Tout savoir sur les muscles

Muscles
Le

Sans eux, nous ne pourrions nous lever, marcher… courir. Une petite révision s’impose pour comprendre ce que sont nos muscles et comment ils fonctionnent.

Par Nicolas Bompard, médecin du sport.

Constat : environ 40 % de la masse totale de notre corps est constituée de muscles. Soit, pour un sujet de 75 Kg, près de 30 kg de muscle. Ou plutôt de muscles, pluriel imposé par les divers types de muscles qui composent notre organisme :

- Les muscles lisses : l’intestin par exemple. Ce sont des muscles qui fonctionnent de façon autonome.

- le muscle cardiaque : un muscle complètement autonome

- Les muscles striés ou squelettiques. Ce sont les seuls qui se contractent volontairement grâce au cerveau. Ce dernier est le véritable chef d’orchestre de l’exécution gestuelle. C'est évidemment à cette dernière catégorie que cet article est consacré.

La plupart des muscles striés sont des muscles dits squelettiques, car reliés aux os du squelette. Les autres muscles striés sont les muscles peauciers qui, en se contractant, font bouger la peau, comme par exemple ceux qui nous font sourire. Il y a aussi les muscles accessoires comme ceux qui contrôlent le mouvement des yeux. On dit des muscles striés qu'ils sont volontaires, car nous contrôlons leur mouvement. A contrario, le muscle cardiaque et les muscles lisses sont dits involontaires.

Les muscles striés assurent la station debout. En se contractant, ils se durcissent, tirent sur les os du squelette grâce aux tendons et le font bouger.

Les contractions musculaires sont contrôlées par des signaux nerveux envoyés par le cerveau. Le mouvement s’engage ainsi pour plier la jambe : les ischios-jambiers (derrière la cuisse) se contractent (ce sont des muscles fléchisseurs car lorsqu'ils travaillent ils permettent de fléchir le membre) tandis le quadriceps qui se trouve sur le devant de la cuisse a un effet contraire. A l’inverse, lorsque le quadriceps se contracte, la jambe se déplie (ce sont des muscles extenseurs). Dans ce cas les ischios sont relâchés,

Indispensables au mouvement et à la station debout, on compte 570 muscles chez l’homme ! Pour anecdote, le plus puissant d’entre eux est le muscle Masseter qui se trouve de part et d’autre de la mâchoire et permet de fermer la bouche, attention aux morsures !

Anatomie du muscle

Généralement, on assimile le muscle à un câble formé d'un grand nombre de fibres musculaires de diamètre variant entre 10 et 100 µm. Le muscle strié se divise en deux parties:

- le corps ou la partie centrale est de couleur rouge ou rosée; c'est la partie contractile.

- les tendons qui sont situés aux extrémités des muscles et qui ont une apparence blanche. Ils sont peu extensibles et sont fixés aux os ou à du tissu conjonctif. Ils sont 50 fois plus résistants à la déformation que le muscle.

Le muscle est constitué d'un groupement de faisceaux, formés eux-mêmes d'un ensemble de fibres musculaires, serrées les unes contre les autres. Chacune de ces fibres est une cellule musculaire de très grande taille, qui comprend plusieurs noyaux. Une fibre musculaire peut atteindre plusieurs dizaines de centimètres dans les grands muscles du dos ou des membres inférieurs. À l'intérieur de la fibre sont alignés des faisceaux de myofibrilles, protéines contractiles qui donnent au muscle le pouvoir de se contracter, puis de se relâcher.

Que se passe-t-il au moment de la contraction ?

Les myofibrilles, qui composent les fibres et permettent au muscle de se contracter, sont constituées de filaments parmi lesquels on distingue deux types : les filaments fins d'actine et les filaments épais de myosine. Ces types de filaments sont disposés dans la myofibrille de façon alternée. Lors de la contraction les filaments d'actine et de myosine glissent les uns contre les autres, de façon à raccourcir le muscle. Les molécules de myosine, plus épaisses, sont équipées de têtes spéciales, qui viennent s'accrocher aux molécules d'actine. Ce phénomène suscite une réaction chimique qui nécessite la présence de calcium et consomme de l'énergie. Cette dernière est fournie par la dégradation d'une molécule spéciale, l'ATP (Adénosine Tri Phosphate) présente dans la cellule musculaire. Plus la contraction est forte, plus le nombre d'accrochages entre les filaments est grand et la consommation d'ATP importante.

Il faut aussi savoir que les muscles sont constitués d'un nombre donné de fibres et que les exercices de musculation n'ont pas pour effet de multiplier ce nombre. Les fibres ne peuvent que grossir ou diminuer de volume en fonction de leur utilisation. Un muscle atrophié est un muscle non employé, tandis qu'un muscle surentraîné, comme chez un adepte du culturisme par exemple, est un muscle dont chaque fibre augmente considérablement de volume. En cas de traumatisme, la zone lésée est remplacée par un tissu cicatriciel.

Les faisceaux de fibres, à chaque extrémité du muscle, se réunissent en tendons qui s'accrochent solidement aux os. Tout muscle est entouré d'une gaine fibreuse, l'aponévrose, qui permet aux muscles de glisser les uns contre les autres. Le mouvement musculaire, au cours de l'exercice sportif, met en jeu de façon répétée les mécanismes décrits ci-dessus et entraîne un certain nombre de phénomènes, qui sont encore loin d'être tous expliqués.

Mécanismes de contraction

On sait néanmoins que l’information se fait dans deux sens : cerveau/muscle et muscle/cerveau. En effet, le muscle adresse des informations au système nerveux central par des nerfs sensitifs et les tendons font de même (grâce aux organes tendineux de Golgi). Ainsi le système central est au courant en direct de la position de chaque articulation et de l’état d’étirement de chaque muscle. De l’autre coté, en retour, le système nerveux va gérer la contraction musculaire par un phénomène complexe.

Le contrôle volontaire de la contraction musculaire squelettique est géré par le système nerveux. Par un système de neurones moteurs, l'influx nerveux va être acheminé aux cellules musculaires, provoquant la libération d'un neurotransmetteur excitateur, l'acétylcholine. Ce neurotransmetteur permet la libération du calcium stocké dans la cellule musculaire. A la suite d’une réaction chimique, la contraction est initiée. Lorsque cette dernière se termine, le calcium est réabsorbé par la cellule musculaire. Une nouvelle réaction permet alors à la fibre musculaire de relâcher.

Autre particularité : un muscle tire toujours dans le même sens, c’est pour cette raison que les muscles du corps sont organisés deux par deux en vis-à-vis de part et d’autre des articulations. Lorsque le quadriceps se contracte, les ischios se relâchent puisque l’un permet l’extension et l’autre la flexion du genou : il sont appelé agoniste et antagoniste à tour de rôle.

Au repos, leur tension est égale, jusqu’au moment où l’on a besoin d’exécuter un mouvement. L’équilibre est alors rompu et un segment de membre se déplace dans la direction du muscle contracté.

Les carburants du muscle

Lors de la course à pied, le corps est propulsé par le mouvement des jambes mobilisées par les contractions musculaires. Le raccourcissement des muscles est un travail mécanique qui consomme de l'énergie chimique, sous forme d'adénosine triphosphate (ATP). Le muscle est une usine capable de transformer une énergie chimique venant de l’alimentation (glucides et lipide) en une énergie mécanique via l’ATP avec une production de chaleur.

La contraction des filaments des myofibrilles nécessite la présence d'un carburant spécial, l'ATP. Mais celui-ci s'épuise très vite, en une ou deux secondes. Si l'effort musculaire continue, il faut que l'organisme puisse fournir immédiatement de l'ATP, à partir d'autres voies métaboliques, donc d'autres sources d'énergie ; il en existe trois : l’anaérobie alactique, l’aérobie et l’anaérobie lactique.

La première réserve est constituée par une molécule présente dans le muscle, la créatine-phosphate, qui se dégrade facilement en ATP. Mais celle -ci va également s'épuiser rapidement, en cinq ou six secondes. C'est cette réserve que l'athlète consomme lors des efforts violents et courts, comme un sprint. C’est la voie anaérobie alactique.

Si l'effort continue, il faut que le muscle ait accès à une source d'énergie plus durable. Celle-ci est constituée par le glucose et le glycogène, qui est la forme sous laquelle est stockée le glucose à l'intérieur de l'organisme, notamment dans le foie. Lorsque l'effort persiste, le muscle a recours au glycogène, qui, à la suite de nombreuses réactions enzymatiques (la glycolyse), se dégrade et forme une nouvelle source de carburant, et donc d'énergie, pour le muscle.

En se dégradant, le glycogène donne naissance à deux composés, l'acide pyruvique et l'acide lactique. Cette voie métabolique s'ouvre très rapidement, car il ne faut que quelques secondes pour que les précédentes s'épuisent. Ce deuxième réservoir est utilisé pour les effort de moyenne durée, par exemple une course de quatre cents mètres : c’est la voie anaérobie lactique.

La respiration et la fréquence cardiaque s'accélèrent en quelques dizaines de secondes, assez pour permettre un transport accru d'O2 aux muscles en exercice. Le glucose provenant du muscle, du sang ou du foie peut alors être complètement oxydé en dioxyde de carbone (CO2) et eau, avec libération d'un maximum d'énergie pour recharger l'ATP.

Après quelques minutes, les lipides vont aussi être utilisés (troisième réservoir), d'autant plus que l'exercice est moins intense et plus long ; c’est la voie aérobie. Ici il n’y a pas de production de déchets (acide lactique) et l’effort peut être maintenu tant qu’il y a du consommable (glucides et lipides).

Tableau récapitulatif

Durée de l’exercice

Type d’effort

Processus

Carburants

- 1 mn

Sprint court

Anaérobie alactique

phosphagéne (ou ATP) disponible immédiatement dans le muscle

de 3 mn à 20 mn selon l'intensité

Sprint long

anaérobie lactique

glucose sanguin et glycogène contenu dans les muscles et le foie

Plus de 20 mn

Fond

aérobie

lipides + glucides

Irrigation sanguine du muscle

Pour produire beaucoup d'énergie, les muscles doivent être abondamment alimentés en énergie ce qui implique une bonne irrigation sanguine pour l'apport d'oxygène. Plus la demande en énergie du muscle est importante, plus la circulation sanguine s’intensifie, à l’effort un muscle peu augmenter de 15 % son volume initiale.

Spécificités musculaires à tel ou tel type d’exercice ou l’effet de l’entraînement.

On pourrait deviner la spécialité d’un sportif rien qu’en regardant sa morphologie ( sprinter ou marathonien par exemple ). L’entraînement du sportif sera selon sa spécialité orienté vers la force, la vitesse, l’adresse ou l’endurance, il développera alors un type de muscle adapté.

En effet, il existe trois types de muscles différents : type 1, 2a et 2b que l’on nomme rouge ou blanc, lent ou rapide.

Les premières, baptisées fibres lentes (ou de type I), sont de petit diamètre et très vascularisées. Elles contiennent de nombreuses mitochondries et peu de glycogène. le terme "lentes" vient de la lenteur relative de la conduction nerveuse dont elles sont la cible. Ces fibres fonctionnent en aérobie et ont un taux de myoglobine élevé, d'où leur couleur rouge. Elles sont très endurantes, mais peu puissantes. Elles se situent surtout dans les muscles posturaux, ceux qui assurent l'équilibre. C'est le cas du soléaire, par exemple, un muscle du mollet qui contient plus de 80% de fibres lentes.

A l'opposé, il y a aussi les fibres dites rapides (ou de type IIB ) localisées dans les muscles pâles ou carrément blancs en raison du très faible taux de myoglobine, comme par exemple le droit antérieur, un des chefs du quadriceps. Ces fibres sont de grand diamètre, pauvres en mitochondries et peu vascularisées. Elles se caractérisent en outre par leur richesse en glycogène et fonctionnent en anaérobie. Elles sont à la fois très puissantes et très fatigables.

Entre les fibres lentes et les fibres rapides, on trouve les fibres intermédiaires (ou de type IIA). Celles-là ont une couleur rosée et sont à la fois rapides et résistantes.

Sur le poulet par exemple on retrouvera les fibres rapides sur les ailes (blanc) et les lentes endurantes sur les cuisses (foncé).

On peut voir qu’un sportif d’endurance (un marathonien, par exemple) aura besoin de fibres musculaire de type 1, qui sont peu fatigables et consomment les triglycérides de préférence en économisant le glycogène. Elles sont riches en mitochondries, siège des réactions oxydatives libérant de l’énergie.

Un entraînement bien conduit peut amener l’organisme à développer tels ou tels fibres musculaire. Un entraînement en force développera des fibres types 2 rapides alors qu’un entraînement en endurance des fibres type 1 lentes. L’organisme étant capable de changer un muscle lent en un muscle rapide et vis versa.

Un muscle sain qui travaille va gagner en force. Au début par une meilleure synchronisation lors de sa stimulation puis par un épaississement de ses myofibrilles. Le gain de force sera proportionnel à la capacité de souffrir, car la musculation intensive est source de micro-dégâts entraînant des courbatures. L’arrêt de l’entraînement a l’effet inverse.

Le diamètre des fibres augmente avec l’entraînement mais seulement pour des exercices atteignant un pourcentage élevé de la force maximale volontaire. La croissance de la masse musculaire s’accompagne d’une augmentation de la résistance du muscle à la traction.

Problèmes musculaires à l’effort

Un dossier a été consacré récemment dans Jogging (voir numéro 239, daté septembre 2004) sur les différents accidents musculaires. La fibre musculaire est fragile et peut subir des dégâts allant des simples courbatures à la déchirure complète comme on déchirerait une feuille de papier.

Il existe plusieurs interprétations sur l’origine des courbatures : soit par concentration de lactate dans le muscle soit par dilacération des structures d’union des myofibrilles. Ce phénomène semble inévitable à la reprise d’une activité ou lors d’un entraînement intensif.