10.5 : Types de fibres musculaires

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Objectifs d'apprentissage

Décrire les types de fibres musculaires squelettiques
Expliquez les fibres musculaires rapides et lentes

Deux critères à prendre en compte lors de la classification des types de fibres musculaires sont la rapidité avec laquelle certaines fibres se contractent par rapport à d'autres et la manière dont les fibres produisent de l'ATP. Sur la base de ces critères, il existe trois principaux types de fibres musculaires squelettiques. Les fibres à oxydation lente (SO) se contractent relativement lentement et utilisent la respiration aérobie (oxygène et glucose) pour produire de l'ATP. Les fibres à oxydation rapide (FO) se contractent rapidement et utilisent principalement la respiration aérobie, mais comme elles peuvent passer à la respiration anaérobie (glycolyse), elles peuvent se fatiguer plus rapidement que les fibres SO. Enfin, les fibres glycolytiques rapides (FG) présentent des contractions rapides et utilisent principalement la glycolyse anaérobie. Les fibres FG se fatiguent plus rapidement que les autres. La plupart des muscles squelettiques d'un être humain contiennent les trois types, bien que dans des proportions variables.

La vitesse de contraction dépend de la rapidité avec laquelle l'ATPase de la myosine hydrolyse l'ATP pour produire une action de pont transversal. Les fibres rapides hydrolysent l'ATP environ deux fois plus rapidement que les fibres lentes, ce qui entraîne un cycle croisé beaucoup plus rapide (qui attire les filaments fins vers le centre des sarcomères à une vitesse plus rapide). La principale voie métabolique utilisée par une fibre musculaire détermine si la fibre est classée comme oxydative ou glycolytique. Si une fibre produit principalement de l'ATP par des voies aérobies, elle est oxydante. Plus d'ATP peut être produit au cours de chaque cycle métabolique, ce qui rend la fibre plus résistante à la fatigue. Les fibres glycolytiques créent principalement de l'ATP par glycolyse anaérobie, qui produit moins d'ATP par cycle. En conséquence, les fibres glycolytiques se fatiguent plus rapidement.

Les fibres oxydatives contiennent beaucoup plus de mitochondries que les fibres glycolytiques, car le métabolisme aérobie, qui utilise l'oxygène (O ₂) dans la voie métabolique, se produit dans les mitochondries. Les fibres SO possèdent un grand nombre de mitochondries et sont capables de se contracter pendant de plus longues périodes en raison de la grande quantité d'ATP qu'elles peuvent produire, mais elles ont un diamètre relativement petit et ne produisent pas une grande quantité de tension. Les fibres SO sont largement alimentées en capillaires sanguins pour fournir de l'O ₂ à partir des globules rouges du sang. _{Les fibres SO possèdent également de la myoglobine, une molécule porteuse d'O ₂ similaire à l'hémoglobine porteuse d'O 2 dans les globules rouges.} La myoglobine stocke une partie de l'O ₂ nécessaire dans les fibres elles-mêmes (et donne aux fibres de SO leur couleur rouge). Toutes ces caractéristiques permettent aux fibres SO de produire de grandes quantités d'ATP, qui peuvent maintenir l'activité musculaire sans fatigue pendant de longues périodes.

Le fait que les fibres SO puissent fonctionner pendant de longues périodes sans fatigue les rend utiles pour maintenir la posture, produire des contractions isométriques, stabiliser les os et les articulations et effectuer de petits mouvements qui se produisent souvent mais ne nécessitent pas de grandes quantités d'énergie. Ils ne produisent pas de tension élevée et ne sont donc pas utilisés pour des mouvements puissants et rapides qui nécessitent de grandes quantités d'énergie et des cycles rapides sur les ponts.

Les fibres FO sont parfois appelées fibres intermédiaires car elles possèdent des caractéristiques intermédiaires entre les fibres rapides et les fibres lentes. Elles produisent de l'ATP relativement rapidement, plus rapidement que les fibres SO, et peuvent donc produire des tensions relativement élevées. Ils sont oxydatifs car ils produisent de l'ATP par voie aérobie, possèdent de grandes quantités de mitochondries et ne se fatiguent pas rapidement. Cependant, les fibres FO ne possèdent pas de myoglobine significative, ce qui leur donne une couleur plus claire que les fibres de SO rouges. Les fibres FO sont principalement utilisées pour les mouvements, tels que la marche, qui nécessitent plus d'énergie que le contrôle de la posture mais moins d'énergie qu'un mouvement explosif, tel que le sprint. Les fibres FO sont utiles pour ce type de mouvement car elles produisent plus de tension que les fibres SO, mais elles sont plus résistantes à la fatigue que les fibres FG.

Les fibres FG utilisent principalement la glycolyse anaérobie comme source d'ATP. Ils ont un grand diamètre et contiennent de grandes quantités de glycogène, qui est utilisé dans la glycolyse pour générer rapidement de l'ATP et produire des niveaux de tension élevés. Comme ils n'utilisent pas principalement le métabolisme aérobie, ils ne possèdent pas un nombre important de mitochondries ou des quantités importantes de myoglobine et ont donc une couleur blanche. Les fibres FG sont utilisées pour produire des contractions rapides et fortes afin d'effectuer des mouvements rapides et puissants. Ces fibres se fatiguent rapidement, ce qui permet de ne les utiliser que pendant de courtes périodes. La plupart des muscles possèdent un mélange de chaque type de fibre. Le type de fibre prédominant dans un muscle est déterminé par la fonction principale du muscle.

Révision du chapitre

L'ATP fournit l'énergie nécessaire à la contraction musculaire. Les trois mécanismes de régénération de l'ATP sont le phosphate de créatine, la glycolyse anaérobie et le métabolisme aérobie. Le phosphate de créatine fournit environ les 15 premières secondes d'ATP au début de la contraction musculaire. La glycolyse anaérobie produit de petites quantités d'ATP en l'absence d'oxygène pendant une courte période. Le métabolisme aérobie utilise l'oxygène pour produire beaucoup plus d'ATP, ce qui permet au muscle de travailler plus longtemps. La fatigue musculaire, qui a de nombreux facteurs contributifs, survient lorsque les muscles ne peuvent plus se contracter. Un déficit en oxygène est créé à la suite de l'utilisation des muscles. Les trois types de fibres musculaires sont à oxydation lente (SO), à oxydation rapide (FO) et à glycolytique rapide (FG). Les fibres SO utilisent le métabolisme aérobie pour produire des contractions de faible puissance sur de longues périodes et se fatiguent lentement. Les fibres FO utilisent le métabolisme aérobie pour produire de l'ATP mais produisent des contractions de tension plus élevées que les fibres SO. Les fibres FG utilisent le métabolisme anaérobie pour produire de puissantes contractions à haute tension, mais se fatiguent rapidement.

Questions de révision

Q. La fatigue musculaire est causée par ________.

A. accumulation d'ATP et d'acide lactique

B. épuisement des réserves énergétiques et augmentation du taux d'acide lactique

C. accumulation d'ATP et d'acide pyruvique

D. épuisement des réserves d'énergie et augmentation des niveaux d'acide pyruvique

Réponse : B

Q. Un sprinter éprouverait de la fatigue musculaire plus rapidement qu'un marathonien à cause de ________.

A. métabolisme anaérobie dans les muscles du sprinter

B. métabolisme anaérobie dans les muscles du marathonien

C. métabolisme aérobie dans les muscles du sprinter

D. glycolyse dans les muscles du marathonien

Réponse : A

Q. Quel aspect du phosphate de créatine lui permet de fournir de l'énergie aux muscles ?

A. Activité ATPasique

B. liaisons phosphatées

C. liaisons carbonées

D. liaisons hydrogène

Réponse : B

Q. Le médicament X bloque la régénération de l'ATP par l'ADP et le phosphate. Comment les cellules musculaires réagiront-elles à ce médicament ?

A. en absorbant l'ATP présent dans le sang

B. en utilisant l'ADP comme source d'énergie

C. en utilisant le glycogène comme source d'énergie

D. aucune des réponses ci-dessus

Réponse : D

Questions sur la pensée critique

Q. Pourquoi les cellules musculaires utilisent-elles du phosphate de créatine au lieu de la glycolyse pour fournir de l'ATP pendant les premières secondes de contraction musculaire ?

R. Le phosphate de créatine est utilisé parce que le phosphate de créatine et l'ADP sont convertis très rapidement en ATP par la créatine kinase. La glycolyse ne peut pas générer d'ATP aussi rapidement que le phosphate de créatine.

Q. La respiration aérobie est-elle plus ou moins efficace que la glycolyse ? Expliquez votre réponse.

R. La respiration aérobie est beaucoup plus efficace que la glycolyse anaérobie, produisant 36 ATP par molécule de glucose, contre deux ATP produits par glycolyse.

Lexique

glycolytique rapide (FG): fibre musculaire utilisant principalement la glycolyse anaérobie

oxydant rapide (FO): fibre musculaire intermédiaire située entre les fibres à oxydation lente et les fibres glycolytiques rapides

oxydant lent (SO): fibre musculaire qui utilise principalement la respiration aérobie