ATP est la source d'énergie immédiatement disponible pour les réactions métaboliques.
• L'ATP est généré à partir d'ADP et de P par une réaction de phosphorylation.
• Trois systèmes énergétiques (ATP-PCr, glycolytique et oxydatif) contribuent à la production d'ATP.

Partie 2.3 : Bioénergétique : Production d'ATP

• Le système ATP-PCr est la principale source d'énergie lors des exercices très courts et très intenses.
• Le système glycolytique dégrade le glucose ou le glycogène en acide lactique, ce qui donne de l'énergie à court terme.
• Le système oxydatif dégrade les glucides et/ou les lipides pour produire de grandes quantités d'énergie à long terme, en présence d’oxygène.

Partie 2.3.2 : Le système glycolytique

• Le système glycolytique est la dégradation du glucose en acide lactique pour former de l'énergie.
• Ce système a un rendement énergétique moins important par rapport aux systèmes oxydatifs.
• Il est la source d'énergie lorsque l'oxygène n’est pas suffisant, lors des exercices de haute intensité.

Partie 2.3.3 : Le système oxydatif

• Le système oxydatif décompose les glucides et les lipides en CO₂ et eau pour une meilleure production d'énergie.
• Les étapes du cycle de Krebs et la chaîne de transport des électrons sont impliquées et génèrent plusieurs molécules d'ATP.
• Ce processus permet la production d'une grande quantité d'énergie à long terme.
• Il est principalement utilisé pour les exercices de longue durée à intensité modérée.

Partie 2.3.3 : L'acide lactique comme source d'énergie à l'exercice

• L'acide lactique est produit par la glycolyse et peut être utilisé comme source d'énergie par la cellule.
• Une partie de l'acide lactique est transportée vers le foie et transformé en glucose.
• Le lactate peut également être oxydé directement dans les mitochondries de certaines cellules.

Partie 3 : Le contrôle nerveux du mouvement

• Cette section couvre les aspects neurologiques de la contraction musculaire.
• Elle explore la structure et la fonction du système nerveux.
• Elle décrit le fonctionnement des neurones, l'influx nerveux et la synapse dans le contexte de la contraction musculaire.

Partie 3.1 : Structure et fonction du système nerveux

• Le système nerveux est divisé en système nerveux central (encéphale et moelle épinière) et périphérique.
• Le cerveau est la partie principale responsable des mouvements.
• Le diencéphale contrôle de nombreuses fonctions corporelles.
• Le cervelet joue un rôle dans la coordination des mouvements.
• La moelle épinière est la voie de communication majeure.

Partie 3.1.1 : Les neurones

• Les neurones sont formés du corps cellulaire, des dendrites (qui reçoivent l’influx nerveux) et d’un axone (qui transmet l’influx nerveux vers d’autres neurones ou les muscles).
• L’influx nerveux est un phénomène électrique. (Potentiel de membrane au repos, potentiel d’action, potentiel gradué).
• La synapse est le point de jonction.

Partie 3.1.2 : L'influx nerveux

• La membrane cellulaire d'un neurone au repos présente une différence de potentiel (-70mV).
• Un potentiel d’action se produit si la dépolarisation de la membrane dépasse un seuil critique.
• Les potentiels d’action se propagent le long des axones, notamment via les fibres myélinisées.
• Les potentiels gradués sont des signaux localisés.

Partie 3.1.3 : La synapse

• La synapse est le point de connexion entre les neurones.
• Les neurotransmetteurs sont libérés dans la fente synaptique et se fixent aux récepteurs du neurone post-synaptique.

Partie 3.1.4 : La jonction neuromusculaire

• La jonction neuromusculaire est une synapse spécifique entre le neurone et la fibre musculaire.
• L’acétylcholine est le neurotransmetteur principal au niveau de la jonction neuromusculaire, qui provoque une dépolarisation et active le processus de contraction musculaire des fibres musculaires.

Partie 3.2 : Le système nerveux central (SNC)

• Le SNC comprend l'encéphale (cerveau, cervelet, tronc cérébral) et la moelle épinière.
• Le cerveau contrôle les mouvements volontaires, l'essentiel des fonctions corporelles internes.
• La moelle épinière transmet l'information entre le cerveau et le reste du corps.

Partie 3.3 : Le système nerveux périphérique (SNP)

• Le SNP comprend les nerfs qui relient le SNC aux différentes parties du corps.
• Le système nerveux autonome commande les fonctions corporelles involontaires.
• Le système nerveux sympathique est actif en cas de stress ou d’activités intenses.
• Le système nerveux parasympathique est actif lors de repos ou de relaxation.