3 ÉTUDE DU MÉCANISME D’UN MOUVEMENT (FLEXION ET EXTENSION).

Objectifs

  • citer les organes qui interviennent dans l’exécution de ce mouvement et donner le rôle de chacun de ces organes ;
  • dégager les propriétés des muscles ; préciser les notions de secousse musculaire et de tétanos physiologique ;
  • décrire et schématiser la structure d’un muscle squelettique ;
  • expliquer sommairement le mécanisme de la contraction musculaire ;
  • décrire la structure de l’os et donner le rôle des os ;
  • dégager la composition chimique de l’os compact ;
  • décrire et schématiser l’organisation d’une articulation ;
  • donner le rôle de chacun des éléments constitutifs d’une articulation.

1- ÉTUDE DE DEUX MOUVEMENTS.

Nous pouvons plier (flexion) et tendre (extension) l’avant-bras. L’étude de ces deux mouvements montre qu’ils résultent d’un travail en équipe de deux muscles : le biceps situé sur la face antérieure du bras et le triceps situé sur la face postérieure. Ils sont reliés par des tendons aux os : l’omoplate dans l’épaule, l’humérus dans le bras, le radius et le cubitus dans l’avant bras. Lors d’un mouvement de flexion, le biceps se raccourcit et tire sur le radius : on dit qu’il se contracte. Pendant ce temps, le triceps se relâche, s’allonge (ou s’étire). Lors d’un mouvement d’extension, le triceps se contracte pendant que le biceps se relâche. Biceps et triceps sont des muscles antagonistes car ils fonctionnent en sens inverse. Au niveau du coude, le radius et le cubitus s’articulent autour de l’humérus grâce à une surface de contact appelée articulation.

Au cours de chacun de ces mouvements, les os sont entraînés par les muscles. Les os sont donc appelés organes passifs tandis que les muscles sont des organes actifs des mouvements.

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Identifier les deux mouvements et annoter la figure 2.

CONCLUSION: Les os, les muscles et les articulations sont les organes qui interviennent dans l’exécution d’un mouvement de flexion et d’extension.

 2- ÉTUDE DE L’ORGANE MOTEUR : LE MUSCLE.

2.1- LES DIFFÉRENTS TYPES DE MUSCLES.

L’appareil des muscles est formé par l’ensemble des muscles de l’organisme. Ces muscles sont des organes actifs du mouvement : c’est pourquoi on dit que l’appareil musculaire est un appareil moteur. Le système musculaire de l’homme comprend :

  • les muscles squelettiques ou rouges qui se rattachent au squelette par des tendons (biceps, triceps, …) ;
  • les muscles viscéraux ou blancs qui sont situés dans la paroi des viscères (intestins, utérus, …) ;
  • les muscles peauciers ou muscles de la peau (muscles orbiculaires, les sphincters, …) ;
  • le muscle strié cardiaque ou myocarde.

Remarque

les muscles viscéraux et le muscle cardiaque n’obéissent pas à notre volonté.

 2.2- PROPRIÉTÉS DES MUSCLES.

2.2.1- Excitabilité et contractilité

L’étude de ces propriétés se font sur une grenouille dont l’encéphale et la moelle épinière ont été détruites : elle est qualifiée de décérébrée et démédullée. Si nous piquons le muscle gastrocnémien à l’aide d’une aiguille montée, on observe un raccourcissement du muscle qui entraîne une flexion du pied. La piqûre a excité le muscle et a provoqué une contraction : le muscle est excitable et contractile.

2.2.2- Élasticité

Le montage suivant permet de mettre en évidence l’élasticité du muscle gastrocnémien de la grenouille.

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Dispositif expérimental permettant de prouver que le muscle est élastique

Une petite masse (inférieure à 50 g pour ne pas léser le muscle) placée sur le plateau provoque un léger allongement. La masse retirée, le muscle reprend exactement sa longueur initiale : le muscle est donc élastique.

2.2.3- Tonicité

Un muscle même au repos n’est jamais totalement relâché. Il garde un léger état de contraction appelé tonus musculaire. La tonicité est la propriété de tous les muscles vivants.

2.3- NOTIONS DE SECOUSSE MUSCULAIRE ET DE TÉTANOS PHYSIOLOGIQUES.

2.3.1- Étude expérimentale de la contraction musculaire

Cette étude se fait à l’aide d’un appareil appelé myographe. L’expérience est particulièrement facile à réaliser sur une grenouille privée de mouvements volontaires par destruction de l’encéphale et de mouvements réflexes par destruction de la moelle épinière. Le tendon qui relie le gastrocnémien au pied est sectionné et relié par un fil au stylet inscripteur dont la pointe peut se déplacer sur un cylindre entouré d’un papier enduit de fumée noire. Le cylindre peut tourner autour de son axe. On met le cylindre en marche, puis le muscle est excité par l’intermédiaire du nerf sciatique. La courbe obtenue appelée myogramme résulte des mouvements simultanés du cylindre et du stylet inscripteur animé par le muscle.

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L’excitant habituellement utilisé est le courant électrique. Son intensité et sa fréquence sont réglables. D’autres excitants sont de nature variée : chimique (l’acide) ; thermique (chaleur) ; ou mécanique (choc physique, pincement).

2.3.2- Notion de secousse musculaire.

Une excitation unique provoque une contraction suivie d’un relâchement du muscle : c’est la secousse musculaire. Son myogramme est le suivant :

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On distingue les différentes phases suivantes :

  • AB (phase de latence) : temps que met l’excitation pour aller du point excité au muscle;
  • BC : phase de contraction ;
  • CD : phase de relâchement ;
  • CE : amplitude de la contraction c’est-à-dire la force avec laquelle le muscle s’est contracté.

2.3.3- Notion de tétanos physiologique.

Les contractions du muscle lors d’un effort excessif sont appelées tétanos physiologiques. Des séries d’excitations permettent d’obtenir expérimentalement deux types de tétanos physiologiques (à ne pas confondre avec le tétanos pathologique qui est une maladie causée par un bacille: le bacille de Nicolaier).

  • une fréquence élevée des excitations telle que chaque excitation atteint le muscle en pleine phase de contraction permet d’obtenir un état de contraction prolongé appelé tétanos physiologique parfait ;
  • une fréquence faible des excitations telle que chaque excitation atteint le muscle en pleine phase de relâchement permet d’obtenir un état de contraction tremblée du muscle appelé tétanos physiologique imparfait.

Remarque

Si on excite pendant longtemps un muscle avec une fréquence élevée des excitations, l’amplitude des contractions va diminuer progressivement, preuve que le muscle se fatigue.Screen Shot 2016-07-14 at 12.55.32

2.4- STRUCTURE D’UN MUSCLE SQUELETTIQUE.

L’observation du muscle gastrocnémien montre qu’un muscle strié squelettique est formé de trois parties :

  • une partie centrale renflée appelée ventre ;
  • deux extrémités effilées appelées tendons.

La coupe transversale au niveau du ventre montre qu’un muscle est un assemblage de faisceaux dans lequel se ramifient les vaisseaux sanguins et les nerfs. Vers les extrémités, les faisceaux musculaires se regroupent en formant des tendons résistants et élastiques. Les fibres des tendons se poursuivent dans le tissu osseux, assurant ainsi l’union étroite du muscle et de l’os.

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L’observation microscopique montre que chaque faisceau est formé de plusieurs fibres musculaires. La fibre musculaire est un syncitium c’est-à-dire une cellule géante à plusieurs noyaux. Son cytoplasme comprend deux parties :

  • une partie homogène appelée sarcoplasme ;
  • une autre, striée dans les deux sens, formée de faisceaux de myofibrilles.

2.5- MÉCANISME DE LA CONTRACTION MUSCULAIRE.

Screen Shot 2016-07-14 at 13.01.18L’observation microscopique à fort grossissement de la fibre musculaire montre que chaque myofibrille est formée de deux types de filaments (ou myofilaments) :

  • les myofilaments d’actine fins ;
  • les myofilaments de myosine épais.

Les phénomènes de contraction et de décontraction du muscle observés à l’œil nu se déroulent microscopiquement dans la fibre musculaire, au niveau des myofibrilles : les myofilaments d’actine glissent entre les myofilaments de myosine. Ce glissement entraîne selon le cas soit l’allongement du muscle (décontraction), soit son raccourcissement (contraction).

La fibre musculaire est l’unité anatomique et physiologique d’un muscle strié squelettique. L’unité de contraction musculaire dans la fibre musculaire est appelée sarcomère.

3- ÉTUDE D’UN ORGANE DE SOUTIEN : L’OS.

3.1- DIFFÉRENTS TYPES D’OS.

Le squelette est l’ensemble des os de l’organisme. Il compte 208 os que l’on peut classer en quatre groupes selon leur forme :

  • les os longs (tibia, fémur, humérus, radius, péroné, …) ;
  • les os courts (carpes, métacarpes, tarses, métatarses, phalanges, …) ;
  • les os plats (omoplate, os iliaque, …) ;
  • les os ronds (rotule).

3.2- STRUCTURE DE L’OS.

La coupe longitudinale d’un os long de mammifère montre les parties suivantes :

  • une partie allongée : la diaphyse. Elle est formée d’une cavité contenant la moellejaune et dont la paroi est constituée par l’os compact recouvert par le périoste.
  • deux extrémités renflées : les épiphyses recouvertes par le cartilage articulaire. Elles renferment l’os spongieux. Ce dernier est constitué de lamelles entrecroisées formant des cavités remplies de moelle rouge. C’est le lieu de naissance des cellules sanguines.

L’observation minutieuse de l’os montre au niveau des épiphyses et à la surface des trous nourriciers, qui sont les lieux d’entrée des vaisseaux sanguins et des nerfs. L’observation microscopique montre que l’os compact et le cartilage sont formés de cellules. Malgré leur aspect, les os et les cartilages sont donc des organes vivants qui ont leur mode de formation et de croissance.

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3.3- COMPOSITION CHIMIQUE DE L’OS COMPACT.

Pour déterminer la composition chimique de l’os compact, on réalise les expériences suivantes :

3.2.1- Expérience 1 : calcination de l’os au feu vif.

Un os calciné (brûlé) devient plus léger mais garde sa forme. La partie organique de l’os appelée osséine a brûlé. L’os calciné peut être réduit en poudre : c’est la cendre d’os essentiellement constituée de sels minéraux incombustibles.

3.2.2- Expérience 2 : action de l’acide sur l’os.

A l’aide d’un couteau, on gratte le périoste de l’os, puis ce dernier est plongé dans l’acide chlorhydrique. Une petite effervescence se produit au contact de l’os avec l’acide. Ce résultat s’explique par la présence de carbonate de calcium dans l’os. Dix jours après, on retire l’os de l’acide et on constate qu’il est devenu plus léger, mou et flexible. La diminution du poids est due à la décomposition des sels minéraux présents dans l’os. La partie molle restante est constituée par la matière organique : l’osséine.

CONCLUSION.

Les analyses ont montré que l’os compact frais renferme :

  • une substance organique : l’osséine (30 %);
  • les sels minéraux (45 %) ;
  • l’eau (25 %).

Les principaux sels minéraux sont :

  • les phosphates de calcium (85 %) ;
  • les carbonates (9 %) ;
  • les sels divers (fluorure de calcium par exemple) (6 %).

Les sels minéraux constituent le facteur de rigidité de l’os.

 3.3- FORMATION ET CROISSANCE DE L’OS.

L’ossification est la formation du tissu osseux. Elle commence avant la naissance, au cours de la vie fœtale, et se poursuit après la naissance. L’ossification des os du crâne se fait à partir du périoste : on parle d’une ossification périostique. Pour les os longs, l’ossification commence par un cartilage qui sera progressivement remplacé par l’os compact et l’os spongieux. En même temps qu’ils se consolident, les os s’accroissent en longueur et en largeur (ou épaisseur). La croissance en longueur est due à l’activité du cartilage de conjugaison ou d’accroissement. Elle est limitée dans le temps et se termine entre 18 et 25 ans. En effet, un os long adulte vivant ne comporte plus de cartilage de conjugaison. La croissance en épaisseur est due à l’activité du périoste. Elle se poursuit durant toute la vie. Elle permet le remplacement des cellules osseuses usées et la réparation des cassures d’os.

4- ÉTUDE DES ARTICULATIONS.

4.1- DÉFINITIONS ET DIFFÉRENTS TYPES D’ARTICULATIONS.

Une articulation est une surface de contact entre deux os.

Il existe trois types d’articulations :

  • les articulations fixes qui ne permettent aucun mouvement (articulations entre les os du crâne) ;
  • les articulations semi-fixes ou semi-mobiles qui permettent des mouvements limités et de faible amplitude (articulations entre les vertèbres) ;
  • les articulations mobiles qui permettent des mouvements rapides et de très grande amplitude (articulation du coude, du genou, de la hanche, de l’épaule, …).

4.2- ORGANISATION D’UNE ARTICULATION.

4.2.1- Éléments constitutifs d’une articulation.

Les éléments constitutifs d’une articulation sont : les ligaments, les cartilages articulaires et la synovie.

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4.2.2- Rôle de chaque élément constitutif.

Au niveau d’une articulation mobile, les os sont rattachés les uns aux autres par un solide manchon de ligaments. L’un des os est creusé d’une cavité dans laquelle pénètre la tête de l’autre. Chaque tête et chaque cavité sont recouvertes d’un cartilage articulaire lisse destiné à diminuer les frottements et à amortir les chocs. Les deux cartilages sont humectés de synovie, liquide visqueux qui joue le rôle de lubrifiant.

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