Architecture musculaire - Muscle architecture

L'architecture musculaire est l'arrangement physique des fibres musculaires au niveau macroscopique qui détermine la fonction mécanique d' un muscle . Il existe plusieurs types d'architecture musculaire, notamment: parallèle, pennée et hydrostatique. La production de force et l' engrenage varient en fonction des différents paramètres musculaires tels que la longueur du muscle, la longueur des fibres, l'angle de pennation et la section transversale physiologique (PCSA).

Types d'architecture

Certains types d'architecture musculaire.

Parallèle et pennée (également appelée pennée) sont deux principaux types d'architecture musculaire. Une troisième sous-catégorie, les hydrostats musculaires , peut également être envisagée. Le type d'architecture est déterminé par la direction dans laquelle les fibres musculaires sont orientées par rapport à l' axe de génération de force . La force produite par un muscle donné est proportionnelle à la section transversale, ou au nombre de sarcomères parallèles présents.

Parallèle

L'architecture musculaire parallèle se trouve dans les muscles où les fibres sont parallèles à l'axe générateur de force. Ces muscles sont souvent utilisés pour des mouvements rapides ou étendus et peuvent être mesurés par la section transversale anatomique (ACSA). Les muscles parallèles peuvent être définis en trois catégories principales : sangle, fusiforme ou en forme d'éventail.

Sangle

Les muscles de la sangle ont la forme d'une sangle ou d'une ceinture et ont des fibres qui s'étendent longitudinalement dans le sens de la contraction. Ces muscles ont des attaches larges par rapport aux autres types de muscles et peuvent se raccourcir jusqu'à environ 40 % à 60 % de leur longueur au repos. On pense que les muscles de la sangle, tels que les muscles laryngés , contrôlent la fréquence fondamentale utilisée dans la production de la parole, ainsi que le chant. Un autre exemple de ce muscle est le muscle le plus long du corps humain, le couturier .

Fusiforme

Les muscles fusiformes sont plus larges et de forme cylindrique au centre et se rétrécissent aux extrémités. Cette forme générale des muscles fusiformes est souvent appelée fuseau. La ligne d'action de ce type de muscle se déroule en ligne droite entre les points d'attache qui sont souvent des tendons. En raison de la forme, la force produite par les muscles fusiformes est concentrée dans une petite zone. Un exemple de ce type d'architecture est le biceps brachial chez l'homme.

Convergent

Les fibres des muscles convergents ou triangulaires convergent à une extrémité (généralement au niveau d'un tendon) et s'étendent sur une large zone à l'autre extrémité en forme d'éventail. Les muscles convergents, tels que le grand pectoral chez l'homme, ont une traction plus faible sur le site d'attache par rapport aux autres fibres parallèles en raison de leur nature large. Ces muscles sont considérés comme polyvalents en raison de leur capacité à changer la direction de la traction en fonction de la contraction des fibres.

En règle générale, les muscles convergents subissent divers degrés de tension des fibres. Ceci est largement dû aux différentes longueurs et aux différents points d'insertion des fibres musculaires. Des études sur le poisson-rat ont examiné la tension exercée sur ces muscles qui ont un tendon tordu. Il a été constaté que la tension devient uniforme sur la face d'un muscle convergent avec la présence d'un tendon tordu.

Penné

Contrairement aux muscles parallèles, les fibres des muscles pennés forment un angle par rapport à l'axe de génération de force (angle de pennation) et s'insèrent généralement dans un tendon central. En raison de cette structure, moins de sarcomères peuvent être trouvés en série, ce qui entraîne une longueur de fibre plus courte. Cela permet en outre à plus de fibres d'être présentes dans un muscle donné; cependant, un compromis existe entre le nombre de fibres présentes et la transmission de force. La force produite par les muscles pennés est supérieure à la force produite par les muscles parallèles. Étant donné que les fibres pennées s'insèrent à un angle, la section transversale anatomique ne peut pas être utilisée comme dans les muscles à fibres parallèles. Au lieu de cela, la section transversale physiologique (PCSA) doit être utilisée pour les muscles pennés. Les muscles pennés peuvent être divisés en uni-, bi- ou multipennés.

Angle des fibres d'un muscle penné.

Unipenné

Les muscles unipennés sont ceux où les fibres musculaires sont orientées à un angle de fibre par rapport à l'axe de génération de force et sont toutes du même côté d'un tendon. L'angle de pennation dans les muscles unipennés a été mesuré à diverses longueurs de repos et varie généralement de 0° à 30°. Le gastrocnémien latéral est un exemple de cette architecture musculaire.

Bipennée

Les muscles qui ont des fibres des deux côtés d'un tendon sont considérés comme bipennés. L' étrier dans l'oreille moyenne des humains, ainsi que le droit fémoral du quadriceps sont des exemples de muscles bipennés.

Multipenné

Le troisième type de sous-groupe pennate est connu sous le nom d'architecture multipennate. Ces muscles, tels que le muscle deltoïde de l'épaule humaine, ont des fibres orientées à plusieurs angles le long de l'axe générateur de force.

Hydrostats

Les hydrostats musculaires fonctionnent indépendamment d'un système squelettique durci. Les hydrostats musculaires sont généralement soutenus par une membrane de tissu conjonctif qui maintient le volume constant. Le maintien d'un volume constant permet aux fibres de stabiliser la structure du muscle qui nécessiterait autrement un soutien squelettique. Les fibres musculaires modifient la forme du muscle en se contractant le long de trois lignes générales d'action par rapport au grand axe : parallèle, perpendiculaire et hélicoïdale. Ces contractions peuvent appliquer ou résister à des forces de compression sur l'ensemble de la structure. Un équilibre de forces synchronisées, compressives et résistives le long des trois lignes d'action, permet au muscle de se déplacer de manières diverses et complexes.

La contraction des fibres hélicoïdales provoque un allongement et un raccourcissement de l'hydrostat. La contraction unilatérale de ces muscles peut provoquer un mouvement de flexion. Les fibres hélicoïdales peuvent être orientées dans des dispositions à gauche ou à droite. La contraction des fibres orthogonales provoque une torsion ou une torsion de l'hydrostat.

Génération de force

L'architecture musculaire influence directement la production de force via le volume musculaire, la longueur des fibres, le type de fibres et l'angle de pennation.

Le volume musculaire est déterminé par la section transversale. La section transversale anatomique est

${\displaystyle CSA={\frac {V}{l}}}$

où

• ${\displaystyle \textstyle V}$ signifie volume
• ${\displaystyle \textstyle l}$ signifie longueur

Dans les muscles, une mesure plus précise du CSA est le CSA physiologique (PCSA) qui prend en compte l'angle des fibres.

${\displaystyle PCSA={\frac {m\cdot \cos \theta }{l\cdot \rho }}}$

où

• ${\displaystyle \textstyle m}$ signifie masse musculaire
• ${\displaystyle \textstyle \theta }$ représente l'angle de la fibre
• ${\displaystyle \textstyle l}$ signifie longueur de fibre
• ${\displaystyle \textstyle \rho }$ signifie densité musculaire

La PCSA relie la force produite par le muscle à la somme des forces produites le long de l'axe de génération de force de chaque fibre musculaire et est largement déterminée par l'angle de pennation.

La longueur des fibres est également une variable clé dans l'anatomie musculaire. La longueur de fibre est le produit à la fois du nombre de sarcomères en série dans la fibre et de leurs longueurs individuelles. Lorsqu'une fibre change de longueur, les sarcomères individuels se raccourcissent ou s'allongent, mais le nombre total ne change pas (sauf sur de longues périodes après l'exercice et le conditionnement). Pour normaliser la longueur des fibres, la longueur est mesurée au sommet de la relation longueur-tension (L0), garantissant que tous les sarcomères sont de la même longueur. La longueur de la fibre (à L0) n'affecte pas la génération de force, tout comme la résistance d'une chaîne n'est pas affectée par la longueur. De même, une section transversale de fibre accrue ou des fibres multiples augmentent la force, comme avoir plusieurs chaînes en parallèle. La vitesse est affectée de la manière inverse - parce que les sarcomères raccourcissent à un certain pourcentage par seconde sous une certaine force, les fibres avec plus de sarcomères auront des vitesses absolues (mais pas relatives) plus élevées. Les muscles à fibres courtes auront un PCSA plus élevé par unité de masse musculaire, donc une plus grande production de force, tandis que les muscles à fibres longues auront un PCSA plus faible par unité de masse musculaire, donc une production de force plus faible. Cependant, les muscles avec des fibres plus longues raccourciront à des vitesses absolues plus élevées qu'un muscle similaire avec des fibres plus courtes.

Le type de fibre musculaire est corrélé à la production de force. Les fibres de type I ont une oxydation lente avec une augmentation lente de la force et une production globale de force faible. Les fibres de type I ont un diamètre de fibre plus petit et présentent une contraction lente. Les fibres de type IIa sont à oxydation rapide et présentent une contraction rapide et une augmentation rapide de la force. Ces fibres ont des temps de contraction rapides et maintiennent une partie, mais pas une grande quantité de leur production de force avec une activité répétée en raison de leur résistance modérée à la fatigue. Les fibres de type IIb sont glycolytiques rapides qui présentent également une contraction rapide et une augmentation rapide de la force. Ces fibres présentent une production de force extrêmement importante, mais se fatiguent facilement et sont donc incapables de maintenir la force pendant plus de quelques contractions sans repos.

Angle de pennition

L' angle de pennation est l'angle entre l'axe longitudinal de l'ensemble du muscle et ses fibres. L'axe longitudinal est l'axe de génération de force du muscle et les fibres pennées se trouvent à un angle oblique. À mesure que la tension augmente dans les fibres musculaires, l'angle de pennation augmente également. Un angle de pennation plus grand entraîne une plus petite force transmise au tendon.

L'architecture musculaire affecte la relation force-vitesse. Les composants de cette relation sont la longueur des fibres, le nombre de sarcomères et l'angle de pennation. Dans les muscles pennés, par exemple, lorsque les fibres se raccourcissent, l'angle de pennation augmente lorsque les fibres pivotent, ce qui affecte la quantité de force générée.

Rapport d'engrenage architectural

Le rapport d'engrenage architectural (AGR) relie la vitesse contractile d'un muscle entier à la vitesse contractile d'une seule fibre musculaire. L'AGR est déterminé par les exigences mécaniques d'un muscle pendant le mouvement. Les changements d'angle de pennation permettent un engrenage variable dans les muscles pennés. L'angle de pennation variable influence également la géométrie du muscle entier pendant la contraction. Le degré de rotation des fibres détermine la section transversale au cours du mouvement, ce qui peut entraîner une augmentation de l'épaisseur ou de la largeur du muscle. L'angle de Pennation peut être modifié par des interventions d'exercice

Un rapport d'engrenage élevé se produit lorsque la vitesse de contraction de l'ensemble du muscle est bien supérieure à celle d'une fibre musculaire individuelle, ce qui entraîne un rapport d'engrenage supérieur à 1. Un rapport d'engrenage élevé entraînera des contractions à faible force et à haute vitesse du muscle. muscle entier. L'angle de pennation augmentera lors de la contraction accompagnée d'une augmentation de l'épaisseur. L'épaisseur est définie comme la zone entre les aponévroses du muscle. Un faible rapport d'engrenage se produit lorsque la vitesse de contraction de l'ensemble du muscle et des fibres individuelles est approximativement la même, ce qui donne un rapport d'engrenage de 1. Les conditions entraînant un faible rapport d'engrenage comprennent une force élevée et une contraction à faible vitesse de l'ensemble du muscle. L'angle de pennation montre généralement peu de variation. L'épaisseur musculaire va diminuer.

Les références