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Physiologie des APS
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Physiologie des APS
Didier Reiss
Diplôme de l’Institut National du Sport et de l’Education Physique (option 1 : Entraînement des sportifs de haut niveau)
Master Pro Science de la société, intervention sur les compétences sportives (entraînement des sportifs de haut niveau)
Master recherche en Biologie intégrée du mouvement et du muscle (physiologie des APS)
DESS de Préparation Physique et Management des Équipes Sportives
Diplôme d’Université en Évaluation et Préparation physique
Diplôme d’Université de Préparation physique
Brevet d’état des métiers de la forme
LE MUSCLE
LA CONTRACTION MUSCULAIRE
Introduction
Physiologie des APS, la contraction musculaire
Quelles sont les différentes qualités physiques ?
?
Physiologie des APS, la contraction musculaire
Les classifications…
• La culture de l´opposition des qualités physiques
 AMOROS
- vélocité
- force
- adresse
- agilité
- résistance
- courage
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Les classifications…
 BELLIN DU COTEAU (VARF)
- Vitesse
- Adresse
- Résistance
- Force
 ZATSIORSKI
- Force musculaire
- Vitesse
- Endurance
- Adresse
- Souplesse
- Équilibre
- Sens spatial
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Les classifications…
Physiologie des APS, la contraction musculaire
Les classifications…
Physiologie des APS, la contraction musculaire
Les classifications…
Physiologie des APS, la contraction musculaire
Les classifications…
• "On peut passer des heures à élaborer
ce genre de classifications qui laissent
penser que l´on peut faire de la vitesse
sans faire de la force, mais cela ne fait
pas trop avancer le schmilblick" (COMETTI)
• La définition par la courbe de force
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Les classifications…
La démonstration fut faite par Zatiorsky avec sa courbe (relation force-vitesse).
Expérience : Prendre un poids de 7kg et le pousser le plus vite possible ; on obtient une vitesse
de 10m/s. Cela représente un point graphique ( ) sur la courbe. On augmente le poids et on
mesure jusqu'à l’épuisement…
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Les classifications…
Intérêt pour la préparation physique ???
Option vitesse
Option force
La vitesse se traduit toujours par une force, il y a une interaction entre les 2 car les 2
interviennent tout le temps mais avec une dominante.
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Les classifications…
Intérêt pour la préparation physique ???
=> 90% des activités se situent dans le cercle vert, car le poids de corps étant présent dans
quasiment toutes les disciplines, c’est la qualité force-vitesse qui prime.
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Les classifications…
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Les classifications…
● Le sportif possède une
structure qui se met en jeu en
mobilisant de l´énergie
●
La structure est composée
d´articulations, de leviers et
de muscles
L´entraînement ne peut avoir
d´effet que sur le muscle
 LE MUSCLE EST L´ELEMENT CENTRAL DE LA
STRUCTURE
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Les classifications…
• Le muscle, quand il fonctionne, crée de la force. Cette force est
l´élément central de notre démarche sur les qualités
physiques... La force est première“ (COMETTI)
3 AXES
 le temps de fonctionnement
du muscle
 l´amplitude sur laquelle le
muscle est sollicité
 le niveau d´analyse du
phénomène musculaire
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Les classifications…
 L´axe temporel détermine
les relations entre le muscle
et l´énergie
 La force produite
dépend de son
allongement
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Au final, toutes les activités que nous faisons sont
soumises à un mouvement. Les muscles sont à la base de tous
les mouvements sportifs (même les épreuves de fond). L’objectif
est d’être endurant à un type d’effort, de pouvoir continuer ce
mouvement sportif…= perpétuer la contraction musculaire.
Finalement, la contraction musculaire nous amène à la
notion d’endurance selon l’approche que nous lui donnons. Le
développement de l’endurance sera détaillé dans un autre
chapitre, mais les notions d’énergie sont indispensables dans
celui-ci. Le muscle est l'élément central du sportif et de
l'éducateur sportif, nous devons le connaître.
De sa connaissance (de sa plasticité) dépendent nos méthodes…
Physiologie des APS, la contraction musculaire
Les muscles
Physiologie des APS, la contraction musculaire
Description…
Anatomie et physiologie des muscles.
Ils sont plus de 660 dans le
corps et représentent 28 à 30
kilos du poids de corps d‘un
adulte de 70 kilos… Cela
représente 40% de la masse
totale.
Les
muscles
sont
constitués de fibres pouvant
atteindre 30 centimètres.
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Description…
Anatomie et physiologie des muscles.
Le muscle est constitué de :
-75% d'eau (cf. créatine...),
-20% de protéines
-Sels inorganiques
-Divers enzymes
-Minéraux
-Des ions
-Graisses et sucres...
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Les différentes formes de muscles
Unipenné
Parallèle
Bipenné
Circulaire
Multipenné
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Les différentes formes de muscles
Physiologie des APS, la contraction musculaire
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Les différentes formes de muscles:
Agencement des faisceaux:
a) parallèle
b) penné (unipenné, bipenné, multipenné),
c) convergent
d) circulaire
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Dans le cas d’un muscle penné, les
fibres forment un angle  par
rapport à l’axe du muscle.
Pour une même quantité de
matière,
un
muscle
penné
développera plus de forces car le
nombre de ponts actine-myosine en
parallèle sera plus important.
Figure : Schémas de trois types
d’arrangements musculo-tendineux
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Les muscles longs et fusiformes constitués de fibres
parallèles à l'axe du muscle sont particulièrement bien adaptés
aux mouvements rapides et de grande amplitude.
Les muscles courts aux fibres souvent obliques sont plus
particulièrement adaptés aux mouvements puissants mais de
faible amplitude (hanches, soléaires..)
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Les tissus sont des ensembles coopératifs de cellules différenciées qui
forment une triple association: territoriale, fonctionnelle et biologique.
Les tissus sont exclusivement constitués de cellules et de MEC (matrice
extra-cellulaire). Seules varient d’un tissu à l’autre la nature des cellules, la
composition moléculaire de la MEC et la proportion relative des cellules et
de la MEC.
Les tissus musculaires sont aux nombre de trois.
????
????
????
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Tissu musculaire squelettique
Description
Muscle
Tissu musculaire lisse
Tissu musculaire cardiaque
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Tissu musculaire squelettique
Cellules qui présentent une alternance de zone sombre et claire d'où l'aspect et
le nom strié. La cellule musculaire striée squelettique (ou fibre musculaire
striée squelettique ou rhabdomyocyte) a la forme d’un cylindre allongé,
dont le diamètre est d’environ 10 à 100 micromètres. Elle possède
plusieurs centaines de noyaux situés en périphérie de la cellule, contre sa
membrane plasmique. Responsable des mouvements, il est plastique et
donc adaptable.
Application directe pour les entraîneurs sportifs: connaître les mécanismes
permettant ces modifications.
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Tissu musculaire strié cardiaque
Le tissu musculaire strié cardiaque (ou tissu myocardique) se caractérise par
son aptitude à se contracter rythmiquement et harmonieusement de façon
spontanée. Il ne se trouve que dans le coeur. Les battements cardiaques et
leur rythme sont déterminés par l’activité intrinsèque des cardiomyocytes
du noeud sino-auriculaire. En effet, les cardiomyocytes sont spontanément
excitables ; leur dépolarisation et repolarisation rythmique est indépendante
du système nerveux. Le système nerveux végétatif exerce toutefois une
influence sur le rythme des contractions : schématiquement, le
parasympathique (acétylcholine) ralentit le coeur alors que le sympathique
(noradrénaline) l’accélère.
Les cellules sont courtes et striées à contraction involontaire.
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Tissu musculaire lisse
Les cellules musculaires lisses (CML), ou léiomyocytes, jouent un rôle
majeur dans la vie végétative. Elles se caractérisent par le fait qu’elles sont
le siège de contractions spontanées, susceptibles d’être régulées par de
nombreux stimuli (nerveux, hormonaux, cytokiniques) et qu’elles sécrètent
de nombreuses molécules. On retrouve ce muscle dans les parois des
organes creux comme les vaisseaux sanguins, les bronches, la vessie ou
l’utérus. On en trouve aussi dans la peau, associé aux follicules pileux.
• Il est formé de cellules courtes qui ne présentent pas de stries comme
le muscle squelettique.
• Son activité est généralement indépendante de la volonté.
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!
Excitabilité:
Contractilité:
Extensibilité:
Élasticité:
Particularité du tissu musculaire squelettique :
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!
Particularité du tissu musculaire squelettique :
Ils n'ont pas qu'un rôle moteur...
Régulation du volume des organes
Déplacements de substances dans l’organisme
Posture : Muscles profonds, gouttières vertébrales (peu fatigables)...
Stabilisation des articulations...
Chaleur...
Expression (muscles peauciers)
Plastique...(remise en forme) ?
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Il s ’agit d ’une cellule multinuclée, de forme
allongée et cylindrique. Le muscle est
constitué de tissu conjonctif :
Les réseaux de tissu conjonctif du muscle
s’unissent à chaque extrémité et forment le tissu
conjonctif dense des tendons.
Le muscle est constitué par la réunion de
faisceaux (fascis = paquet) par un tissu
conjonctif plus dense : épimysium (epi = sur).
Le périmysium (peri = autours) entoure les
faisceaux.
L'endomysium (endo = en dedans) entoure
chaque fibre musculaire.
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Physiologie des APS, la contraction musculaire
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Vocabulaire et définition propre aux muscles:
Cellule musculaire = fibre musculaire : Elle est une cellule à part entière, comme toute
cellule, elle est formée d'un ou plusieurs noyaux, d'une membrane, d'un cytoplasme…
Membrane plasmique = sarcolemme : Elle fait environ 10nm d'épaisseur
(sarx = chair ; lemma = gaine)
Réticulum endoplasmique = reticulum sarcoplasmique : Il entoure les myofibrilles par
un réseau de tubules qui se disposent longitudinalement, ils contiennent du calcium.
(Cf. tubule T)
Cytoplasme =protoplasme aqueux = sarcoplasme : Il renferme les myofibrilles.
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Réticulum
sarcoplasmique
Myofibrilles
Membrane
Plasmique
(sarcolemme)
Tubule T
(transverse)
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Les différents types de fibres musculaires :
Il existe des fibres à caractéristiques lentes (rouges) et d‘autres à
caractéristiques rapides (blanches). On parle également de
slow twitch (ST) ou de fast twitch (FT). Les techniques de
différenciation de classification de fibre chez l‘homme ont
évolué depuis ces dernières années et laissent encore des traces
de ces “erreurs“ du passé.
Conventionnellement, nous nous référons au schéma d‘Howald
avec sa classification et son orientation de plasticité des fibres
de lentes vers rapides.
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Ce tableau classe les fibres en
I
IIc
IIa
IIb, de plus, il est dit que
leur transformation s'explique par le schéma d'Howald qui montre
combien la transformation est difficile dans le sens "lent" vers
"rapide".
Cela laisse à croire que ces fibres sont définies et qu‘elles ont leurs
caractéristiques!?
Que savons-nous sur le sujet ?
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Qu‘observe t-on au microscope ? Les différences sont-elles
visibles?
Biopsie musculaire = carotte
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Qu‘observe t-on au microscope ? Les différences sont-elles
visibles?
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Les différentes fibres:
Elles sont classées en deux grandes catégories: les fibres de Type I
(lentes/rouges) et II (rapides/blanches).
Type I: Elles possèdent un potentiel oxydatif élevé (plus de
mitochondries). Plus de capillaires sanguins. Les substrats sont le
glycogène et les acides gras. Elles sont peu fatigables mais leur
rendement énergétique est limité.
Type II: Dans les fibres de type II, nous pouvons distinguer les
types Ia, IIb (chez l'animal) et IIx/d (chez l'homme). Elles sont
moins capillarisées, moins de mitochondries. Le glycogène est le
principal substrat. Le rendement énergétique est élevé mais le
seuil de fatigabilité est bas.
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HOLZER Nicolas Département des Neurosciences Fondamentales Centre Médical Universitaire :
"Une consultation rapide de la littérature peut induire en erreur au vu de la
nomenclature des types de fibres musculaires. Elles ont été catégorisées
en utilisant séquentiellement plusieurs méthodes utilisant les mêmes
termes, il faut donc se référer au matériel et méthode des articles pour
savoir de quelle classification il s’agit. Les fibres IIb ont été
historiquement découvertes en utilisant une méthode histochimique
permettant de quantifier l’activité de la mATPase (l’ATPase des chaînes
lourdes de myosine (MHC : myosin heavy chain), elle est encore
largement utilisée. La corrélation entre ces classes histochimiques et les
isoformes de myosine déterminées par électrophorèse ou l’emploi
d’anticorps a permis de démontrer que chez l’homme, la classe IIb
histochimique correspond à l’isoforme MHC IId/x. Il existe bien un
gène codant pour l’isoforme IIb chez l’humain mais il est séparé des
autres et n’est pas exprimé en conditions normales…"
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Sol: Soleus
TA: Tibialis anterior
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Les fibres de types IIc:
Elles
sont
appelées
également
indifférenciées
ou
immatures.
Elles ont un peu les
caractéristiques
des
deux types de fibres.
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Il existe différents types de chaînes lourdes :
MHC-1 ( fibres de type I que l’on retrouve dans le cœur- on parle également de
chaîne lourde bêta ) ;
MHC-2 ( fibres rapides intermédiaires ) ;
MHC-2x/d ( Pette / Schiaffino ) ( fibres rapides intermédiaires ) ;
MHC-2b : fibres rapides
A noter que la MHC-2b n’a jamais été observée chez l’homme mais on la retrouve chez
de nombreux mammifères ( et notamment ceux de petite taille comme la souris ou le
rat ).
D’autres types de chaînes lourdes ont été identifiés :
La MHC-occ : Au niveau des yeux ( extrêmement rapide ) ;
La MHC-mas : Au niveau des muscles masticateurs.
Lors de la régénération musculaire, on distingue également d’autres isoformes :
La MHC-embryonnaire : Observée lors du développement de l’embryon ou lors de la régénération
La MHC-néonatale : Observée autour de la naissance ou en cas de régénération.
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Fibre I (ST)
Diamètre
Fibre IIa (FT)
Faible
Fibre IIx/d (b?) (FT)
Important
Important
Couleur liée au
contenu en
myoglobine
Rouge élevé
Rose intermédiaire
Blanche faible
Vascularisation
Importante
Intermédiaire
Faible
Source d'ATP
Oxydation
Glycolyse + oxydation
Glycolyse
Peu fatigable
Fatigable
Très fatigable
Élevé
Intermédiaire
Faible
Très élevées
Intermédiaires
Faibles
Fatigabilité
(sollicitation max)
Nombre des
mitochondries
Activités des enzymes
aérobies (Krebs)
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D'après Costill 1980
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Les charges lourdes permettent un recrutement maximal des fibres rapides…
% de fibres utilisées
Fibre IIx/d
100
Fibre Ia
75
Fibre I
50
25
Légère
Moyenne
Lourde
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Les sarcomères
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Les sarcomères :
(Meros =partie)
Le mouvement des muscles est
dû à la transformation d'énergie
chimique
en
énergie
mécanique.
Les
éléments
contractiles du muscle sont
appelés des sarcomères, ils sont
responsables du mouvement.
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Les sarcomères
L ’association des sarcomères en
série constitue une myofibrille (1 à 2
µm ) présentant une striation
transversale formée de l ’alternance
de bandes isotropes (I) et anisotropes
(A).
Strie H : uniquement des filaments
épais
Ligne M : (M= milieu) molécules
protéiques reliant les filaments épais
adjacents
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Les sarcomères
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Les filaments fins s ’unissent à l ’une de leur extrémités par l ’intermédiaire d ’une protéine
structurale,  actinine, pour former des lignes Z. Des filaments intermédiaires, desmine et
vimentine, assurent des connexions transverse entre les lignes Z. Une protéine structurale,
nébuline, chemine le long du filament fin. Une protéine structurale, titine ou connectine,
relie les filaments épais aux lignes Z. Elle comporte un segment extensible et un segment
inextensible. Elle oppose une résistance à l ’étirement excessif du sarcomère.
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C'est le pontage actine-myosine qui assure le mouvement
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Quand les cellules musculaires sont activées par le système nerveux, les têtes de myosine
s’accrochent aux sites de liaison situés sur l’actine des filaments minces, et le glissement
s’amorce. Lorsqu’une cellule musculaire se contracte, chacun de ses sarcomères raccourcit et
les stries Z se rapprochent : raccourcissement des myofibrilles. Aucun des filaments ne
change de longueur pendant le raccourcissement : théorie des filaments glissants (H. Huxley,
1954).
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Pour Noël, offrez un sarco!
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1) l'ATP casse la liaison de la myosine à l'actine
2) Hydrolyse de l'ATP
3) La myosine va s'accrocher sur un autre site de l'actine
4) Une fois sur le site, l'ADP se détache et le cycle
recommence
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Les relations forces longueurs.
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Les relations forces longueurs.
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Les relations forces longueurs.
La force développée au
niveau d’un sarcomère dépend du
nombre de ponts actine-myosine
formés en parallèle ; ce nombre
dépendant de la longueur du
sarcomère. De plus, suivant qu’il est
étiré ou raccourcit, le nombre de
ponts actine-myosine est diminué.
( Figure 10 : théorie des filaments
glissants )
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Et le négatif? (Excentrique)
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Le tendon?
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CES
CC
CEP
CEP
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CC
CES
CEP
La composante contractile (CC) représente le processus de génération de la force et
correspond anatomiquement aux ponts actine-myosine.
La fraction passive de la composante élastique série (CES) réside principalement
dans les structures tendineuses.
La composante élastique parallèle (CEP) est localisée au niveau du tissu conjonctif
et du sarcolemme. Elle correspond également à l ’interaction résiduelle entre protéines
contractiles et à la titine.
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CC
CES
Filament actine myosine
Elasticité musculaire
Elasticité d’enveloppe musculaire
CEP
Tendineuse
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RAIDEUR VS COMPLIANCE
VO2
?
Guépard
Kangourou
Vitesse
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RAIDEUR VS COMPLIANCE
Compliance : Permet de se déformer
Raideur : Rigide
Facteurs influençant :
génétique
entraînement
Pour gagner en raideur : Pliométrie, excentrique, isométrie en charge
maximale.
Pour la compliance : Concentrique
Les régimes de contractions ont de l'importance sur les performances?
Influence de l'échauffement…
Muscle froid => plus visqueux => moins compliant = meilleure transmission de force…
En pratique mieux vaut s’échauffer…
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Les régimes de contraction
Combien?
Intêret en musculation?
Affûtage
Compétition
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Les différents régimes de contraction :
Anisométrique:
Excentrique:
Isométrique:
Concentrique:
Pliométrique:
Spasticité?
Isométrie:
Electromyostimulation?
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Les différents régimes de contraction :
Sur les mouvements globaux, les zones de début de mouvement sont plus
dures que ceux de fin de mouvement. "L’idéal" serait de travailler à vitesse
constante et continue.
L’ISOCINETISME : Le travail à vitesse constante. Le but est donc de garder
la même intensité du début à la fin du mouvement.
Les CAMES : Poulies déformées pour obtenir une variation de charge.
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Les différents régimes de contraction :
C’est en modifiant la poulie que l’on modifie la linéarité de la charge. Les
physiocames sont adaptées à l’amélioration de la qualité de travail d’un
mouvement soit pour homogénéiser, soit pour amplifier la difficulté de
départ.
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Les différents régimes de contraction :
Concentrique:
Le muscle se contracte et les insertions se raprochent…
Ex: La phase de poussée au DC..
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Les différents régimes de contraction :
Concentrique:
Etudié de manière exhaustive par Delorme et Watkins, il a été clairement
résumé par Zatsiorski qui à décrit ces 3 méthodes. Longtemps la
musculation a fonctionné sur ce seul paramètre : toute la musculation
classique était concentrique…
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Les différents régimes de contraction :
Excentrique (le négatif):
Le muscle se contracte mais les insertions s'éloignent (s'excentrent)…
Ex : La phase de descente au DC.
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Les différents régimes de contraction :
Excentrique:
- Utilisation récente (1972)
- Force max EXC supérieur de 30% de la force max ISO chez le sédentaire,
10% chez l'entraîné en travail d'explosivité.
- Pas efficace pour l'hypertrophie (sauf pour le dévellopement des
sarcomères en série)
- Courbatures très intenses (Strie Z, nécrose des fibres, liaison tendonmuscle…)
- Travail de recrutement des fibres différent du concentrique
- Récupération à court terme (6 jours) et long terme (6 à 12 semaines)
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Les différents régimes de contraction :
Tension supérieur
Sollicitations différentes des fibres
Avantages
Efficace avec le concentrique
Intéressante pour la planification
Excentrique
Désadaptations importantes
Inconvénients
Récupération longue
Charges lourdes
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Les différents régimes de contraction :
Isométrique:
Le muscle se contracte et les insertions ne modifient pas leurs longueurs…
Correspond au moment d'attente en compétition de Power.
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Les différents régimes de contraction :
Isométrie:
- Utilisation dans les années 50
- Force max ISO supérieur de 10% à 15% de la force volontaire.
- Pas efficace pour l'hypertrophie.
- Courbatures intenses
- Spécificité de position
- Peu d'effet sur la vascularisation (capillaire écrasés à 50%..)
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Les différents régimes de contraction :
Travail les positions difficiles
Tension >10% au concentrique
Avantages
Permet une pré-fatigue
Facile d'utilisation
Isométrique
Gain de force spécifique (angle)
Inconvénients
Ne peut être utilisé longtemps
Ne peut être utilisé seule
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Les différents régimes de contraction :
Pliométrie : (de Cometti)
Selon Wilt le mot PLIOMETRIE vient du grec "plethyein" qui signifie augmenter et du mot
"isométrique" qui signifie de même longueur.
Plyométrie ou pliométrie ?
Les Américains l'écrivent avec un "y", l'école italienne de loin la plus reconnue l'écrit avec un "i", nous
avons personnellement tranché sans hésiter pour la 2e solution.
On parle d'une action musculaire pliométrique lorsque un muscle qui se trouve dans un état de tension
est d'abord soumis à un allongement (on parle d'une phase excentrique) et qu' ensuite il se contracte en se
raccoursissant (on parle alors de phase concentrique). Il y a mise en jeu de ce que les physiologistes
appelle "the stretch-shortening cycle", ( le cycle étirement-raccourcissement).
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Les différents régimes de contraction :
Pliométrie :
On sait depuis Zatsiorski (1966) qu'un athlète qui pousse en position de
squat (fig. 1 a) sur une barre fixe produit une force donnée appellée force
maximale isométrique.
Le même athlète lors d'un saut en contrebas (encore appelé exercice de
pliométrie)(fig. 1 b) va pouvoir développer une force supérieure d'une fois
et demi voire 2 fois sa force maximale isométrique.
a)
b)
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Les différents régimes de contraction :
Action sur les facteurs nerveux
Tension > au concentrique
Avantages
Sollicite l'élasticité
Ressemble au spécifique
Pliométrique
Nécessite des bons placements
Inconvénients
Ne peut être utilisée longtemps
Travail de musculation initial
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Description
Les différents régimes de contraction :
Force
Isométrie
Excentrique
Pliométrie?
Concentrique
Vitesse