ESTIMATION DE LA RÉPONSE CONTRACTILE DES MUSCLES SQUELETTIQUES À L’ECHELLE DU SARCOMÈRE PAR ACQUISITION ET ANALYSE NUMÉRIQUES D’IMAGES

Mohammad D. HAJJAR

L'objectif du présent travail est d'enregistrer et de mesurer les variations de longueur des sarcomères associées à la contraction (de durée 100‑150 ms) de la fibre musculaire squelettique striée de type rapide. Ainsi, un système numérique de vidéomicroscopie rapide permettant l'acquisition, le traitement et l'analyse oppropriés des images optiques, a été développé.

La fibre musculaire squelettique est caractérisée par I'alternance régulière et périodique de bandes claires I et sombres A. Un sarcomère est la région délimitée par deux lignes Z consécutives qui partagent les bandes I. Le sarcomère constitue la plus petite unité contractile de la fibre musculaire squelettique. Lorsque le muscle se contracte, les sarcomères se raccourcissent, puis reviennent progressivement à leurs longueurs initiales lors de la phase de relaxation.

A la suite d'une stimulation électrique, une séquence de plusieurs images (512 x 128 pixels) de la fibre musculaire est acquise à grande vitesse (220 Hz, 440 Hz, ...). Ces images sont numérisées en temps réel sur 8 bits et enregistrées directement par l'ordinateur en utilisant les transferts mémoire à accès direct et à mémoire partagée, et l'acquisition par décalage.

Les images enregistrées présentent un flou dû surtout aux mouvements rapides de la fibre musculaire. Une série de traitements numériques est donc appliquée dans les domaines spatial et fréquenciel. Les images des striations sont fortement améliorées, sans perte d'information, grâce aux filtres pseudo‑inverse et linéaire généralisé. Ceci permet d'estimer avec une meilleure précision la longueur des sarcomères.

Chaque image de la séquence est automatiquement analysée, les régions contenant les striations sont identifiées et la longueur des sarcomères est mesurée avec une précision de0.2 %. Ceci permet de reconstruire la contraction à l'échelle du sarcomère.

Simultanément, la tension globale développée par la fibre musculaire squelettique est enregistrée analysée et comparée avec la contraction se déroulant à l'échelle du sarcomère.

Les résultats obtenus en utilisant ce système, montrent que les longueurs des sarcomères sont variables selon les différentes zones le long de la fibre musculaire au repos et lors de la contraction. Les sarcomères de la zone centrale de la fibre musculaire se raccourcissent alors que dans les autres zones ils s'allongent. La variation de la longueur des sarcomères dans la zone centrale de la fibre musculaire est représentative de la variation de la tension globale et seule une étude dans cette zone permet d'établir des relations entre l'unité élémentaire et la fibre entière.

En conclusion, ce système représente un outil maniable et non invasif pour l'étude des propriétés mécaniques des cellules musculaires cardiaques et squelettiques normales et pathologiques dans différentes conditions expérimentales et pharmacologiques. II peut être utilisé ou adapté pour d'autres applications biologiques.