Crampes et Fatigues - Pierre Kaminsky

Fatigue et crampesmusculairesProfesseur Pierre KaminskyUnité de médecine interne orientéevers les maladies orphelines etsystémiquesCentre de Référence des Maladies NeuromusculairesCentre de Référence des Maladies Héréditaires du Métabolisme

Fibre musculaire• Sarcolemme : membrane• Sarcoplasme (cytoplasme)• Glycogène abondant• Présence de myoglobine :fixation de l’oxygène• Tubules transverses :– extension du sarcolemme– Pénètrent transversalement lafibre musculaire– Transmission rapide de l’influxneveux– Voie de communication pourcertaines substances :• Oxygène, glucose, ions …• Réticulum sarcoplasmique : Ca++– Tubules longitudinaux– Parallèles aux myofibrilles

Myofibrille• stries visibles en microscopie• Alternance de– zones sombres : bandes A• Traversées par une zoneclaire : bande H– et de zones plus claires : bandes I• Sarcomère :• Interrompues par strie Z– Unité fonctionnelle de lamyofibrille– Comprise entre deux stries Z• Alternance avec dispositionhexagonale de :– Filaments fins : actine– Filaments épais : myosine

Filaments de myosine• Chaque filament est formé d’environ 200molécules de myosine• Molécule de myosine– Extrémité globuleuse repliée : tête de la myosine– Donc ≡ 200 têtes de myosine / filament– Lieu d’interaction entre myosine et actine• Stabilisation longitudinale par la titine– Extrémité globuleuse repliée : tête de la myosine

Filaments d’actine• S’attache par uneextrémité à la strie Z• Composé de– Actine– Tropomyosine– troponine• Actine– Ossature du filament,– Réunie en chaîne torsadée• Tropomyosine– Protéine fibrillaire s’ajustant dans la rainure séparant deux chaînesd’actine• Troponine– À intervalle régulier, attachée à l’actine et à la tropomyosine• Rôle : relâchement et contraction de la myofibrille

Contraction de la fibre musculaire• Rôle du calciumDépolarisation du sarcolemmePropagation par le réseau des tubulestransversesLibération du calcium du RS

Contraction de la fibre musculaire• Au repos :– Tropomyosine masque les sites actifs del’actine– Le Ca++ libéré par le RS se fixe sur latroponine– D’où basculement des molécules detropomyosine– D’où libération des sites actifs de l’actine

Contraction de la fibre musculaire

Contraction de la fibre musculaireThéorie du glissementdu filament

Energie de la contractionmusculaire• ATP nécessaire à l’interaction actine -myosine

Muscle squelettique et exercice• Deux types de fibres musculaires– Fibres lentes : « slow twitch fibres » :• Tension max en 110 ms• « résistantes » à l’exercice• Utilise un métabolisme préférentiellement oxydatif• Présentes en % importante dans les muscles de la statique(extenseurs)• Petit motoneurone– et fibres rapides (fast twitch)• Tension max en 50 ms• Plus puissantes mais moins résistantes• Métabolisme préférentiellement glycolytique• RS plus développé que les STF• Gros motoneurone

Distribution des fibres musculaires• Pas identique d’un muscle à l’autre• Ni d’un individu à l’autre (déterminisme génétique)• Modifiable par l’entraînement• STF :– Fibres utilisant le métabolisme oxydatif (glycogénolyse et AGL)– Surtout sport d’endurance• FTF– Peu endurantes mais contraction puissante et rapide– Métabolisme essentiellement « anaérobie– Exercice « explosifs »– Deux sous-types :• FT b : susdécrit• FT a : intermédiare entre ST et FTb

Distribution des fibres musculaires• Détermination :– Fonction de la différentiation des chaîneslourdes de la myosine– Codées par une superfamille de gènes• Donc déterminée très tôt• Variation– Âge– Sexe– Entraînement ou inactivité

Métabolisme énergétiquemusculaire

Introduction• Schématiquement :– Un site de production énergétique : lamitochondrie– Deux carburants principaux :• Glucose• Acides gras– Un véhicule énergétique : ATP– Un site principal de consommationénergétique : l’interaction actine - myosine

Mitochondrie• Site principal de production de l’ATP• Lieu : chaîne respiratoire• Résultat net :2 e- + 1/2O2 + 2H+ + 1 ADP + Pi ⇒ 1 ATP + H20• DONC : Métabolisme aérobie

Métabolisme mitochondrialElectrons provenantCycle de Krebsβ oxydationEntrée du cycle de Krebsacétyl coA :pyruvatecorps cétoniqueβ oxydation

Glycogénolyse• Pour 97% : cytoplasme– Coupure 1-4 : phosphorylase• Déficit : maladie de Mc Ardle– Puis coupure 1-6 : amylo 1-6glucosidase• Déficit : maladie de ForbesDégradation du glycogène• Pour 3% : autophagie du glycogène dans lelysosome puis dégradation– Action de l’alpha-glucosidase acide• Déficit : maladie de Pompe

Métabolisme du glucose : Glycolyse• Enzyme importante :phosphofructokinase• Aboutit au pyruvate :• Anaérobiose : lactate• Aérobiose :mitochondrie (PDH)

Métabolisme des acides grasD’après : J Recondo, AM Recondo Pathologie du muscle Strié Flammarion

Conséquence énergétique• Métabolisme du glucose– Anaérobie (glycogénolyse et glycolyse)• Une molécule de glucose : 3 ATP fournis– Anaérobie (glycogénolyse et glycolyse)• Une molécule de glucose : 39 ATP fournis• Soit 6.5 ATP/carbone• Métabolisme des AGL– Anaérobie exclusivement• Une molécule de palmitate : 129 ATP fournis• soit 8 ATP/carbone

La navette de la PCr

Evolution de la PCr à l’exercice

Contrôle endocrinien de l’exercice

Pathologie etphysiopathologie

Fatigue musculaire

Fatigue• Terme générique masquant notreignorance– Fatigue après un 400 m bien différente de lafatigue après un marathon…..• Quels mécanismes ?– Épuisement des ressources énergétiques– Accumulation de « déchets » métaboliques– Épuisement de système nerveux– Altération des mécanismes contractiles

Ressources énergétiques à l’effort• Repos : métabolisme des AGL• Ressource lors de l’exercice musculaire :– Dépend de la disponibilité en O2• Écrasement des vaisseaux sanguins lors de la contractionmusculaire : métabolisme anaérobie nécessairement• Contractions répétées puissantes : peu de phasesd’oxygénation– Dépend de la vitesse de mise en route des voiesmétaboliques• Glycolyse d’abord• Puis métabolisme mitochondrial

Ressources énergétiques à l’effort• Tout début d’exercice :– phosphocréatine– et glycolyse anaérobie• Exercice explosif et bref : glycogénolyse– Exemple typique : sprint, lancers, haltérophilie– Tout ou partie de l’exercice est en anaérobiose• Exercice prolongé : AGL– Nécessairement en aérobiose– Glycolyse aérobie au début :• Utilisation du glucose sanguin– Puis switch vers le métabolisme des acides gras– Faible part en anaérobiose : utilisation du glycogène– Exemple typique :• sport d’endurance• Oiseaux migrateurs

Epuisement du stock de• Synthétisée dans la membranemitochondriale par la CPKATP + Cr PCr + ADP• Dégradée par la CPKmyofibrillaire– ADP + PCr Cr + ATPphosphocréatine• PCr– Réserve immédiated’énergie– tampon dans l’attente dela mise en route des voiesénergétiques

Epuisement du stock dephosphocréatine• Effort très bref, très intense,– en anaérobie : épuisement de la PCr• PCr non renouvelée par la CPK mitochondriale– Ex : sprint - haltérophilie

Epuisement des réserves englycogène• Effort puissant, intense :– Épuisement rapide des réserves en glycogène– en anaérobie• Totale (apnée)• Partielle (contractions intenses, répétées)– Utilisation du glycogène stocké• Quasi exclusivement par la voie d’Embden Mayerhof• Donc source d’énergie à faible rendement– Type sprint :• effort en apnée• Métabolisme glycolytique• Pas ou peu de mise en jeu des voies oxydatives• En aérobiose pour des efforts sous maximaux– Une partie du métabolisme s’effectue nécessairement en anaérobiose– Épuisement progressif des réserves en glycogène.

Epuisement des réserves• Effort sous maximalprolongé– Épuisement desréservesglycogéniques desfibres ST (oxydatives)surtoutglycogéniques

Sous produits métaboliques de la• Acide lactiquefatigue– Supposé s’accumulé lors d’effort intense etbref– En fait ??? Taux sanguin ne réflète pas letaux intramusculaire– Rôle de l’acidose surtout• Provoque une inhibition enzymatique (PFK parexemple)• Perturbation du Ca ++ intracellualire

Fatigue• Mais aussi :– Épuisement des stocks de glycogène hépatique– Donc épuisement du glucose sanguin utilisable• Conclusion : performance en endurance dépendde la quantité de glycogène stocké avant l’effort– Intérêt de l’entraînement– Intérêt de la diététique

Fatigue neuromusculaire• Jonction neuro-musculaire– Diminution de libération de l’acétyl-choline– Hyperactivité de la choline-estérase– Hypoactivité de cette enzyme (d’oùhyperexcitabilité)– Augmentation du seuil d’excitabilité de lacellules– Diminution du potentiel de membrane(passage de K + en extracellulaire)

Fatigue neuromusculaire• Système nerveux central– Problème de la tolérance psychologique :• Diminution de la contraction musculaire• Mais stimulable par une personne extérieure– Souvent l‘athlète arrête son effort avant lessignes d’épuisement musculaire

Fatigue endocrinienne• Epuisement des mécanismes stimulants

Crampes musculaires

Crampes musculaires• Contraction douloureuse d’un groupemusculaire• Deux types de crampes (en fonction del’EMG)– Crampes silencieuses (RAS à l’EMG)– Crampes par hyperstimulation

Crampes silencieuses• Absence d’activité électrique• Correspondent à un défaut de disponibilitéénergétique– Prototype : rigidité cadavérique– Crampe de l’artéritique :• Défaut d’oxygénation du muscle lors de l’exercice• D’où passage en métabolisme anaérobie• D’où défaut de production énergétique

Crampes silencieuses• Crampes des glycogénoses– Maladies musculaires par déficit enzymatiquede la :• Glycogénolyse : Mac Ardle, Forbes• Glycolyse : Tarui– Crampes dès le début de l’effort(éventuellement rhabdomyolyse)– Puis phénomène du « deuxième souffle » :switch vers le métabolisme des AGL

Mc Ardle : Spectroscopie P31 RMN

Crampes usuelles• Correspondent à une mico ou macro « réentrée » de lastimulation neuronale• Causes (supposées ou prouvées)– Maladie du motoneurone• Polyneuropathie• Radiculopathie• Sclérose latérale amyotrophique– Hyperexcitabilité neuro-musculaire• Troubles ioniques– Favorisés par la deshydratation, ou les modifications hydro-ioniques,chaleur, fatigue musculaire» Sportif» Femme enceinte» Crampe de dysfonction (de l’écrivain)• idiopathique– Crampe du sujet âgé

Douleurs musculaires

Douleur musculaire aiguë• Ou douleur de fin d’exercice• Disparaît rapidement lors de la phase derécupération• Accumulation de produits métaboliques ??• Œdème musculaire

Douleur différée• Un ou deux jours après un effort• Souvent CPK très élevées• Essentiellement après effort «excentrique»– Exemple : descente de montagne

Causes des douleurs différéesLésions musculaires 1Déchirure du sarcolemme

Causes des douleurs différéesLésions musculaires 2Désorganisation desstries Z

Causes des douleurs différées• Lésions inflammatoires– Liées à des dommages structuraux• Evènements supposés de la douleur– Lésions structurales– Nécrose tissulaire (en partie lie au Ca++)– Activation des macrophages et libération desubstance stimulant les terminaisonsnerveuses

Conclusions