Travail musculaire et force

La principale propriété du tissu musculaire qui forme les muscles squelettiques est la contractilité, qui entraîne une modification de la longueur musculaire sous l'influence de l'influx nerveux. Les muscles agissent sur les os des leviers reliés par des articulations. Dans ce cas, chaque muscle agit sur l'articulation dans une seule direction. Dans une articulation uniaxiale (cylindrique, en forme de bloc), le mouvement des leviers osseux ne se produit que autour d'un seul axe; les muscles sont donc situés des deux côtés de l'articulation et agissent sur elle dans deux directions (flexion-extension; adduction-abduction, rotation). Par exemple, dans l'articulation du coude, certains muscles sont fléchisseurs, d'autres extenseurs. Les uns par rapport aux autres, ces muscles, agissant sur l'articulation dans des directions opposées, sont antagonistes. En règle générale, deux muscles ou plus agissent sur chaque articulation dans une même direction. Ces muscles, dont le sens d'action est favorable, sont appelés synergistes. Dans une articulation biaxiale (ellipsoïde, condylienne, en selle), les muscles sont regroupés selon ses deux axes, autour desquels s'effectuent les mouvements. Dans une articulation sphéroïde, qui possède trois axes de mouvement (articulation multiaxiale), les muscles sont adjacents de plusieurs côtés et agissent sur elle dans différentes directions. Par exemple, l'articulation de l'épaule possède des muscles: fléchisseurs et extenseurs, qui effectuent le mouvement autour de l'axe frontal, abducteurs et adducteurs, autour de l'axe sagittal, et rotateurs, autour de l'axe longitudinal (pronateurs vers l'intérieur et supinateurs vers l'extérieur).

Parmi les muscles exécutant un mouvement particulier, on distingue les muscles principaux, responsables du mouvement, et les muscles auxiliaires, dont le rôle est indiqué par leur nom. Les muscles auxiliaires modèlent le mouvement et lui confèrent des caractéristiques spécifiques.

Pour les caractéristiques fonctionnelles des muscles, des indicateurs tels que leur section anatomique et physiologique sont utilisés. La section anatomique est la taille (surface) de la section transversale perpendiculaire à l'axe longitudinal du muscle et passant par le ventre dans sa partie la plus large. Cet indicateur caractérise la taille du muscle et son épaisseur. La section physiologique du muscle est la surface totale de la section transversale de toutes les fibres musculaires qui le composent. La force d'un muscle en contraction dépendant du nombre de fibres musculaires et de la taille de la section transversale, la section physiologique du muscle caractérise sa force. Dans les muscles fusiformes en forme de ruban, dont les fibres sont disposées parallèlement, les sections anatomiques et physiologiques coïncident. La situation est différente pour les muscles pennés, qui présentent un grand nombre de courts faisceaux musculaires. Entre deux muscles égaux ayant la même section anatomique, le muscle penné présente une section physiologique plus grande que le muscle fusiforme. La section transversale totale des fibres musculaires d'un muscle penné est plus grande et les fibres elles-mêmes sont plus courtes que celles d'un muscle fusiforme. De ce fait, un muscle penné possède une force supérieure à ce dernier, mais l'amplitude de contraction de ses fibres musculaires courtes est plus réduite. On trouve les muscles pennés là où une force de contraction musculaire importante est requise avec une amplitude de mouvement relativement faible (muscles de la jambe, du pied, certains muscles de l'avant-bras). Les muscles fusiformes, en forme de ruban, constitués de fibres musculaires longues, se raccourcissent davantage lors de la contraction. Cependant, ils développent moins de force que les muscles pennés, qui ont la même section transversale anatomique.

Travail musculaire. Les extrémités du muscle étant attachées aux os, leurs points d'origine et d'attache se rapprochent lors de la contraction, et les muscles eux-mêmes effectuent un certain travail. Ainsi, le corps humain ou ses parties changent de position lorsque les muscles correspondants se contractent, bougent, surmontent la résistance de la gravité ou, au contraire, cèdent à cette force. Dans d'autres cas, lorsque les muscles se contractent, le corps est maintenu dans une certaine position sans effectuer de mouvement. C'est pourquoi on distingue le travail musculaire de dépassement, de cession et de maintien.

Le travail musculaire de dépassement est effectué lorsque la force de contraction musculaire modifie la position d'une partie du corps, d'un membre ou de son lien, avec ou sans charge, surmontant la force de résistance.

Le travail inférieur est un travail où la force musculaire cède à la force de gravité de la partie du corps (membre) et à la charge qu'elle supporte. Le muscle travaille, mais il ne se raccourcit pas, mais s'allonge; par exemple, lorsqu'il est impossible de soulever ou de maintenir un objet lourd. Un effort musculaire important nécessite de descendre le corps au sol ou sur une autre surface.

Le travail de maintien est réalisé lorsque la force des contractions musculaires maintient un corps ou une charge dans une certaine position sans se déplacer dans l'espace. Par exemple, une personne se tient debout ou assise sans bouger, ou maintient une charge dans la même position. La force des contractions musculaires équilibre la masse du corps ou de la charge. Dans ce cas, les muscles se contractent sans modifier leur longueur (contraction isométrique).

Le travail de dépassement et de soumission, où la force des contractions musculaires déplace le corps ou des parties du corps dans l'espace, peut être considéré comme un travail dynamique. Le travail de maintien, où le mouvement du corps entier ou d'une partie du corps n'intervient pas, est un travail statique.

Les os reliés par des articulations agissent comme des leviers lors de la contraction des muscles. En biomécanique, on distingue un levier de première classe, lorsque les points de résistance et d'application de la force musculaire se situent de part et d'autre du point d'appui, et un levier de seconde classe, dans lequel les deux forces sont appliquées d'un même côté du point d'appui, à des distances différentes de celui-ci.

Le premier type de levier à deux bras est appelé « levier d'équilibre ». Le point d'appui est situé entre le point d'application de la force (contraction musculaire) et le point de résistance (gravité, masse organique). La connexion entre la colonne vertébrale et le crâne en est un exemple. L'équilibre est atteint à condition que le couple de la force appliquée (le produit de la force agissant sur l'os occipital par la longueur du bras, égale à la distance entre le point d'appui et le point d'application de la force) soit égal au couple de gravité (le produit de la gravité par la longueur du bras, égale à la distance entre le point d'appui et le point d'application de la gravité).

Le deuxième type de levier est à un seul bras. En biomécanique (par opposition à la mécanique), il existe deux types de levier. Le type de levier dépend de la localisation du point d'application de la force et du point d'action de la gravité, qui se trouvent tous deux du même côté du point d'appui. Le premier type de levier (levier de force) se produit lorsque le bras d'application de la force musculaire est plus long que le bras de résistance (gravité). Prenons l'exemple du pied: le point d'appui (axe de rotation) est la tête du métatarse, et le point d'application de la force musculaire (le muscle triceps sural) est le calcanéum. Le point de résistance (gravité corporelle) se situe à la jonction du tibia et du pied (articulation de la cheville). Avec ce levier, il y a un gain de force (le bras d'application de la force est plus long) et une perte de vitesse de déplacement du point de résistance (son bras est plus court). Dans le deuxième type de levier à un bras (levier de vitesse), le bras d'application de la force musculaire est plus court que le bras de résistance, où s'applique la force opposée, la gravité. Pour vaincre la gravité, dont le point d'application est très éloigné du point de rotation de l'articulation du coude (point d'appui), une force nettement plus importante des muscles fléchisseurs attachés près de l'articulation du coude (au point d'application de la force) est nécessaire. Dans ce cas, on observe un gain de vitesse et d'amplitude de mouvement du levier le plus long (point de résistance) et une perte de force agissant au point d'application de cette force.