Comparaison au niveau des muscles
Introduction, qu'est-ce qu'un muscle ?
Voici une courte vidéo introductive, elle résume bien de quoi est composé un muscle. Une longue partie sur la constitution des muscles aurait été inutile, ce n'est pas ce qui nous intéresse.
Dans cette vidéo, on voit bien que le muscle squelettique, c'est-à-dire rattaché au squelette et permettant le mouvement de ce dernier; est composé de faisceaux de fibres, constitués de cellules très longues, elles-mêmes constituées de myofibrilles.
Ci-dessous, un schéma expliquant de quoi est composée une fibre musculaire.
A droite, une partie d'une fibre musculaire, et cette même fibre est détaillée en bas à gauche.
On peut ainsi voir que chaque fibre est constituée de plusieurs noyaux , d'une membrane plasmique appelée sarcolemme, de cytoplasme appelé sarcoplasme. On note aussi la présence de mitochondries, leur utilité est expliquée plus loin.
Les myofibrilles sont également bien visibles, on ne voit pas cependant sur ce schéma qu'elles sont composées de filaments épais et de filaments fins.
Sur le schéma plus détaillé, on peut voir le reticulum sarcoplasmique, ou sarcoplasme, sa fonction étant de stocker le calcium puis de le libérer lors d'une stimulation nerveuse.
On retrouve bien tous les éléments présents sur le schéma de droite.
D’où provient l’énergie nécessaire à sa contraction ?
Le muscle humain ne peut produire de l’énergie qu’avec une seule molécule l’ATP (L’adénosine-5'-triphosphate) dont la formule brute est C10H16N5O13P3.
Les liaisons entre atomes de cette molécule sont très énergiques, mais se dénouent en présence d’un milieu aqueux.
Ci-dessous, les molécules d'Oxygène sont représentées en rouge, les molécules de Carbone en noir, les molécules de Phosphore en orange, les molécules d'Azote en bleu et enfin les molécules d'Hydrogène en blanc.
Le tissu musculaire ne trouve pas cette molécule dans son environnement proche. Il est donc obligé de la synthétiser.
Il a alors deux possibilités :
1) La respiration cellulaire est la première possibilité du tissu musculaire pour synthétiser cette molécule. Cette solution n’est possible qu’en présence d’oxygène en quantité suffisante. Elle s’effectue par dégradation du glucose (de formule brute : C6H3O6).
- Tout d’abord le glucose arrive dans la cellule musculaire, plus précisément dans son cytosol (phase aqueuse de la cellule sans les organites) et se décompose en plusieurs molécules de pyruvate (de formule brute : C3H3O3-) ainsi qu’en deux moles d’ATP. Cette phase est nommée glycolyse.
- Puis dans la mitochondrie, qui est un milieu aérobie (en présence d'oxygène O2), lors du cycle Krebs, les molécules de pyruvate, sont de nouveau décomposées et produisent du CO2, et deux moles d’ATP.
- Enfin, par une succession d’étapes, la molécule de glucose est entièrement consumée. Elle produit donc 32 moles d’ATP ainsi que de l’H2O (eau). Cette dernière étape s’appelle la chaine respiratoire.
La respiration cellulaire a fourni 36 moles d’ATP ainsi que de l’eau et du CO2.
Ce processus produit la réaction suivante qui libère 40% d'énergie et 60% de chaleur :
C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O ===> 6 CO2 + 12 H2O + 36 ATP
2) La seconde solution du tissu musculaire pour produire de l’énergie est la fermentation lactique. Cette solution a un avantage par rapport à la respiration cellulaire, car elle n’utilise pas d’oxygène.
Lors d’un sprint, les coureurs n’ont pas le temps d’approvisionner leurs muscles en oxygène à temps car ils produisent un effort très bref (moins de 10 secondes pour Usan Bolt, environ 11 secondes pour Oscar Pistorius). C’est donc cette solution qui est utilisée par les muscles des sprinteurs.
Il s’agit de la dégradation incomplète du glucose dans le cytoplasme des cellules, qui est un milieu anaérobie (manque ou pas d'oxygène O2).
Cette dégradation incomplète produit 2 moles d'ATP (énergie), et produit du CO2 ainsi que de l’acide lactique, responsable des crampes chez les coureurs. Voici l’équation de cette réaction chimique :
C6 H12 O6 ====> C3H5O3-
En terme d’énergie libérée, cette réaction est nettement inférieure à la respiration cellulaire, car elle ne libère que 2% d’énergie pour 98% de chaleur dégagée.
Hypothèses validées ou réfutées
Nous avons voulu énoncer les hypothèses en rapport avec les muscles, et essayer ensuite de les valider ou de les réfuter, en utilisant nos expériences et nos déductions ou en citant un rapport d'étude annexe.
Voici donc les hypothèses qui nous ont paru les plus évidentes.
« Oscar Pistorius dépense moins d'énergie grâce à ses prothèses, il n'a pas de mollet à contracter, et cela lui procurerait un avantage. »
Même si il n'a pas de mollet, il doit compenser avec d'autres muscles. En effet, pour pousser sur ses lames afin de le propulser en avant, il doit contracter ses fessiers.
Cependant, il est impossible de savoir si l'energie utilisée pour contracter les fessiers est inferieur à celle pour contracter les muscles de la jambe.
Afin de répondre à cette problèmatique, des chercheurs d'une étude indépendante ont effectué une experience :
Oscar Pistorius et 4 autres athlètes valides ont réalisé un test d'effort progressif avec 5-7 minutes de course et 3-5 minutes de repos sur un tapis roulant jusqu'à la fatigue. (Les échanges gazeux étaient mesurés tout au long du test, afin de mesurer la VMA des coureurs)
Selon les resultats, « la dépense énergétique d'Oscar Pistorius est plus faible de 17% en comparaison à celle d'athlètes spécialistes du 400m ».
Cependant, « l'athlète handicapé possède une VMA similaire à celle des athlètes valides ». Il est également important de noter que des athlètes valides de très haut niveau ont des dépenses énergétiques inférieures à celle de Pistorius. Les chercheurs ont aussi remarqué qu'un athlète marathonien amputé des deux jambes possède une dépense énergétique supérieure de 19% à celle de Pistorius, cela ne viendrait donc pas des prothèses.
Sur la base d'un seul cas, il est donc très difficile de conclure définitivement sur le bénéfice ou non des prothèses au niveau de la dépense énergétique.
« Puisque les prothèses ne fatiguent pas, Oscar Pistorius serait capable de garder un pourcentage plus élevé de sa vitesse maximale de sprint sur des durées d'effort plus longues. »
Il est vrai que nous avons remarqué, avec Avimeca, que Pistorius accélere tout au long de sa course, et a l'air de moins se fatiguer sur la fin par rapport à un athlète normal. Logiquement, on pourrait supposer que cette hypothèse est vraie.
Durant la même étude que précédement, les athlètes ont réalisé des sprints sur tapis roulant sur des durées de 3s à 300s. L'objectif de ce test étant de trouver la vitesse maximale que l'athlète peut soutenir sur chaque intervalle de temps et donc de pouvoir comparer l'endurance de sprint d'Oscar Pistorius à celle d'athlètes valides.
Selon l'étude : « Les résultats indiquent qu'il n'existe aucune différence entre Oscar Pistorius et les athlètes valides au niveau de l'endurance de sprint. Les vitesses maximales des sprints diminuent en fonction de la durée de la même manière que pour les ahtlètes valides. »
Ils ajoutent aussi : « Cela montre aussi que sans les phases de départ et d'accélération, lors des phases de vitesse constante, la capacité à maintenir une vitesse est la même pour Oscar Pistorius que pour des athlètes valides. »
Dans ce cas, notre étude Avimeca est-elle fausse ? Nous pouvons affirmer que non, car l'étude précise aussi que :
« Les départs plus lents d'Oscar Pistorius dus à ses prothèses permettent peut-être d'expliquer les fins de course plus rapide. »
Nous pouvons donc réfuter cette hypothèse. En effet, le fait qu'il ne ralentisse pas lors de la course est dû au fait qu'il démarre plus lentement (l'explication à ce phénomène se trouve dans la partie avec les forces), mais il présente une fatigue égale à un athlète valide, il ne serait donc pas avantagé de ce point de vue.