final - cours 9 - la locomotion Flashcards
Définir la locomotion.
L’action de se déplacer d’un point à l’autre.
Une action volontaire et controlée.
Que permettent les organes dédiées à la locomotion ?
Permettent aux animaux d’interagir avec leur environnement.
Pour générer / contrôler des forces qui résulteront en mouvement directionnel.
Décrire le contrôle de la locomotion.
- Majorité des animaux utilisent des muscles.
. pour générer la force nécessaire au déplacement - Chaque style de mouvement requiert des muscles spécifiques.
- La machinerie cellulaire affecte la cinématique de la contraction et de la relaxation.
ex : organisation des sarcomères, propriétés des protéines, organisation structurelle du muscle …
Décrire la locomotion chez les invertébrés terrestres.
Invertébrés terrestres
SAUF arthropodes :
- Rampent pour se déplacer
- Muscles simples qui travaillent avec le fluide de la cavité interne
= formation d’un squelette hydrostatique - Muscles striées
. myofibrilles organisées différement que celle des vertébrés.
Décrire la locomotion chez les vers.
- Majorité des vers utilisent des couches de muscles superposées.
- Nématodes
. deux couches dans des directions différentes
= fibres s’entrecroisent de différentes façons dans les différentes couches - Vers de terre
. 2 couches de muscles circulaires
. séparées par une couche de muscles longitudinaux
= tire sur les couches circulaires
(aminssicement du ver = allongement
+
contraction couche circulaire = serrer + vagues de contractions qui déplacent la masse corporelle)
Décrire la locomotion chez le calmar.
- Muscles de la paroi externe / du manteau sont superposés dans deux directions :
. fibres radiaires
. fibres circulaires - Contraction
= réduction de l’épaisseur + circonférence de la cavité corporelle (du manteau)
= jet propulsion
. sortie de l’eau par le siphon pour se propulser - Fibres sont utilisées en combinaison pour contrôler la force du jet d’eau
Vrai ou Faux ?
Le calmar est l’invertébré aquatique le plus rapide.
VRAI
Vrai ou Faux ?
L’importance des différents types de muscle a été principalement comprise grâce aux études sur les poissons.
Pourquoi ?
VRAI
Les poissons sont les seuls à avoir des types de fibres homogènement distribuées.
Décrire les différents types de fibres chez les poissons.
La façon plus «archaïque» de décrire les types de fibres au lieu du type de myosine.
- Muscles blancs :
. plus commun
. fibres glycolytiques à haute intensité
= nage par impulsion - Muscles rouges :
. réservés à une section précise
. fibres oxydatives lente
= nage constante - Majeur partie du corps
= fobres blanches avec fibres rouges au milieu - Peut y avoir des muscles roses.
Décrire l’organisation des muscles chez les poissons.
Les muscles s’organisent en couches parallèles de muscle blanc.
. chaque couche = myotome
- Myotomes
. séparés par une fine couche de tissu conjonctif
= myoseptum
. attachés par des tendons à la région postérieure
+ la peau
= liaison de tous les myotomes entre eux - Force de contraction
= mouvement du tronc + queue pour la propulsion
a. transmise au prochain myotome par le myoseptum
b. à la nageoire caudale par les tendons
c. à la peau - Les muscles rouges produisent une force transmise par la peau et les tendons
Vrai ou Faux ?
Les muscles des poissons bougent ensembles mais sont séparés.
Justifiez.
VRAI
Car tous les myotomes sont liées ensemble par la peau ou des tendons.
Comment les poissons fonctionnent bien à différentes vitesses de nage ?
Phénomène de recrutement.
. régulé par des neurones moteurs
- Basse vitesse :
. muscles rouges sont utilisés
(peuvent êtres utilisés plsu longtemps) - Vitesse augmente :
. augmentation du nombre de fibres rouges activées
. muscles rouges atteignent leur puissance maximale
(plus rapidement que les muscles blancs) - Haute vitesse - selon une limite intrinsèque :
. muscles blancs + rouges fonctionnent ensemble
. majeur contraction se fait par les fibres blanches
(force forte)
. muscles rouges se contractant
MAIS contribuent que très peu à la locomotion
Pourquoi les poisson n’utilisent pas continuellement les muscles blancs s’ils produisent une plus grande force ?
- Vitesses plus basses
. nager pendant des heures
. en utilisant que les muscles rouge - Vitesses plus élevées
. muscles blancs sont utilisés
= fatigue plus rapide
. production d’acide lactique qui cause l’acidose
Décrire la nage de la lamproie.
Nage en ‘S’
- Seulement un côté du corps est activé
. la région opposée ne l’est pas - Contractions de l’avant vers l’arrière
- Influx nerveux en alternance
. sont régis par des interneurones inhibiteurs ou excitateurs
= alternance des neurones moteurs - Nerfs le long de la colonne vertébrale envoient des influx en successions rapides
= vague de contraction - Contraction d’un côté est suivie par une contraction de l’autre
. peu importe la vitesse de nage
Décrire en ‘points’ la nage de la lamproie.
- Muscles point B se contractent
- Forme concave
- Propagation de la contraction de façon longitudinale
- Contraction transmise à C
- Puis à D
- Gradient de contraction qui permet le mouvement en S
- Contraction du point A
Que se passe-t-il chez les tétrapodes suite à la colonisation de la terre ?
- Mouvements requièrent :
. muscles plus complexes
. contrôle moteur plus complexe - Muscles se composent de :
. mosaïque de fibres différentes
Les muscles des tétrapodes sont homologues aux muscles des nageoires des poissons.
Vrai ou Faux ?
Malgré la grande diversité dans les utilisations de leurs muscles, l’organisation est similaire chez les amphibiens, reptiles, oiseaux et mammifères.
VRAI
De qui proviennent la majorité des connaissances initiales sur les muscles des tétropodes ?
Justifiez.
Des pattes arrières (molet) de la grenouille.
- Constituées d’un seul type cellulaire
(presque) - Recrutement de toutes les fibres lors d’une contraction maximales
(saut) - Stables pendant de longues périodes de temps
Qu’est ce qui permet aux muscles des tétrapodes d’effectuer une grande variété de mouvements ?
- Capacité de séparé un même muscle en différente unité motrice
- Faisant varier le nombre de myofibres
- Modifiant les propriétés contractiles
Vrai ou Faux ?
Avec un même muscle, la grenouille est capable de nager, marcher, faire des bonds/sauter
(en combinaison avec d’autres muscles).
VRAI
Expliquer le mouvement des membres des tétrapodes.
Donnez un exemple
Mouvements de façon cyclique
= arrangement cyclique
- Un membre est plié
= flexion - Ce membre est déplié
= extension - Flexions + extensions :
. induites suite aux contractions de deux muscles (ou plus)
. muscles aux fonctions opposées
= antagonistes - Exemple :
. biceps – triceps
. groupe extenseur de la jambe – groupe flexeur de la jambe
Définir un module locomoteur et donnez un exemple.
= tous les muscles qui fonctionnent ensemble pour permettre un type de mouvement
- Exemple :
- muscle de vol des oiseaux (équivalent aux muscles de l’avant-bras)
. regroupe plus de 45 muscles + plumes
Pourquoi le métabolisme énergétique des muscles ?
Il faut un grand apport d’énergie dans les muscles.
- L’activité musculaire nécessite beaucoup d’ATP :
. actinomyosin ATPase
= glissement des microfilaments
(ponts d’union)
. Na+/K+ ATPase
= établissement du gradient ionique du sarcolemme
. Ca2+ ATPase
= retour du Ca2+ dans le RS
Vrai ou Faux ?
Les phosphagènes peuvent suffir les muscles comme source énergétique.
FAUX
Les muscles utilisent les phosphagènes
MAIS cette source n’est pas suffisante sur le long terme.
- Production d’énergie
= métabolisme aérobique (mitochondries)
+ anaérobique (glycolyse)
Décrire le métabolisme énergétique au repos.
- Au repos + récupération :
. on a pas besoin de beaucoup d’énergie
. tous les muscles utilisent la phosphorylation oxydative
= production de 36 ATP
(vs 2 ATP par la glycolyse)
Décrire le métabolisme énergétique lors de sprint.
- Lors de sprint/contractions rapides :
. besoin immédiat d’énergie
. glycolyse est priorisée
= production rapide d’ATP
. V de production d’ATP par la mitochondrie est insuffisante;
MAIS petites réserves de la glycolyse
= elle ne peut être maintenue longtemps
Décrire le métabolisme énergétique lors d’exercices à haute intensité.
- Lors d’exercices à hautes intensités
(pas seulement à haute vitesse) :
. muscles ont un besoin constant en oxygène
. phosphorylation
- Lors d’activités intenses :
. l’oxygène peut ne pas être acheminé assez rapidement
+ épuisé rapidement
= muscles hypoxiques
. utilsier la glycolyse pour pallier ce manque
= production de lactate
Décrire les sources de carburants du métabolisme énergétique.
- Sources du carburant
. glycolyse est très limitée en forme de carburant
(glucose ou glycogène)
. mitochondrie peut oxyder glucides + lipides + acides aminés
= polyvalente
( + ou - selon les réserves)
. sources directes de la diète
OU des réserves intra / extra musculaires
Décrire la vitesse de mobilisation du métabolisme énergétique.
- Vitesse de mobilisation
- Muscles peuvent stocker des réserves énergétiques
= glucose + acides gras + glycérol + acides aminés - Réserves consommées rapidement
= il faut un apport externe rapide - Chaque réserve
. taux de mobilisation différent
. hydrolyse des réserves de glycogène
= rapide après le début d’une activité musculaire
(facil à mobiliser)
PUIS supplémenter l’activité métabolique des muscles avec la mobilisation des autres réserves
. cycle alternance glycolyse - phosphorylation selon la disponibilité
Quel deux caractéristiques ont un grand impact sur le fonctionnement du métabolisme énergétique des muscles ?
Expliquer
- Le nombre de mitochondries:
. types glycolytiques
= environ 2% de l’espace intracellulaire occupé par des mitochondries
(pas besoin de beaucoup de mitochondries pour fonctionner)
. types oxydatifs
= contiennent 3x jusqu’à 10x plus
(grand appport d’énergie aérobique)
ex : 50% de l’espace des cellules de muscle de vol des colibris + insectes est occupé par les mitochondries
- La densité des cristae - crète mitochondriale :
. plus de repliement de la membrane interne
= plus d’enzymes des voies oxydatives
= plus d’énergie
(chaîne de transport des électrons)
Que se passe-t-il durant une activité à haute intensité ?
- À haute intensité les muscles utilisent les réserves de glycogène pour utiliser la glycolyse:
- Production + accumulation de lactate
- Muscles se fatiguent rapidement :
. épuisement rapide des réserves
. débalancement ionique
. modification du pH - Suite à un exercice intense et soudain
. il faut rétablir les conditions initiales
Comment les muscles rétablissent les coniditons intiales après une activité à haute intensité ?
= se débarasser du lactate
. lactate utilisé pour reconstruire les réserves de glycogène
- Exporté le lactate vers d’autres tissus qui le traiteront :
- Coeur
= oxydation du lactate dans le sang en CO2
. formation d’un autre déchet à excrété + perte du lactate
= muscles doivent importer du glucose à partir du sang pour reconstruire les réserves de glycogène - Foie - Cycle de Cori
. transforme le lactate en glucose
. glucose relâché dans la circulation sanguine
. glucose retourne au muscles + est retransformé en glycogène
= lactate non ‘perdu’
Décrire l’EPOC.
Dette en oxygène suite à un grand effort = EPOC
. temps pour retourner à une consommation d’oxygène standard
- Oxygène est nécessaire pour :
. gradient ionique
. réserves de glycogène
. production d’ATP - Consommation d’O2 après uen activité à haute intensité est élevée
Vrai ou Faux ?
L’activité musculaire peut causer des dommages physiques aux muscles.
Justifiez.
VRAI
La réparation nécessite un apport énergétique.
Donnez et décrire les étapes d’un exemple d’activité prolongée.
Le colibri qui fait du ‘sur place’
. il doit voler et manger en même temps
= nécessitent de grandes transitions métaboliques
- Déplacement du calibri le matin
- Vole de fleur en fleur pour récolter le sucrose
- Sucrose utilisé pour :
. alimenter mitochondries
+ muscles de vols à grandes demandes énergétiques
(par les glucides) - Sucrose en trop est transformé en réserves
. glycogène + lipides - Oiseau ne vole plus
. utilise les réserves de lipides + glycogène - Plus tard le soir, l’oiseau ne peut plus se nourrir
. ne veut pas épuiser ces réserves - Rentre en état hypométabolique
= réduction des demandes énergétiques (des besoins)
+ T corporelle - Se révielle
- Oxydation des réserves de lipide
. alimenter les muscles des premiers vol
+ consommer le nectar - 1ère consommation
= métabolisme change et se reconcentre sur le glucose
Quelle est la force qui affecte le plus le mouvement, spécifiquement de quels animaux ?
La gravité
- Animaux moins efficaces :
. terrestres
= les plus impactés - Poissons
. densité approximativement égale à celle du milieu
= moins affectés
Vrai ou Faux ?
Les poissons ont une force pour contrer la gravité.
Justifiez.
VRAI
La flottabilité (buoyancy)
= capacité de flotter
. Affectée par la composition du corps
. Peut être affectée par la présence de vessie natatoire
Comment améliorer le ‘flottement’ ?
Densité eau = 1g/ml
. os on densité plus grande
. lipides on unedensité plus faible
. plus de lipides
= plus de flottement
. plus d’os
= plus de sinking
- Densité air = 0.00143
. très difficile de la contrer
Expliquer le mécanisme des fluides.
S’applique autant dans l’eau que dans l’air.
. très important pour les déplacements
- Objet en déplacement dans un fluide
= création de patrons complexes de courant - Animaux se déplacent dans les fluides en utilisant ces courants
. certains sont plus concentrés à libérer le chemin
. d’autres utilisent les courants pour les assister dans leurs déplacements
Que sont les deux différents types de courants après qu’une force s’applique à un objet ?
. nombres de reynolds
- Courant laminaire
= objet se déplace tranquillement
+ d’une forme respectant le sens du courant
. peu de resistance
. optimal - Courant turbulant
. augmentant la vitesse de déplacement de ce même objet
= attiendre une vitesse qui entraîne une plus grande interférence + courant moins ordonné
(vortex qui crée des zones de basses P ralentissants les individus)
. plus coûteux
Vrai ou Faux ?
Il peut y avoir une transition entre le courant laminaire et le courant turbulant.
VRAI
De quoi dépend la transition entre deux courants ?
Que caractérisent ces propriétés ?
- Propriétés du fluide
. viscosité
. densité - Objet en question
. taille
. forme
. dimension linéaaire de l’objet - Mouvement effectué
. vitesse
. direction - Caractérisent les nombres de Reynolds (Re) :
Re = VLρ/μ
Que permettent les nombres de Reynolds 6
- Drédire la facilité d’un objet à se déplacer dans un fluide
- V et L sont les facteurs les plus importants
Que faut-t-il faire pour se déplacer dans un fluide ?
. nombres de reynolds
Limiter la force de trainée
. force ralenti un objet quand il se déplace contre un fluide
. plus petit
= plus petite force de trainée totale
- Trainée de friction :
= interaction entre surface de l’objet + fluide
(frotte sur la paroi du fluide)
. dépend de l’aire de surface
+ viscosité du fluide - Trainée de pression :
= force pour rediriger un fluide alentour d’un objet
. dépend de la densité
+ forme du fluide
Définir le ‘fusilement’.
- Fuseler un objet
= plus petite force de trainée de friction
MAIS augementation de masse - Il faut considérer ce qui est coûteux, limitant dans notre environnement
. pour savoir si on fuisile ou non
ex:
- Balaine plus vite
MAIS augemente air de surface + masse
= friction a moins d’effet que pression
= plus efficace pour elle si elle fusille - Bacterie n’a pas de capacité de déplacer le mouvement
= pas capable de contrer les courants même si elle fusille
Lorsqu’un objet se déplace…
…il doit rediriger le fluide
Vrai ou Faux ?
Les déplacements du fluide causent des limites, mais peuvent aussi être utilisés pour avantager les déplacements de l’objet.
Justifier.
VRAI
Les profils aérodynamiques - hydrodynamiques des ailes/nageoires permettent l’utilisation des courants pour créer des forces ascendantes supplémentaires.
Oiseaux + poissons
Citez les caractéristiques du vrai vol.
- Peu d’énergie nécessaires
- Animal utilise ses ailes pour décoller et rester dans les airs
- Inclut battements d’aile + moment de planage
- Déplacements des ailes
= contrôle de l’altitude et de la vitesse
. aussi grâce à des épisodes d’envolée
(utilisation des mouvements d’air pour produire une force ascendante) - Peut aussi utiliser des courants thermiques
(plus froid en bas + plus chaud en haut, monter sans trop d’énergie)
Citez les caractéristiques du planage.
- Utilisation de structures stationnaires pour modifier le mouvement du fluide
- Animal ne peut se maintenir dans les airs sur de longues périodes de temps
- Beaucoup moins demandant + coûteux
. demande de spécialisation morphologique + physiologique moins grande - Production d’une force ascendante possible
MAIS pas suffisamment grande pour conserver de l’altitude
Comment se déplacent les animaux dans l’eau et dans l’air ?
Utilisent leurs membres pour produire une force de pousée pour avancer
- Force de pousée contre la force de trainée
- Création de la force
= formation de tourbillions permettant une propulsion vers l’avant
Expliquer la différence entre la force de pousée des oiseaux et des poissons.
- Oiseaux
. ailes générent la force ascendante + de poussée - Poissons
. flottabilité
= pas besoin de la force ascendante - Groupe d’oiseaux :
. volent en triangles
. réduisent la force de trainée des oiseaux derrières - PP tête plus énergetique pour se déplacer
MAIS plus facil pour arrière - Groupes de poissons :
. troubillions dans des sens qui bénéficient la nage des autres poissons
= aident à leur propulsion
Dites de quels forces les animaux on besoin pour contrer une autre.
force ascendante / de flottasion
CONTRER
la gravité
Force de pousée
CONTRER
force de trainée
Comment les animaux terrestres résistent à la force qui les affectent le plus ?
- Gravité
= force qui affectent le plus les animaux terrestres - Amphibiens + reptiles :
. généralement couchés au sol
. rester le plus proche possible au sol
= diminuer l’effet de la gravité - Oiseaux + mammifères
. utilisent les muscles de leurs membres pour se soulever
De quoi on besoin les oiseaux et mammifères pour résister à la gravité ?
Utilisent les muscles de leurs membres pour se soulever
- Investissements anatomiques
+ physiologiques - Os plus épais
- Musculature plus complexe
+ développée - Muscles pour maintenir la posture constamment en demande
= apport d’énergie contant
Décrire les caractéristiques des animaux sauteurs.
- Bons sauteurs :
. caractérisés par la géométrie de leurs jambes + force de leurs muscles
. jambe plus longue = arc de saut plus grand
(p.r. à la composition corporelle) - Pour sauter plus haut :
. jambes plus longues
= os peuvent faire un plus grand arc de saut
. muscles qui se contractent rapidement
= plus grande vitesse (véolicité) au départ
= saut plus loin
Vrai ou Faux ?
Les animaux avec des géométries similaires mais de taille différente devrait sauter à la même hauteur.
(en fonction du centre de gravité)
VRAI
Pourquoi la locomotion est une activité coûteuse et comment exprimer les coûts ?
. énergie du mouvement
- Coûts pour :
. construire les tissus locomoteurs
(muscles, os, tendons, …)
. de maintenance
. d’utilisation - Exprimer les coûts en :
. joules/calories
ET - OU
. utilisation d’ATP
(souvent exprimé sous forme de consommation d’oxygène)
ET - OU
. coûts de transport
Décrire les coûts de transport.
. énergie du mouvement
COT
- Mesuré comme étant la consommation d’oxygène nécessaire pour parcourir une certaine distance
. coût nécessaire pour se déplacer à une vitesse spécifique
. à quelle vitesse a-t-on le niveau d’O2 consommé le plus avantageux
- Calcul :
COT
= consommation d’oxygène (taux métabolique) / vitesse
= mL of O2/min
Pourquoi le COT peut-être désavantageux ?
. énergie du mouvement
- Animaux plus gros
= plus de consommation d’énergie pour bouger - Chercheurs exprime les mesures de consommation en considérant la taille
. pratique
MAIS
. insinue que les coûts sont seulement associés aux muscles
= plus difficile de lier le COT aux coûts de la locomotion sur les systèmes circulatoires + respiratoires
Qu’arrive-t-il quand les coûts sont trops grand ?
Les animaux se déplacent à une vitesse préférentielle
= Upref
- Généralement proche de la vitesse ou le COT est minimal
. vitesse ou le COT est minimal
= Uopt
. optimale car moins coûteuse
Comment les animaux se déplacent sur un gradient de vitesse ?
Utilisent plusieurs allures et démarches
. permet de faire varier la vitesse + coûts de la locomotion
- Attiendre la limite de recrutement des muscles :
. animal change de démarche
. recrute un ensemble de muscles différents
= changement au niveau de la coordination des membres
Vrai ou Faux ?
La vitesse optimale est à peu près équivalenye n’importe l’allulre.
Justifiez.
VRAI
Courrir
= consommer plus rapidement les ressources
= arriver plus rapidement
Marcher
= consommer moins rapidement les ressources
= arriver moins rapidement
MAIS dans les deux cas les mêmes ressources sont consommées.
Donnez un exemple de comment les animaux se déplacent sur un gradient de vitesse.
- Chevaux
. marchent
= synchro jambes droites + gauches
. trottent
= synchro en diagonale
. galoppent
= synchro pattes arrières
Vrai ou Faux ?
Les coûts ne sont pas les mêmes si on compare les animaux qui volent, nagent ou courent .
Jusitifiez.
VRAI
- Les coûts sont plus bas pour les nageurs et plus haut pour les coureurs.
- Ils diffèrent au niveau de leurs coûts selon leur masse.
- Pour parcourir 1 km il faut :
. 100 kcal
pour un poisson de 1 kg
. 300 kcal
pour un oiseau de 1 kg
. 1000 kcal
pour un mammifère de 1 kg
Vrai ou Faux ?
Dans les airs, la force ascendante réduit les coûts associés à la gravité.
VRAI
VOIR SLIDE 46
Vrai ou Faux ?
Dans l’eau, la gravité n’a presque plus d’action surtout chez les espèces ‘neutral buoyancy’.
VRAI
VOIR SLIDE 46
Comment évoluent les coûts en milieu terrestre VS dans les airs VS dans l’eau ?
- Sur la terre :
. coûts ont augmentent linéairement lorsqu’ils ont une seule démarche possible
(majorité des animaux terrestres) - Dans l’air :
. coûts évoluent en ‘U’
. haute vitesse
= oiseaux dépensent plus d’énergie pour produire la force ascendante nécessaire - Dans l’eau
. coûts évoluent sous une régression puissance
. plus un poisson avance rapidement
= plus la force de trainée est grande
= plus les coûts sont grands pour maintenir cette vitesse
SLIDE 48
SLIDE 48
