La force de contraction musculaire

La force de contraction musculaire

Dans le cadre du cours

Anatomie et physiologie

Le corps humain est constitué d’une panoplie de muscles, soit environ 600. La grande majorité de ceux-ci sont des muscles striés squelettiques. Ils sont composés de grands faisceaux de fibres musculaires qui sont placés sur la longueur. Ces fibres musculaires sont subdivisées par des sarcolemmes, qui sont les membranes des  cellules musculaires. Ils contiennent le sarcoplasme où on retrouve les myofibrilles qui sont constituées de protéines contractiles . Elles se séparent en deux catégories de myofilaments, les filaments d’actine F enroulées en paires et parsemés de molécules d’actine G (molécule globulaire). De plus, ils présentent deux autres protéines : la tropomyosine et la troponine. La première est une mince molécule allongée qui repose sur le dessus du fil d’actine. Les extrémités de la molécule de tropomyosine s’emboîtent dans les molécules globulaires de troponine. Ces filaments sont d’une épaisseur inférieure aux autres filaments contractiles, ceux de myosine. Ceux-ci sont constitués de molécules de myosine ,mais plus précisément de méromyosine L (portion allongée) et de méromyosine H (portion globulaire), leur structure filamenteuse en est plus épaisse. Ainsi, l’agencement de ces protéines contractiles forment un sarcomère.  Les filaments d’actine ne sont pas continus à l’intérieur de celui-ci, ils sont fixés aux stries Z qui forment l’extrémité du sarcomère en forme de disque. Son centre porte le nom de bande H où la ligne M le traverse, cet endroit ne présente aucun myofilaments minces. Les disques Z sont attachés aux filaments d’actine, tandis que les filaments de myosine sont rattachés aux disques M. On remarque aussi des bandes I et A sur un même sarcomère, qui sont constitués des deux myofilaments. La superposition de sarcomères au bout de ses disques Z constitue une myofibrille. (Fox & Mathews, 1981)
        

Lors d'une contraction musculaire, de façon vulgarisée, les filaments glissent les uns sur les autres et le muscle se raccourcit. Il n’y a aucun changement de longueur par ceux-ci, ils ne font que glisser l’un vers l’autre. Précisément, ceux composés d’actine translate entre les brins de myosine vers le centre du sarcomère. Anatomiquement, les myofilaments épais sont composés de têtes de myosine sphériques répartis sur leur surface entière. La contraction entraîne un rétrécissement de la bande I et également une disparition de la zone H. À noter que la bande A ne subit aucun changement. Au repos, les ponts d’unions situés sur les têtes de myosine se lient à un ATP, formant le complexe pont d’union-ATP désactivé. Ensuite, de grandes quantités de Casont entreposées dans les sacs latéraux du réticulum sarcoplasmique qui entoure la myofibrille. Ce phénomène libère le sarcoplasme du calcium ce qui entraîne un inhibition du lien entre les ponts d’unions de la myosine et de l’actine par la troponine des filaments d’actine. Quand le couplage excitation-contraction survient, il y a une libération d’acétylcholine provoqué par l’influx nerveux moteur. Ce phénomène entraîne une dépolarisation du sarcolemme, ainsi le potentiel d’action se propage à travers la fibre musculaire par le biais des tubules transverses (traversant le sarcomère) et provoquent la libération du calcium emmagasiné dans les sacs latéraux. Le rôle du Caest d’ensuite se lier aux molécules de troponine des filaments fins ce qui active les sites actifs des molécules d’actine. Ce changement est explicable par la modification de la configuration moléculaire de la troponine et de la tropomyosine suite à l’action du calcium. Le complexe pont d’union-ATP désactivé devient le complexe pont d’union-ATP activé. Suite à ce phénomène, les deux protéines s’attirent et il y a couplage et création du complexe acto-myosine. Pour ce qui en est de la contraction, ce dernier complexe, active l’enzyme myosine ATPase qui hydrolyse l'ATP du complexe pont d’union-ATP activé en ADP et en phosphate inorganique. L’énergie libérée permet une rotation du pont d’union ce qui fait glisser le filament d’actine auquel il se rattache vers le centre du sarcomère. Cette opération se fait de façon cyclique. Le muscle produit une tension et se contracte. (Fox & Mathews, 1981) [pic 1][pic 2]

        Si le muscle produit une tension, il produit une force, si il produit une force celle-ci peut être maximale. Elle est caractérisée par la longueur où les myofilaments minces et épais forment le maximum de ponts de liaisons lors de l’étirement initial. Ce pont étant la liaison entre une tête de myosine et d’une molécule d'actine. Lorsque la  longueur des sarcomères d'un muscle augmente, il y a moins de ponts qui se forment, c'est le même phénomène qui se produit lorsque les sarcomères sont en pleine longueur, lorsque les disques Z sont le plus distants, la zone H où il n’y a pas de liaisons augmente pour devenir maximale. Lorsque  le sarcomère est étiré au maximum la tension est nulle. Donc, la  tension maximale se produit lorsque le contact entre les filaments de myosine et d'actine sont optimale (Marieb et Hoehn, 2015). La longueur de cette tension optimale pour un sarcomère se situerait à 2 micromètres (Prévost, 1998-2004)

        La longueur n’est pas le seul facteur lors de cette expérimentation, des facteurs biophysiques sont aussi en cause. Étant donné que l’expérience se fait contre la gravité, il y aura prise en considération de la force gravitationnelle et de l’angle que comporte le moment de force soit l’angle formé entre le point où la force motrice est produite et son point de rotation. La force motrice est la force exercée sur l’objet, dans ce cas ci, la force musculaire. La force résistante sera la force gravitationnelle. Le moment où la force musculaire est optimale est lorsque le sinus de l’angle est 1, cet angle correspond à un angle de 90 degrés. Le sinus de 270 aussi permet une force musculaire optimale, mais cet angle est à rejeter dans cette expérience, car il est impossible pour l’articulation de l’humain d’opter pour cet angle. La force musculaire est nulle lorsque l’angle est de 0 ou 180 degrés, car le sinus de ces angles est 0.

        La problématique qui se rattache à l’expérience est de déterminer si l’étude de Bidon et al. 1973 est vraie ou fausse. Son étude énonce que la force maximale d’un muscle se produit avec un étirement optimal de celui-ci. Ainsi, selon les connaissances actuelles que l’on possède , on peut alors émettre comme hypothèse que l’étude de Bidon et al. 1973 ne fait pas de sens.

Matériel et méthode

Au cours de cette expérimentation, des étudiantes se sont portées volontaires, dans le but d’évaluer la force de contraction de leur biceps selon plusieurs angles. L’objectif visé était de déterminer sous quel angle la force de contraction serait la plus grande. L’étude comportait des filles âgées environ de 18 à 20 ans.

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