Activation musculaire d’un complexe musculo-tendineux équivalent de 400 fibres inclinées

Après avoir validé le comportement actif d’une fibre musculaire, il est intéressant d’étudier le comportement actif d’un MTC équivalent, c’est-à-dire d’un paquet de 400 fibres musculaires inclinées, reliées entre elles par de la MEC. Le nombre de fibre dans ce MTC équivalent correspond au nombre approximatif de fibres présentent dans un MTC construit numériquement (Roux et al., 2016). Ainsi, il est possible d’observer uniquement le rôle de la MEC dans le comportement actif du MTC équivalent (Figure 118). Le comportement actif du MTC équivalent a mis en avant le rôle de la MEC. Une modification de ses propriétés mécaniques en compression a été réalisée pour favoriser la contraction musculaire en réduisant le glissement entre les éléments discrets de fibre musculaire (Figure 119). En effet, les liens de MEC étant dans toutes les directions, lorsque deux éléments discrets d’une même fibre se rapprochent lors de l’activation musculaire, ces liens de MEC autorisent leur rapprochement trop brutal à cause du glissement possible entre les fibres. En augmentant leur raideur en compression, ce phénomène est diminué. Les fibres musculaires peuvent ainsi se contracter sans toutefois se rapprocher trop brutalement l’une de l’autre et engendrer des problèmes numériques. Cependant, d’un point de vue numérique, seule la MEC dans l’axe longitudinal n’est pas modifiée car cette dernière entraine des problèmes d’ordre de grandeur aberrant pour la force. Effectivement, lors d’essais de traction, certains éléments de MEC se trouvent comprimés, notamment ceux de la MEC dans l’axe de traction. Ceci s’explique par le rapprochement des fibres et leur alignement avec l’axe de traction au cours de la traction. Une raideur trop importante pour ces liens augmenterait très significativement la raideur globale de la structure entière et fausseraient donc les résultats souhaités. Un comportement identique a été observé pour l’epimysium qui, en englobant le MTC, autorise le glissement des éléments discrets des fibres musculaires situées à la périphérie du MTC. Sur la Figure 119-B, (1) correspond au comportement en traction de la MEC, (2) correspond au comportement en compression de la MEC, autorisant la contraction des fibres musculaires, et (3) correspond au contact entre deux fibres musculaires modélisé par une raideur égale à celle des fibres (expliqué dans la partie II et dans Roux et al., 2016).

Pour établir une relation entre la force isométrique maximale d’une fibre et celle du MTC équivalent, une étude a été réalisée pour différentes structures, en fixant Fmax, fibre = 0,3 N. Un paquet de 400 fibres musculaires, en se contractant, fournit ainsi une force de 400 x 0,3 = 120 N. Nous nous sommes ensuite intéressés à la force maximale de contraction isométrique fournie par un pavé formé de 400 fibres musculaires alignées. La même simulation a été réalisée sur un pavé formé de 400 fibres musculaires inclinées de 20 ° de forme parallélépipédique et un de forme cylindrique afin d’évaluer la diminution de la force liée à l’inclinaison des fibres, à la forme de la structure mais surtout d’évaluer l’influence de la MEC dans le comportement en contraction du MTC (Figure 120). Le paramètre de force maximale isométrique (Fmax) peut ainsi être ajusté au vu de la valeur escomptée. Une relation peut donc être obtenue entre la force maximale isométrique de chaque fibre musculaire et la force de contraction maximale du MTC équivalent de 400 fibres. A travers l’étude précédente, une étude sur l’influence de la géométrie est également réalisée pour deux types géométries (parallélépipédique et cylindre), afin d’étudier l’influence de la géométrie du MTC équivalent sur les paramètres de l’activation musculaire et de se rapprocher de la forme du MTC entier étudié.  L’influence de l’angle de pennation sera également étudiée afin d’observer son rôle sur la force maximale de contraction isométrique pour les deux types de géométries (parallélépipédique et cylindre). Cette étude est effectuée sur le MTC équivalent, pour des angles de pennation variant de 0 ° (fibres dans l’axe longitudinal du MTC équivalent) à 55 ° (MTC équivalent fortement penné). Pour un angle de pennation donné, et une forme de MTC équivalent choisie (soit parallélépipédique soit cylindrique), une contraction isométrique est effectuée et la force maximale obtenue est notée puis comparée avec celle obtenue pour les autres angles de pennation. La réponse active du MTC équivalent de 400 fibres alignées est légèrement plus faible que celle de 400 fibres additionnées. Cependant, cette différence peut en partie être expliquée par la forme parallélépipédique de la structure. Les différences sont également dues au rôle de la MEC qui autorise le glissement des fibres musculaires entre elles. La modification de son comportement en compression a permis de diminuer ce phénomène, tout en conservant le comportement global de la MEC au sein du MTC. L’effet de la MEC lors de la contraction musculaire est connu et a été mis en avant par Sànchez et al., (2014). Dans leur étude sur l’influence de la géométrie du MTC (pavé ou cylindre) lors de simulations numériques 3D de l’activation musculaire, les auteurs justifient la différence de comportement entre les deux formes de MTC par les forces de cisaillement reprises par la MEC. Au cours de l’activation musculaire, la MEC a donc un rôle important concernant le mouvement des fibres contractées.