Situation Problème :

Jean, un athlète de marathon, se prépare pour une compétition importante. Il remarque qu'après environ 90 minutes de course, ses muscles commencent à se fatiguer et il ressent une baisse d'énergie. Jean se demande pourquoi cela se produit et comment il peut améliorer sa performance.
Comment Jean peut-il améliorer son endurance et retarder la fatigue musculaire ?

Objectif de la leçon :
• Interpréter schématiquement une portion fibre musculaire striée squelettique microscopique au repos et au cours de la contraction.
• Réaliser le schéma d’interprétation du mécanisme de la contraction musculaire
• Interpréter les variations de la composition chimique du muscle en fonction de l’activité.

I.  La structure d'une fibre musculaire striée squelettique

Les muscles striés sont formés de cellules musculaires juxtaposées parallèlement et organisées en faisceaux.

Une fibre musculaire ou cellule musculaire est une cellule plurinucléée (un syncytium) dont le cytoplasme (sarcoplasme) est riche en myofibrilles et en mitochondries.

Chaque fibre musculaire est limitée par une membrane cytoplasmique ou plasmalemme.
Une myofibrille est constituée de plusieurs milliers de sarcomères qui sont les unités contractiles.
Le muscle est constitué de plusieurs fibres ou cellules musculaires. Chaque fibre est constituée de myofibrilles contenant deux types de filaments : filaments ou myofilaments épais de myosine et de filaments ou myofilaments fins d’actine.
Les fibres musculaires ou myofibrilles sont formées d*une alternance régulière de disques ou bandes clairs (bandes I) et de disques ou bandes sombres (bandes A).
Chaque disque clair est traversé par une fine ligne sombre : la strie Z, et chaque disque sombre par une bande plus claire : la zone H.
Deux stries Z successives délimitent une portion de myofibrille appelée sarcomére. La zone H est constituée uniquement des filaments épais de myosine. La bande sombre est constituée des filaments épais de myosine et d*une partie des filaments fins d'acide. La bande claire est constituée uniquement des filaments fins d’actine.

II. La composition chimique des fibres musculaires

Les muscles squelettiques contiennent environ :
• 75% d’eau,
• 20% de protéines,
• 1 à 10% de lipides
• 1% de glycogène.
La composition chimique des fibres musculaires se distingue par la présence de deux composés phosphatés à fort potentiel énergétique : l’ATP et la phosphocréatine. Ces composés sont essentiels pour fournir l’énergie rapide nécessaire à la contraction musculaire. Les fibres musculaires contiennent également des réserves énergétiques sous forme de glycogène et de triglycérides, permettant de réduire l’utilisation des métabolites sanguins lors d'efforts soutenus.
L'ATP, comme dans toutes les cellules, est la seule source d'énergie immédiatement utilisable par le muscle. Cependant, les réserves d’ATP dans les fibres musculaires sont limitées, tandis que les besoins en énergie sont élevés lors de la contraction. Par conséquent, la régénération continue de l'ATP représente un enjeu fondamental du métabolisme musculaire.

III. Les principaux types de fibres

Il existe deux types de fibres musculaires, les fibres de type I et celles de type II. Ces fibres se distinguent par :
• Leur constitution chimique : abondance du glycogène, des triglycérides, de la myoglobine certains enzymes :
• Certains traits de structures : abondance de myofibrille, des mitochondries ;
• Leurs propriétés physiologiques : force, vitesse de contraction.
Les fibres de contraction lente ou de type l sont adaptées au métabolisme aérobie, l'ATP restaurée principalement par la respiration, les métabolites dégradés sont le glycogène triglycérides. Ces fibres se caractérisent par l'abondance des mitochondries, des capillaires et myoglobine.
Elles sont les plus fréquentes chez les coureurs de fond.
Les fibres à contraction rapide ou de type II sont adaptées au métabolisme anaérobie L'ATP restaurée-par la phosphocréatine et la fermentation lactique, cette dernière ayant pour substance glucose issu des réserves abondantes de glycogène.
Ces fibres sont plus riches en myofibrille, leur puissance. Elles sont abondantes chez les sprinters et chez ceux qui pratiquent les sports de force.

Conclusion :

En somme, le métabolisme énergétique des fibres musculaires est essentiel pour le fonctionnement et la performance des muscles. La structure complexe des fibres, leur composition chimique et les mécanismes de contraction permettent aux muscles de fournir une énergie rapide et adaptée selon l’intensité de l’effort physique. Les deux types de fibres musculaires – lentes et rapides – répondent de manière spécifique aux différentes exigences énergétiques, contribuant ainsi à des performances variées, de l’endurance au sprint. La compréhension de ces mécanismes permet aux athlètes, comme Jean, d’optimiser leur entraînement, d’améliorer leur endurance et de retarder la fatigue musculaire en choisissant des stratégies nutritionnelles et d'entraînement adaptées.