MECANIQUE MUSCULAIRE

Quand deux os sont réunis par une articulation et qu'un muscle va de l'un à l'autre, il peut se présenter deux cas : ou bien le muscle est rectiligne ou bien il est réfléchi.

Dans le premier cas, si le muscle est rectiligne, le muscle, en se contractant, tendra à rapprocher ses deux points d'insertion et la résultante du raccourcissement de toutes ses fibres pourra être représentée par une ligne idéale qui figurera graphiquement le muscle lui-même et sa direction. Les os peuvent aussi être représentés par des hgnes idéales figurant l'axe de l'os. Le muscle, en se contractant, exerce une traction égale sur ses deux points d'insertion, et tend à les déplacer l'un vers fautre d'tine quantité égale ; mais les obstacles qui s'opposent à ce déplacement peuvent ditTérer à chacun des deux points d'insertion, de façon que l'un d'eux peut se déplacer seulement d'une quantité très-faible ou même rester immobile; de là la distinction des insertions d'un muscle en insertion fixe et insertion mobile; mais ces mots n'ont en réalité qu'une valeur toute relative; l'insertion fixe pourra dans, certaines circonstances devenir insertion mobile et vice versa; cependant pour la plupart des muscles, une des insertions joue le plus habituellement le rôle de point fixe, et c'est en général celle qui est la plus rapprochée de Taxe du tronc ou de la racine des membres.

Si le muscle est réfléchi, il pourra arriver deux cas: 1° ou bien le point de réflexion est mobile et les insertions sont fixes: alors ce point de réflexion se rapprochera d'une droite joignant les deux points d'insertion du muscle ; c'est de cette façon qu'agissent les muscles curvilignes à insertions fixes qui compriment les organes contenus dans une cavité; 2° ou bien le point de réflexion est fixe; alors chacune des insertions se rapproche du point de réflexion et nous rentrons dans le cas des muscles à direction rectiligne: ici du reste, comme ci-dessus, une des insertions du muscle peut être fixe, et l'autre se rapproche seule du point de réflexion; dans ce cas, le muscle peut, au point de vue physiologique, être considéré comme partant de son point de réflexion.

Fig. 85. — Positions d'un os mobile par rapport à un os fixe.

Si maintenant nous examinons les

[ différentes positions qu'un muscle en

état de contraction peut imprimer à

un os mobile par rapport à un os

fixe, nous trouverons les cas suivants

{fig. 85) : . , •;

1" Le muscle fait avec los mobile un angle aigu, MM'A {fig, 85, 1). Le muscle MM' tire le point mobile M' dans la direction M'M; il représente une force (ju'on peut décomposer en deux- composantes: T Tune MV/, parallèle à l'os mobile et se confondant avec son axe, tend à presser cet os r contre l'os fixe dans l'articulation A; cette partie de la force est donc complètement perdue pour le mouvement; 2" l'autre composante M'6 , perpendiculaire à l'os mobile, entraîne le point mobile M' dans la direction M'6 ; celle-là est seule utile. En comparant les deux ligures I et 1', on voit que plus l'angle intercepté par les deux os est obtus, plus il y a de force perdue, et qu'à mesure que cet angle se rapproche d'un angle droit, la quantité de force utilisée M'^ devient plus grande.

2" Le muscle fait avec l'os mobile un angle droit (11). Dans ce cas toute la force est utilisée, et le point mobile M' est tiré dans la direction même du muscle M'M; c'est ce (lu'on appelle le moment d'un muscle.

3° Le muscle fait avec l'os mobile un angle obtus AM'M (111). Nous retrouvons là encore lesv deux composantes comme dans le premier cas :

1° l'une M'a, lire le point mobile M' dans la direction M'a, et tend à écarter

Ot'

lU

542 PHYSIOLOGIE FO}sCTIO.\>ELLE.

l'os mobile de l'os fixe dans l'articulation A; c'est donc l'inverse de ce que nous avons vu précédemment; mais son effet est toujours perdu pour le mouvement de l'os; l'autre composante M'^ tire le point M' dans la direction M'6 et possède seule un effet utile. On comprend maintenant l'utilité des saillies articulaires sur lesquelles les tendons se réfléchissent; en augmentant l'angle d'incidence du muscle sur l'os mobile, elles favorisent d'autant l'action de la force motrice.

Il est facile de trouver avec cette construction, l'intensité de la force utilisée à chaque instant de la contraction quand on connaît la force du muscle. Il suffit en effet de donner à la ligne MM' la valeur de la force du mUscle et de construire le rectangle des forces comme dans les figures ci -jointes; on aura immédiatement la valeur des deux composantes M'« et Wb en comparant leur longueur à celle de la diagonale du rectangle M'M.

Il est important de remarquer que, suivant qu'un muscle sera au début ou à la fin de sa contraction, il y aura pression des surfaces articulaires les unes contre les autres ou tendance à l'écartement de ces surfaces. Beaucoup de muscles ne passent pas par les trois positions que nous avons étudiées, et cessent d'agir avant d'avoir atteint leur moment, c'est-à-dire le point où leur traction s'exerce perpendiculairement à l'os mobile. Quoi qu'il en soit, tous les mouvements imprimés à un os par la contraction d'un muscle, peuvent être ramenés à un des trois cas précédents.

Nous avons supposé un muscle tendu sur ilne seule articulation et allant d'un os à l'os contigu ; mais il y a des muscles tendus sur plusieurs articulations et dont les contractions peuvent par conséquent s'exercer sur plusieurs os à la fois. Ici le problème est plus complexe; on peut toujours, il est vrai, apprécier l'action d'un muscle sur une articulation donnée, en supposant toutes les autres fixes et les passer ainsi en revue les unes après les autres; mais on n'a pas là ce qui se passe en réalité, et ces mouvements, que nous supposons se faire successivement, se font simultanément et s6 modifient les uns les autres.

Dans tous ces mouvements, l'os mobile représente un levier dont le point d'appui est à l'articulation avec l'os fixe, la puissance au lieu d'insertion du muscle moteur, la résistance, en un point quelconque variable où vient s'apphquer la résultante des

STATION ET LOCOMOTION. 5i3

actions de la pesanteur et des obstacles au déplacement de l'os mobile (résistance des antagonistes, tension des parties molles, etc.), et suivant les positions respectives de ces trois points, l'os mobile représentera un levier du premier, du deuxième ou du troisième genre.

Dans le levier du premier' genre, le point d'appui se trouve entre la puissance et la résistance. C'est ce qui arrive, par exemple, dans l'équilibre de la tète sur la colonne vertébrale; le point d'appui correspond à l'articulation occipito-atloïdienne; la résistance se trouve en avant de l'articulation, sur une perpendiculaire abaissée du centre de gravité de la tête qui par son poids tend à s'incliner en avant; la puissance est eh arrière, au point d'insertion des muscles de la nuque. La colonne vertébrale, dans ses différentes pièces, le tronc sur le bassin, la jambe sur le pied représentent un levier du même genre. Le levier du premier genre peut être appelé le levier de la station. Il se présente exceptionnellement, chez l'homme, dans certains mouvements; ainsi dans le mouvement d'extension de l'avant-bras sur le bras, le point d'appui est à l'articulation du coude, la puissance derrière l'articulation à l'insertion du triceps, la résistance (poids de l'avant-bras) en avant de l'articulation.

Dans le levier du second genre, la résistance est entre la puissance et le point d'appui. Dans ce levier, le bras de levier ('j de la puissance est toujours plus long que le bras de levier de la résistance ; ce levier est très-avantageux au point de vue de la force puisque, les forces étant inversement proportionnelles à leurs bras de levier, il suffira d'une force médiocre pour vaincre une résistance considérable : mais il est désavantageux au point de vue de la vitesse, car les vitesses, ou les déplacements des points d'application des deux forces, sont proportionnelles à leurs bras de levier. Ainsi, si le bras de levier de la puissance = 10 et celui de la résistance = 1, il suflira d'une force égale à 1 kilogramme pour déplacer une résistance de 10 kilogrammes, mais le point d'application de la puissance se déplacera de 10 mètres pendant que celui de la résistance ne se déplacera que de l mètre. Le levier du second genre est donc le levier de la force. Il ne se présente que rarement dans la machine animale;

(') On appelle bras de levier la distance qui se'pare le point d'appui du point d'application de la force (puissance ou résistance).

5i4 PHYSIOLOGIE FO^*CTlO^^\ELLE.

cependant on le rencontre quelquefois, par exemple quand on se soulève sur la pointe des pieds; le point d'appui se trouve au point de contact des orteils avec le sol , la puissance à l'insertion du tendon d'Achille, la résistance est représentée par le poids du corps dont le point d'application se trouve à l'articulation tibiotarsienne. Le levier du second genre se rencontre dans la plupart des instruments de travail dont l'homme se sert , ainsi dans la brouette, dans le maniement du levier pour soulever une pierre, etc.

Dans le levier du troisième genre, la puissance est entre le point d'appui et la résistance. A l'inverse du précédent, le bras de levier de la résistance est toujours plus considérable que celui de la puissance, et s'il est avantageux au point de vue de la vitesse, il est désavantageux au point de vue de la force. Aussi le levier du troisième genre est-il le levier de la vitesse. C'est aussi celui qui est le plus employé dans les mouvements chez l'homme. Ainsi dans la flexion de l'avant-bras sur le bras, le l^oint d'appui est à l'articulation du coude, la puissance à l'insertion des fléchisseurs ibiceps et brachial antérieur), la résistance (poids de l'avant-bras) à la partie moyenne de l'avant-bras, et le même genre de levier se retrouve dans la plupart de nos mouvements.

L'n muscle n'agit jamais seul, tous les segments osseux dont se compose le squelette ayant une certaine mobihté les uns sur les autres ; pour qu'un muscle déplace par une de ses extrémités un os donné, il faut que l'autre extrémité soit immobile et que par suite l'os qui lui donne attache soit fixé par d'autres muscles, et ainsi de suite, de proche en proche jusqu'aux parties centrales du squelette: pour les mouvements peu énergiques, cette fixation, n'ayant pas besoin d'être absolue, s'opère soit par l'inlluence mécanique de la pesanteur, soit par des contractions tellement faibles qu'elles passent inaperçues et que tout se fait à notre insu; mais cette énergie paraît dans toute son intensité quand nous voulons exécuter un mouvement exigeant un très-grand déploiement de force musculaire ; alors tous les muscles entrent en contraction, et le squelette forme un tout rigide et inflexible qui donne un point d'appui sohde aux muscles spécialement chargés du mouvement à exécuter ; c'est ce qu'on voit, par exemple, dans l'effort.

STATIO-X ET LOCOMOTION. 6i5

Les mouvements produits par la contraction musculaire peuvent être envisagés de deux façons différentes: T on peut avoir égard aux mouvements d'un os i>olé sur un autre os. autrement dit, aux mouvements qui se passent dans une articulation ; 2° on peut avoir égard aux divers mouvements que peut produire un muscle donné, en le supposant agir isolément.

Les mouvements d'un os sur un autre sont en général le fait, non pas d'un seul, mais de plusieurs muscles dits congénères; c'est ainsi qu'on a pu créer des groupes de fléchisseurs, d'extenseurs, etc., qui agissent probablement tous à la fois dans un mouvement.

Les effets produits par la force musculaire sont très- variables; ce seront tantôt un mouvement imprimé à un corps en repos, tantôt un changement de forme d'un corps, tantôt des transformations ou des annihilations de mouvement, etc., mais quels qu'ils soient, ces effets peuvent toujours se réduire aune poussée ou à une traction et par suite s'évaluer en poids, ce qui permet leur comparaison avec toutes les autres actions mécaniques. Il sera donc facile de mesurer la force déployée par un muscle ou par un organisme.

Dans bien des cas, cette force peut se mesurer directement à l'aide d'appareils ou dynamomètres, dont le plus usité est le dynamomètre de Régnier. Il se compose d'un ressort élastique ovale dont les deux branches se rapprochent par la pression dans le sens de son petit axe ou par la traction dans la direction de son grand axe. Le degré de rapprochement des deux branches du ressort (degré correspondant à la force musculaire déployée) est indiqué par la déviation d'une aiguille sur une échelle divisée et dont les divisions correspondent à des poids déterminés. D'après (Juételet, le maximum de pression, pour un homme de moyenne taille, est de 70 kilogrammes; la force développée par la traction est à peu près du double.

Le travail, mécanique de l'homme s'évalue habituellement, comme celui des animaux et des machines, en kilogrammètres. Le kilogrammètre ou unité de travail est la quantité de travail nécessaire pour élever 1 kilogramme à 1 mètre de hauteur dans l'unité de temps (en une seconde). En effet, pour connaître l'effet utile d'un mouvement, il ne sulïit pas de connaître le travail produit, mais il faut savoir en combien de temps le travail a été

Beaums, PliYS. 35

accompli. Or, les observations pratiques ont montré qu'un ouvrier de force ordinaire peut fournir 7 kilogrammètres au moins par seconde; mais comme les muscles ne peuvent se contracter continuellement , et qu'un ouvrier ne peut guère dépasser utilement huit heures de travail par jour, on a pour 24 heures le chiffre de 2,3 kilogrammètres par seconde.

Le travail produit n'est pas le même pour les différentes espèces animales. Le tableau suivant donne pour l'homme et pour quelques animaux la quantité de kilogrammètres produits en huit heures de travail: la dernière colonne donne la quantité de travail par kilogramme d'animal et par seconde.

„, -, 1 o 1- Travail par seconde T, .j Travail de 8 heures * i -, „

Poids moyen. , -, .^ et parkiloçrramme

. ^ en kilogrammètres. en kilogrammètres.

Homme 70 kilogr. 316,800 0,157

Bœuf 2S0 — 1,382,400 0,172

Âne 168 — 864,000 0,178

Mulet 230 — 1,497,600 0,222

Cheval 280 — 2,102,400' 0,261

La quantité de travail produite varie naturehement suivant la façon dont la force musculaire est utilisée.

Cette quantité de travail est bien plus considérable, comparativement au poids du corps, chez de petits animaux, ainsi chez les insectes; Plateau, dans ses curieuses expériences sur ce sujet, a vu que certains insectes peuvent traîner 20 (abeille), 23 (hanneton) et jusqu'à 40 fois leur poids.