Les signaux physiologiques et électrophysiologiques

Composition du muscle :

L’unité de base du tissu musculaire squelettique est la fibre musculaire. Ces fibres s’apparentent à de longues formes cylindriques contenant noyaux, mitochondries, réticulum endoplasmique et myofibrilles. Les fibres sont disposées parallèlement. Elles mesurent de 10 à 100 μm de diamètre et peuvent atteindre 30 cm de longueur. Chaque fibre musculaire est située dans une membrane transparente fine appelée sarcolemme (Figure I.5). Les myofibrilles, occupant environ 80% du volume de la fibre musculaire, sont des éléments cylindriques, d’un diamètre de 1 à 2 μm. Chaque myofibrille présente une alternance régulière de bandes sombres (A, anisotropes) et de bandes claires (I, isotropes), dont la parfaite correspondance d’une myofibrille à l’autre donne au muscle sa striation transversale. Au milieu de chaque bande A, se trouve une bande plus claire : la zone H (Hensen). Au milieu de cette zone H, on note une strie plus sombre : la bande M. Au milieu de chaque band I, se trouve une bande plus sombre, la ligne Z. L’espace cylindrique délimité par deux lignes Z consécutives est appelé sarcomère : c’est l’unité anatomo-physiologique du muscle.

Etudiés au microscope électronique, les sarcomères présentent deux types de filaments : des filaments épais et des filaments fins. Les filaments épais, constitués par une protéine appelé myosine, sont situés au centre du sarcomère et correspondent à la bande A. Les filaments fins, composés d’une protéine appelée actine, sont attachés à chaque extrémité du sarcomère au niveau des lignes Z et disposés tout au long des bandes I. Des ponts reliant les filaments épais aux filaments fins, des ponts actine-myosine, sont responsables des changements de longueur du muscle pour développer la tension (Figure I.6). [9] Figure I.6 structure myofibrillaire. Un réseau de canules (réticulum sarcoplasmique) parcourt la fibre dans le sens de la longueur. Au-dessus de chaque jonction entre les bandes A et I, se trouve une autre structure tubulaire positionnée de façon transversale par rapport à l’axe de la fibre (tubule transverse), et au contact de laquelle le réticulum se transforme lui aussi en tube (Figure I.6). Ces structures contiennent le calcium qui joue un rôle d’inhibiteur au niveau de la contraction musculaire. Plusieurs couches de tissus conjonctifs séparent et protègent les composantes des muscles squelettiques. L’endomysium sépare chaque fibre musculaire, le périmysium organise de 10 à 100 fibres musculaires en faisceaux et l’épimysium est la couche extérieure qui enveloppe tout le muscle. Ces membranes fournissent des fibres collagènes aux tissus conjonctifs qui attachent le muscle à d’autres structures (muscle, os, tendons) (Figure I.7). [9] Figure I.7 comportement d’une fibre musculaire. Le muscle squelettique est composé d’environ 75% d’eau, 20% de protéine, 5% d’autres substances.

La biomécanique musculaire :

Le mécanisme de contraction musculaire peut simuler par une deux filaments adjacents (filament d’actine et filament de myosine), l’une glissé sur l’autre (théorie de filaments glissants), Ce glissement est le résultat de la formation de ponts d’union entre les têtes de myosine et certains sites des filaments d’actine, avec une réaction chimique (hydrolyse de l’adénosine triphosphate, ATP) qui libère l’énergie nécessaire à l’accrochage des têtes de myosine et, par-là même cette simulation est développée par Huxley et basée sur le modèle de Hanson et Huxley (Figure I.12). Figure I.12 le mécanisme de contraction et relaxation musculaire. Lorsqu’une tête de myosine s’attache à un filament d’actine, formant un pont d’actinemyosine, et bouge, les deux filaments glissent l’un sur l’autre. Les têtes de myosine et les ponts ainsi formés subissent un changement de configuration spatiale, dès l’instant où les têtes de myosine s’attachent sur les sites actifs des filaments d’actine. Le bras du pont ainsi établi et la tête de myosine exercent une attraction moléculaire très forte qui amène la tête de myosine à basculer vers le centre du sarcomère, entraînant ainsi le filament d’actine. Cette bascule est à l’origine de la génération de puissance par le muscle. [8][9] Après la bascule de la tête de myosine, celle-ci quitte le site actif, retourne à sa position originale et s’attache au site actif suivant sur le filament d’actine. Ces liaison successives et la puissance générée permettent le glissement des filaments l’un sur l’autre. La tension générée par le sarcomère est proportionnelle au taux de recouvrement des filaments fins et épais. La force générée est directement proportionnelle au nombre de ponts d’actine-myosine formés. Selon la force extérieure qui s’oppose à la tension ainsi générée, il y aura ou non raccourcissement du muscle. [8] [9].

Principe de l’électromyographie :

Le principe de l’électromyographie est d’utilise l’électricité naturelle (mise en forme par les techniques d’enregistrement) pour détecter les affections susceptibles d’en changer les caractéristiques. Là ou il ya faiblesse, raideur, ou fonte musculaire, on fait le pari que l’électricité dira notamment si ces troubles ont une origine nerveuse ou musculaire. L’histoire de ce qui a conduit à considérer que les myopathies et les neuropathies s’expriment par un signateure électrique musculaire propre. D’une certaine manière, cela commence comme une histoire de techniques, à vocation non pas médicale mais scientifique, celle de tout l’appareillage qu’il a fallu pour rendre possible l’enregistrement de l’activité musculaire, depuis les premièrs signes de l’existence aperçus par GALVANI, jusqu’aux enregistreurs graphiques de tracés EMG, en passant par les générations successives de galvanomètres et d’amplificateurs. La possibilité d’enregistrer les activités électriques musculaires, et les progrès réalisé dans leur compréhension sont liés d’une manière intime à l’amélioration des galvanomètres. Ceux qui permettent d’enregistrer pour la première fois la présence d’un courant électrique constant dans le muscle au repos (entre la surface de section du muscle et sa surface intacte, c’est-à-dire entre l’intérieur et l’extérieure des fibres), et d’autre part la production d’une activité électrique pendant la contraction un courant d’action qu’il faux distinguer du courant de repos. Les premières enregistrements de l’électricité développée par le fait de la contraction musculaire (1843, 1849, 1889), à laide d’électrodes de surface et d’un galvanomètre amélioré. Ce sont les débuts de SEMG (électromyographie de surface), et ce sont aussi les premiers signes électriques d’une activité volontaire. Ils montrent que les différents degrés d’effort se reflètent dans l’activité électrique du muscle : celle-ci augmente avec la force de contraction. [8]

Description d’une carte ARDUINO :

•L’alimentation : Ce circuit assure l’alimentation de l’ensemble des composants et des sorties suivant deux modes différents : lorsque la carte est connectée à un ordinateur via USB, c’est le port USB de l’ordinateur qui fournit l’énergie (5V) ; lorsqu’on branche une source d’énergie au connecteur de la carte (batterie, transformateur ou pile), le système peut fonctionner de manière autonome. Ce circuit inclut un régulateur de tension à 5V mais il doit être alimenté entre 6 et 20V. On conseille en général de l’alimenter plutôt entre 7 et 12V pour garder une marge en basse tension et éviter que le circuit ne chauffe trop (car le régulateur de tension disperse toute surtension en chaleur). Sur les premier modèles de cartes Arduino, un petit sélecteur permettait de choisir le mode mais depuis le modèle Duemilanve, le passage de l’un à l’autre mode est automatique. [8]

•Microcontrôleur : La carte Arduino repose sur un circuit intégré programmable (un mini ordinateur appelé également microcontrôleur), le type de ce circuit change d’une carte a une autre. La carte possède plusieurs entrées sorties qui permettent à l’utilisateur de brancher différents types d’éléments externes.

•Les entrés/ sorties : C’est par ces connexions que le microcontrôleur est relié au mode extérieur. Une carte Arduino standard est dotée de 6 entrées analogiques. 14entries/sorties numériques dont 6 peuvent assurer une sortie PWM. Les entrées analogiques lui permettent de mesurer une tension variable (entre 0 et 5V) qui peut provenir de capteurs ou d’interfaces divers (potentiomètre, etc.). Les entrées/sorties numériques reçoivent ou envoient des signaux «0» ou «1» traduits par 0 ou 5V. On décide du comportement de ces connecteurs en général dans l’initialisation du programme mais ils peuvent être aussi changé dans le corps du programme. [8]

•Interface USB/Série : Le chargement du programme dans la mémoire du microcontrôleur est fait de façon très simple par port USB (Figure III.3). En outre, des bibliothèques de fonctions « clé en main » sont également fournies pour l’exploitation d’entrées/sorties courantes : gestion des E/S, Gestion des convertisseurs ADC, générateur de signaux PWM, exploitation de bus, exploitation de servomoteur… etc.

Transmission sans fils: Un réseau sans fil (en anglais wireless network) est, comme son nom l’indique, un réseau dans lequel au moins deux terminaux (ordinateur portable, PDA, etc.) peuvent communiquer sans liaison filaire. Grâce aux réseaux sans fil, un utilisateur a la possibilité de rester connecté tout en se déplaçant dans un périmètre géographique plus ou moins étendu, c’est la raison pour laquelle on entend parfois parler de « mobilité ». Les réseaux sans fil sont basés sur une liaison utilisant des ondes radio-électriques (radio et infrarouges) en lieu et place des câbles habituels. Il existe plusieurs technologies se distinguant d’une part par la fréquence d’émission utilisée ainsi que le débit et la portée des transmissions. Les réseaux sans fil permettent de relier très facilement des équipements distants d’une dizaine de mètres à quelques kilomètres. De plus l’installation de tels réseaux ne demande pas de lourds aménagements des infrastructures existantes comme c’est le cas avec les réseaux filaires (creusement de tranchées pour acheminer les câbles, équipements des bâtiments en câblage, goulottes et connecteurs), ce qui a valu un développement rapide de ce type de technologies. En contre partie se pose le problème de la réglementation relative aux transmissions radio-électriques. En effet, les transmissions radio-électriques servent pour un grand nombre d’applications (militaires, scientifiques, amateurs, …), mais sont sensibles aux interférences, c’est la raison pour laquelle une réglementation est nécessaire dans chaque pays afin de définir les plages de fréquence et les puissances auxquelles il est possible d’émettre pour chaque catégorie d’utilisation.