Mécanique musculaire

Calcul de forces de réaction
Calculer la force musculaire, FM, du biceps
brachii pour maintenir la charge et calculer
la force de réaction articulaire, FC, au niveau
du coude.
L’avant-bras et la main ont une masse de 3
kg, le centre de masse est situé à 15 cm de
l’articulation du coude et le bras de levier du
biceps est de 5 cm. Le poids possède une
masse de 6 kg.
La distance du poids P au coude est 40 cm.
La force musculaire FM est localisée et
dirigée vers le haut (c’est en tension) et les
poids sont dirigés vers le bas.
Solution
FC
FM
+Y
+
Coude
0
PB
PAV
5 cm
15 cm
40 cm
PAV = 3kg x (9.8) m/s2 = 29.4 N
PB = 6kg x (9.8) m/s2 = 58.8 N
+X
Solution
Système en équilibre
Mcoude =0
(-PB x 40cm ) + (-PAV x 15 cm) + (FMx 5 cm) = 0
FM
= ((58.8)(40) + (29.4)(15))/5 = 559N
Pour trouver la réaction articulaire, on utilise :
F =0
Fy =0
-FC + FM-PAV-PB=0
FC=559-29.4-58.8= 471 N
Introduction à la
mécanique musculaire
Julien Duclay
[email protected]
Pôle Sport - Bureau 301
Système neuromusculaire
•
Cortex
– Aire motrice primaire
•
Moelle épinière
– Motoneurone α innerve les fibres musculaires squelettiques
•
Jonction neuromusculaire:
– La région de la membrane plasmique de la fibre musculaire qui
se trouve directement sous la partie terminale de l’axone
s’appelle la plaque motrice
– La jonction entre une terminaison axonale et la plaque motrice
correspond à la jonction neuromusculaire.
•
Muscle
– Ponts d’actine / myosine
Chez l’homme, la performance du système neuromusculaire est
évaluée à partir du moment maximal volontaire
Structure musculaire
•
La capacité de production de force va
dépendre en partie de la composition du
muscle (le générateur de force) et des
structures tendineuses qui transmettent la
force au squelette.
•
Composition du muscle:
– Les fascicules
• Périmysium
– Les fibres musculaires
• Endomysium
– La myofibrille
– Les sarcomères
Structure musculaire
•
Le générateur de force du muscle se
situe au niveau des ponts entre l’actine
et la myosine.
•
Le muscle n’est pas un générateur
parfait de tension, en fonction des
conditions de sollicitations (vitesse,
longueur) sa capacité à produire une
force va varier.
L’unité motrice
•
L’axone du motoneurone α se divise en plusieurs branches au niveau du muscle.
Chaque branche établi une seule jonction avec les fibres musculaires.
•
Un seul motoneurone α innerve un grand nombre de fibres musculaires, mais chaque
fibre musculaire est régie par un seul motoneurone.
•
Un motoneurone α et les fibres musculaires qu’il innerve constituent une unité
motrice (UM).
Modes de contraction
• Isométrie
– Le muscle développe une force sans
modification de sa longueur.
– Dans les conditions « in vitro » (muscle isolé
actif)
• La force musculaire permet de maintenir une
charge sans déplacement de celle-ci.
• Le muscle est sollicité dans des conditions
statiques, nous avons :
Les propriétés
mécaniques du muscle
• La secousse musculaire
– C’est la réponse mécanique d’une fibre musculaire à une stimulation
unique du motoneurone α.
– La période de latence correspond au temps entre le PA et le début de la
contraction du muscle.
• C’est au cours de la période de latence que surviennent les phénomènes
associés au couplage contraction excitation.
– Le temps de contraction : l’intervalle de temps entre le début du
développement de la tension (à la fin de période de latence) et le moment
de tension maximale.
• Le temps de contraction est en relation inverse avec la vitesse de
raccourcissement du sarcomère, avec la vitesse de l’hydrolyse de l’ATP, avec la
concentration disponible du Ca++.
Relation Force-Temps
Muscle isolé
Stimulation unique maximale
Secousse musculaire
F/ t = Vitesse de contraction
F
10 N
St
t
10 ms
Taille du muscle, Myotypologie, processus contractile
Secousse musculaire &
Myotypologie
• Chez l'homme, les fibres de type IIA et IIX
ont des forces spécifiques 25 % et 40 %
plus hautes que celle des fibres de type I,
respectivement.
• Le temps de contraction est également
plus court pour les fibres de type II par
rapport aux fibres de type I.
Le développement de la force
10 N
10 ms
St
St
– La force musculaire dépend
de la fréquence de
décharge des
motoneurones α.
Force (%)
• Recrutement Temporel
Temps (ms)
Relation Force-longueur
La relation force-longueur est obtenue en mesurant la force
maximale que le muscle peut développer pour une longueur
donnée
Blix (1883)
Relation Force-longueur
Muscle isolé
P2
P0
P1
La force maximale dépend de la longueur du muscle.
Blix (1883)
Modes de contraction
• Concentrique
– La force développée par le muscle
permet de déplacer la charge à une
certaine vitesse.
– Le muscle se raccourcit
insertions
du
muscle
rapprochent l’une de l’autre).
(les
se
– La force développée est supérieure
au poids de la charge, la vitesse de
déplacement de la charge est
positive (orientation du repère).
Modes de contraction
• Concentrique
– La vitesse moyenne de ce
raccourcissement est :
v
l
t
Relation Force Vitesse
Relation Force Vitesse
Relation Force Vitesse
Relation Force Vitesse
Muscle isolé
Relation Force-Vitesse
Stimulation maximale
Dépendance de la
force à la vitesse
Po : Force maximale isométrique
Vo : Vitesse maximale de raccourcissement
Relation Force-Vitesse
Muscle isolé
Force vitesse et type de fibre musculaire
(d’après R Bottinelli et coll 1999)
Modes de contraction
• Excentrique
– La force développée par le muscle
est inférieure au poids de la charge
– Le muscle actif est étiré à une
certaine vitesse.
– Les insertions musculaire s’écartent
l’une de l’autre, la vitesse
d’étirement du muscle est négative.
Relation force vitesse
Pourquoi la force maximale excentrique
est la plus élevée?
• La force par pont est accrue
• Le nombre de ponts formés est plus important