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Le neurone moteur (motoneurone) et toutes les fibres musculaires innervées forment ce qu'on appelle une unité motrice (UM). Le nombre de fibres musculaires innervées par un motoneurone varie entre 5 (pour les muscles oculaires externes) et 1 000 ou plus (muscles temporaux). Les fibres musculaires d'une seule unité motrice peuvent être réparties sur tout l'ensemble du muscle. Pour les innerver, un motoneurone se scinde en de nombreuses collatérales.

On peut distinguer deux types d'unités motrices : les unités motrices à contraction rapide et les unités motrices à contraction lente. Pour savoir si l'on a affaire à une unité motrice du premier ou du deuxième type, on observe l'origine de son motoneurone, et l'on analyse les qualités de ce neurone (notamment pour ce qui concerne la fréquence des impulsions). Les UM à contraction lente sont plus sensibles au manque d'O₂ mais elles ont un métabolisme oxydatif plus intense , possèdent plus de capillaires et de myoglobine (fixateur de l'oxygène) et sont moins fatigables que les UM à contraction rapide. Dans les muscles « blancs », ce sont les unités motrices à contraction rapide qui sont les plus nombreuses (par exemple dans le muscle gastrocnémien) ;

elles permettent les mouvements rapides (marche, course). Les muscles « rouges » sont surtout formés d'UM lentes; ces unités sont spécialisées dans les exercices de longue durée (station debout : muscles posturaux). Chez l'homme existe également une forme intermédiaire d'unité motrice (UM rouge rapide).

L'augmentation graduelle de la force musculaire résulte d'un recrutement plus ou moins important d'unités motrices (recrutement différentiel). Le nombre d'unités motrices recrutées est fonction de la nature ou du type de mouvement ; il en est de même pour le choix des UM qui se fera entre les UM rapides et les UM lentes (on entend par type de mouvement : mouvement à contraction douce ou violente, intermittente ou durable, activité réflexe ou effort volontaire. etc.). De plus, la force développée par chaque unité motrice peut s'élever par augmentation de la fréquence d'impulsion de la fibre nerveuse (les muscles squelettiques sont tétanisables).