La contraction musculaire par le système nerveux

Les propriétés des muscles :

Les muscles possèdent cinq propriétés :
– Excitabilités : Propriété d’une cellule, en particulier nerveuse ou musculaire, de réagir à une stimulation et d’y répondre. La réponse de la fibre musculaire produit et propage le courant électrique qui est la cause de la contraction musculaire.
– Extensibilité : C’est la qualité ou propriété d’un muscle capable d’être étendu, étiré ou allongé. Quand les muscles sont relâchés on peut les étirer plus qu’ils le sont à leur état de repos.
– Elasticité : L’élasticité musculaire, est la faculté d’étirement d’un muscle, cette propriété est considérée comme un amortisseur dans la contraction des muscles car il peut s’étirer et revenir rapidement à son état initial, comme il peut aussi rester un moment donné dans son état d’étirement.
– Contractilité : C’est physiologique représentant la faculté de se contracter, pour un muscle ou un organe. C’est cette propriété qui rend les muscles si différents des autres tissus. Pour cette contractilité il existe différentes phases :
• Phase de latence : C’est la marge de temps entre la stimulation nerveuse et le commencement de la contraction musculaire.
• Phase de contraction : rétraction ou diminution du muscle.
• Phase réfractaire : récupération du muscle et retour à son état normal quand il ne répond pas.
– Plasticité : Propriété qui modifie la structure du muscle en fonction du travail demandé.

La contraction musculaire par le système nerveux 

Suite à l’arrive d’un message nerveux à la fibre musculaire, elle est donc excitée ou stimulée, ce qui engendre des modifications alternatives et successives pour produire de la force par le muscle. Il existe trois positions de contractilité qui dépendent de l’allongement, raccourcissement et maintien de longueur.
1. L’isométrique : écartement égal entres les filaments (fibres), donc la longueur du tendon musculaire ne se modifie pas.
2. Le concentrique : le muscle se raccourcit et cause un rapprochement  des filaments.Cette activité musculaire est appelée mobilisatrice.
3. L’excentrique : le muscle s’allonge et cause un éloignement des filaments. C’est une activité musculaire frénatrice.

Phénomène électrique de la contraction musculaire :

Potentiel d’action (PA) : Le potentiel d’action aussi appelé influx nerveux est un signal électrique qui passe à travers les axones des neurones. Le potentiel d’action se déclenche grâce à une dépolarisation qui atteint un certain seuil, nommé seuil d’excitation. Le seuil d’excitation est de 15 à 20mV et le potentiel de repos d’un neurone se situe vers -50mV à -55mV. Les échanges d’ions entre l’intérieur et l’extérieur des neurones génèrent les potentiels d’action. Ceci se produit grâce à des canaux de sodium et potassium (Na+ et K) sensibles aux changements du potentiel électrique. Ces canaux tensiodépendant s’ouvrent et se ferment selon le potentiel de la membrane. Un PA comprend quatre phases  :
1. Au repos : les canaux tensiodépendants sont fermés.
2. La dépolarisation : les canaux à sodium s’ouvrent.
3. La repolarisation : les canaux à potassium s’ouvrent et les canaux à sodium se ferment.
4. L’hyperpolarisation : les canaux à sodium sont fermés et les canaux à potassium toujours ouverts. Le potentiel d’action résultant, circule dans les deux directions de la fibre grâce à la nature du tissu musculaire qui est considérée comme volume conducteur. Une fois que ce potentiel atteint les tendons, il crée un courant électrique dans le voisinage de la  fibre, et crée alors un champ électrique dans tout le volume conducteur qui est la source du signal EMG capté par les électrodes de surfaces.

Potentiel d’action d’une unité motrice (PAUM) : Quand le motoneurone active l’unité motrice à partir de la moelle épinière à la plaque motrice, les fibres de cette UM sont alors toutes contractées et excitées ensemble. Le PAUM créé correspond à la combinaison de tous les potentiels d’action (PA). Pour le maintien de la contraction musculaire, les unités motrices doivent être activées d’une façon répétitive. Chaque unité motrice génère divers PAUMs, et l’ensemble de tous ces PAUMs produit un « train du potentiel d’une unité motrice » TPAUM. Le signal EMG est alors constitué à partir de l’accumulation des TPAUMs de toutes les unités motrices employées.

La propagation d’un potentiel d’action : Le potentiel d’action produit droit être propagé sur toute la longueur de l’axone, il est produit par l’affluence d’ions Na+ qui traversent une portion de la membrane plasmique.De ce fait la région adjacente de la membrane plasmique est alors dépolarisée à cause de la production des courants locaux, et on aura alors l’ouverture des canaux voltage dans cette région de la membrane et le déclanchement d’un potentiel d’action au même endroit. Les canaux à Na + se referment et aucun nouveau potentiel d’action se propage dans la région ou il vient de se produire, et il va s’éloigner de son point d’origine de propagation.

Le potentiel de repos de la membrane : La différence de potentiel dans un neurone au repos est appelée potentiel de repos, et on dit alors que la membrane est polarisée. La différence de potentiel entre deux points est mesurée à l’aide d’un voltmètre. Lorsqu’on insère une des microélectrodes du voltmètre dans le cytoplasme d’un neurone et qu’on met l’autre sur sa face externe. On enregistre un voltage d’environ -70mv à travers la membrane.Le signe « moins » indique que la face interne du cytoplasme de la membrane est chargée négativement et que la face externe du côté du liquide interstitiel est chargée positivement. La mesure du potentiel de repos peut varier selon le type de neurone (entre -40 et -90mv).

Electromyographie

L’histoire de l’électromyographie (EMG) a commencé avec la découverte de l’électricité, elle fait partie des explorations électro physiologiques du système nerveux. Cela signifie exactement l’enregistrement de l’activité électrique de la membrane de la cellule musculaire.L’EMG permet d’étudier le système nerveux périphérique, les muscles et la jonction neuromusculaire qui est aussi appelée plaque motrice.Ce phénomène a débuté en 1773 quand Walsh à clairement démontrer que le tissu musculaire peut générer une étincelle d’électricité. Puis en 1790 après une série d’expériences sur les muscles de la grenouille, Galvani a eu la preuve qu’il existe une relation entre l’électricité et la contraction des muscles. En 1838, Carlo Matteucci a démontré en utilisant les premiers galvanomètres que les muscles génèrent des courants électriques pendant leur contraction. C’est de là que cette activité électrique est alors appelée Électromyographie (EMG). L’électromyographie (EMG) s’accomplie grâce à l’utilisation des électrodes qui sont positionnées à la surface du corps, ou constituées de fines aiguilles. L’enregistrement de l’activité d’un muscle (EMG) permet de mesurer la vitesse de conduction du nerf et étudier le fonctionnement du muscle.Les électromyogrammes sont désormais un appareil fondamental à l’élaboration de la commande artificiel au mouvement d’organe.

Description du signal EMG:

Le signal EMG est une perception de l’activité électrique produite par le tissu musculaire. Les sources de ce signal sont situées dans les zones dépolarisées des fibres musculaires.La détection du signal EMG nécessite l’utilisation des électrodes invasives ou non invasives placées à une certaine distance par rapport aux sources. L’appareil de lecture des signaux électriques provenant des muscles et des nerfs est alors appelé ‘électromyogramme, il permet notamment de faire l’analyse de la conduction nerveuse du corps humain et de la contraction musculaire. Pour un électromyogramme, le signal envoyé sera plus fort quand la contraction musculaire est faible.Ces analyses faites par l’électromyogramme sont essentielles pour des domaines tel que la fabrication des prothèses, les diagnostics biomécaniques, et même pouvoir réaliser des analyses de mouvements dans différents sports.La contraction musculaire dépend de la fréquence de l’influx nerveux, la mesure de ces phénomènes électriques est faite en microvolts (µv). [21]

Caractéristique du signal EMG :

L’amplitude du signal d’EMG est aléatoire (stochastique), cette amplitude peut être représentée par une fonction de distribution gaussienne, et peut croitre de 0 mV à 10mV crête à crête.Le signal utilise une énergie qui est limitée à une plage de fréquence entre 0 et 500 hertz, l’énergie dominante se trouve entre 50 et 150 hertz mais peut aller jusqu’à 1000Hz. Pour qu’un signal soit utilisable son énergie doit être au-dessus du niveau de bruit électrique.

Table des matières

Liste des figures
Liste des abréviations
Introduction générale
Chapitre I – Anatomie et physiologie musculaire
I.1 Introduction
I.2 Les types de muscles
I.3 Les propriétés des muscles
I.4 L’innervation musculaire
I.5 L’Unité Motrice (UM)
I.6 La contraction musculaire par le système nerveux
I.7 Phénomène électrique de la contraction musculaire
I.7.1 Potentiel d’action (PA)
I.7.2 Potentiel d’action d’une unité motrice (PAUM)
I.7.3 La propagation d’un potentiel d’action
I.7.4 Le potentiel de repos de la membrane
I.8 Electromyographie
I.8.1 Description du signal EMG
I.8.2 Caractéristique du signal EMG
I.9 Conclusion
Chapitre II – Les Capteurs
II.1 Introduction
II.2 Généralité sur le capteur
II.2.1 Définition
II.2.2 Classification
II.2.3 Type de sortie
II.2.4 Caractéristiques du capteur
II.2.5 Les conditionneurs des capteurs
II.2.6 Classification des conditionneurs
II.2.7 Principales grandeurs d’influence
II.2.8 Corps d’épreuve et Capteurs composites
II.2.9 Chaîne de mesure
II.2.10 Exemple de capteurs
II.3 Les électrodes
II.3.1 Définition
II.3.2 Différents types d’électrodes de détection
II.3.3 Placement des électrodes
II.3.4 Préparation de la peau
II.4 Conclusion
Chapitre III – Les filtres actifs
III.1 Introduction
III.2 Généralités sur les filtres actifs
III.2.1 Définition d’un filtre actif
III.2.2 Les caractéristiques d’un filtre actif
III.2.3 Les avantages de l’utilisation des filtres actifs
III.2.4 Les inconvénients de l’utilisation des filtres actifs
III.3 L’intérêt de l’utilisation des filtres actifs dans l’EMG
III.4 La structure des filtres actifs
III.4.1 Les filtres actifs du premier ordre
III.4.2 Les filtres actifs du second ordre
III.5 Conclusion
Chapitre IV – Simulations et résultats
IV.1 Généralités
IV.2 Structure d’un muscle
IV.3 Prélèvement des signaux
IV.4 Schéma de principe
IV.5 Essais, réglage
IV.6 Utilisation
IV.7 Amélioration possible
IV.8 Résultats de la simulation
IV.9 Conclusion
Conclusion générale
Bibliographie

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