Muscle et entraînement
sportif
Retrouvez ci-dessous l'essentiel
de ce qu'il faut savoir sur le fonctionnement
de notre système musculaire.
Quelques notions d'anatomie et de physiologie
seront abordées ainsi que la structure
et le fonctionnement de la cellule
musculaire.
Pour bien apréhender les fondements d'un
entrainement physique, nous analyserons le métabolisme
des cellules musculaires.
Les types de fibres musculaires
seront bien sûr passés à la loupe pour
permettre de mieux cibler notre entrainement.
Structure cellulaire et
musculaire
La membrane ou sarcolemme
La cellule musculaire est
entourée d'une membrane perméable
aux substrats organiques et aux électrolytes.
Dans une cellule musculaire cette membrane est
appelé le sarcolemme.
Cette membrane est dotée
d'une structure complexe et hautement
spécialisée.
Le cytoplasme ou
sarcoplasme
Le cytoplasme ou sarcoplasme
dans une cellule musculaire, correspond au
site de production
de l'énergie anaérobie, de la synthèse
du glycogène et des acides gras.
Il est constitué de liquide
intra-cellulaire qui contient des protéines et
des électrolytes.
Le cytoplasme dispose d'une
réserve d'énergie immédiatement utilisable.
Le réticulum
endoplasmique ou sarcoplasmique
Le réticulum représente un système
de transport intra-cellulaire. De
concert avec les ribosomes,
le réticulum sarcoplasmique constitue le site de
la synthèse protéique.
Le noyau cellulaire
Le noyau de la cellule détient
toute l'information génétique.
Il contribue donc à la synthèse protéique, à
l'accroissement des cellules durant la croissance
ou après un effort (hypertrophie
musculaire).
Les mitochondries
Les mitochondries représentent
la centrale énergétique de
la cellule.
C'est dans les mitochondries,
grâce au cycle de Krebs et de la chaine
respiratoire, qu'ont lieu les processus d'oxydation
des substrats énergétiques.
Les fibres musculaires
Une cellule musculaire
correspond en fait à une fibre
musculaire. Mises ensemble, ces
fibres musculaires constituent les faisceaux
des muscles du squelette.
A l'inverse d'une cellule
classique, la cellule musculaire ne dispose
pas d'un seul et unique noyau mais de
plusieurs noyaux disposés à sa périphérie.
La fibre musculaire est
composée de plusieurs milliers de myofibrilles.
Ces dernières sont constituées de filaments
protéiques d'actine et de myosine.
Du fait d'une différence
d'épaisseur entre ces filaments, on relève des
bandes sombres et claires sur le
muscle, les stries musculaires
bien visibles chez les bodybuilders confirmés.
Mécanique de la contraction
La protéine la plus importante pour la
contraction musculaire est la myosine.
C'est cette protéine qui est responsable
du mécanisme de contraction et de
l'augmentation de la tension musculaire.
L'influx nerveux, à l'origine de la
contraction, déclenche la libération de l'acétylcholyne,
créant ainsi un
potentiel électrique qui se propage
vers les myofibrilles.
Les têtes de myosine se lient aux filaments
d'actine, les tractent, basculant alors de
quelques nanomètres. Ces mouvements
de traction se répètent jusqu'à 50
fois par seconde.
Le calcium
joue un rôle important puisqu'une certaine
concentration en calcium est nécessaire pour
libérer les filaments d'actine.
Ce minéral active l'enzyme ATPase des têtes
de myosine, provoquant ainsi la libération
d'énergie, avant de se recharger par
les canaux longitudinaux.
Approvisionnement en énergie
La condition siné qua non à la contraction
des fibres musculaires est que la myosine
dispose d'une source d'énergie, l'ATP
ou adénosine triphosphate.
L'ATP est une source d'énergie disponible
immédiatement mais qui ne
dispose pas de réserves intra-cellulaire
suffisantes.
La synthèse
de l'ATP est donc nécessaire.
Celle-ci peut s'effectuer de deux manières.
Soit par voie
anaérobie, c'est à dire sans apport
d'oxygène, soit par voie
aérobie, c'est à dire en présence
d'oxygène.
Production d'énergie par
voie anaérobie
En début d'effort, l'apport d'énergie ne peut
avoir lieu par le processus aérobie à cause de
la lenteur du système cardio-vasculaire qui
prend quelques instants pour s'adapter à la
demande.
Aussi, pour se contracter, le muscle utilise
de l'énergie ATP par voie anaérobie.
La première réaction biochimique est l'hydrolyse de
l'ATP :
ATP
<===> ADP + P + E
Les réserves d'ATP dans la cellule musculaire
sont de 6mMol/kg
et ont une
durée de trois secondes pendant lesquelles
le muscle peut se contracter.
Lorsque l'effort cesse, le diphosphate ADP et
le phosphate P synthétise à nouveau de l'ATP.
Si l'effort se poursuit au delà du stock de
réserve d'ATP initial, c'est à dire au delà de
trois secondes, le muscle a besoin de créatine
phosphate CP pour se contracter.
La réserve de CP est d'environ 30mM/kg.
Voici la deuxième réaction biochimique, la synthèse de l'ATP
à partir de la créatine :
ADP + CP
<===> créatine + ATP
L'énergie fournie à partir de la CP peut
permettre un effort d'une durée
environ 20 secondes.
La musculation, l'haltérophilie et le sprint
par exemple sont des sports qui épuisent
rapidement la totalité des réserves en ATP et
CP.
Il faut donc un apport supplémentaire en ATP.
Celui-ci aura lieu lors de la glycolyse.
Acide
lactique
La production d'énergie durant les 7
premières secondes d'un effort se fait sans
production de lactate ou acide lactique, on
parle d'un processus anaérobie
alactacide.
C'est lors de la phase de glycolyse
anaérobie, qu'il y a production de
lactate. La glycolyse atteint une puissance
maximale vers 45 secondes d'effort.
glucose
<===> 2 ATP + acide lactique
La concentration maximale de lactate dans le
sang ne peut excéder 20mM/l.
Avec une telle concentration d'acide lactique
dans le sang, il se produit une acidose
extrême, signe d'un PH très bas (6,4
alors qu'un Ph normal est de 7,4).
C'est cette acidose qui produit une
fatigue nerveuse et qui est à
l'origine de l'arrêt de l'effort en cours.
Dette
de l'oxygène
Comme nous venons de le voir,
la produciton d'énergie anaérobie a lieu sans
apport d'oxygène. Il se crée alors une
dette en oxygène au sein de notre
organisme.
La valeur de cette dette en
oxygène dépend du degré de motivation de
chacun, de l'âge et du niveau sportif.
En fin d'effort, il y a
rephosphorylation de la créatine en créatine
phosphate et la reconstitution
des réserves en phosphate qui
représente la composante principale de
l'élimination de la dette d'oxygène.
Production d'énergie par
voie aérobie
Au delà d'un effort supérieur
à 1 minute, la production d'énergie aérobie
dans les mitochondries prend de plus en plus
d'importance.
glucose
<===> ATP + CO² + H²O
A l'inverse du processus
anaérobie où seul le glucose est utilisé lors
de la réaction biochimique, la voie aérobie a
recours à l'utilisation des acides
gras et même parfois, dans certaines
conditions, aux acides
aminés.
Aussi, l'intensité du travail
musculaire et le type de fibres musculaires
impliquées dans l'effort peut varier en
fonction du substrat utilisé.
Lors de l'utilisation des
graisses, la vitesse et l'intensité des
contractions musculaires sont faibles.
A l'opposé, lors de
l'utilisation des composés phosphatés, la
vitesse et la contraction musculaire sont
optimums.
En résumé,
L'ATP
est la source d'énergie nécessaire à
la contraction musculaire.
L'ATP se renouvelle
successivement par la créatine
phosphate, par la glycolyse
anaérobie, puis enfin par le métabolisme
aérobie du glucose, du glycogène, des
acides gras ou des acides aminés.
Ce renouvellement d'ATP s'effectue
par un chevauchement des différentes phases
évoquées, et non, comme on pourrait le penser,
de manière stricte d'un point de vue temporel.
Apport d'énergie
La principale source d'énergie
est apportée par la nutrition. Celle-ci peut
avoir différentes origines.
- Hydrates
de carbone (2/3 des besoins
énergétiques)
- Graisses
(1/3 des besoins énergétiques)
- Protéines
(quantité négligeable)
Au repos,
les besoins énergétiques sont couverts par les H.C. et les
graisses.
Durant un effort
intense, c'est la créatine
phosphate par voie anaérobie et le glycogène
qui assurent l'appport d'énergie.
Un effort
à faible intensité se déroulera par voie aérobie
grâce à l'apport de glucose et d'acides gras
libres.
Les graisses constituent la
plus grande réserve d'énergie de
l'organisme.
Elles fournissent 9,3
Kcal/g, beaucoup plus que les
glucides qui en fournissent 4,1
Kcal/g.
Leur contribution dépend de l'intensité de
l'effort fourni, de sa durée mais aussi de la
masse musculaire et du type de fibres
musculaires soumis à l'effort.
Mais attention, en terme de rendement
énergétique, ce sont les hydrates de carbone
qui ont l'avantage. Il faut prendre en compte
la valeur
calorifique par litre d'oxygène consommé.
On obtient alors :
- 1 gramme de glucose = 5,1 Kcal = 6,34 ATP
- 1 gramme de graisse = 4,5 Kcal = 5,7 ATP
- 1 gramme de protéines = 4,7 Kcal = 5,94
ATP
A consommation d'oxygène égale, le
glucose fournit 13% d'énergie de plus que la
combustion des graisses.
Voilà pourquoi un sportif d'endurance doit
absolument disposer d'une réserve de glycogène
suffisante au départ d'une compétition
d'endurance !
Les acides gras jouent un rôle de plus en
plus important au fur et à mesure du
prolongement de l'effort. Ils peuvent couvrir
jusqu'à 90% des besoins énergétiques
des muscles au delà d'une heure d'effort.
Types de fibres musculaires
Les muscles sont composés de
différents types de fibres musculaires. On
classe ces fibres en fonction de leur rapidité
de contraction et de leur résistance
à l'effort.
Les différentes propriétés
contractiles des fibres lentes et rapides
découlent de la configuration de la structure
moléculaire des filaments de myosine.
On observe ainsi la présence
de myosine lente et de myosine rapide,
dépendant du facteur génétique et de
l'aptitude de chacun au sport.
Les fibres lentes
Les fibres
lentes - que l'on trouve sous
diverses appellations, ST slow-twitch,
fibres de type I, fibres d'endurance
- disposent d'une réserve de glycogène
conséquente.
Elles disposent d'une
concentration élevée en mitochondries.
C'est pourquoi l'activité du cycle de Kerbs
est plus grande que dans les fibres FT.
Les fibres ST ont une
densité très élevée en capillaires
afin de favoriser une bonne oxygénation du
muscle.
Ce type de fibre est innervé par de petits
motoneurones à conduction lente qui imposent
des impulsions nerveuses continus pour une
activité motrice soutenue.
Les fibres rapides
Les fibres
rapides - ou fibres FT fast
switch, fibres de type II - sont
riches en composés phosphatés.
Elles sont riches en enzymes nécessaires à la
libération d'énergie anaérobie.
Les fibres rapides sont innervées
par des gros motoneurones à conduction
rapide et aux impulsions nerveuses
discontinus.
Les
différentes qualités de contraction des
fibres ST et FT *
|
Fibres ST
|
Fibres FT
|
Temps de contraction
|
99 - 140 ms
|
40 -88 ms
|
Indice de fatigue
|
0,8 - 1,2
|
0 - 0,8
|
Tension maximale
|
4,6 - 15 g
|
4,6 - 203,5 g
|
Vitesse moyenne de conduction
|
2,5 m/s
|
5,4 m/s
|
Activité ATP par mg de myosine
|
4nmol/min
|
9nmol/min
|
* d'après Howald 1984,87
Il est beaucoup plus facile de transformer
des fibres de type I après un entrainement en
endurance en fibre de type II qu'inversement
après un entrainement de force.
Le ratio
ST/FT est plus ou moins semblable
entre les individus.
Cependant, chez le sprinter, les fibres
rapides prédominent alors que chez le coureur
de fond ce sont les fibres rouges qui sont
fortement présentes.
Chez certains athlètes de haut niveau, les
proportions peuvent alors être de 10/90 ou
90/10 !
Lecture recommandée sur ce
thème :
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Toute pratique
sportive intensive doit au préalable
faire l'objet d'une consultation auprès
d'un médecin du sport. |
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