Cellulaire

Le myocyte musculaire est une cellule qui s’est différenciée pour la fonction spécialisée de la contraction. Bien que les cellules musculaires cardiaques, squelettiques et lisses partagent beaucoup de fonctionnalités communes, elles n’ont pas toutes des caractéristiques, des structures anatomiques ou des mécanismes de contraction identiques.

Myocyte musculaire squelettique

Les myoblastes musculaires squelettiques (myocytes progéniteurs) se différencient et fusionnent en fibres musculaires multinucléées appelées myofibrilles qui se comportent comme une unité. Ces myofibrilles, à leur tour, sont composées de filaments épais et fins (myofilaments) qui se chevauchent et sont disposés longitudinalement en sarcomères. Ainsi, le raccourcissement ou la contraction des fibres musculaires squelettiques est le résultat du raccourcissement des sarcomères. Les filaments épais sont composés de myosine, qui est un polypeptide protéique. Chaque molécule de myosine possède deux têtes globulaires qui participent à la contraction en liant les filaments minces. Les filaments minces comprennent l’actine (qui contient un site de liaison pour les têtes de myosine), la tropomyosine et la troponine (qui possède trois sous-unités : la troponine T, la troponine I et la troponine C). Ces structures sarcomères donnent au muscle squelettique son aspect strié et sont facilement visibles en microscopie électronique.

Les myocytes squelettiques contiennent également des structures appelées tubules T qui sont des extensions de la membrane plasmique du myocyte. Ils sont ouverts sur l’espace extracellulaire et ont pour fonction de transporter des potentiels dépolarisants vers l’espace intracellulaire, permettant des contractions coordonnées. De plus, les tubules T contiennent des récepteurs de la dihydropyridine qui sont essentiels à la contraction après l’excitation du myocyte. Le réticulum sarcoplasmique (RS) est une structure fondamentale du myocyte du muscle squelettique. Il est le site de stockage et de régulation du calcium (Ca2+) dans le myocyte. Le RS contient des citernes terminales qui se couplent mécaniquement avec les tubules T et les récepteurs de la ryanodine sensibles au voltage qui sont des canaux qui libèrent le Ca2+. Le SR possède également un canal Ca2+ -ATPase qui pompe le Ca2+ de l’espace intracellulaire vers le SR après excitation. Dans le muscle squelettique, un tubule T lie deux citernes terminales dans une disposition en triade.

Le modèle le plus populaire pour comprendre la contraction musculaire est le modèle du filament glissant, qui décrit le raccourcissement du sarcomère par des interactions récurrentes myosine/actine. Au cours de chaque interaction, les têtes de myosine travaillent pour rapprocher les extrémités libres adjacentes de l’actine du centre du sarcomère. Dans le myocyte de muscle squelettique au repos, la tropomyosine bloque les sites de liaison de la myosine sur l’actine.

1. Lorsqu’un potentiel de dépolarisation important de la plaque terminale du moteur dépasse le seuil du myocyte squelettique, la cellule déclenche un potentiel d’action.
2. Ce potentiel de dépolarisation est propagé aux tubules T, provoquant un changement de conformation des récepteurs de la dihydropyridine.
3. Les citernes terminales mécaniquement couplées subissent également un changement conformationnel, induisant une libération de Ca2+ du SR et une augmentation de la concentration intracellulaire de Ca2+.
4. Le Ca2+ se lie à la troponine C, provoquant un changement conformationnel de la troponine qui déplace la tropomyosine du site de liaison de la myosine sur l’actine. Note : en présence de Ca2+, la troponine C reste dans cette configuration, laissant le site de liaison de la myosine sur l’actine disponible pour les interactions avec la myosine.
5. Au début, aucune adénosine triphosphate (ATP) n’est liée à la myosine provoquant la liaison de la myosine à l’actine (le manque permanent d’ATP provoque une interaction permanente entre la myosine et l’actine et est le mécanisme derrière la rigidité cadavérique).
6. L’ATP se lie alors à la myosine et la myosine se dissocie de l’actine.
7. L’hydrolyse de cet ATP lié en ADP plus phosphate inorganique induit un changement de la myosine en « position cockée ». Note : seul l’ADP reste attaché à la myosine.
8. La tête de la myosine interagit alors avec l’actine sur un autre site de liaison.
9. L’ADP est libéré de la myosine provoquant un autre changement qui aboutit au « coup de force ». A ce moment, la myosine est liée à l’actine et restera liée sans plus d’ATP.
10. Une autre molécule d’ATP se lie à la myosine. Le cycle continue, raccourcissant le sarcomère alors que la myosine glisse le long de l’actine.

La relaxation se produit lorsqu’il y a une diminution des potentiels excitateurs de la plaque terminale du moteur, une diminution des potentiels d’action et une repolarisation du myocyte. Le Ca2+ est séquestré à nouveau dans le SR par les pompes Ca2+ -ATPase, ce qui diminue le taux intracellulaire . Ces myocytes contiennent également des échangeurs Na+/Ca2+ à la surface de la cellule qui utilisent le gradient électrochimique Na+ pour échanger du Na+ dans la cellule contre du Ca2+ hors de la cellule. Le Ca2+ se dissocie de la troponine C, et la tropomyosine bloque à nouveau les sites de liaison de la myosine sur l’actine.

Les points clés à noter au sujet du sarcomère en microscopie électronique sont les suivants . Le sarcomère apparaît entre des lignes Z, et la contraction se rapproche de ces lignes Z. La contraction entraîne un raccourcissement des bandes H (uniquement les filaments épais) et I (uniquement les filaments fins). La bande A (longueur d’un filament épais avec un filament mince superposé) du sarcomère reste toujours de la même longueur.

Les points suivants sont remarquables concernant les contractions musculaires. Les muscles squelettiques sont sous contrôle volontaire, sauf pour les réflexes et le diaphragme lors de la respiration involontaire. Les motoneurones inférieurs innervent ces myocytes à partir de la moelle épinière et répondent au neurotransmetteur acétylcholine (ACh). Lorsque l’ACh se lie à ses récepteurs sur le myocyte, le sodium (Na+) est autorisé à entrer dans la cellule, ce qui provoque la dépolarisation mentionnée ci-dessus. La tension musculaire maximale se produit lorsqu’il y a un chevauchement optimal des filaments épais et fins. C’est-à-dire que toutes les têtes de myosine peuvent interagir avec l’actine. Si la fibre musculaire est trop étirée, l’interaction entre les filaments épais et fins diminue. De plus, si le muscle est trop raccourci, les grosses têtes de myosine s’évincent les unes des autres, ce qui diminue les interactions entre les myofilaments. Enfin, la vitesse maximale à laquelle une fibre musculaire peut se contracter diminue au fur et à mesure que la charge sur le muscle augmente.

Myocyte du muscle lisse

Similaires aux muscles squelettiques, les cellules musculaires lisses contiennent également des filaments épais et fins. Cependant, contrairement au muscle squelettique, ces myofilaments ne sont pas organisés en sarcomères longitudinaux et ils ne contiennent pas de troponine. L’absence de sarcomères, et donc de stries, donne son nom au muscle lisse. Les myocytes des muscles lisses fusionnent pour former trois types de muscles. Les myocytes qui se contractent comme des unités séparées sont appelés muscles lisses multi-unités. On les retrouve dans l’iris de l’œil ou le canal déférent. Les muscles lisses multi-unités sont généralement fortement innervés et sous contrôle autonome. Les cellules musculaires lisses qui se contractent ensemble sont appelées muscles lisses à unité unique. Elles sont plus courantes et peuvent être présentes dans le tractus gastro-intestinal, la vessie et l’utérus.

Contrairement au muscle lisse multi-unités, les cellules musculaires lisses mono-unités communiquent fortement pour des contractions coordonnées. Ces cellules sont sous contrôle autonome et modulées par des hormones ou des neurotransmetteurs. Enfin, les myocytes du muscle lisse peuvent se différencier en muscle lisse vasculaire. Ces cellules sont également responsables de la régulation de la pression sanguine.

Le mécanisme de contraction des muscles lisses est différent du mécanisme décrit ci-dessus pour le muscle squelettique. Cependant, tout comme une cellule de muscle squelettique, une augmentation de l’intracellulaire est le facteur critique impliqué dans la contraction musculaire. De multiples mécanismes peuvent provoquer une augmentation de l’intracellulaire dans le myocyte du muscle lisse. La dépolarisation du myocyte après la fixation de l’ACh sur ses récepteurs à la surface de la cellule, qui ouvre ensuite les canaux Ca2+ de type L voltage-gated. L’ouverture des canaux Ca2+ sur la membrane du myocyte suite à la liaison d’une hormone ou d’un neurotransmetteur à son récepteur (ligand-gated). Les hormones ou les neurotransmetteurs induisent la libération de Ca2+ du réticulum sarcoplasmique (RS) par les canaux Ca2+ gérés par l’inositol 1,4,5-triphosphate (IP3). Quel que soit le mécanisme d’augmentation , le mécanisme en aval reste le même.

1. Le Ca2+ se lie à une molécule appelée calmoduline.
2. Le complexe Ca2+-calmoduline active ensuite une enzyme appelée myosine light-chain kinase. (Les kinases servent à la phosphorylation).
3. Puis, la kinase de la chaîne légère de la myosine phosphoryle (ajoute un groupe phosphate) la myosine.
4. La myosine phosphorylée se lie à l’actine et commence la contraction par le cycle de pontage croisé mentionné ci-dessus dans le cadre du muscle squelettique. Remarque : Le mécanisme d’utilisation de l’ATP pour la contraction musculaire dans le muscle squelettique est le même dans le muscle lisse.
5. Une diminution de l’activité intracellulaire et une augmentation de l’activité d’une enzyme appelée phosphatase de la chaîne légère de la myosine (élimine le phosphate de la myosine) produit la relaxation.

L’intracellulaire diminue en étant ramené dans le SR par des pompes ATPase ou par des échangeurs Na+/Ca2+ à la surface des cellules.

Note : Les hormones qui produisent une contraction ou une relaxation des muscles lisses, le font en modulant l’intracellulaire ou la phosphatase à chaîne légère de la myosine. Par exemple, l’oxyde nitrique procure une relaxation en augmentant l’activité de la phosphatase de la chaîne légère de la myosine.

Myocyte du muscle cardiaque

La physiologie du myocyte cardiaque est plus complexe que celle du muscle squelettique ou lisse, bien qu’elle partage certaines similitudes. Le myocyte cardiaque contient des sarcomères comme le muscle squelettique, donc, est strié. Le mécanisme de raccourcissement du myocyte est le même que celui du muscle squelettique mentionné ci-dessus. Les myocytes cardiaques possèdent des structures uniques qui sont vitales pour le bon fonctionnement du cœur. Les disques intercalaires, présents à la périphérie de la cellule, maintiennent l’adhésion entre les myocytes. Les jonctions gap, qui sont présentes au niveau des disques intercalaires, permettent la communication électrique entre les cellules. La propagation rapide du potentiel de dépolarisation entre les cellules adjacentes favorise la coordination des contractions, ce qui est vital pour la survie. Les myocytes cardiaques contiennent également des tubules T. Cependant, contrairement au muscle squelettique, un tubule T lie un cisterna terminal dans une disposition en dyade. Le réticulum sarcoplasmique est présent dans les myocytes cardiaques et remplit également la fonction de stockage du Ca2+.

Le potentiel d’action dans un myocyte cardiaque est unique. Il se compose d’une phase de repos appelée phase 4, qui est maintenue par la perméabilité de la cellule au potassium (K+) hors de la cellule. La phase 4 est suivie de la phase 0, qui est caractérisée par une montée/dépolarisation rapide due à l’ouverture des canaux Na+ dépendant du voltage et à l’entrée de Na+ dans la cellule. La phase 1 correspond à la repolarisation initiale causée par la fermeture des canaux Na+ et l’ouverture des canaux K+ dépendant du voltage. La phase 2 est appelée la phase de plateau. Au cours de la phase 2, le Ca2+ entre dans les cellules par les canaux Ca2+ dépendant du voltage, tandis que le K+ continue de quitter la cellule. Cet équilibre entre les cations entrants et sortants maintient la phase de plateau. Dans la phase 3, les canaux Ca2+ se ferment et l’efflux rapide par les canaux K+ ouverts entraîne la repolarisation de la cellule.

Le myocyte cardiaque peut recevoir son stimulus des cellules du pacemaker cardiaque dans le nœud SA ou AV, le faisceau de His, les branches du faisceau ou les cellules de Purkinje.

1. Le potentiel d’action de ces cellules (généralement le nœud SA et le nœud AV), se propage le long de la membrane du myocyte cardiaque dans les tubules T.
2. Le Ca2+ entre dans la cellule pendant la phase 2 par les canaux Ca2+ de type L.
3. L’entrée du Ca2+ induit une libération de Ca2+ à partir du SR, autrement appelée libération de Ca2+ induite par le Ca2+.
4. Les concentrations de Ca2+ augmentent, et il peut se lier à la Troponine C et provoquer le cycle des ponts croisés myosine/actine mentionné ci-dessus dans la section du myocyte squelettique.
5. La relaxation se produit lorsque le Ca2+ est repris dans le SR par les pompes Ca2+-ATPase ou par les échangeurs Na+/Ca2+ de la membrane cellulaire.

La tension des muscles cardiaques et leur capacité à se contracter sont directement proportionnelles à la concentration intracellulaire de Ca2+. Ainsi, les facteurs qui augmentent le Ca2+ intracellulaire provoquent une augmentation de la force de contraction. Par exemple, avec l’augmentation de la fréquence cardiaque, le Ca2+ commence à s’accumuler dans le myocyte et entraîne également des contractions cardiaques plus fortes. La précharge est un terme désignant le volume final diastolique (classiquement lié à la pression auriculaire droite). Lorsqu’un volume sanguin plus important remplit une cavité cardiaque, les myocytes s’étirent et les contractions sont plus fortes. Ce phénomène est appelé relation de Frank-Starling et peut être lié à une augmentation de la concentration de Ca2+ induite par l’étirement. Cette relation fait correspondre le retour veineux au cœur et le débit cardiaque du cœur. La postcharge est la pression contre laquelle les myocytes doivent se contracter. La vitesse maximale de contraction diminue avec l’augmentation de la postcharge.