Typologie des fibres musculaires

INTRODUCTION

� Muscle = ensemble de faisceau de fibres musculaires

� Potentialités différentes pour utiliser ATP

� Vitesse de contraction de fibre dépend de rapidité à scinder ATP

� Les fibres se distinguent par :

� les processus métaboliques qu’elles utilisent

� leur résistance à la fatigue

� En fonction de la filière métabolique sollicitées (majoritairement), sollicitation d’une typologie particulière de fibres.

• Classement des fibres musculaires selon leurs caractéristiques physiologiques

� Type 1 ou fibres à contraction lente (slow twich ou ST)

� Type 2 ou fibres à contraction rapide (fast twich ou FT)

� Type 2a ou fibres à contraction intermédiaires (FTa)

� Type 2b ou fibres à contraction rapides (FTb)

Muscle à dominante lente Muscle à dominante rapide

Fibres 1

Fibres 2

1- Classification des fibres musculaires

IIb

I

IIa

Type I Type IIa Type IIbStructure

2- Caractéristiques des fibres musculaires

Taille et diamètre petit moyen gros

Volume mitochondrial +++ ++ +

ATPase lente moyenne rapide

Enzymes glycolytiques + ++ +++

Réticulum sarcoplasmique + ++ +++

Enzymes oxydatives +++ ++ +

[Glycogène] +++ +++ +

[Lipides] +++ + -

[Myoglobine] +++ ++ +

Vascularisation +++ ++ +

Type I Type IIa Type IIbFonctionnel

2- Caractéristiques des fibres musculaires

Métabolisme oxydatif mixte glycolitique

Résistance à la fatigue +++ ++ +

Force de contraction + ++ +++

Vitesse de contraction + ++ +++

Type I Type IIa Type IIbInnervation / U.M

2- Caractéristiques des fibres musculaires

NB2: Le diamètre du motoneurone qui innerve l’UM conditionne la vitesse de

conduction nerveuse et donc la vitesse de contraction de la fibre.

Taille de l ’unité motrice(Fibres / motoneurone) 10-180 300-800 300-800

Diamètre du motoneurone petit large très large

Vitesse de conduction nerveuse

lente rapide très rapide

Seuil de recrutement

bas élevé élevé

NB1: Nb de fibres par UM dépend de la taille et finesse d’action du muscleEx: Muscle oculaire = 12 fibres / UM; Quadriceps = 2000 fibres / UM

Fibres I (fibres rouges)

� Caractéristiques fonctionnelles :

� Utilisation du métabolisme oxydatif

� Fibres activées par motoneurones modérés, vitesse de conduction lente

� Seuil d’activation bas donc souvent mobilisées pour contractions de faible niveau

� Très résistantes à la fatigue donc exercices prolongés

En résumé

Fibres II (fibres blanches)

� Fibres IIa

� Caractéristiques fonctionnelles :

� Utilisation du métabolisme oxydatif et glycolytique

� Résistance à la fatigue plus faible que type I

� Force de contraction + élevée que type I

� Fibres IIb

� Caractéristiques fonctionnelles :

� Utilisation du métabolisme glycolytique

� Résistance à la fatigue très faible

� Force de contraction très élevée

3 Répartition des différentes fibres au sein du muscle

� En moyenne, les muscles contiennent :

� 50 % de fibres de type I

� 25 % de fibres IIa

� 25 % de fibres IIb

Le % de fibres varie considérablement en fonction des muscles

� Exemple : muscle vaste externe de l’homme

� 53 % de fibres I

� 33 % de fibres IIa

� 14 % de fibres IIb

� ces 3 types de fibres forment la plupart des muscles

squelettiques mais proportion liée à leur fonction usuelle :

� Muscles posturaux (cou, dos, jambe) : proportion ++ de

fibres I

� Muscles actifs (bras, épaule) : proportion ++ fibres

glycolytiques

� Certains groupes musculaires sont composés en majeur partie

par un seul type de fibre (soléaire : fibres lentes)

• La proportion de fibres dans muscle est variable et détermine safonction:

� frontalis/orbicularis oculi (15% fibres lentes)

� ≈ triceps (60% fibres rapides)

� soleus (≈ 80% fibres lentes)

� extensor digitorum brevis (60% fibres lentes)

3- Répartition des fibres au sein du muscle

- Muscles posturaux: fibres lentes +++

- Muscle impliqués dans la motricité (notamment les muscles fléchisseurs et extenseurs): fibres rapides +++

Pourcentage de fibres I dans différents muscles

61±1054±1034±1189±743±853±8Prélèvement

autopsique

--40±1172±1257±1354±10Prélèvement

biopsique

DeltoïdeBiceps

brachial

Triceps

brachial

SoléaireVaste

externe

Jumeaux

Lent Rapide

Toujours une dominante mais

jamais un seul type de fibres !!!

Mixte

Composition moyenne

50 % Fibres I

25 % Fibres IIa

25 % Fibres IIb

4- Recrutement des fibres musculaires

Un même signal électrique (amplitude égale) recrute les petits MN avant les grands.

Au cours d'une activité motrice de plus en plus puissante, les moto neurones sont recrutés suivant l'ordre de leur taille.

Principe de la taille de Henneman: Ordre d'activation des MN

Activation en 1er des fibres innervées par des MN de faible Ø

(loi de Henneman ou principe de taille)

% d

e fi

bre

s uti

lisé

es

Force musculaire

faible Modérée Maximum

IIb

IIa

I

4.1 – Recrutement selon la force

� Exercices de faible intensité (marche) : force musculaire essentiellement générée par fibres lentes

� Si tension musculaire augmente : fibres IIa interviennent en association avec fibres I

� Exercices d’intensité max : fibres IIb recrutées

� fibres IIb mises en jeu pour tension max uniquement (musculation : 70 à 80 % de charge max)

� Même lors d’efforts max, le système nerveux ne recrute pas 100 % des fibres disponibles (seulement 1 fraction) :

� prévenir les lésions musculaires et tendineuses

D’après Wilmore et Costill, 1998

4.2 – Recrutement selon la vitesse

Balistique: recrutement impulsif

Soit loi de Henneman respectée

Soit seules UM II recrutées

IIb : exercices très explosifs 40-60-100m, haltérophilie, sauts lancers.

5- Types de fibres et exercice

métabolisme oxydatif

Peu fatigables mais tensions faibles

Activité d’endurance à faible intensité comme le marathon, la natation

Les fibres de type II

IIa : exercices bref, intense et bref comme 200-400m,

Sont fatigables et développent des tensions fortes

Les fibres de type I

métabolisme glycolytique

6- Détermination du type de fibres

Jumeaux homozygotes

Varie peu de l’enfance à l’adulteEvolution pendant l’enfance

Vie fœtale: 100% fibres sont indifférenciées (IIc)

Génétiquement déterminée

Avec l’âge, les muscles perdent des fibres rapides, ce qui augmente le %age de fibres

lentes.

21ème semaine: apparition fibres I

32ème semaine apparition fibres II

différenciation quasi complète à 1 an

• Pdt 3 mois après la naissance :

� types I � �

� types II �� indifférenciées �

Distribution modifiée

renforcement du métabolisme oxydatif

Nombre total de fibres reste constant

Naissance: nombre de fibre quasi complet

���� ���� jusqu’à 3 mois

PUIS

6- Détermination du type de fibres

Expérience innervation croisée :

I IIa IIb

Théorie de Howald:

� les caractéristiques des fibres peuvent être modifiées :

� transformation des fibres (théorie d’HOWALD)

I IIa IIb

� Possibilité d’une transformation dans l’autre sens ?

I IIa IIb

6- Détermination du type de fibres

� dilemme sur cette conversion :

1. on sait que les fibres sont extrêmement plastiques donc àpriori, rien n’empêche la conversion

expérience de l’innervation croisée

� Expérience sur modèle animal :

� première étape : dénerver des UM de type rapide et lent et refaire le branchement opposé (« nerfs rapides sur fibres lentes.. »)

� on aboutit à transformation complète des fibres

Innervation responsable des propriétés des fibres

2. Passage du rapide vers le lent bien montré (études homme et animal) Inverse semble également possible

Expérience innervation croisée :

� Conversion des fibres musculaires chez l’homme :

�Vie quotidienne : influx lents en majorité (marche, assis

�Entraînement en endurance :

�Transformation fibres IIb en IIa

� fibres transformées : diamètre +, mitochondries +

� Entraînement en haltérophilie :

� accroissement de taille et force des fibres IIb et IIa

� accroissement taille par synthèse + des filaments fins et

épais

1. Type de fibre :

� Première étude :

� séance de musculation intense (1H30)

� sur groupe musculaire précis

� on remarque que fibres rapides sollicités que 7 à 10

min

� le reste de la séance, repos

� vie quotidienne : influx lents en majorité

� disproportion influx lents/rapides

7- Type de fibres et entraînement

�Expérience de C. Bosco avec surcharge :

� sujets soumis à une situation d’hypergravité

� gilets lestés : 13 % du poids du corps

� trois semaines en permanence même pour

entraînement

� comparaison avec un groupe témoin

� on remarque après 3 semaines :amélioration aux

test d’efforts sollicitant les fibres rapides

� après 4 semaines sans gilet, retour valeurs

initiales

�augmentation du diamètre fibres rapides et donc de la

performance

� difficulté de transformer fibres lentes en rapides

2. Diamètre des fibres musculaires :

� 2 phénomènes connus :

� Hyperplasie : fissuration d’une fibre musculaire pour en

donner 2 (preuve animal)

� Hypertrophie : augmentation de la surface de section

du muscle

� Augmentation nombre et taille myofibrille

� Augmentation volume actine et myosine

� Augmentation taille du sarcoplasme

7- Type de fibres et entraînement

Musculation 1h30

Sollicitation des fibres II que 7 à 10 min

Les fibres musculaires ne reçoivent la plupart du temps que des influx nerveux lents

Expérience de surcharge

Gilet lesté (13% poids du corps) pendant 3 semaines

Tests favorisant l’intervention des fibres rapides supérieurs / groupe témoin

1- L’hypertrophie: � du diamètre des fibres par

� taille des myofibrilles

� du nombre de myofibrilles

Explications de l’augmentation du diamètre musculaire

Après la naissance Hypertrophie +++

2: hyperplasie :� du nb de fibres

Avant la naissance Hyperplasie +++

?

� connaissance composition et utilisation des fibres musculaires :

� grand % fibres I : perf > en endurance

� grand % fibres II : perf > dans efforts courts maximaux

� question : la répartition en fibres musculaires conditionne – t –elle la

performance?

� caractéristiques musculaires d’athlètes de haut niveau (cf

tableau)

�composition en fibres musculaires ≠ entre athlètes de spécialités

opposées

�effets réels de l’entraînement ou qualités génétiques?

8- Type de fibres et performance