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Les molécules impliquées dans la contraction musculaire


Les molécules impliquées dans la contraction musculaire

Mouvement relatif des filaments d'actine et de myosine.
 La contraction musculaire correspond à un raccourcissement des sarcomères 
dû au glissement relatif des filaments d'actine et de myosine :
 les deux disques Z délimitant un sarcomère se rapprochent l'un de l'autre


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Développement des filières en fonction de la VMA

voir ICI le document traitant le développement des filières 

Développement des filières en fonction de la VMA

L’ENERGETIQUE

I : introduction

Les performances motrices mettent en jeu des ressources d’ordre bio-énergétiques, bio-mécaniques, bio-informationnelles, affectives et relationnelles. Parmi les ressources bio-énergétiques, celles liées à la production d’énergie sont fondamentales notamment pour les APS à dominante bio-énergétique. 

II : principes énergétiques de la contraction musculaire : la synthèse de l’ATP 

II.1 : introduction 

La contraction musculaire résulte du glissement de 2 fibres : l’actine et la myosine. Ca nécessite de l’énergie. Ce glissement tire son énergie exclusivement de la dégradation de l’ATP en ADP + Pi + énergie. Le rendement est faible : 2/3 se perdent en chaleur, 1/3 seulement pour la contraction. Selon les auteurs : r= 15 à 33 %. La chaleur sera éliminée. 

On dépense environ 250 KJ pour un 100m. On a en réserve dans l’organisme 4.2 KJ. L’ATP n’est pas une énergie en réserve. Il existe donc des systèmes de resynthèse de l’ATP, 2 modes de renouvellement :

-          un mode anaérobie (lactique ou alactique)

-          un mode aérobie

Ces 3 filières de resynthèse de l’ATP agissent dans un ordre constant. 

II.2 : les 3 filières énergétiques 

II.2.1 : le processus anaérobie alactique 

Il n’utilise pas d’O2 et ne produit pas d’acide lactique. Ce processus intervient immédiatement. La resynthèse de l’ATP est assurée par une substance riche en phosphore : la créatine-phosphate ou la phosphocréatine. L’ensemble : réserve de phosphocréatine + ATP constitue le phosphagène.


La réaction : PC + ADP              ATP + créatine

Cette réaction re synthétise l’ATP à très haut débit (grande puissance) mais sa capacité est limitée. Ceci est du au faible taux de phosphocréatine au niveau musculaire. On considère que, sollicité à pleine puissance, ce processus s’épuise après quelques secondes (7-10’’). Pour poursuivre l’exercice, un second processus va donc s’enclencher. Ce second processus étant stimulé par la présence de créatine au niveau musculaire.(courbe 1)

II.2.2 : processus anaérobie lactique

Ce processus n’utilise pas d’O2 mais produit de l’acide lactique au niveau musculaire. C’est la dégradation d’une autre substance intramusculaire : le glycogène qui va permettre la resynthèse de l’ATP : cette réaction est appelée glycolyse anaérobie.

Sa puissance de resynthèse de l’ATP est inférieure à celle du processus précédant mais toutefois élevée. Sa capacité de production est par contre plus importante. Sollicitée à plein, elle assure la poursuite de l’exercice pendant environ 2min. Cette capacité est essentiellement limitée par l’accumulation de lactate au niveau musculaire. Le lactate agit sur la contraction en diminuant son efficacité. Un taux trop élevé de lactate peut entraîner l’arrêt de l’exercice. Il est donc nécessaire de trouver une nouvelle source d’énergie capable d’assurer la resynthèse d’ATP tout en limitant le taux de lactate dans l’organisme. (courbe 2)

II.2.3 : processus aérobie ou oxydatif

C’est l’oxydation de divers substrats qui va produire la réserve de l’ATP. L’O2 apportée au niveau de la cellule musculaire vient oxyder le glycogène et les acides gras. Ce qui aboutit à la production de CO2, d’eau, de chaleur et d’une grande quantité d’énergie qui donnera à ce processus une grande capacité de resynthèse de l’ATP.

Les processus oxydatifs peuvent assurer le maintien et la poursuite d’un exercice pendant plusieurs heures mais avec une puissance de resynthèse très faible. (substrats : glycogène et acides gras).

En présence d’O2, la dégradation complète des glucides et éventuellement des lipides fournit une quantité très importante d’énergie. Ce mécanisme donne le bilan énergétique le plus favorable sur le plan de la quantité d’énergie, pour 2 raisons :

-          la quantité de glucides et surtout de lipides disponibles est très importante

-          il n’y a pas d’accumulation de produits de dégradation qui peuvent limiter le mécanisme.

Le CO2 et l’eau sont très facilement éliminés. Mais ce mécanisme est étroitement dépendant de l’apport en O2 au niveau du muscle. Cet apport est assuré par le fonctionnement synergique des systèmes ventilatoires et circulatoires.

Il en découle plusieurs conséquences lorsque les besoins en O2 augmentent au cours de l’exercice :

-          un certain retard (3min environ) par rapport au début de l’exercice correspondant à une phase transitoire pendant laquelle l’énergie utilisée par le muscle est dérivée essentiellement des 2 mécanismes précédents

-          un débit d’énergie (puissance) relativement faible qui correspond à la consommation maximale d’O2 du sujet

-          une limitation du système non pas à cause de la quantité de lipides ou glucides disponibles mais par la quantité d’O2 pouvant être apportée aux muscles (courbe3)

II.3 : courbe d’après Howald

III : définitions

III.1 : VO2max

C’est le volume maximum d’oxygène qu’un individu peut consommer par unité de temps au cours d’un exercice suffisamment intense pour le conduire jusqu’à l’épuisement. Elle s’exprime en mL/Kg/min ou en L/min. La VO2 est le facteur de performance qui a le plus d’importance surtout pour les courses de 1500 à 5000 mètres.

Lorsqu’un sportif se met à courir de plus en plus vite, de manière libre ou lors d’une épreuve standardisée, il s’ensuit une augmentation de sa consommation d’O2 quasi proportionnelle à sa vitesse.

Toutefois, à un moment donné, sa consommation d’O2 n’augmente plus. Il a donc atteint sa VO2max. au-delà de cette phase, il peut encore accélérer pendant quelques instants à condition d’avoir la volonté de continue et de tirer profit de ses ressources anaérobies. Dans la plupart des cas, la fréquence cardiaque varie également linéairement avec la consommation d’O2 et de ce fait : FC max. et VO2max sont atteint simultanément.

(sédentaire : 20-30 ; entraîné : 50-60 ; marathonien, tri athlète : plus de 70)

III.2 : endurance (d’après Gacon)

III.2.1 : l’endurance en tant que qualité physique

Il s’agit de l’aptitude qui permet à tout individu d’effectuer pendant le plus longtemps possible une activité quelconque sans baisse de régime ou d’efficacité.

III.2.2 : l’endurance en demi-fond

Lorsqu’on parle d’endurance aérobie, il s’agit de la capacité physique permettant à un coureur de maintenir le plus longtemps possible un pourcentage élevé de sa PMA. 2 conséquences :

-          un coureur qui maintient 90 % de sa PMA pendant 30s est plus endurant qu’un autre qui la maintient que 20s

-          inversement, pour une même durée, le coureur le plus endurant est celui qui soutient le % de PMA le plus élevé

III.2.3 : développement de l’endurance

Pour Pradet (1996), développer l’endurance, c’est aussi bien développer la faculté de soutenir plus longtemps un effort d’intensité inchangée que la faculté de produire un effort d’intensité supérieure pendant une durée identique.

Ceci implique de différencier 2 types d’effort : puissance et capacité.

III.3 : puissance et capacité

La capacité énergétique d’un processus est la quantité totale d’énergie qu’il peut fournir. La puissance est la quantité d’énergie consommée par unité de temps.

III.4 : puissance maximale aérobie : PMA

Une puissance est un débit d’énergie : càd une quantité d’énergie dépensée par unité de temps. Son unité conventionnelle est le watt mais certains physiologistes l’expriment en Kcal/min (1Kcal/min = 70 W).

Lorsque l’exercice produit atteint des limites pour lesquelles tout l’O2 disponible au niveau musculaire est utilisé, l’athlète atteint sa PMA. Si l’athlète peut encore accélérer, il fait appel au processus anaérobie. La PMA est donc la puissance de travail développée par minute au cours d’un effort qui sollicite une consommation d’O2 égale à son VO2max.

III.5 : intensité

On définit les intensités en terme de puissance maximale ou relative. L’intensité relative, c’est le degré de difficulté par rapport à ses propres possibilités. C’est un % du maximum possible. Ex : 2 coureurs à 12 km/h (intensité absolue). L’intensité relative pourra être différente pour ces deux coureurs.

III.6 : vitesse maximale aérobie : VMA

C’est la vitesse de déplacement qui correspond à la consommation maximale d’O2 ou à la PMA. La VMA est l’allure caractéristique du 2000m. Des tests permettent de l’évaluer.

III.7 : tableau de correspondance : distance et VMA

% VMA

distance


Durée

100

2000m

5-7min

95-100

3000m

7.5-10min

90-95

5000m

13-16min

80-90

10000m

26-36min

75-80

20000m

1h-1h45

70-75

marathon

2h10-2h30

III.8: les seuils

Ils sont établis en fonction de l’indice de mesure de la lactatémie.

III.8.1 : le seuil aérobie

En dessous de ce seuil, la lactatémie est très faible.

III.8.2 : le seuil anaérobie

Au-dessus de ce seuil, élévation vertigineuse de la lactatémie.

IV : principes de développement de processus énergétiques

Pradet montre comment 5 principes de base peuvent être employés pour la constitution de plans d’entraînement :

  • principe 1 : pour développer un processus énergétique, il faut impérativement avoir recours à des APS imposant des efforts de type global, qui mettent en jeu plus de 2/3 des masses musculaires (course, ski, natation, vélo)
  • principe 2 : il existe pour chaque processus un seuil en dessous duquel il n’existe aucune amélioration fonctionnelle. On fait de l’entretien. Cette intensité minimale augmente avec le niveau de l’athlète et doit cependant se situer à des valeurs proches des limites maximales du processus travaillé
  • principe 3 : pour obtenir une amélioration durable à un processus, il faut développer sa puissance (intensité maximale) et sa capacité (quantité d’énergie totale qu’il est capable de fournir). Si on travaille qu’un seul aspect, on va régresser dans l’autre et cela va entraîner à long terme de la fatigabilité, des blessures
  • principe 4 : pour développer la puissance d’un processus énergétique, on a recours à des efforts correspondants à l’intensité maximale de ce processus et même à des intensités dépassant ce maximum (intensité supra maximale). La durée des efforts doit rester inférieure à la durée maximale durant laquelle le processus peut assurer la fourniture énergétique de la contraction musculaire
  • principe 5 : pour développer la capacité d’un processus énergétique, on emploiera des intensités inférieures à l’intensité maximale du processus. Leur durée sera supérieure à la durée à laquelle le processus finit de s’épuiser.

IV.1 : paramètres des actions pour le développement des processus énergétiques

L’entraîneur va contrôler les effets qu’il veut provoquer chez l’athlète au travers les caractéristiques de 5 paramètres :

-          intensité de l’action : elle varie en fonction du processus énergétique à travailler ainsi que des secteurs que l’on veut développer (capacité/puissance)

-          durée de l’action : elle est complémentaire de l’intensité

-          durée de la récupération : on travaille sur la restauration plus ou moins complète du processus énergétique

-          nature de la récupération : elle peut être active ou passive. On peut ainsi prolonger, réduire ou accentuer les effets des charges de travail

-          quantité totale de travail : on détermine ici le moment à partir duquel un exercice répété va perdre ou gagner en efficacité

Ces 5 paramètres sont incontournables pour optimiser l’entraînement.

IV.2 : les tests

Ils permettent une évaluation de la condition physique à un moment donné. On pourra ensuite définir des critères d’intensité individuelle de l’entraînement. Ils servent également à évaluer l’efficacité d’un entraînement pour le réajuster si nécessaire. Ils permettent d’avoir une estimation directe de la VO2max et de la VMA (évaluation directe en laboratoire).

Exemples de tests :

-          Cooper : courir la plus grande distance possible en 12min.

VO2max = (22.351*dist.(km))-11.288. test rectangulaire maximal continu

-          Léger-Boucher : test triangulaire maximal continu. Des plots sont disposés tous les 50m. rythme donnée par une cassette. Il faut ajuster sa vitesse au signal d’arrivée au niveau du plot. La vitesse augmente de 1 km/h toutes les minutes. Le dernier palier atteint correspond à la VMA

-          Le 30/30 de Gacon-Assidi : test rectangulaire maximal discontinu

Rectangulaire : pas de progressivité de l’effort

Triangulaire : progressivité de l’effort

Des filières énergétiques à la séance d’entraînement

Des filières énergétiques à la séance d’entraînement

-Quelques définitions
-Les filières énergétiques
-Moyens et formes d’entraînement
-Planification
-Quels moyens pour quelles périodes?  
Vitesse maximale aérobie 
Les seuils
Dépense énergétique liée à l’entraînement
Les filières énergétiques
Caractéristiques d’un exercice 
 

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Physiologie de l’effort Schémas et dessins

Physiologie de l’effort Schémas et dessins
Physiologie de l’effort Schémas et dessins

Tout effort physique s'accompagne de modifications physiologiques importantes au niveau de l'organisme. 

Les systèmes cardiaque, circulatoire et respiratoire doivent en effet s'adapter pour subvenir aux besoins accrus des muscles en activité. ... Intensité respiratoire : quantité de dioxygène consommé
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Réflexes

Reflexes
Un réflexe 
est une réponse musculaire  involontaire, et très rapide à un stimulus qui Nécessite :

*Récepteur sensoriel

*les fibres afférentes : ce sont les fibres nerveuses

*Un centre nerveux,  la moelle épinière qui va intégrer, analyser ce message et élaborer une réponse, un message efférent.

*les fibres efférentes : fibres nerveuses motrices

* Organe effecteur: le muscle.




réflexe myotatique


On appelle réflexe myotatique la contraction réflexe d'un muscle déclenchée par son propre étirement

Les récepteurs sensoriels capables de détecter un étirement du muscle et de convertir ce stimulus en un message nerveux afférent sensitif :  

 les fuseaux neuromusculaires.

Le fuseau neuromusculaire est un mécano récepteur, constitué de fibres musculaires modifiées. Disposé parallèlement aux fibres du muscle, il est sensible à l'allongement de celui-ci, et traduit un stimulus mécanique en un message nerveux électrique.

Le réflexe, myotatique est un réflexe de nature excitatrice:

Récepteur sensoriel: Fuseau  neuromusculaire

les fibres afférentes : ce sont les fibres nerveuses ramifiées sur le muscle dans le fuseau neuromusculaire.

Un centre nerveux,  la moelle épinière qui va intégrer, analyser ce message et élaborer une réponse, un message efférent.

les fibres efférentes : fibres nerveuses motrices, qui transmettent au muscle qui s'étire le message efférent, qui lui donne l'ordre de se contracter, ainsi qu'au muscle antagoniste correspond un message inhibiteur (par l'intermédiaire d'un inter-neurone ) qui lui donne l'ordre de se relâcher pour ne pas faire obstacle à la contraction:

Reflexe Tendineux

le réflexe  agit sur la tension musculaire en provoquant le relâchement musculaire.

Le réflexe tendineux a pour tâche de protéger les tendons et leurs muscles associés contre une tension excessive.

Les récepteurs destinés à ce réflexe sont les organes tendineux de Golgi.

 

Ces derniers  se trouvent dans le tendon, près de la jonction avec un muscle

Lorsqu'une tension supplémentaire est appliquée à un tendon, l'organe tendineux de Golgi est stimulé (dépolarisé jusqu'au seuil d'excitation). Des influx nerveux sont générés et se propagent vers la moelle épinière le long d'un

neurone sensitif

 


À l'intérieur de la moelle épinière, le neurone sensitif fait synapse avec un neurone d'association inhibiteur qui, à son tour, fait synapse avec un neurone

moteur qui innerve le muscle associé à l'organe tendineux de Golgi et inhibe ce dernier neurone.

 Ainsi, à mesure que croît la tension sur l'organe tendineux de Golgi, la

fréquence des influx inhibiteurs augmente, et l'inhibition des neurones moteurs du muscle, cause de tension excessive, provoque le relâchement du muscle agoniste.

 De cette façon, le  réflexe tendineux protège le tendon et le muscle contre les blessures imputables à une tension excessive.

le réflexe tendineux provoque non seulement le relâchement du muscle lié à l'organe tendineux de Golgi, mais aussi la contraction des muscles antagonistes


Mouvements volontaires 

Mouvements volontaires



Mouvements volontaires 

Pour réaliser des mouvements volontaires dirigés vers un objectif, notre cortex moteur va recevoir de l’information des différentes régions de cerveau.

 Ainsi, il sera renseigné sur la situation du corps dans l’espace, sur les objectifs à atteindre et le choix d’une stratégie , sur les souvenirs d’anciennes stratégies …, etc


Le cortex moteur est situé à l’arrière du lobe frontal, juste avant le sillon central qui sépare le lobe frontal du lobe pariétal.

On subdivise le cortex moteur en deux grandes aires, 

l’aire 4 et l’aire 6.


L’AIRE 4

 L’aire 4, que l’on désigne aussi comme le cortex moteur primaire, forme une mince bande qui longe le sillon central alors que l’aire 6 s’étend immédiatement en avant de l’aire 4.

Le cortex moteur primaire ou aire motrice primaire  commande directement l'exécution du mouvement



l’aire 6  se subdivise en :

üaire pré motrice
ü aire motrice supplémentaire.

 Le cortex pré moteur interviendrait dans la régulation de la posture, en dictant au cortex moteur une position optimale pour un mouvement donné.

 L’aire motrice supplémentaire, quant à elle, semble influencer la planification et l’initiation des mouvements en fonction des expériences passées.


Les noyaux gris centraux

Ces ganglions, ou amas de cellules nerveuses, sont étroitement interconnectés et reçoivent également des informations en provenance de plusieurs régions du cortex cérébral.

Une fois traitée par les ganglions de la base, cette information retourne au cortex moteur en passant par le thalamus.

L’une des fonctions de cette boucle, qui s’ajoute à celle impliquant le cervelet, est vraisemblablement de sélectionner et de déclencher des mouvements volontaires harmonieux.

Le cervelet
 Le cervelet collecte une quantité incroyable d’informations incluant la position du corps, vitesse du mouvement …etc

C’est un contrôleur qui ajuste en permanence l’activité décidée ou programmée avec les changements incessants du corps pour  assurer les corrections  par le système moteur.


Trajet de l influx nerveux moteur volontaire

*L’ordre du mouvement vient des N de l’aire corticale motrice primaire
*Les axones de ces N descendent dans la substance blanche, se croisent au niveau du tronc cérébral (décussation)pour changer de coté, puis descendent dans la moelle épinière jusqu’au niveau correspondant au muscle
*Il se connectent (synapse) avec un neurone de la moelle épinière (motoneurone)
*L’axone de celui-ci va jusqu’à la plaque motrice


Les mouvements volontaires

Automatisation du mouvement volontaire

un individu entraîné réagit plus vite et a une position beaucoup plus  précise et appropriée par exemple pour rattraper un ballon dans le cadre d'un sport. L'efficacité du mouvement est bien supérieure et plus rapide que pour l'individu non entraîné.

On dit que le mouvement du sportif est devenu "automatique", mais reste "volontaire".

L'entraînement sportif n'est en fait que la recherche du mouvement optimal, le plus perfectionné pour effectuer une action précise, par exemple saisir un objet. Le cerveau, lors de l'entraînement, cherche a atteindre un but précis qui est celui de la recherche du mouvement le plus rapide

Une fois que le cerveau trouve le mouvement optimal pour réaliser le geste, il va le conserver. Il existe donc une mémoire motrice.


Amélioration de la structure nerveuse 

Des synapses présentes dans le cerveau, dites en état de "sommeil", vont être "réveillées" et activées

les synapses déjà actives et permettant le geste vont être améliorées; en effet le bouton synaptique est plus grand permettant ainsi une meilleure transmission du message au niveau des synapses (pas plus rapide mais plus efficace

Lorsque le circuit du  mouvement est renforcé grâce à son utilisation durant l'entraînement, des molécules de myéline vont se former autour des parois  des axones. Ces molécules ont la propriété d'être isolantes. La polarisation au cours des axones est donc plus espacée ce qui permet d'augmenter sensiblement la vitesse du message.

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