Fiche de révision : Biomécanique des tissus locomoteurs

📋 Plan du Cours

1. Organisation du tissu conjonctif
2. Cellules du tissu conjonctif
3. Fibres et substance fondamentale
4. Variétés et propriétés mécaniques
5. Organisation du tissu osseux
6. Ossification et croissance osseuse
7. Remaniement et réparation osseuse
8. Structure et nutrition du cartilage
9. Mécanique du cartilage articulaire
10. Muscle strié et proprioception
11. Innervation et récepteurs musculaires
12. Contraction musculaire
13. Unités et modes de contraction
14. Force et leviers osseux
15. Actions musculaires et chaînes articulaires
16. Effets du travail musculaire

📖 1. Organisation du tissu conjonctif

🔑 Notions clés & Définitions

• Tissu conjonctif : Tissu dérivé du mésoblaste, constitué de cellules, de fibres et de substance fondamentale dont les proportions déterminent les propriétés.

★ À maîtriser

• Les tissus conjonctifs fasciaux assurent la jonction intersegmentaire, l’enveloppement des tissus nerveux et vasculaires et le transport mécanique ou chimique, notamment par les tendons et la lymphe.

Compléments

• Les somites donnent: le sclérotome, qui donne le mésenchyme et la colonne vertébrale, le dermomyotome, qui donne le derme et les muscles, le néphrotome, qui donne l’appareil urinaire, la partie latérale, qui donne les muscles abdomino-thoraciques et les fascias périphériques

💡 Astuce mémo

Proportions des constituants → propriétés différentes du tissu conjonctif

📖 2. Cellules du tissu conjonctif

🔑 Notions clés & Définitions

• Fibroblaste : Cellule jeune et active du tissu conjonctif qui se multiplie, migre lors de la cicatrisation et fabrique la substance intercellulaire.
• Macrophage : Cellule issue d’un monocyte qui phagocyte les grosses particules et participe à la défense immunitaire.

★ À maîtriser

📌 Les lymphocytes T interviennent notamment dans le rejet des greffes, les lymphocytes B fabriquent les anticorps circulants et les lymphocytes NK détruisent immédiatement les cellules altérées dans l’immunité innée.

Compléments

• Les mastocytes contiennent des grains d’héparine anticoagulante et anti-inflammatoire ainsi que des grains d’histamine responsables de la vasodilatation, dont la dégranulation massive peut provoquer un choc anaphylactique.

💡 Astuce mémo

Fibroblaste actif versus fibrocyte mature

📖 3. Fibres et substance fondamentale

🔑 Notions clés & Définitions

• Collagène : Fibre issue des fibroblastes, inextensible et résistante à la traction, formée par l’assemblage de tropocollagène en fibrilles et en réseaux.
• Élastine : Fibre très résiliente qui forme des réseaux ou des lames dans le derme, les artères et les alvéoles pulmonaires, mais dont la synthèse diminue avec l’âge au profit du collagène.

★ À maîtriser

📌 La substance fondamentale fluide favorise les échanges et la migration cellulaire, tandis que la substance fondamentale épaisse assure surtout une fonction mécanique de résistance.

Compléments

• Un déficit en collagène peut provoquer le scorbut et la maladie des os de verre.

💡 Astuce mémo

Un réseau de fibres baigne dans un gel de substance fondamentale

📖 4. Variétés et propriétés mécaniques

📝 Points essentiels

📌 Le tissu conjonctif dense orienté possède des faisceaux parallèles adaptés à une traction dirigée, tandis que le tissu conjonctif dense multidirectionnel possède plusieurs plans orientés différemment.

• Un tendon normal ne s’allonge que de $1\text{ à }2\%$ sous sollicitation.

• La courbe d’Abraham décrit successivement l’alignement des fibres de 0 à A, leur déspiralisation de A à B, le déplacement des ponts glucidiques de B à C, la rupture de certains ponts avec striction de C à D, puis la rupture complète après D.

📌 Selon la loi de Ducroquet, un ligament ou un fascia maintenu raccourci sans traction s’adapte en se rétractant, tandis qu’une sollicitation en traction favorise le maintien ou la récupération de sa longueur.

💡 Astuce mémo

Élasticité → plasticité → rupture

📖 5. Organisation du tissu osseux

🔑 Notions clés & Définitions

• Périoste : Tissu conjonctif fibreux dense, très adhérent, vascularisé et innervé, qui enveloppe l’os et peut participer à sa cicatrisation après une fracture.

📝 Points essentiels

📌 Le squelette axial comprend le crâne, le rachis et le système nerveux central, tandis que le squelette appendiculaire comprend les membres et leurs ceintures, assurant principalement la préhension et la locomotion.

• Le squelette humain comprend 206 os classés notamment en os plats, os longs et os courts selon la prédominance de leurs dimensions.

• Dans la diaphyse d’un os long, l’os compact entoure le canal médullaire rempli de moelle jaune, tandis que les épiphyses contiennent de l’os spongieux rempli de moelle rouge et du cartilage articulaire.

💡 Astuce mémo

Diaphyse compacte versus épiphyse spongieuse

📖 6. Ossification et croissance osseuse

★ À maîtriser

📌 L’ossification membraneuse se fait à partir d’une membrane conjonctive et concerne notamment les os plats du crâne, tandis que l’ossification enchondrale se fait à partir d’un cartilage et permet principalement la croissance en longueur des os longs.

• Au niveau du cartilage de croissance, les cellules cartilagineuses se multiplient, s’alignent, s’hypertrophient, dégénèrent en formant des cavités, puis ces cavités sont envahies par le tissu osseux.

📌 La loi de Delpech indique que les os grandissent inversement aux pressions qu’ils subissent : une pression diminuée stimule l’activité des cartilages de conjugaison voisins, tandis qu’une pression importante la réduit.

Compléments

📌 La loi de Wolf indique que les tractions exercées par les muscles et les ligaments stimulent les cellules sous-périostiques et renforcent la structure corticale de la diaphyse.

💡 Astuce mémo

Matrice → minéralisation → remaniement

📖 7. Remaniement et réparation osseuse

🔑 Notions clés & Définitions

• Remaniement osseux : Remplacement de l’os ancien par de l’os nouveau grâce à l’action coordonnée des ostéoclastes et des ostéoblastes.
• Ostéoporose : Raréfaction de la trame osseuse liée notamment à une faible activité ostéoblastique, une forte activité ostéoclastique, une faible minéralisation ou une mauvaise vascularisation.

📝 Points essentiels

• Le remaniement osseux se produit tous les 3 à 6 mois et ralentit avec l’âge.

• Après une fracture, un hématome fracturaire apparaît, la corticale se remanie, un cartilage se forme sous le périoste, les écailles osseuses se rapprochent, puis un remodelage adapte l’os aux nouvelles contraintes et la cale médullaire disparaît.

💡 Astuce mémo

Contraintes, vascularisation et nutrition → entretien ou fragilisation osseuse

📖 8. Structure et nutrition du cartilage

★ À maîtriser

📌 Le cartilage hyalin facilite le glissement articulaire, le fibrocartilage assure des jonctions élastiques comme les disques et les ménisques, et le cartilage élastique constitue le squelette de certains organes comme le larynx, le nez et le pavillon de l’oreille.

• Le cartilage est avasculaire et se nourrit principalement par imbibition à partir du liquide synovial, la compression et la décompression favorisant les échanges et l’évacuation des déchets.

Compléments

📌 La croissance du cartilage est appositionnelle lorsque de nouvelles couches se déposent à partir des cellules profondes et interstitielle lorsque la division des chondroblastes augmente l’épaisseur depuis l’intérieur.

• Après 40 ans, le vieillissement du cartilage s’accentue surtout dans ses couches moyennes et profondes par diminution de l’eau et altération du collagène et de la substance fondamentale.

💡 Astuce mémo

Le cartilage fonctionne comme une éponge comprimée puis relâchée

📖 9. Mécanique du cartilage articulaire

★ À maîtriser

• Les quatre couches du cartilage articulaire sont:
  • la couche superficielle, 10 % de l’épaisseur
  • la couche moyenne, 40 % de l’épaisseur
  • la couche profonde, 40 % de l’épaisseur
  • la couche calcifiée, 10 % de l’épaisseur

📌 Le cartilage articulaire est non innervé et ne provoque donc pas directement de douleur, tandis que la douleur ressentie lors de son usure provient de l’os sous-chondral innervé.

• Les protéoglycanes du cartilage absorbent les contraintes de compression, tandis que le collagène résiste aux tractions et aux contraintes tangentielles de cisaillement.

Compléments

• Le cartilage articulaire a une épaisseur généralement comprise entre $2\text{ et }4\ \mathrm{mm}$ et atteignant $5\ \mathrm{mm}$ sur la face postérieure de la patella.

💡 Astuce mémo

Protéoglycanes pour la compression, collagène pour la traction

📖 10. Muscle strié et proprioception

★ À maîtriser

📌 Les muscles lisses dépendent du système nerveux végétatif et se contractent involontairement, tandis que les muscles striés dépendent principalement du système nerveux central et se contractent volontairement.

• Les enveloppes conjonctives musculaires sont:

  • l’épimysium autour du muscle
  • le périmysium autour des faisceaux
  • l’endomysium autour des fibres

• Lors de la contraction, le calcium se fixe à la troponine, déplace la tropomyosine, découvre le site actif de l’actine et permet l’accrochage de l’actine à la myosine.

📌 Les fibres Ia et II renseignent sur l’étirement du fuseau neuromusculaire, tandis que les fibres Ib renseignent sur la tension musculaire détectée par les récepteurs de Golgi.

Compléments

• Les récepteurs annulo-spiralés du fuseau neuromusculaire sont sensibles à la fréquence et à l’intensité de l’étirement, tandis que les récepteurs en bouquets répondent à une faible intensité de tension ou d’étirement.

💡 Astuce mémo

Fuseau neuromusculaire : étirement ; organe de Golgi : contraction

📖 11. Innervation et récepteurs musculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Fuseau neuromusculaire : Cellule musculaire différenciée d’environ 1 cm de longueur et 1 micron de diamètre, qui renseigne sur la longueur du muscle, sa variation de longueur et sa vitesse de contraction.
• Organes tendineux de Golgi : Récepteurs sensibles à une forte tension, stimulés par la contraction musculaire et l’étirement du tendon, qui renseignent le système nerveux central sur la tension musculaire et la position articulaire.

★ À maîtriser

📌 L’innervation motrice efférente du muscle strié squelettique repose sur les fibres alpha, destinées aux fibres musculaires, et les fibres gamma, destinées au fuseau neuromusculaire.

📌 L’innervation sensitive afférente repose sur les fibres Ia et II du fuseau neuromusculaire et sur les fibres Ib de l’organe tendineux de Golgi, avec des corps cellulaires situés dans le ganglion spinal.

Compléments

📌 Les récepteurs annulo-spiralés, contrôlés par les fibres Ia, détectent la fréquence et l’intensité de l’étirement, tandis que les récepteurs en bouquets, contrôlés par les fibres II, détectent une faible intensité de tension ou d’étirement.

💡 Astuce mémo

Fuseau neuromusculaire = longueur ; organe de Golgi = tension

📖 12. Contraction musculaire

★ À maîtriser

• 🔄 La contraction musculaire suit une succession d’événements:
  1. Propagation du potentiel d’action sur le sarcolemme et les tubules T
  2. Libération du calcium par le réticulum sarcoplasmique
  3. Fixation du calcium à la troponine et déplacement de la tropomyosine
  4. Formation répétée des ponts actine-myosine grâce à l’hydrolyse de l’ATP
  5. Recapture du calcium et relâchement

📌 Le tétanos imparfait correspond à une fusion incomplète des contractions lorsque les stimuli n’arrivent pas assez vite, tandis que le tétanos parfait correspond à une fusion complète des contractions lors de dépolarisations suffisamment rapprochées, autour de 40 à 50 par seconde.

Compléments

• 🔄 Une réponse musculaire élémentaire comprend trois phases:

  1. Phase de latence
  2. Phase de contraction
  3. Phase de relâchement

• Lors de la contraction, le sarcomère se raccourcit et sa section augmente afin de conserver un volume constant ; les bandes I et H diminuent ou disparaissent selon l’intensité de la contraction.

💡 Astuce mémo

Potentiel d’action → calcium → troponine → ponts actine-myosine → relâchement

📖 13. Unités et modes de contraction

🔑 Notions clés & Définitions

• Unité motrice : Ensemble constitué par un neurone moteur alpha et les fibres musculaires qu’il innerve.

★ À maîtriser

• Les fibres d’une même unité motrice sont réparties dans le muscle, ce qui permet une contraction homogène, et les unités motrices à seuil d’excitabilité atteint se contractent selon la loi du tout ou rien.

• L’intensité de la contraction musculaire augmente par sommation temporelle, liée à l’augmentation du rythme de contraction, et par sommation spatiale, liée à l’augmentation du nombre d’unités motrices recrutées.

• La contraction statique ou isométrique modifie la tension sans modifier la longueur du muscle ni provoquer de déplacement segmentaire, tandis que la contraction dynamique s’accompagne d’un déplacement et d’une variation de longueur musculaire.

Compléments

📌 Une contraction dynamique concentrique rend le muscle moteur, tandis qu’une contraction dynamique excentrique le rend freinateur.

💡 Astuce mémo

Sommation temporelle = fréquence ; sommation spatiale = recrutement

📖 14. Force et leviers osseux

★ À maîtriser

📌 L’insuffisance fonctionnelle passive correspond à l’allongement maximal des antagonistes, qui freine le mouvement, tandis que l’insuffisance fonctionnelle active correspond au raccourcissement maximal des agonistes, qui arrête le mouvement.

• 🔄 Les effets de la force musculaire apparaissent dans l’ordre suivant:
  1. Détorsion
  2. Effet longitudinal
  3. Effet rotatoire

📌 L’angle d’incidence est l’angle entre la direction du muscle et le segment osseux où il s’insère, tandis que l’angle articulaire est situé entre les deux segments osseux de l’articulation.

📌 Si l’angle d’incidence est inférieur à 90°, l’effet longitudinal est coaptant ; s’il est supérieur à 90°, il est décoaptant ; à 90°, la force est maximale en contraction statique.

Compléments

• Selon la loi de Schwann, l’effet moteur d’un muscle est maximal lorsque son angle d’incidence vaut 90°.

• La position de force du biceps radial correspond à une flexion du coude de 100 à 110°, celle du triceps brachial à une flexion de 30°, et celle des ischio-jambiers à une flexion du genou de 90°.

💡 Astuce mémo

Détorsion → effet longitudinal → effet rotatoire

📖 15. Actions musculaires et chaînes articulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Action fixatrice : Contraction d’un muscle qui fournit un point fixe à l’insertion d’un agoniste, sans augmenter la force intrinsèque du muscle moteur.
• Chaîne articulaire ouverte : Ensemble de segments articulés dont l’extrémité proximale est fixe et l’extrémité distale est libre.
• Chaîne articulaire fermée : Possède deux extrémités fixes et vise principalement la stabilité ; pour la rendre dynamique, au moins trois segments doivent être mis en jeu.
• Chaîne articulaire semi-fermée : Possède une extrémité fixe et une autre soumise à une résistance qui autorise une mobilité partielle.

📝 Points essentiels

📌 L’action neutralisante compense une action indésirable du muscle moteur principal, tandis que l’action directrice règle précisément le mouvement pour l’adapter à son but.

💡 Astuce mémo

Chaîne ouverte = extrémité libre ; chaîne fermée = deux extrémités fixes

📖 16. Effets du travail musculaire

★ À maîtriser

📌 Un travail musculaire insuffisant favorise la déminéralisation osseuse et l’ostéoporose, tandis qu’un travail musculaire régulier favorise la croissance en épaisseur et la vascularisation de l’os.

• Le travail musculaire entretient la souplesse péri-articulaire, régénère et fait circuler le liquide synovial, ce qui contribue à la nutrition et à la lubrification du cartilage.

📌 Les muscles à composante tonique sont principalement posturaux, travaillent longtemps à faible intensité en aérobie et comportent surtout des fibres de type I, tandis que les muscles à prédominance phasique travaillent brièvement à forte intensité en anaérobie avec des fibres rapides.

• 🔄 Le développement du mouvement suit cinq étapes:

  1. Éducation
  2. Liaison idéo-motrice ou praxie
  3. Ordre
  4. Régulation par les noyaux gris centraux
  5. Exécution motrice

• Lors d’un effort, le débit sanguin musculaire est multiplié par 3 et le test de Lian évalue la capacité du cœur à revenir à la normale après l’effort ; une récupération de 4 minutes ou plus est considérée comme trop longue.

Compléments

📌 Le tonus résiduel est le tonus de repos, le tonus d’attitude intervient notamment en position debout, et le tonus de soutien stabilise une articulation pendant une activité dynamique.

📌 Selon les lois de Borrelli, Weber et Fick, la longueur des fibres musculaires est proportionnelle au raccourcissement demandé et le raccourcissement représente environ la moitié de la longueur de la fibre. - BORRELI – WEBER – FICK

📐 Formule - La puissance musculaire est liée au nombre de faisceaux, dont la valeur moyenne est de $5\ \mathrm{kg/cm^2}$. - BORRELI – WEBER – FICK

💡 Astuce mémo

Travail musculaire → adaptation osseuse, articulaire, musculaire et cardio-respiratoire

📊 Tableaux de synthèse

Principales fibres conjonctives

Récepteurs musculaires