Les secrets de la deuxième tête
Un article vient de paraitre dans une revue prestigieuse qui nous permet enfin de comprendre comment le travail négatif des muscles est possible sans pour autant fracasser la machinerie contractile. L'explication est claire et convaincante et, au passage, on comprend enfin à quoi sert la deuxième tête de la molécule de myosine qui jusqu'alors se caractérisait surtout par une apparente passivité au cours de la contraction. Tout cela pourrait déboucher sur de nouvelles formes d'entraînement. mais n'allons pas trop vite en besogne.
Comme la matière est relativement complexe, commençons par des choses simples. La fonction du muscle par exemple. En résumé, son rôle est de convertir l'énergie chimique née de la dégradation de l'ATP pour produire une force mécanique. L'efficacité de cette transformation est satisfaisante à faible vitesse de contraction. Mais elle faiblit à mesure que les choses s'accélèrent. Prenons l'exemple d'un cycliste: il sera capable de développer des forces beaucoup plus élevées en démarrant en côte sur le grand plateau qu'en moulinant dans la descente. C'est d'ailleurs dans les situations de démarrage que les cyclistes survitaminés arrivent à casser leur pédalier en atteignant des niveaux critiques de force. De même façon, la poussée sur le sol des sprinteurs à la sortie des starting-blocks sera plus forte que l'orsqu'il aura atteint sa vitesse maximale autour de 40 km/h.
Quand on réfléchit bien, c'est une curiosité. Quels événements peuvent bien survenir au coeur du muscle pour expliquer cette chute de force en fonction de la vitesse de contraction! Les développements récents des techniques d'investigation de la structure musculaire permettent d'en savoir plus.
Le muscle est doté en effet d'une architecture à ce point ordonnée qu'en exploitant cette structure quasi cristalline avec une technique d'interférence radiographique aux rayons X, on arrive à percevoir la nature des événements infiniment petits. Grâce à cette technique, on a pu mettre en évidence une diminution du nombre de têtes de myosine actives à mesure qu'augmentait la vitesse de contraction musculaire. Or ces têtes de myosine conditionnent le développement de la force. Rappelons que pour obtenir une contraction, la myosine  (les filaments épais de l'unité contactile) doit s'attacher à l'actine (les filaments fins qui se trouvent dans le voisinage). Cette liaison s'effectue par le biais de ces fameuses "têtes" (au nombre de deux par molècule de myosine) que l'on peut donc considérer comme des petits moteurs molèculaires.

 
 Très bizarrement, ces têtes de myosine ne s'engagent jamais toutes en même temps. Même pour des niveaux de force maximale! Pourquoi cette réserve? les spécialistes répondent généralement à cette question par l'hypothèse dite de l'encombrement stérique. En mot savants, cela signifie que les têtes de myosine ne possèdent pas assez de place pour s'attacher toutes ensemble sur l'actine. Elles manqueraient tout simplement de place. Une autre explication réside dans l'organisation même du travail. IL faut se représenter ces têtes de myosine comme une infinité de petits moteurs qui fonctionent de façon plus ou moins autonome. Les uns travaillent pendant que les autres se reposent et puis on inverse les rôles. Si on fait les comptes à un instant précis, on constatera forcément cette dispertion de tâches. Un peu comme dans une usine qui fonctionne selon le système des 3 huit: il y a toujours deux ouvriers qui se reposent pour un qui travaille. c'est d'ailleurs plus ou moins cette proportion que l'on retrouve au sein de l'unité contractile en cas d'exercice isométrique: soit l'engagement actif d'environ 30% des têtes de myosine, les autres restant dans un état de détachement ou d'interaction faible avec l'actine. Cette proportion chute assez nettement lorsqu'on analyse des mouvements dynamiques. A vitesse maximale, elle ne dépasse pas 5%, cette diminution drastique s'accompagne aussi d'un taux de renouvellement des ponts actines-myosine beaucoup plus rapide. Pensez à un environneur sur son skif. Son coup de rame est rapide. Par contre la période de recouvrement est relativement longue. Pendant ce temps l'embarcation glisse et le rameur se refait la cerise avant le prochain effort. cela se passe de même façon pour la tête de myosine dans un mouvement à vitesse maximale. Pour chacune des têtes de myosine, l'effort est intense et très gourmand en énergie. On établi que 50 molécules d'ATP peuvent être consommées par seconde et par tête de myosine.
Prenons à présent l'exemple d'un effort en isométrie comme le skieur en position de recherche de vitesse. Les têtes de myosine en action sont nombreuses. Mais pour chacune d'entre elles la phase de récupération est plus courte. Cela modifie aussi très profondément les règles de dépenses énergétique. Lorsqu'ils fonctionnent en isométrie, les muscles posturaux consomment assez peu d'énergie. On appelle cela "l'effet fenn". C'est ainsi que le coiffeur ou le dentiste peut rester debout toute la journée sans trop se fatiguer. Dans le même ordre d'idée, un sportif en salle de musculation maintiendra une barre de 100 kilos sur les épaules sans trop s'épuiser. Tout change, bien sûr , s'il effectue des squats. Chaque mouvement à vitesse élevée est associé à la fois à un faible nombre de têtes de myosines attachées et à une élévation de la dépense énergétique. Plus la contraction est rapide, plus on consomme! C'est d'ailleurs une des explications principales de désenvantage de la course à pied par rapport au vélo. Grace au dérailleur, le cycliste choisit sa fréquence de pédalage de façon à optimiser le fonctionnement des muscles et en particulier améliorer leur rendement. Une chose évidemment impossible pour le coureur qui, quoi qu'il arrive, doit poser son pied au sol et contracter ses muscles à vitesse élevée. surtout s'il se déplace vite. 
Excentrique, mais finalemnent assez banal
A ce stade, nous avons détaillé l'action des têtes de myosines dans le régime de contraction concentrique (le rameur) et isométrique (le skieur qui descend tout schuss). Mais que se passe-t-il en mode exentrique, c'est à dire à chaque que fois qu'on se sert de sa masse musculaire pour freiner la chute d'un corps? Il s'agit d'une fonction du muscle tout aussi essentielle que la contraction. On a trop souvent tendance à l'oublier. De façon générale, ces efforts excentriques permettent de préserver l'appareil locomoteur des impacts trop brutaux. Imaginez-vous à la reception d'un saut en longueur sans les jambes pour atterir en douceur. La catastrophe! D'après des études en biomécanique, on a ainsi calculé qu'avec des pilons à la place des jambes, une chute ridicule (+/-45 centimètres) suffirait à nous casser net les deux cols du fémur. Grace à l'articulation du genou et au travail des cuisses, on peut se recevoir sans dégats d'une hauteur de plusieurs mètres. En mode excentrique, les muscles sont donc capables d'encaisser des niveaux de force extrémement élevés. Bien supérieurs en tout cas aux forces que ce même muscle serait capable de déployer dans l'autre sens. Par quel miracle? précédemment, nous disions que la force du muscle se trouvait limitée par le faible nombre de têtes de myosine au travail. Nous précisons même que celui-ci n'était guère modifiable. Il va faloir ranger cette certitude au placard. En mode excentrique, on peut dépasser en effet ce que l'on considérait précédemment comme une limite. Comment? L'explication vient d'être trouvée par une équipe italienne de chercheurs. Elle met en lumière le boulot de la deuxième tête de myosine. Il faut savoir en effet que chaque molécule de myosine est équipée de deux têtes pour s'accrocher à l'actine. Dans des études antérieures, on avait observé qu'en mode de contraction concentrique, une tête seulement intervenait dans le mouvement. Et l'autre? On s'interrogeait: se pourrait-il qu'elle ne serve à rien? Les italiens ont eu la curiosité de voir ce qui se passait lors de l'action excentrique. Pour cela, ils ont étiré légérement l'unité contractile, appelée sarcomère, de pas grand chose: cinq nanomètres à peine. Cela suffit pour constater aussitôt un doublement du nombre de têtes impliquées dans le mouvement. En fait , cela ne change pas fondamentalement la force déployée par tête de myosine. Mais l'élargissement du recrutement permet au muscle d'atteindre des niveaux de force totalement inédits. Imaginez un instant que vous êtes suspendu à la branche d'un arbre. Vous conviendrez que,dans cette situation, on se sent mieux lorsqu'on peut utiliser ses deux bras plutôt qu'un seul. Pour la molécule de myosine, c'est la même chose. En cas d'étirement de sa stucture, elle sollicite l'aide de sa deuxième tête pour mieux résister. Bien sûr, un tas de questions restent en suspens. A commencer par celle-ci dans quel langage mystérieux la tête de myosine en détresse fait-elle comprendre à sa soeur jumelle qu'il serait temps de se magner un peu et qu'elle risque sinon de tout làcher? D'autant plus que tout cela se déroule en quelques milièmes de seconde. Un mécanisme de coopération entre têtes serait très chouette à découvrir. Mais peut-être est-ce simplement le résultat d'un phénomène purement physique? Un allongement du muscle entraîne forcément une réduction de sa surface de section. L'étirement aurait alors pour concéquence une diminution de la distance entre la deuxième tête et le site actif de la myosine le plus proche, avec pour résultat final une très grande probabilité de fixation. Voilà qui constitue en tout cas un mécanisme merveilleusement ingénieux pour faire face aux grande tensions musculaires sans tout déchirer.
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