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Comment est-ce qu’un muscle fonctionne ?

Découvrez comment un muscle va réagir en fonction de l'intensité et de la durée de l'effort fourni.

Muscle

Il y a plus de 600 muscles dans le corps qui aident à accomplir une multitude de fonctions. Que ce soit pour soulever une tasse de café, sprinter dans la rue ou maintenir une posture droite, les muscles sont la force motrice derrière tout cela. Découvrez les mécanismes complexes qui leur permettent de se contracter, ainsi que le rôle essentiel qu’ils jouent dans notre santé de manière générale, et utiliser ces connaissances pour performer mieux et atteindre vos objectifs.

On parle de cardio pour faire référence aux activités permettant d’augmenter le rythme cardiaque, comme la course à pied, le cyclisme, la natation ou le rameur. Cependant, tout exercice physique augmente le rythme cardiaque.

Comprendre la fonction musculaire

Chaque muscle est composé de 3 fibres musculaires qui coexistent côte à côte :

Muscle
Fonction muscle

Le type 1 : Rouge à contraction lente

Structure

Ces fibres ont un faible diamètre, une densité de capillaires élevés, et ont donc une teinte rougeâtre. Elles ont également une densité de mitochondries et de myoglobines élevée. Les myoglobines sont chargées de stocker l’oxygène pour qu’il soit utilisé par les mitochondries.

Métabolisme

Les fibres de type 1 ont une contraction lente, car leur concentration en myosine ATPases est basse. Elles ont une faible puissance développée et sont résistantes à la fatigue. Pour finir, elles stockent le glucose sous forme de glycogène.

Le type IIa : Contraction rapide, oxydative

Structure

Ces fibres ont un diamètre large, une densité de capillaires élevés, et ont une teinte rosée. Elles ont également une densité de mitochondries et de myoglobines élevée.

Métabolisme

Les fibres de type IIa ont une contraction rapide car leur concentration en myosine ATPases est plus élevée que les fibres de type 1. Du fait de leur taille et de leur vitesse de contraction, elles ont une résistance à la fatigue modérée (<30 min), ainsi qu’une puissance développée moyenne. Pour finir, elles stockent le glucose sous forme de glycosomes (amas de glycogène).

Le type IIxx : Blanche à contraction rapide, glycolytique

Structure

Ces fibres ont un diamètre moyen, une faible densité de capillaires, et ont une teinte blanchâtre. Elles sont également faibles en mitochondries.

Métabolisme

Les fibres de type IIx ont une vitesse de contraction rapide, car elles sont riches en myosine ATPases. Elles ont une résistance à la fatigue très faible (<1 min), mais sont en revanche capables de développer une grande puissance. Pour finir, elles stockent le glucose sous forme de glycosomes.

Chaque type de fibre musculaire sera sollicité en fonction de l’intensité et de la durée de l’effort.

La production d’énergie

Le glucose est l’élément de base qui est utilisé pour créer de l’ATP (Adénosyl TriPhosphate) via différents processus.

La respiration cellulaire : les mitochondries

6 O2 + C6H12O6 -> 6H2O + 6 CO2 + ATP
En utilisant une molécule de glucose et 6 molécules de dioxygène, les mitochondries arrivent à phosphoriser l’ADP en ATP via le cycle de Krebs et la chaine de transport d’électrons. Sans oxygène, le processus se bloque à la dernière étape, où les électrons ne peuvent pas être acceptés, le surplus de H+ dans la zone intermédiaire ne peut pas accéder à l’ATP synthase et les molécules d’eau ne se forment pas.
A l’heure actuelle, on estime que les mitochondries arrivent à générer en 34 et 38 ATP avec 1 glucose.

La carnitine phosphate

Au repos, les muscles ne travaillent pas beaucoup. La quantité d’ATP (principalement générée par les mitochondries) est donc élevée. Pour stocker en stocker d’avantage, l’enzyme créatine kinase va utiliser un atome de phosphate, l’incorporer sur la créatine et transformer l’ATP en ADP pour donner la créatine phosphate. La quantité de créatine phosphate est alors élevée au repos. Lors d’une activité intense, la créatine kinase réalise la réaction inverse et produit de la créatine ainsi que de l’ATP, utilisable par la myosine ATPase pour la contraction musculaire.

Glycolyse

La glycolyse a pour but de décomposer une molécule de glucose en 2 molécules de pyruvate (pour être utilisé dans le cycle de Krebs, ou par l’enzyme Lactate Déshydrogénase – LDH) et 2 ATP, en 10 étapes.

La quantité d’ATP produite par les mitochondries est bien plus élevée que par la glycolyse et la carnitine phosphate. Une fois produit, l’ATP pourra être utilisée par une enzyme, l’ATPase, responsable de la contraction musculaire. Dans ce processus, un atome de phosphate est détaché de l’ATP pour donner de l’ADP, un atome de phosphate, ainsi qu’un proton H+. Ce proton sera responsable de l’acidification du muscle dans lequel il est produit.

L’acide lactique : un faux ennemi

On entend souvent dire que l’acide lactique est responsable de la fatigue musculaire lors d’un effort. Il est vrai que la quantité d’acide lactique augmente pendant un effort, mais la raison pour laquelle c’est le cas est autre que la simple fatigue.

Le lactate, une base

Le lactate est produit dans une cellule musculaire (par la LDH) pour augmenter la quantité de glucose transformable via la glycolyse et ainsi produire plus d’énergie. Cela est possible car la LDH augmente la quantité de NAD+ nécessaire pour la glycolyse. Sa seconde fonction est de capter les protons H+ qui acidifient la cellule, et ainsi aide à augmenter le pH. C’est la combinaison du lactate et du proton H+ qu’on appelle communément acide lactique.

Recyclage de l’acide lactique

L’acide lactique (LAC) produit dans les cellules est transporté à l’intérieur des mitochondries où il sera transformé en pyruvate et intégré au cycle de Krebs.
Pourquoi ? C’est l’enzyme lactate déshydrogénase qui réalise cette réaction réversible. Pour qu’elle ait lieu, il faut qu’il y ait soit du NAD+ soit du NADH comme réactif. Dans le cytosol des cellules musculaires squelettiques, il y a une majorité de NADH (car le NAD+ est utilisé par la glycolyse) et dans les mitochondries il y a plus de NAD+.

Les fibres de type 1 et de type 2x possèdent le plus de mitochondries. Après un effort, il est judicieux de stimuler ces deux types de fibres pour favoriser la diminution des niveaux d’acide lactique. C’est ce à quoi sert le décrassage : un effort faible et long (entre 15 et 20 minutes) pour un retour au calme.

Le rôle du foie

Une autre partie de l’acide lactique est transportée vers le foie qui l’utilisera pour générer du glucose via la gluconéogenèse et ainsi fournir au muscles de quoi fabriquer de l’énergie de nouveau.

Le rythme cardiaque : un indicateur utile

Plus un effort est intense, plus le rythme cardiaque augmente. C’est également le cas pour les niveaux d’acide lactique. Le graphique suivant montre les niveaux d’acide lactique dans le sang en fonction du rythme cardiaque. On constate que l’acide lactique est stable (1 et 3 mmol/L) entre 120 et 155 battements par minutes. Au-delà, la quantité est multipliée par 3.

Le régime aérobie

Lorsque le coeur est entre 115 et 150 bpm, l’énergie utilisée par les muscle est produite principalement par les mitochondries. Or celles-ci sont présentes en majorité dans les fibres musculaires de type 1 et 2x. Ce sont donc ces fibres qui sont le plus sollicitées pour cette écart de battements.
La production d’énergie est dite aérobie lorsqu’elle utilise l’oxygène comme réactif. Ce sont les mitochondries qui utilisent l’oxygène pour réaliser ces réactions.
Un exercice aérobique est donc un exercice où les fibres de type 1 et 2x sont utilisées principalement. Ce type d’exercice peut être maintenu pendant de longues périodes et où le rythme cardiaque n’est pas très élevé.

Le régime anaérobie

Lorsque le cœur est au-delà de 155 bpm, l’énergie utilisée par les muscles est produite principalement via la glycolyse, et la carnitine kinase. Cette enzyme est présente dans les fibre de type 2a et 2x. Ce sont donc ces fibres qui sont le plus sollicitées pour ce niveau de battements. La production d’énergie est dite anaérobie lorsqu’elle n’utilise pas l’oxygène comme réactif. C’est le cas pour les réaction via la carnitine phosphate et la glycolyse. Un exercice anaérobique est donc un exercice où les fibre de type 2a et 2x sont utilisées principalement. Ce type d’exercice ne peut être maintenu que sur de courtes périodes et où le rythme cardiaque est élevé. La quantité croissante de lactate augmente indique que sa production est supérieure à son recyclage par les différents tissus (cerveau, foie, …).

A retenir :


Que l’on soit au repos ou en activité, les deux processus de production d’énergie coexistent. Quand les besoins en énergies et en puissance sont plus élevés, ces processus augmentent en activité. De manière générale, tous les muscles de posture qui permettent de lutter contre la gravité sont alimentés en énergie par les mitochondries.
L’acide lactique est produit pour maintenir les efforts. Le rythme cardiaque est un bon indicateur pour savoir si nous sommes dans un régime aérobique ou
un régime anaérobique. Cependant, chacun d’entre nous est unique. Les seuils sont donc différents pour chacun. Pour en avoir le coeur net, vous pouvez tester selon vos ressentis, si vous pouvez maintenir un exercice pendant un temps plus ou moins long. L’autre solution est de tester vos niveau d’acide lactique sanguin pendant un effort. Vous pourrez ainsi déterminer votre propre profil pour adapter vos entrainements en fonction de votre rythme cardiaque.


Lexique :


ATP (adénosyl triphosphate) : molécule qui a le plus d’énergie potentiellement utilisable par le corps.
ADP : adénosyl Diphosphate : obtenue par hydrolyse de l’ATP pour créer de l’énergie.
Hydrolyse : séparation par de l’eau.
Cycle de Krebs : produit les éléments nécessaires pour la chaine de transport d’électron
Chaine de transport d’électron : transforme l’ADP en ATP
ATP synthase : Enzyme responsable de la phosphorisation d’ADP en ATP dans la chaine de transport d’électron.
Mitochondries : Organelle présent dans les cellules eucaryotes, où sont produites l’ATP
Créatine kinase : Enzyme qui transforme la créatine en créatine phosphate
Créatine Phosphate : Créatine avec un atome de phosphate
Lactate : base de l’acide lactique
Pyruvate : Produit final de la dégradation du glucose
NAD +: Nicotinamide dinucleotide. Coenzyme servant de catalyseur pour plusieurs réactions.
NADH : Forme réduite du NAD+, après réaction.
Coenzyme : Molécule organique permettant aux enzymes de catalyser une réaction.
Gluconéogenèse : génération de glucose à partir de source non glucidiques
Myosine ATPases : enzyme responsable de la contraction musculaire (utilise un ATP pour contracter un muscle et donne 1 ADP).
Glycosomes : amas de glycogènes.
Glycogène : amas de glucoses.

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