Christophe HAUTIER, PhD
Maître de Conférences Habilité à Diriger des Recherches
Responsable Master 2 PPMR
Dernière mise à jour : septembre 2015

• 1 Le système nerveux
• 2 Le muscle
• 3 Les os, le squelette

1 Le système nerveux

Le système nerveux gère la prise et le traitement de l’information venant de l’extérieur et de l’intérieur du corps humain, coordonne l’action en vue d’interagir avec l’environnement et régule le fonctionnement des organes pour adapter l’organisme aux contraintes. Le cerveau est également le siège des émotions et de l’intellect. On distingue le système nerveux central (cerveau et moelle épinière) et le système nerveux périphérique (nerfs et ganglions). Le système nerveux se compose de deux types de cellules, les neurones, qui ont la capacité de véhiculer un signal électrique et les cellules gliales qui sont des cellules de support apportant un soutien structurel, métabolique et fonctionnel aux neurones. Dans le domaine des sciences du sport, ce sont surtout les neurones qui ont retenu l’attention des chercheurs et des coaches.

Le neurone est une cellule très spécialisée composée du corps cellulaire contenant le noyau, de dendrites, de l’axone et de l’arborisation terminale ou terminaison neuronale (Figure 1). Les neurones sont connectés à d’autres neurones, à des récepteurs ou à des effecteurs comme les muscles par exemple. Une connexion neuronale s’appelle une synapse. L’information entrante passe par les dendrites et l’information sortante est conduite par l’axone. Cette information est codée sous la forme d’une impulsion électrique appelée Potentiel d’Action (PA) qui est généré à la surface du neurone (sur la membrane) et qui se transmet de proche en proche. La membrane du neurone répartit différemment les ions calcium et potassium entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule ce qui fait qu’il y règne une différence de potentiel électrique. Lors du déclenchement d’un PA, cette répartition est modifiée et la zone perturbée affecte l’équilibre de la zone immédiatement à proximité ce qui fait que cette dépolarisation va se « déplacer » à la surface du neurone. C’est ainsi que l’information va-t-être conduite par le neurone jusqu’à une synapse pour être transmise à un autre neurone ou au muscle. Au niveau  de la synapse, l’information électrique va être transmise sous forme chimique à la prochaine cellule. La vitesse de conduction de l’information nerveuse dépend du diamètre de la fibre nerveuse et est comprise entre 100 et 200 km/h. Toute information et toute action correspond à un grand nombre de PA transmis à grande vitesse et à grande fréquence. Dans le cas du mouvement humain, la séquence d’activation des différents muscles est construite au niveau du cerveau (cortex moteur) puis transmise par l’intermédiaire de la moelle épinière jusqu’aux neurones moteurs (motoneurones) qui sont connectés aux muscles. L’information électrique est ainsi transmise sous forme chimique à la surface du muscle qui va se contracter en réponse aux PA.

2 Le muscle

Il existe trois types de muscles, le muscle squelettique, le muscle cardiaque et le muscle lisse qui présentent des particularités structurelles et fonctionnelles mais nous ne parlerons ici que des muscles squelettiques. Les muscles squelettiques sont sous notre contrôle volontaire, c’est-à-dire que nous pouvons décider quand ils se contractent et quand ils se relâchent. Notre corps comporte plus de 600 muscles ce qui représente environ 40 % de la masse corporelle.

Le muscle squelettique est un organe composé de fibres musculaires (ce sont les cellules musculaires) de forme allongées et regroupées par faisceaux (Figure 2).

Lorsqu’on observe au microscope une fibre musculaire, on peut apercevoir des zones claires et des zones sombres qui se succèdent c’est pourquoi on parle aussi de muscle strié. Ces zones de couleurs différentes correspondent à une composition alternée de différents types de protéines. La cellule musculaire est entourée d’une membrane (le sarcolemme) qui contient le sarcoplasme qui est un liquide dans lequel baignent différents éléments tels que les protéines contractiles, les mitochondries, les réserves énergétiques… Contrairement aux autres cellules de l’organisme, la fibre musculaire comporte plusieurs noyaux répartis sur sa longueur et en périphérie (proche de la membrane). Ces noyaux stockent l’information génétique qui va permettre à la cellule de croitre, de se régénérer et de s’adapter continuellement.

Lorsqu’on pénètre plus profondément dans la cellule musculaire (Figure 3) on observe des structures cylindriques appelées myofibrilles qui sont les éléments contractiles de la fibre (éléments qui peuvent se contracter).

Ces myofibrilles sont constituées de différentes protéines dont les deux plus connues sont l’actine et la myosine. Ces deux protéines sont organisées à l’intérieur de la myofibrille sous la forme d’un maillage découpé par tronçons appelés les sarcomères. C’est l’interaction de ces deux protéines (actine et myosine) qui va être à l’origine de la contraction musculaire. Les protéines d’actine et de myosine sont organisées sous forme de filaments qui vont glisser les uns par rapport aux autres et entrainer le raccourcissement de la fibre musculaire. Si l’on rentre plus dans le détail on peut observer que les filaments de myosine comportent des petites excroissances appelées têtes de myosine qui ont la particularité de pouvoir se fixer au filament d’actine avant d’effectuer une rotation qui va tirer le filament d’actine vers l’arrière. C’est le cycle d’attachement et de détachement des têtes de myosine qui se répète un très grand nombre de fois et qui génère la production de force et le raccourcissement du muscle. Ce cycle ne peut se produire que si le muscle dispose d’énergie en quantité suffisante sous la forme d’ATP (une molécule très énergétique) et si le neurone a transmis l’ordre de se contracter. 

Il existe plusieurs types de fibres (les lentes, les intermédiaires et les rapides) qui sont caractérises par la vitesse à laquelle les têtes de myosine peuvent s’attacher et se détacher. Plus les têtes de myosines peuvent réaliser ce cycle rapidement plus la fibre musculaire se contracte vite. Par contre, la fréquence élevée d’attachement et de détachement des têtes de myosine entraine une forte consommation d’énergie et donc les fibres rapides s’épuisent plus vite que les fibres lentes. C’est un des paramètres qui explique la différence entre les sprinters et les endurants. Les uns courent vite mais pas longtemps alors que les autres sont capables de maintenir un effort pendant plusieurs heures (nous verrons plus loin que le mode de synthèse de l’ATP joue également un rôle).

Lorsque le muscle se contracte la rotation des têtes de myosine ne génère pas forcément un raccourcissement musculaire. En effet, dans notre vie de tous les jours et lors de la pratique d’une activité physique la contraction musculaire peut servir à lever une charge (contraction concentrique où le muscle se raccourcit en produisant l’effort), maintenir une position ou une charge immobile (contraction isométrique sans changement de longueur du muscle) ou à freiner lors d’une réception (contraction excentrique pendant laquelle le muscle s’allonge tout en se contractant). Il existe même un quatrième mode de contraction qui correspond à l’enchaînement rapide d’une phase excentrique (allongement du muscle) et d’une phase concentrique (raccourcissement). Ce mode de contraction appelé étirement/contraction ou pliométrique est mis à contribution quand nous réalisons un appel avant un saut ou un armé avant un lancer. Cela permet de mettre à profit l’élasticité du muscle et d’augmenter la puissance et la vitesse du mouvement de saut ou de lancer.

Dans le cadre des APS, différents types de contractions musculaires peuvent être sollicités et ils doivent correspondre à la fonctionnalité des groupes musculaires :

• Les muscles de la posture qui nous permettent de nous tenir droit pendant toute la journée sont plutôt spécialisés dans des contractions isométriques et il n’est pas utile de trop les faire travailler en dynamique. C’est pourquoi le travail de gainage est de plus en plus réalisé en statique sur surface stable ou instable.
• Les muscles des membres inférieurs sont souvent utilisés en concentrique pour monter les escaliers, se lever d’une chaise ou marcher. C’est pourquoi chez les seniors on privilégie ce mode de contraction dans le renforcement musculaire.
• Les sportifs utilisent beaucoup les contractions pliométriques pour courir plus vite, sauter plus haut, lancer plus loin.

3 Les os, le squelette

Les muscles s’attachent sur les os du squelette par l’intermédiaire d’un tendon ou d’une lame tendineuse constitués de fibres de collagène très résistantes et élastiques. La contraction d’un muscle va donc créer une force entre deux os afin de stabiliser ou de mobiliser l’un d’eux. Le corps humain comporte 206 os de différentes formes (os longs, courts ou plats) reliés entre eux par des articulations plus ou moins mobiles, plus ou moins stables (Figure 4).

Au niveau de chaque articulation, les surfaces de contact entre deux os sont recouvertes de cartilage qui a une composition proche de l’os mais plus hydratée, plus lisse et plus élastique. La fonction du cartilage est de limiter les contraintes d’écrasement et de friction lors des mouvements. Certaines articulations peuvent présenter une architecture un peu particulière comme les disques intervertébraux, les ménisques (Figure 8) ou les bourrelets de fibrocartilage. Les surfaces articulaires sont maintenues ensemble par les ligaments et les capsules. Les ligaments sont des bandes de tissu fibreux qui unissent deux os voisins et les capsules constituent une chambre étanche autour de l’articulation et sont renforcées sur certaines zones en vue de limiter les mouvements. La face interne de la capsule est tapissée par une membrane appelée synoviale dont la fonction principale est de sécréter la synovie, un liquide nourrissant et lubrifiant qui remplit la cavité articulaire.

En conclusion, le mouvement est la conséquence d’une chaine d’évènements mettant en jeux de nombreuses structures du corps humain. Tout d’abord le système nerveux central traite l’information interne et externe et conçoit la réponse motrice adaptée. Celle-ci est transmises sous forme d’impulsions électriques par les neurones jusqu’aux muscles qui se contractent, produisant force et mouvement. Les muscles transmettent la force par l’intermédiaire des tendons aux os ce qui permet de stabiliser les articulations  ou de les mettre en mouvement.