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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

Le corps humain est composé de plus de 600 muscles qui orchestrent une multitude de fonctions vitales répartis en 3 catégories qui permettent d’accomplir des actions quotidiennes variées :

  • Les muscles lisses, situés dans les parois de nombreux organes tels que les vaisseaux sanguins et les intestins, qui gèrent les mouvements sanguins ou alimentaires involontaires,
  • Les muscles cardiaques, uniques et spécialisés, qui composent le cœur et pompe le sang à travers tout le corps,
  • Les muscles squelettiques, qui sont connectés au squelette et permettent tous les mouvements volontaires du corps.

Les muscles lisses et les muscles cardiaques sont régulés par le système nerveux autonome, qui contrôle les fonctions corporelles automatiques, indépendantes de notre volonté, alors que les muscles squelettiques (environ 40% de la masse corporelle chez les individus en bonne santé) sont contrôlés par le système nerveux somatique (mouvements volontaires).

Au-delà de leur rôle de création de force et de mouvement, les muscles ont également une importance capitale dans le métabolisme, l’équilibre, et même dans la prévention de certains cancers. Cela souligne combien l’entraînement physique va au-delà de la simple apparence; il représente une démarche essentielle pour améliorer et préserver sa santé.

Anatomie des Muscles Squelettiques

Chaque muscle squelettique est composé de plusieurs fibres individuelles regroupées en faisceau, donnant au muscle son apparence striée. Une seule fibre musculaire se compose principalement de filaments d’actine et de myosine, qui sont enveloppés par une membrane cellulaire appelée réticule sarcoplasmique. Ces fibres sont les unités fonctionnelles du muscle, réalisant la contraction et le relâchement.

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

  • Les fibres de type I, ou fibres lentes,
  • Les fibres de type IIa, ou fibres rapides, oxydative,
  • Les fibres de type IIx, ou fibres rapides, glycolytiques.

Différentes proportions de ces types de fibres musculaires peuvent être retrouvées dans tous les muscles squelettiques.

Muscle
Fonction muscle

Cette diversité de fibres permet aux muscles de répondre efficacement à une gamme étendue de demandes physiques, soulignant leur fonction complexe et vitale dans le maintien de la capacité du corps à fonctionner au quotidien.

Le type I : Contraction Lente, Oxydative (LO)

Les fibres à contraction lente, connues pour leurs capacités d’endurance, sont très résistantes à la fatigue et donc adaptées aux activités nécessitant un effort soutenu, comme la course de longue distance.

Structure : Elles ont un faible diamètre, une densité de capillaires élevés, et ont donc une teinte rouge. Elles ont également une densité de mitochondries élevée, qui utilisent principalement l’oxygène (stocké par les myoglobines) pour produire de l’énergie.

Métabolisme : Les fibres de type I 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 II-a : Contraction Rapide, Oxydative (RO)

Les fibres de type II-a sont parfois appelées fibres intermédiaires car elles possèdent des caractéristiques intermédiaires entre les fibres RG et les fibres LO.

Structure : Ces fibres ont un diamètre plus large, une densité de capillaires, de mitochondries et de myoglobines intermédiaire, et ont une teinte rouge pâle.

Métabolisme : Elles produisent de l’énergie relativement rapidement, plus rapidement que les fibres LO, et peuvent donc produire des tension relativement élevées. Elles sont oxydatives car elles produisent de l’ATP en aérobie, possèdent de grandes quantités de mitochondries et ne se fatiguent pas rapidement. Cependant, les fibres RO ne possèdent pas une grande quantité de myoglobine (donc moins d’oxygène stocké), ce qui leur donne une couleur plus claire que les fibres rouges SO.

Pour finir, elles stockent le glucose sous forme de glycosomes (amas de glycogène).

Les fibres RO sont principalement utilisées pour des mouvements tels que la marche ou la course à faible et moyenne intensité, qui nécessitent plus d’énergie que le maintient de la posture mais moins d’énergie qu’un mouvement explosif, tel que le sprint. Elles sont utiles pour ce type de mouvement car elles produisent plus de tension que les fibres LO mais elles sont plus résistantes à la fatigue que les fibres RG.

Le type II-x : Contraction Rapide, Glycolytique (RG)

Les fibres de type II-x sont les plus puissantes, les plus rapides et les moins endurantes de toutes les fibres musculaires squelettique.

Structure : Ces fibres ont le plus grand diamètre des 3 types, une faible densité de capillaires, de mitochondries et de myosine, ce qui rend leur teinte plus claire.

Métabolisme : Les fibres de type II-x possèdent de grandes quantités de glycogène, qui est utilisé dans la glycolyse pour générer rapidement de l’ATP en anaérobie afin de produire des niveaux élevés de tension.

Ordre de Recrutement

Chaque muscle est subdivisé en plusieurs unités motrices, chacune étant contrôlée par un neurone moteur (ou motoneurone) distinct.

Une unité motrice comprend un neurone moteur et toutes les fibres musculaires qu’il contrôle : un neurone moteur contrôle environ 1000 fibres musculaires.

Lorsqu’un neurone moteur s’active, toutes les fibres musculaires associées se contractent à pleine force. Ce principe permet une modulation fine de la force en fonction de l’intensité de l’activité physique.

Unité Motrice

Le recrutement des fibres commence toujours par les unités motrices à contraction lente, adaptées aux efforts légers ou prolongés. Si l’effort nécessite plus de force, les fibres à contraction rapide sont progressivement recrutées. Ce processus montre pourquoi un entraînement impliquant une résistance lourde est essentiel pour stimuler les fibres à contraction rapide, souvent sous-utilisées dans les activités quotidiennes. Cela explique également pourquoi les activité de force peuvent améliorer l’endurance musculaire, même faiblement.

Les Sources d’énergie Musculaire

Pour fonctionner efficacement, les muscles nécessitent de l’Adénosyl TriPhosphate (ATP). C’est la molécule clé qui fournit l’énergie nécessaire à la contraction musculaire, et par extension, au mouvement. Selon l’intensité et la durée de l’activité, les muscles puisent l’ATP de trois sources principales : le glucose, les graisses et la phosphocréatine.

Les Graisses

Les graisses sont principalement utilisées pour l’énergie lors d’activités prolongées et de faible intensité, telles que la marche ou la course de fond. Ce processus métabolique, qui se déroule en présence d’oxygène, est remarquablement efficace pour convertir les matières premières en énergie. On estime qu’un acide gras de 16 carbones peut produire entre 32 et 38 molécules d’ATP.

Les graisses stockées dans les tissus adipeux sont d’abord décomposées par la lipolyse en acides gras et en glycérol sous l’action d’hormones comme le glucagon et l’adrénaline.

Ces acides gras sont ensuite transportés vers les mitochondries des cellules du foie des muscles squelettiques et du cœur, pour y subir une beta-oxydation, qui conduit au cycle de Krebs et à la production d’énergie via la chaîne de transport d’électrons.

Bien que ce système soit extrêmement efficace en termes de production d’énergie par molécule utilisée, il est important de noter que lors d’activités de faible intensité, la dépense énergétique globale reste modeste. Par conséquent, la quantité de graisses brûlées est relativement faible, ce qui n’est pas nécessairement la méthode la plus efficace pour perdre du gras.

De plus, bien que ce système soit très efficace, il reste le plus lent des mécanismes de production d’énergie. Cela explique pourquoi, lors d’une augmentation des besoins en énergie, comme lors d’exercices plus intenses, le corps passe à des systèmes métaboliques plus rapides basés sur le glucose pour répondre rapidement aux demandes.

Le Glucose

Le glucose est une source d’énergie primordiale pour des activités de moyenne à haute intensité, comme la course rapide ou la musculation. Ce processus métabolique, connu sous le nom de glycolyse, se déroule tant en présence qu’en absence d’oxygène. Il ne génère que deux molécules d’ATP par glucose (6 carbones), mais est particulièrement efficace pour les générer rapidement.

Le glucose qui est métabolisé dans la glycolyse provient de plusieurs sources :

  • Le glycogène : stocké dans le foie et les muscles, épuisé rapidement,
  • Le glycérol : libéré par la lipolyse, traité dans le foie,
  • L’acide lactique : produit dans les muscles et traité dans le foie,
  • Les acides aminés : venant également des muscles,
  • Les acides gras à chaine impaire : plus rares, traités dans le foie.

Toutes ces sources sont recyclées en permanence dans le foie via la gluconéogenèse pour créer de nouvelles molécules de glucose qui seront renvoyées vers les muscles.

Bien que ce système puisse mettre de l’énergie à disposition rapidement, il n’est pas assez efficace pour les gros pics d’activités comme le sprint à vitesse maximale ou le soulevé de charges très lourdes. Pour pallier à cette éventualité, le corps possède une réserve d’énergie stockée grâce à la créatine.

La Phosphocréatine

Le phosphate de créatine joue un rôle crucial en tant que source d’énergie rapide pour les activités très intenses et de courte durée. Ce système métabolique, également connu sous le nom de système phosphagène, fonctionne sans oxygène et fournit de l’énergie presque instantanément.

Le phosphate de créatine, stocké dans les cellules musculaires, agit en cédant un groupe phosphate à l’ADP (adénosine diphosphate) pour régénérer rapidement l’ATP. Cette réaction est catalysée par l’enzyme créatine kinase et se produit en quelques secondes, ce qui en fait la première source d’énergie sollicitée lors d’un effort explosif.

Chaque molécule de créatine phosphate peut produire une molécule d’ATP, ce qui en fait un système extrêmement rapide mais limité en capacité, car les réserves de créatine phosphate dans le muscle sont épuisées après environ 10 secondes d’activité intense. Cela explique pourquoi ce système est idéal pour les efforts courts et maximaux.

Bien que le système de phosphate de créatine soit efficace pour les activités de haute intensité et de courte durée, il nécessite un temps de récupération pour reconstituer les stocks de créatine phosphate dans les cellules musculaires. Cette recharge est relativement rapide, mais elle nécessite des périodes de repos courtes et fréquentes entre les sessions d’exercices intenses.

L’Acide Lactique : Un Faux Ennemi

L’acide lactique est souvent mal vu dans le domaine du fitness et du sport, étant communément accusé de causer les courbatures musculaires et la fatigue. Cependant, ce n’est pas l’ennemi qu’on le fait souvent paraître ; en fait, l’acide lactique joue un rôle crucial dans les processus métaboliques du corps pendant l’exercice intense.

Pendant la glycolyse, une molécule appelée NADH est générée. Dans des conditions aérobies, le NADH contribue à la production d’énergie en transférant ses électrons à la chaîne de transport d’électrons mitochondriale. Cependant, pendant l’exercice intense lorsque les niveaux d’oxygène sont insuffisants (conditions anaérobies), la chaîne de transport d’électrons ne peut pas traiter tout le NADH produit par la glycolyse. En conséquence, le NADH s’accumule, et la cellule doit trouver un autre moyen de réoxyder le NAD+ à partir du NADH pour maintenir la glycolyse en cours.

C’est là que l’acide lactique entre en jeu. L’enzyme lactate déshydrogénase (LDH) facilite la conversion du pyruvate, le produit final de la glycolyse, en lactate (communément appelé acide lactique).

Cette réaction implique également le transfert d’ions hydrogène (H+) du NADH, le convertissant de nouveau en NAD+. La régénération de NAD+ est cruciale car elle permet à la glycolyse de continuer à produire de l’ATP, même lorsque l’oxygène est rare.

Ainsi, l’acide lactique remplit une fonction critique en aidant à équilibrer l’environnement interne de la cellule dans des conditions anaérobies. Plutôt que de causer des dommages, il permet une production d’énergie continue et empêche l’accumulation de substances qui pourraient ralentir la production d’énergie.

De plus, l’acide lactique peut être transporté hors des cellules musculaires vers le foie, où il est converti en glucose via la gluconéogenèse. Ce glucose nouvellement formé peut alors être utilisé directement par les muscles comme source d’énergie ou stocké sous forme de glycogène pour une utilisation future.

Le Décrassage (Récupération Active)

Le décrassage, ou récupération active, est une activité de faible intensité (entre 15 et 30 min max) après un effort intense. Il joue un rôle crucial dans le processus de récupération du corps, en particulier dans la gestion des niveaux d’acide lactique. Les fibres musculaires de type I (à contraction lente) et de type II-a (à contraction rapide, haute endurance), riches en mitochondries, sont fortement impliquées dans ce processus.

Pendant des activités physiques à haute intensité, l’acide lactique s’accumule en tant que sous-produit du métabolisme anaérobie, qui peut contribuer à la fatigue et aux courbatures.

En stimulant les fibres I et II-a, l’acide lactique va être recyclé en glucose dans le foie puis renvoyé vers les muscles où il sera transformé en pyruvate via la glycolyse. Par la suite, le pyruvate sera utilisé dans le cycle de Krebs (régime aérobie), ce qui permettra de générer de l’ATP tout en supprimant l’acide lactique.

Par conséquent, une période de décrassage impliquant une activité légère comme la marche, le footing ou le cyclisme pendant 15 à 20 minutes aide non seulement à réduire les niveaux d’acide lactique, mais aide également à la récupération des muscles en les ramenant à leur état préexercice de manière plus efficace. Cette diminution progressive de l’intensité aide le corps à revenir en douceur à un état de repos, stabilise la fréquence cardiaque et la circulation sanguine, et peut considérablement améliorer la récupération globale, préparant mieux le corps aux activités futures.

Le Rôle du Foie

Vous l’avez peut-être déjà noté, mais le foie joue un rôle central dans la production d’énergie. C’est l’unique organe capable de transformer des molécules non-glucidiques en glucose grâce à l’enzyme glucose-6-phosphatase, un processus connu sous le nom de gluconéogenèse.

Cette capacité est cruciale dans plusieurs mécanismes :

  • Le Cycle de Cori, qui permet le recyclage de l’acide lactique produit pendant l’effort,
  • Le Cycle Glucose-Alanine, important pour le recyclage des acides aminés.

C’est pourquoi maintenir un foie performant et en bonne santé est essentiel, non seulement pour les athlètes professionnels ou amateurs, mais également pour toute personne soucieuse de ses performances physique et de sa santé.

Le Rythme Cardiaque : Un Indicateur Utile

Le suivi de la fréquence cardiaque offre une méthode pratique et accessible pour déterminer quel système énergétique – aérobie ou anaérobie – est principalement utilisé pendant une activité physique donnée. Contrairement aux tests d’acide lactique, qui peuvent être invasifs et coûteux, la fréquence cardiaque est une option pratique et accessible grâce à des appareils comme le Polar H10, qui offrent des informations précises et en temps réel. Cela permet à la fois les athlètes et les amateurs d’adapter leurs séances d’entraînement pour des résultats optimaux.

Le Régime Aérobie

Lorsque la fréquence cardiaque se situe dans une plage plus basse, généralement entre 60 % et 80 % de la fréquence cardiaque maximale d’un individu, le corps utilise principalement le système aérobie (fibres de type I et II-a). La surveillance de la fréquence cardiaque garantit que l’intensité reste dans cette plage, ce qui est idéal pour entrainer la condition cardiovasculaire et ainsi améliorer l’endurance.

Maintenir une fréquence cardiaque aérobie est crucial pour les coureurs de longue distance, les cyclistes et autres athlètes d’endurance qui cherchent à améliorer leur endurance sans risquer le surentrainement.

Le Régime Anaérobie

Inversement, lorsque la fréquence cardiaque dépasse 80 % du maximum, le corps commence à s’appuyer davantage sur le système anaérobie (fibres de type II-a et II-x). Ce changement se produit car l’intensité élevée de l’activité demande plus d’énergie que le système aérobie seul ne peut produire avec de l’oxygène.

Surveiller la fréquence cardiaque permet aux athlètes d’identifier quand ils entrent dans cette zone d’intensité plus élevée. Cela est particulièrement utile pour les sports qui exigent des efforts de haute intensité de courte durée, tels que l’athlétisme, où maximiser les performances et prévenir la surentraînement sont essentiels.

En concluant notre exploration des fonctions musculaire, il est clair que comprendre les rôles et mécanismes divers des muscles est crucial pour quiconque cherche à améliorer sa santé physique et ses performances athlétiques. Mais vous pouvez aller plus loin et approfondir les sujets connexes disponibles sur le blog pour obtenir des résultats d’entraînement optimaux.

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