Exercice d'endurance

Les fibres lentes sont principalement utilisées dans les exercices d'endurance qui nécessitent peu de force mais impliquent de nombreuses répétitions. Le métabolisme aérobie utilisé par les fibres à contraction lente leur permet de maintenir des contractions sur de longues périodes. L'entraînement d'endurance modifie ces fibres lentes pour les rendre encore plus efficaces en produisant plus de mitochondries afin de permettre un métabolisme aérobie accru et une production d'ATP plus importante. L'exercice d'endurance peut également augmenter la quantité de myoglobine dans une cellule, car une respiration aérobie accrue augmente le besoin en oxygène. La myoglobine se trouve dans le sarcoplasme et agit comme une réserve d'oxygène pour les mitochondries.

L'entraînement peut déclencher la formation de réseaux capillaires plus étendus autour de la fibre, un processus appelé angiogenèse, pour fournir de l'oxygène et éliminer les déchets métaboliques. Pour permettre à ces réseaux capillaires d'alimenter les parties profondes du muscle, la masse musculaire n'augmente pas considérablement afin de maintenir une surface plus petite pour la diffusion des nutriments et des gaz. Tous ces changements cellulaires se traduisent par la capacité de maintenir de faibles niveaux de contractions musculaires pendant de plus longues périodes sans se fatiguer.

La proportion de fibres musculaires SO dans un muscle détermine l'aptitude de ce muscle à l'endurance, et peut être bénéfique pour ceux qui participent à des activités d'endurance. Les muscles posturaux ont un grand nombre de fibres SO et relativement peu de fibres FO et FG, pour maintenir le dos droit (Figure 10.18). Les athlètes d'endurance, comme les marathoniens, bénéficieraient également d'une plus grande proportion de fibres SO, mais il n'est pas clair si les marathoniens les plus performants sont ceux qui ont naturellement un nombre élevé de fibres SO, ou si les marathoniens les plus performants développent un nombre élevé de fibres SO avec un entraînement répétitif. L'entraînement d'endurance peut entraîner des blessures de surutilisation telles que des fractures de stress et des inflammations articulaires et tendineuses.

Figure 10.18 Marathoniens Les coureurs de longue distance ont un grand nombre de fibres SO et relativement peu de fibres FO et FG. (source : « Tseo2 »/Wikimedia Commons)

Exercice de résistance

Les exercices de résistance, par opposition aux exercices d'endurance, nécessitent de grandes quantités de fibres FG pour produire des mouvements courts et puissants qui ne sont pas répétés sur de longues périodes. Les taux élevés d'hydrolyse de l'ATP et de formation de ponts transversaux dans les fibres FG entraînent de puissantes contractions musculaires. Les muscles utilisés pour la puissance ont un rapport FG/SO/FO plus élevé, et les athlètes entraînés possèdent des niveaux encore plus élevés de fibres FG dans leurs muscles. L'exercice de résistance affecte les muscles en augmentant la formation de myofibrilles, augmentant ainsi l'épaisseur des fibres musculaires. Cette structure ajoutée provoque l'hypertrophie, ou l'élargissement des muscles, illustrée par les grands muscles squelettiques observés chez les culturistes et autres athlètes (Figure 10.19). Parce que cet élargissement musculaire est obtenu par l'ajout de protéines structurelles, les athlètes qui cherchent à développer leur masse musculaire ingèrent souvent de grandes quantités de protéines.

Figure 10.19 Hypertrophie Les culturistes ont un grand nombre de fibres FG et relativement peu de fibres FO et SO. (source : Lin Mei/flickr)

À l'exception de l'hypertrophie qui suit une augmentation du nombre de sarcomères et de myofibrilles dans un muscle squelettique, les changements cellulaires observés pendant l'entraînement d'endurance ne se produisent généralement pas avec l'entraînement de résistance. Il n'y a généralement pas d'augmentation significative des mitochondries ou de la densité capillaire. Cependant, l'entraînement de résistance augmente le développement du tissu conjonctif, ce qui ajoute à la masse globale du muscle et aide à contenir les muscles lorsqu'ils produisent des contractions de plus en plus puissantes. Les tendons deviennent également plus forts pour prévenir les lésions tendineuses, car la force produite par les muscles est transférée aux tendons qui attachent le muscle à l'os.

Pour un entraînement en force efficace, l'intensité de l'exercice doit être continuellement augmentée. Par exemple, la poursuite de l'haltérophilie sans augmenter le poids de la charge n'augmente pas la taille des muscles. Pour produire des résultats toujours plus importants, les poids soulevés doivent devenir de plus en plus lourds, ce qui rend plus difficile pour les muscles de déplacer la charge. Le muscle s'adapte alors à cette charge plus lourde, et une charge encore plus lourde doit être utilisée si une masse musculaire encore plus grande est souhaitée.

S'il est mal fait, l'entraînement de résistance peut entraîner des lésions de surutilisation du muscle, du tendon ou de l'os. Ces lésions peuvent survenir si la charge est trop lourde ou si les muscles ne disposent pas de suffisamment de temps entre les entraînements pour récupérer ou si les articulations ne sont pas correctement alignées pendant les exercices. Les dommages cellulaires aux fibres musculaires qui surviennent après un exercice intense comprennent des dommages au sarcolemme et aux myofibrilles. Ces dommages musculaires contribuent à la sensation de courbatures après un exercice intense, mais les muscles gagnent en masse à mesure que ces dommages sont réparés et que des protéines structurelles supplémentaires sont ajoutées pour remplacer celles qui sont endommagées. Le surmenage des muscles squelettiques peut également entraîner des lésions tendineuses et même des lésions squelettiques si la charge est trop importante pour les muscles.

Substances améliorant la performance

Certains athlètes tentent d'améliorer leurs performances en utilisant diverses substances qui peuvent augmenter la performance musculaire. Les stéroïdes anabolisants sont l'un des agents les plus connus utilisés pour augmenter la masse musculaire et la puissance. Les stéroïdes anabolisants sont une forme de testostérone, une hormone sexuelle mâle qui stimule la formation musculaire, entraînant une augmentation de la masse musculaire.

Les athlètes d'endurance peuvent également essayer d'augmenter la disponibilité d'oxygène pour les muscles afin d'accroître la respiration aérobie en utilisant des substances telles que l'érythropoïétine (EPO), une hormone normalement produite dans les reins, qui déclenche la production de globules rouges. L'oxygène supplémentaire transporté par ces globules sanguins peut ensuite être utilisé par les muscles pour la respiration aérobie. L'hormone de croissance humaine (hGH) est un autre supplément, et bien qu'elle puisse faciliter le développement de la masse musculaire, son rôle principal est de promouvoir la guérison des muscles et d'autres tissus après un exercice intense. Une augmentation de la hGH peut permettre une récupération plus rapide après des lésions musculaires, réduisant le repos nécessaire après l'exercice et permettant une performance de haut niveau plus soutenue.

Bien que les substances améliorant la performance améliorent souvent les performances, la plupart sont interdites par les instances dirigeantes du sport et sont illégales à des fins non médicales. Leur utilisation pour améliorer les performances soulève des questions éthiques de tricherie car elles donnent aux utilisateurs un avantage injuste sur les non-utilisateurs. Une préoccupation plus grande, cependant, est que leur utilisation comporte de graves risques pour la santé. Les effets secondaires de ces substances sont souvent importants, irréversibles et, dans certains cas, mortels. La contrainte physiologique causée par ces substances est souvent supérieure à ce que le corps peut supporter, entraînant des effets imprévisibles et dangereux. L'utilisation de stéroïdes anabolisants a été liée à l'infertilité, au comportement agressif, aux maladies cardiovasculaires et au cancer du cerveau.

De même, certains athlètes ont utilisé de la créatine pour augmenter la puissance. La créatine phosphate fournit de courtes rafales d'ATP aux muscles dans les stades initiaux de la contraction. L'augmentation de la quantité de créatine disponible pour les cellules est censée produire plus d'ATP et donc augmenter la puissance explosive, bien que son efficacité en tant que supplément ait été remise en question.

Lien avec le quotidien

Le vieillissement et le tissu musculaire

Bien que l'atrophie due à la désuétude puisse souvent être inversée par l'exercice, l'atrophie musculaire liée à l'âge, appelée sarcopénie, est irréversible. C'est une raison principale pour laquelle même les athlètes très entraînés succombent à une baisse de performance avec l'âge. Ce déclin est perceptible chez les athlètes dont les sports exigent force et mouvements puissants, comme le sprint, tandis que les effets de l'âge sont moins perceptibles chez les athlètes d'endurance tels que les marathoniens ou les cyclistes de longue distance. À mesure que les muscles vieillissent, les fibres musculaires meurent et sont remplacées par du tissu conjonctif et du tissu adipeux (Figure 10.20). Parce que ces tissus ne peuvent pas se contracter et générer de la force comme le muscle, les muscles perdent la capacité de produire des contractions puissantes. Le déclin de la masse musculaire entraîne une perte de force, y compris la force nécessaire à la posture et à la mobilité. Cela peut être causé par une réduction des fibres FG qui hydrolysent rapidement l'ATP pour produire des contractions courtes et puissantes. Les muscles des personnes âgées possèdent parfois un plus grand nombre de fibres SO, qui sont responsables de contractions plus longues et ne produisent pas de mouvements puissants. Il peut également y avoir une réduction de la taille des unités motrices, ce qui entraîne la stimulation d'un plus petit nombre de fibres et une production de tension musculaire moindre.

Figure 10.20 Atrophie La masse musculaire est réduite à mesure que les muscles s'atrophient par désuétude.

La sarcopénie peut être retardée dans une certaine mesure par l'exercice, car l'entraînement ajoute des protéines structurelles et provoque des changements cellulaires qui peuvent compenser les effets de l'atrophie. Un exercice accru peut produire un plus grand nombre de mitochondries cellulaires, augmenter la densité capillaire et augmenter la masse et la force du tissu conjonctif. Les effets de l'atrophie liée à l'âge sont particulièrement prononcés chez les personnes sédentaires, car la perte de cellules musculaires se manifeste par des déficiences fonctionnelles telles que des difficultés de locomotion, d'équilibre et de posture. Cela peut entraîner une diminution de la qualité de vie et des problèmes médicaux, tels que des problèmes articulaires parce que les muscles qui stabilisent les os et les articulations sont affaiblis. Les problèmes de locomotion et d'équilibre peuvent également causer diverses blessures dues aux chutes.