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Vidéo de la leçon : Structure des muscles Biologie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire la structure macroscopique et microscopique des muscles squelettiques.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire la structure des muscles en explorant les différents types de muscles, avant d’examiner plus en détail les muscles squelettiques à l’échelle macroscopique et microscopique. Nous allons apprendre comment les fibres musculaires squelettiques sont spécialisées afin d’assurer le mouvement des diverses parties du corps humain.

Le corps humain adulte comprend environ 650 muscles, ce qui représente près de la moitié de votre poids total. Les muscles sont des structures du corps qui participent au mouvement en se contractant et se relâchant. Ils aident les aliments à se déplacer dans notre système digestif après un repas, permettent à nos jambes et nos bras de bouger lors d’une course et réduisent la taille de nos pupilles lorsque nous regardons une lumière intense. Sans l’action constante de nos muscles, même notre cœur cesserait de battre. Il existe trois principaux types de muscles qui remplissent ces différentes fonctions: les muscles squelettiques, parfois appelés muscles striés, les muscles lisses et le muscle cardiaque.

Alors que les muscles squelettiques sont sous notre contrôle conscient et sont appelés muscles volontaires, les muscles lisses et cardiaque sont dits involontaires, ils sont donc contrôlés inconsciemment et nous ne pouvons pas décider de les empêcher de fonctionner. Ce sont par exemple des muscles squelettiques, volontaires, qui permettent à nos bras et nos jambes de bouger. On les appelle muscles squelettiques car ils sont attachés aux os de notre squelette par des tendons. Cette illustration représente des cellules de muscle squelettique grossies. On les appelles aussi muscles striés en raison de leur aspect rayé.

Tenons une liste des éléments que nous avons vus jusqu’ici. Certains muscles squelettiques sont dits antagonistes car ils fonctionnent par paires où lorsqu’un muscle se contracte l’autre se détend, ce qui permet un mouvement coordonné, comme dans le bras. Par exemple, le biceps et le triceps sont des muscles antagonistes du haut du bras. Ici, vous pouvez voir un biceps contracté et un triceps relâché lorsque le bras est plié. Mais lorsque le bras est tendu, le biceps est relâché et le triceps est contracté. Cela permet au bras de bouger. En plus d’aider notre corps à bouger, les muscles squelettiques nous aident également à maintenir notre posture.

Si nous regardions individuellement des cellules de muscle lisse, nous verrions qu’elles ne sont pas striées ou rayées. Les muscles lisses sont aussi appelés muscles involontaires car ils ne sont pas contrôlés consciemment, contrairement aux muscles squelettiques. Les muscles lisses se retrouvent dans de nombreux organes. Par exemple, il y a des muscles lisses dans les parois des organes creux, comme l’œsophage représenté ici, mais aussi l’estomac et les intestins afin d’aider les aliments à progresser le long du système digestif. On retrouve aussi du muscle lisse dans les parois des artères. Dans les artères et le système digestif, le muscle lisse a pour fonction d’appliquer une pression sur ces organes pour aider les substances comme le sang ou la nourriture à avancer continuellement, sans que nous ayons à y penser.

Le muscle cardiaque, dont vous pouvez voir certaines cellules sur cette image, est également involontaire mais ne se retrouve que dans le cœur. Et comme les cellules des muscles squelettiques, vous pouvez voir que les cellules du muscle cardiaque sont aussi rayées ou striées. Les cellules du muscle cardiaque sont dites myogéniques, ce qui signifie que l’impulsion provient du cœur et non de l’extérieur comme c’est le cas pour les muscles volontaires. Cela permet à notre cœur de battre continuellement et sans se fatiguer à un rythme régulier afin de pomper le sang dans tout notre corps.

Examinons de plus près la structure macroscopique du muscle squelettique et comment ses différents composants fonctionnent. Le terme «macroscopique» se réfère aux structures visibles à l’œil nu, sans avoir besoin d’utiliser un microscope. Chaque muscle est considéré comme un organe, et chacun de ces muscles contient différents tissus, comme le tissu musculaire squelettique en tant que tel, le tissu nerveux qui est composé principalement de motoneurones, le tissu sanguin et le tissu conjonctif avec les tendons qui attachent les muscles aux os. Mais oublions les autres tissus pour le moment et concentrons-nous sur le tissu musculaire lui-même.

Le muscle squelettique est formé de nombreux faisceaux de fibres musculaires, parfois appelées fascicules. Ces fibres musculaires contiennent une collection de tissus, de cellules et d’organelles. Un muscle peut être constitué de jusqu’à plusieurs milliers de fibres musculaires. Chaque faisceau de fibres est entouré d’une couche protectrice de tissu conjonctif appelée le périmysium. Le préfixe «péri-» de périmysium signifie «qui entoure quelque chose», tandis que le «my» au milieu du mot fait référence à muscle. Le périmysium aide les cellules à résister à la pression de la contraction musculaire. Cette couche de tissu conjonctif permet également au sang et au tissu nerveux de se connecter aux différentes fibres musculaires.

Le sang apporte de l’oxygène, du glucose et d’autres nutriments aux cellules musculaires afin de leur permettre de respirer, de libérer de l’énergie, de grandir et de se réparer. Bien qu’ils ne soient pas visibles sans microscope, les motoneurones sont des cellules nerveuses qui remplissent la fonction importante de stimuler la contraction musculaire. Chaque fibre de muscle squelettique est une cellule musculaire cylindrique très longue, entourée d’une membrane plasmique que l’on appelle le sarcolemme. Le préfixe «sarco-»  vient du mot grec signifiant chair, qui est souvent utilisé pour décrire les composants des muscles. Le suffixe «-lemme» vient du mot grec signifiant gaine, car il forme une membrane de protection autour de chaque fibre. Le sarcolemme est aussi parfois appelé le myolemme. Et vous vous rappelez peut-être que le préfixe «myo-»  fait référence aux muscles.

Regardons la structure de la fibre musculaire à l’échelle microscopique. Les fibres musculaires ont plusieurs adaptations qui les rendent particulièrement bien adaptées à leur fonction. Nous pouvons déjà voir le sarcolemme, que nous avons exploré plus tôt, qui forme une membrane qui entoure la fibre musculaire. Ne vous préoccupez pas des autres structures complexes, nous les examinerons une par une.

Les fibres musculaires dont vous pouvez voir un exemple ici sont beaucoup plus longues que les autres cellules. Elles sont en fait constituées de nombreuses cellules musculaires individuelles qui fusionnent alors que vous n’êtes encore qu’un embryon. Cela rend les muscles plus forts, car toute jonction entre des cellules est un potentiel point faible. Avoir de longues cellules réduit donc le nombre de points faibles. C’est aussi pour ça qu’une armure est plus solide et efficace lorsqu’elle est constituée d’une seule plaque de métal continue, car chaque jonction rajoute un point faible. Comme elles sont formées à partir de nombreuses cellules, les fibres musculaires ont généralement plusieurs noyaux.

Le cytoplasme d’une fibre musculaire est appelé le sarcoplasme. Dans la plupart des cellules animales, le rôle principal du réticulum endoplasmique est de constituer un site de synthèse, de modification et de transport des protéines. Les fibres musculaires contiennent un réticulum endoplasmique spécialisé appelé réticulum sarcoplasmique qui s’étend au travers de la fibre musculaire. Le réticulum sarcoplasmique d’une fibre musculaire squelettique contient des ions calcium qui sont nécessaires pour initier la contraction musculaire. Les cellules musculaires ont besoin d’une grande quantité d’énergie lorsqu’elles se contractent. Elles contiennent donc aussi beaucoup de mitochondries, qui, rappelez-vous, sont le site de la respiration cellulaire et libèrent l’énergie nécessaire à la contraction musculaire.

Les parties du sarcolemme entourant la fibre musculaire s’invaginent, formant des structures appelées tubules transverses ou tubules en «T». Cela signifie qu’une impulsion provenant du motoneurone peut se propager tout le long du sarcoplasme de la fibre musculaire, de sorte que toutes les cellules des muscles peuvent se contracter simultanément. Chaque fibre musculaire contient de longs organites cylindriques appelés myofibrilles, qui sont représentées ici en rose. Les myofibrilles sont constituées de fibres protéiques. Il peut y avoir entre 1000 et 2000 myofibrilles dans une seule fibre musculaire, disposées parallèlement entre elles et à la fibre musculaire dans laquelle elles se trouvent. Les myofibrilles sont spécialisées pour la contraction.

Vous pouvez visualiser à la structure des muscles comme une corde. Les cordes sont constituées de cordelettes individuelles, tout comme les muscles sont constitués de faisceaux de fibres musculaires. Et chacune de ces cordelettes est constituée de plusieurs fils, tout comme les faisceaux de fibres musculaires sont composés de plusieurs fibres musculaires. Les brins individuels qui composent chaque fil peuvent être considérés comme des myofibrilles, qui, combinées, fournissent leur force au muscle. Les myofibrilles sont constituées de nombreuses unités fonctionnelles répétées que l’on appelle les sarcomères, que nous pouvons voir en retirant le réticulum sarcoplasmique de cette région de la myofibrille.

Examinons de plus près un sarcomère afin de voir comment ses différentes parties aident le muscle à se contracter. La longueur d’un sarcomère est définie comme la distance entre deux lignes Z. Et cette distance diminue, tout comme le sarcomère dans son ensemble, lorsque le muscle se contracte. Les myofibrilles ont des motifs répétitifs de ces sarcomères, qui sont constitués de deux myofilaments protéiques; l’un s’appelle l’actine, ici en rouge, et l’autre est la myosine, ici en bleu.

L’actine est le filament le plus fin et se compose de deux brins de protéines enroulés ensemble. La myosine est plus épaisse que l’actine et semble donc plus foncée. Il s’agit d’une longue fibre en forme de club de golf, avec des têtes globulaires qui font saillie vers l’extérieur. Les myofibrilles présentent des bandes alternées qui apparaissent comme plus claires et plus sombres selon la distribution de l’actine et de la myosine dans chaque sarcomère. Cela leur donne un aspect rayé ou strié.

Simplifions un peu ce schéma pour voir plus clairement les différentes régions du sarcomère. La bande I est également connue sous le nom de bande isotrope. Ce mot signifie «optiquement clair et régulier», car cette bande est composée uniquement de minces filaments droits d’actine, représentés ici en rouge. Si vous oubliez quel filament est lequel, repensez à cet indice. Comme elles ne contiennent que de minces filaments d’actine, les bandes I apparaissent sont visiblement plus claires que le reste du sarcomère. Et pour cette raison, on les appelle parfois les bandes claires.

Dans la bande I se trouve une ligne qui marque la fin du sarcomère, qui s’appelle la ligne Z, ainsi nommée d’après l’allemand «zwischen» qui signifie «entre». La ligne Z apparaît toujours légèrement plus sombre sur les micrographies. Même si elle a été représentée ici sous la forme d’une ligne droite, elle est constituée par une forte concentration de filaments d’actine en zigzag ainsi que par d’autres protéines. Rappelez-vous que chacune des deux lignes Z adjacentes, Z comme Zigzag, marque la fin du sarcomère.

La bande A est également connue sous le nom de bande anisotrope, ce qui signifie qu’elle est optiquement opaque car elle contient les deux types de filaments et les têtes globulaires encombrantes de la myosine. Comme les bandes A contiennent ces filaments de myosine plus épais, elles apparaissent sur les microphotographies comme beaucoup plus sombres que les autres bandes. C’est la raison pour laquelle elles sont parfois appelées bandes sombres. Les bords extérieurs de la bande A sont les plus sombres car ce sont les régions où l’actine et la myosine se chevauchent.

Les bords intérieurs de la bande A, appelés la zone H, ne sont pas aussi sombres car ils ne contiennent que des filaments de myosine. Le milieu de la zone H s’appelle la bande M. Pour vous en souvenir, pensez à M comme milieu. Il y a aussi un moyen de se souvenir du groupe H par rapport au groupe I. La lettre H est plus large que la lettre I. Ainsi, la bande H est celle qui est constituée de filaments épais de myosine, tandis que la bande I est composée uniquement de minces filaments d’actine.

Maintenant que nous en savons un peu plus sur la structure du sarcomère, voyons ce qui se passe lorsqu’il se contracte. Dans un sarcomère contracté, vous pouvez voir que la distance entre les deux lignes Z a diminué. La longueur du sarcomère lui-même a donc également diminué. En effet, les filaments d’actine ont été tirés par les filaments de myosine plus près de la ligne M au milieu du sarcomère. Et cela signifie également que la longueur de la zone H qui ne contient que de la myosine a diminué. La diminution de la longueur de la zone H, qui ne contient que des filaments de myosine, entraîne le raccourcissement du sarcomère dans son ensemble. Voyons ce que nous avons retenu de la structure des muscles en essayant de répondre à quelques questions d’entraînement.

Il existe trois principaux types de tissus musculaires dans le corps humain: squelettique, cardiaque et lisse. Quel type de muscle est principalement impliqué dans les mouvements volontaires du corps?

La question nous demande d’identifier le type de muscle impliqué dans les mouvements volontaires. Alors que certains muscles sont contrôlés volontairement et sont appelés muscles volontaires, d’autres sont contrôlés inconsciemment et dits involontaires. Nous ne pouvons pas empêcher les muscles involontaires de fonctionner. Le muscle lisse est un type de muscle involontaire impliqué dans de nombreux appareils, ou systèmes d’organes. Par exemple, les muscles lisses se trouvent dans les parois des organes creux comme notre estomac et nos intestins afin d’aider à la progression des aliments dans le système digestif. Le muscle lisse est également présent dans les parois des artères et se contracte pour aider à pousser continuellement le sang au travers des vaisseaux sanguins.

Les cellules musculaires cardiaques ne se trouvent que dans le cœur. Et comme les muscles lisses, ces muscles sont également involontaires. Ils doivent être contrôlés inconsciemment pour que le cœur batte en continu et à un rythme constant afin de pomper le sang dans le corps. Les muscles volontaires sont des muscles squelettiques, comme ceux de nos bras et nos jambes. Ils sont attachés aux os et peuvent être contrôlés volontairement pour fournir un mouvement coordonné de certaines parties du corps. En plus de nous aider à nous déplacer, les muscles squelettiques nous aident également à maintenir la posture de notre corps. Comme ce sont les seuls muscles volontaires, le type de muscle principalement impliqué dans les mouvements volontaires du corps est le muscle squelettique.

Essayons ensemble une autre question d’entraînement.

Cette figure représente la structure classique d’un sarcomère. Quelle lettre indique la bande I?

Comme nous pouvons le voir sur cette image d’un sarcomère, il est composé de deux filaments principaux: les myofilaments d’actine, en rouge, et les myofilaments de myosine, en bleu. L’actine est un filament plus fin, composé de deux fibres protéiques enroulées ensemble. La myosine est un filament plus épais, c’est une longue fibre en forme de club de golf, avec des têtes globulaires qui font saillie vers l’extérieur. Les différentes lettres de ce schéma nous montrent les différentes régions du sarcomère. Alors, parcourons-les une par une pour savoir laquelle correspond à la bande I.

La région notée V au milieu du sarcomère est ce qu’on appelle la ligne M. La ligne M se trouve dans une région appelée zone H, étiquetée ici avec la lettre X. La zone H contient uniquement des filaments de myosine. Lorsque les sarcomères se contractent, les filaments d’actine se rapprochent de la ligne M et la zone H se raccourcit. La région marquée par un Z est appelée la bande A. La bande A englobe la zone H, mais elle contient également des régions autour de ses bords externes où l’actine et la myosine se chevauchent, ce qui rend ces régions légèrement plus sombres.

La longueur d’un seul sarcomère est définie comme étant la distance entre deux lignes Z, qui sont représentées par la lettre W sur ce schéma. Comme la seule lettre restante est la Y, nous pouvons en déduire qu’il s’agit de la bande I. La bande I est une région du sarcomère qui ne contient que des filaments d’actine, ce qui la rend plus claire. C’est la raison pour laquelle elle est parfois appelée bande claire, par comparaison avec les autres régions du sarcomère qui contiennent toutes des filaments de myosine et semblent donc plus sombres. Par conséquent, la lettre indiquant la bande I est le Y.

Passons maintenant en revue les points clés que nous avons étudiés dans cette vidéo. Les muscles sont des structures du corps qui participent au mouvement en se contractant et en se relâchant. Les muscles peuvent être des muscles volontaires, squelettiques, ou des involontaires, lisses ou cardiaque. Un muscle se compose de nombreux faisceaux de fibres musculaires, entourés d’une couche protectrice appelée le périmysium. Les fibres musculaires dans ces faisceaux sont des cellules spécialisées allongées qui contiennent de nombreuses mitochondries, un réticulum sarcoplasmique pour stocker les ions calcium et des myofibrilles, spécialisées dans la contraction musculaire. Les myofibrilles contiennent des unités répétées appelées sarcomères, qui contiennent eux-mêmes des filaments protéiques d’actine et de myosine.

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