10.6 : Exercice et performance musculaire
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Objectifs d'apprentissage
- décrire l'hypertrophie et l'atrophie
- Expliquer comment les exercices de résistance renforcent les muscles
- Expliquer comment les substances améliorant les performances affectent les muscles
L'entraînement physique modifie l'apparence des muscles squelettiques et peut entraîner des changements dans les performances musculaires. À l'inverse, un manque d'utilisation peut entraîner une diminution des performances et de l'apparence musculaire. Bien que les cellules musculaires puissent changer de taille, de nouvelles cellules ne se forment pas lorsque les muscles se développent. Au lieu de cela, des protéines structurales sont ajoutées aux fibres musculaires selon un processus appelé hypertrophie, de sorte que le diamètre des cellules augmente. L'inverse, lorsque les protéines structurales sont perdues et que la masse musculaire diminue, est appelé atrophie. L'atrophie musculaire liée à l'âge est appelée sarcopénie. Les composants cellulaires des muscles peuvent également subir des modifications en réponse à des modifications de l'utilisation des muscles.
Exercice d'endurance
Les fibres lentes sont principalement utilisées dans les exercices d'endurance qui nécessitent peu de force mais qui impliquent de nombreuses répétitions. Le métabolisme aérobie utilisé par les fibres à contraction lente leur permet de maintenir leurs contractions sur de longues périodes. L'entraînement d'endurance modifie ces fibres lentes pour les rendre encore plus efficaces en produisant plus de mitochondries afin de favoriser le métabolisme aérobie et la production d'ATP. Les exercices d'endurance peuvent également augmenter la quantité de myoglobine dans une cellule, car l'augmentation de la respiration aérobie augmente le besoin en oxygène. La myoglobine se trouve dans le sarcoplasme et sert de réserve d'oxygène aux mitochondries.
L'entraînement peut déclencher la formation de réseaux capillaires plus étendus autour de la fibre, un processus appelé angiogenèse, pour fournir de l'oxygène et éliminer les déchets métaboliques. Pour permettre à ces réseaux capillaires d'alimenter les parties profondes du muscle, la masse musculaire n'augmente pas beaucoup afin de maintenir une zone plus petite pour la diffusion des nutriments et des gaz. Tous ces changements cellulaires se traduisent par la capacité de maintenir de faibles niveaux de contractions musculaires pendant de longues périodes sans fatigue.
La proportion de fibres musculaires SO dans le muscle détermine l'aptitude de ce muscle à l'endurance et peut être bénéfique pour ceux qui participent à des activités d'endurance. Les muscles posturaux possèdent un grand nombre de fibres SO et relativement peu de fibres FO et FG, pour maintenir le dos droit (Figure\(\PageIndex{1}\)). Les athlètes d'endurance, comme les marathoniens, bénéficieraient également d'une plus grande proportion de fibres SO, mais on ne sait pas si les marathoniens les plus performants sont ceux qui possèdent des quantités naturellement élevées de fibres SO ou si les marathoniens les plus performants développent un nombre élevé de fibres SO lors d'entraînements répétitifs. L'entraînement d'endurance peut entraîner des blessures dues au surmenage, telles que des fractures de stress et une inflammation des articulations et des tendons
Exercice de résistance
Les exercices de résistance, par opposition aux exercices d'endurance, nécessitent de grandes quantités de fibres FG pour produire des mouvements courts et puissants qui ne se répètent pas sur de longues périodes. Les taux élevés d'hydrolyse de l'ATP et de formation de ponts croisés dans les fibres FG entraînent de puissantes contractions musculaires. Les muscles utilisés pour la puissance ont un ratio plus élevé de fibres FG par rapport aux fibres SO/FO, et les athlètes entraînés possèdent des niveaux encore plus élevés de fibres FG dans leurs muscles. L'exercice de résistance affecte les muscles en augmentant la formation de myofibrilles, augmentant ainsi l'épaisseur des fibres musculaires. Cette structure supplémentaire provoque une hypertrophie, ou un élargissement des muscles, comme en témoignent les gros muscles squelettiques observés chez les culturistes et autres athlètes (Figure\(\PageIndex{2}\)). Comme cet élargissement musculaire est obtenu par l'ajout de protéines structurales, les athlètes qui essaient de développer leur masse musculaire ingèrent souvent de grandes quantités de protéines.
À l'exception de l'hypertrophie qui suit l'augmentation du nombre de sarcomères et de myofibrilles dans un muscle squelettique, les modifications cellulaires observées pendant l'entraînement d'endurance ne se produisent généralement pas lors d'un entraînement de résistance. Il n'y a généralement pas d'augmentation significative des mitochondries ou de la densité capillaire. Cependant, l'entraînement de résistance augmente le développement du tissu conjonctif, ce qui augmente la masse musculaire globale et aide à contenir les muscles alors qu'ils produisent des contractions de plus en plus puissantes. Les tendons se renforcent également pour prévenir les dommages aux tendons, car la force produite par les muscles est transférée aux tendons qui attachent le muscle aux os.
Pour un entraînement de force efficace, l'intensité de l'exercice doit être continuellement augmentée. Par exemple, continuer à soulever des poids sans augmenter le poids de la charge n'augmente pas la taille musculaire. Pour obtenir des résultats toujours meilleurs, les poids soulevés doivent devenir de plus en plus lourds, ce qui rend plus difficile pour les muscles de déplacer la charge. Le muscle s'adapte alors à cette charge plus lourde, et une charge encore plus lourde doit être utilisée si une masse musculaire encore plus importante est souhaitée.
S'il n'est pas effectué correctement, l'entraînement de résistance peut entraîner des blessures dues à une utilisation excessive des muscles, des tendons ou des os. Ces blessures peuvent survenir si la charge est trop lourde ou si les muscles ne disposent pas de suffisamment de temps entre les séances d'entraînement pour récupérer ou si les articulations ne sont pas correctement alignées pendant les exercices. Les dommages cellulaires aux fibres musculaires qui surviennent après un exercice intense incluent des dommages au sarcolemme et aux myofibrilles. Ces dommages musculaires contribuent à la sensation de douleur après un exercice intense, mais les muscles prennent de la masse au fur et à mesure que ces dommages sont réparés, et des protéines structurales supplémentaires sont ajoutées pour remplacer celles endommagées. Le surmenage des muscles squelettiques peut également endommager les tendons et même le squelette si la charge est trop importante pour les muscles.
Substances améliorant les performances
Certains athlètes tentent d'améliorer leurs performances en utilisant divers agents susceptibles d'améliorer les performances musculaires. Les stéroïdes anabolisants sont l'un des agents les plus connus utilisés pour augmenter la masse musculaire et augmenter la puissance. Les stéroïdes anabolisants sont une forme de testostérone, une hormone sexuelle masculine qui stimule la formation musculaire, entraînant une augmentation de la masse musculaire.
Les athlètes d'endurance peuvent également essayer d'augmenter la disponibilité de l'oxygène pour les muscles afin d'augmenter la respiration aérobie en utilisant des substances telles que l'érythropoïétine (EPO), une hormone normalement produite par les reins, qui déclenche la production de globules rouges. L'oxygène supplémentaire transporté par ces cellules sanguines peut ensuite être utilisé par les muscles pour la respiration aérobie. L'hormone de croissance humaine (hGH) est un autre complément et, bien qu'elle puisse faciliter la construction de la masse musculaire, son rôle principal est de favoriser la guérison des muscles et d'autres tissus après un exercice intense. Une augmentation de l'hormone de croissance peut permettre une récupération plus rapide après une lésion musculaire, réduire le repos requis après l'exercice et permettre des performances de haut niveau plus soutenues.
Bien que les substances améliorant les performances améliorent souvent les performances, la plupart sont interdites par les instances dirigeantes du sport et sont illégales à des fins non médicales. Leur utilisation pour améliorer les performances soulève des problèmes éthiques liés à la tricherie, car ils donnent aux utilisateurs un avantage injuste par rapport aux non-utilisateurs. Ce qui est encore plus préoccupant, c'est que leur utilisation comporte de graves risques pour la santé. Les effets secondaires de ces substances sont souvent importants, irréversibles et, dans certains cas, mortels. La tension physiologique causée par ces substances est souvent supérieure à ce que l'organisme peut supporter, ce qui entraîne des effets imprévisibles et dangereux. L'utilisation de stéroïdes anabolisants a été associée à l'infertilité, à un comportement agressif, aux maladies cardiovasculaires et au cancer du cerveau.
De même, certains athlètes ont utilisé de la créatine pour augmenter leur puissance. Le phosphate de créatine fournit des poussées rapides d'ATP aux muscles au cours des premiers stades de la contraction. On pense que l'augmentation de la quantité de créatine disponible pour les cellules produit plus d'ATP et donc augmente la puissance explosive, bien que son efficacité en tant que supplément ait été remise en question.
CONNEXION QUOTIDIENNE : Vieillissement et tissu musculaire
Bien que l'atrophie due à l'inutilisation puisse souvent être inversée par l'exercice, l'atrophie musculaire avec l'âge, appelée sarcopénie, est irréversible. C'est l'une des principales raisons pour lesquelles même les athlètes très entraînés succombent à la baisse de leurs performances avec l'âge. Cette baisse est perceptible chez les athlètes dont les sports exigent de la force et des mouvements puissants, tels que le sprint, tandis que les effets de l'âge sont moins perceptibles chez les athlètes d'endurance tels que les marathoniens ou les cyclistes de fond. À mesure que les muscles vieillissent, les fibres musculaires meurent et sont remplacées par du tissu conjonctif et du tissu adipeux (Figure\(\PageIndex{3}\)). Comme ces tissus ne peuvent pas se contracter et générer de la force comme le peuvent les muscles, les muscles perdent la capacité de produire de puissantes contractions. La diminution de la masse musculaire entraîne une perte de force, y compris de la force requise pour la posture et la mobilité. Cela peut être dû à une réduction des fibres FG qui hydrolysent rapidement l'ATP pour produire des contractions courtes et puissantes. Les muscles des personnes âgées possèdent parfois un plus grand nombre de fibres SO, qui sont responsables de contractions plus longues et ne produisent pas de mouvements puissants. Il peut également y avoir une réduction de la taille des unités motrices, ce qui se traduit par une diminution du nombre de fibres stimulées et une diminution de la tension musculaire.
La sarcopénie peut être retardée dans une certaine mesure par l'exercice, car l'entraînement ajoute des protéines structurales et provoque des modifications cellulaires qui peuvent contrebalancer les effets de l'atrophie. Une activité physique accrue peut produire un plus grand nombre de mitochondries cellulaires, augmenter la densité capillaire et augmenter la masse et la résistance du tissu conjonctif. Les effets de l'atrophie liée à l'âge sont particulièrement prononcés chez les personnes sédentaires, car la perte de cellules musculaires se traduit par des troubles fonctionnels tels que des troubles de la locomotion, de l'équilibre et de la posture. Cela peut entraîner une diminution de la qualité de vie et des problèmes médicaux, tels que des problèmes articulaires, car les muscles qui stabilisent les os et les articulations sont affaiblis. Les problèmes de locomotion et d'équilibre peuvent également provoquer diverses blessures dues à des chutes.
Révision
L'hypertrophie est une augmentation de la masse musculaire due à l'ajout de protéines structurales. Le contraire de l'hypertrophie est l'atrophie, c'est-à-dire la perte de masse musculaire due à la dégradation des protéines structurales. Les exercices d'endurance entraînent une augmentation des mitochondries cellulaires, de la myoglobine et des réseaux capillaires dans les fibres SO. Les athlètes d'endurance ont un taux élevé de fibres SO par rapport aux autres types de fibres. L'exercice de résistance provoque une hypertrophie. Les muscles producteurs d'énergie contiennent un plus grand nombre de fibres FG que de fibres lentes. L'exercice intense cause des dommages aux cellules musculaires qui nécessitent du temps pour guérir. Certains athlètes utilisent des substances améliorant la performance pour améliorer les performances musculaires. L'atrophie musculaire due à l'âge est appelée sarcopénie et survient lorsque les fibres musculaires meurent et sont remplacées par du tissu conjonctif et adipeux.
Questions de révision
Q. Les muscles d'un sprinter professionnel sont plus susceptibles d'avoir ________.
A. 80 pour cent de fibres musculaires à contraction rapide et 20 pour cent de fibres musculaires à contraction lente
B. 20 pour cent de fibres musculaires à contraction rapide et 80 pour cent de fibres musculaires à contraction lente
C. 50 pour cent de fibres musculaires à contraction rapide et 50 pour cent de fibres musculaires à contraction lente
D. 40 pour cent de fibres musculaires à contraction rapide et 60 pour cent de fibres musculaires à contraction lente
Réponse : A
Q. Les muscles d'un marathonien professionnel sont plus susceptibles d'avoir ________.
A. 80 pour cent de fibres musculaires à contraction rapide et 20 pour cent de fibres musculaires à contraction lente
B. 20 pour cent de fibres musculaires à contraction rapide et 80 pour cent de fibres musculaires à contraction lente
C. 50 pour cent de fibres musculaires à contraction rapide et 50 pour cent de fibres musculaires à contraction lente
D. 40 pour cent de fibres musculaires à contraction rapide et 60 pour cent de fibres musculaires à contraction lente
Réponse : B
Q. Laquelle des affirmations suivantes est vraie ?
R. Les fibres rapides ont un petit diamètre.
B. Les fibres rapides contiennent des myofibrilles faiblement tassées.
C. Les fibres rapides possèdent de grandes réserves de glycogène.
D. Les fibres rapides possèdent de nombreuses mitochondries.
Réponse : C
Q. Laquelle des affirmations suivantes est fausse ?
R. Les fibres lentes possèdent un petit réseau de capillaires.
B. Les fibres lentes contiennent le pigment myoglobine.
C. Les fibres lentes contiennent un grand nombre de mitochondries.
D. Les fibres lentes se contractent pendant de longues périodes.
Réponse : A
Questions sur la pensée critique
Q. Quels changements se produisent au niveau cellulaire en réponse à l'entraînement d'endurance ?
R. L'entraînement d'endurance modifie les fibres lentes pour les rendre plus efficaces en produisant plus de mitochondries afin de favoriser le métabolisme aérobie et la production d'ATP. Les exercices d'endurance peuvent également augmenter la quantité de myoglobine dans une cellule et former des réseaux capillaires plus étendus autour de la fibre.
Q. Quels changements se produisent au niveau cellulaire en réponse à l'entraînement de résistance ?
R. Les exercices de résistance affectent les muscles en provoquant la formation de plus d'actine et de myosine, augmentant ainsi la structure des fibres musculaires.
Lexique
- angiogenèse
- formation de réseaux capillaires sanguins
- atrophie
- perte de protéines structurales provenant des fibres musculaires
- hypertrophie
- ajout de protéines structurales aux fibres musculaires
- sarcopénie
- atrophie musculaire liée à l'âge