Comment a-t-on découvert que le sang tourne en boucle dans le corps ?
― Tout s'est joué sur une simple multiplication, sur papier
Que le sang circule dans tout le corps, on l'apprend aujourd'hui à l'école primaire. Pourtant, cette découverte ne remonte qu'à 400 ans. Et la preuve décisive n'est venue ni d'une nouvelle dissection, ni d'un microscope. Une simple multiplication sur le volume pompé par le cœur a suffi à renverser une théorie vieille de 1400 ans.
Posez doucement les doigts de votre autre main sur l'intérieur de votre poignet. Vous sentez un battement régulier, toc, toc.
Ce battement continue même quand vous dormez. Environ 100 000 fois par jour.
Alors, où va ce sang une fois envoyé ? Autrefois, on pensait qu'il était entièrement consommé aux quatre coins du corps, puis qu'il disparaissait.
Une erreur qu'on a crue vraie pendant 1400 ans
Le médecin de la Rome antique Galien expliquait que le sang était fabriqué dans le foie, puis consommé comme nourriture à l'extrémité du corps, où il disparaissait. Un aller simple, sans retour. Cette explication est restée le fondement de la médecine européenne pendant 1400 ans.
C'est le médecin anglais William Harvey qui a renversé cette théorie. Dans un mince ouvrage publié en 1628, il a démontré deux choses.
En multipliant le volume pompé par le cœur, on obtient, en une heure, plusieurs dizaines de fois le volume total de sang du corps. Le foie ne peut pas fabriquer une telle quantité chaque heure.
À l'intérieur des vaisseaux du bras se trouvent de petites portes qui ne s'ouvrent que dans le sens du cœur. Si le sang ne faisait qu'avancer sans retour, ces portes n'auraient aucun sens.
En combinant ces deux faits, une seule réponse s'impose. Le sang ne disparaît pas : c'est le même sang qui tourne en boucle et revient.
Raison n°1 : un volume bien trop grand a donné la réponse
À chaque battement, le cœur expulserait environ 70 millilitres de sang. Soit à peu près la moitié d'un petit gobelet en carton. Et ce battement se répète environ 70 fois par minute.
En multipliant, on obtient environ 4,9 litres par minute. Soit 294 litres en une heure. Or, tout le sang contenu dans le corps ne représente qu'environ 5 litres au total. Regardez la figure 1. Si l'on compte le volume d'une heure en seaux de 5 litres, cela fait 59 seaux.
Il est difficilement concevable de fabriquer une telle quantité de sang chaque heure, pour la détruire aussitôt après. Harvey a présenté ce calcul dans son ouvrage et en a conclu : « donc, le sang circule ». Il n'a utilisé aucun instrument particulier.
Raison n°2 : des portes à sens unique dans le bras
Harvey a montré une seconde expérience, à la portée de tous. En serrant légèrement le bras pour faire ressortir les vaisseaux, on les caresse du doigt en s'éloignant du cœur. Le vaisseau s'aplatit alors, et le sang n'y revient pas.
Mais si l'on caresse ce même vaisseau en direction du cœur, le sang avance sans résistance. C'est parce que de petites portes, alignées à l'intérieur du vaisseau, ne s'ouvrent que dans un seul sens. On les appelle aujourd'hui les valvules veineuses. La figure 2 en montre le mécanisme.
Ces portes sont toutes orientées vers le cœur. Si le sang ne faisait que disparaître à l'extrémité du corps, il n'y aurait aucune raison d'aligner des portes sur le chemin du retour. La structure elle-même indiquait le sens de circulation du sang.
Les fins vaisseaux reliant le chemin aller au chemin retour étaient invisibles avec les instruments de l'époque. Harvey a écrit qu'il devait forcément en exister, sans pouvoir les voir, et a poursuivi sur cette base. On considère que les capillaires n'ont réellement été observés que 4 ans après sa mort.
En résumé
Ce qui a démontré que le sang circule, ce n'est pas une nouvelle observation, mais une estimation de quantité que n'importe qui peut vérifier. En comptant, les chiffres ne concordaient pas avec un aller simple.
Un décompte qui ne colle pas
vaut plus que n'importe quelle autorité.
Sur la façon dont le sang des jambes remonte jusqu'au cœur, voir Pourquoi les jambes gonflent-elles quand on reste debout longtemps ?. Sur le mécanisme qui fait battre le cœur tout seul, voir Pourquoi le cœur peut-il continuer à battre tout seul ?.
- Laissez pendre le dos de la main ou l'avant-bras, puis ouvrez et fermez légèrement le poing pour faire ressortir les veines bleues. Pas besoin de serrer le bras.
- Appuyez légèrement sur un point d'une veine saillante avec le bout d'un doigt, et de l'autre main, caressez lentement en direction du coude (vers le cœur). Le segment caressé devient plus pâle.
- Si vous gardez le doigt en place, le sang ne revient pas tout de suite dans ce segment. Retirez le doigt : le sang remonte aussitôt depuis le côté de la main.
Ne pas appuyer fort ni comprimer longtemps. Les veines sont plus visibles chez les personnes à peau fine, et moins visibles quand on a froid. En comptant les pulsations pendant 15 secondes sur l'intérieur du poignet et en multipliant par 4, vous obtenez aussi votre fréquence cardiaque par minute.
Pour aller plus loin ― termes, formules et liens avec les manuels scolairesDu collège jusqu'aux matières spécialisées de l'université, le niveau de chaque partie est indiqué
- CollègeContenu du programme de sciences au collège
- LycéeContenu du programme de « biologie et physique fondamentales » au lycée
- Lycée+Contenu approfondi du lycée, ou traité en encadré dans les manuels
- UniversitéContenu non vu au lycée, relevant de matières universitaires spécialisées (mécanique des fluides, physiologie)
- RechercheContenu non encore établi comme « acquis » même à l'université, sur lequel les chercheurs travaillent actuellement
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Volume d'éjection systolique : volume de sang expulsé par le cœur à chaque battement. Environ 70 millilitres chez l'adulte au repos.
- Débit cardiaque : volume de sang envoyé par le cœur en une minute. Il se calcule en multipliant le volume d'éjection systolique par la fréquence cardiaque.
- Valvule veineuse : fine membrane à l'intérieur des veines, qui ne s'ouvre que dans un sens. Elle empêche le sang de refluer.
- Circulation systémique et circulation pulmonaire : le chemin qui parcourt tout le corps, et celui qui parcourt les poumons. Le sang traverse ces deux boucles à la suite.
CollègeLycéeVérification par le calcul : combien de fois le volume pompé en 1 heure dépasse-t-il le sang du corps ?
Reprenons, avec des valeurs actuelles, la même estimation que Harvey avait faite dans son ouvrage.
| En symboles | Q = V × f |
| En mots | Volume envoyé par minute = volume expulsé à chaque battement × fréquence cardiaque par minute |
| D'où vient cette formule | Elle découle de la conservation du volume. La pompe répète, un certain nombre de fois, le volume qu'elle expulse à chaque coup ; tant que le sang ne disparaît ni n'apparaît en cours de route, cette relation est vraie. |
| Volume d'éjection systolique (symbole V, en millilitres) | Environ 70 millilitres (adulte au repos) |
| Fréquence cardiaque par minute (symbole f, en battements par minute) | Environ 70 battements (adulte au repos) |
| Volume de sang total du corps (en litres) | Environ 5 litres (environ un treizième du poids corporel) |
| Volume envoyé par minute (millilitres) | 70 × 70 = 4900 |
| Conversion en litres | 4900 ÷ 1000 = 4,9 |
| Volume envoyé en 1 heure (litres) | 4,9 × 60 = 294 |
| Combien de fois le sang du corps | 294 ÷ 5 = 58,8 |
Le calcul donne environ 59 fois le volume de sang du corps envoyé en une heure. Sur une journée, cela ferait environ 7000 litres, soit plus de 30 baignoires. Fabriquer puis jeter une telle quantité chaque jour n'a, de toute évidence, aucun sens.
LycéeLycée+De quoi dépend la pression artérielle ?
LycéeLa circulation sanguine peut se comprendre sur le même schéma qu'un courant électrique. Il existe une différence de pression qui pousse le flux, une résistance qui s'y oppose, et le volume qui en résulte.
Lycée+Formellement : différence de pression artérielle moyenne = débit cardiaque × résistance vasculaire périphérique totale. Quand les vaisseaux se resserrent, la résistance augmente, et il faut une pression plus élevée pour faire passer le même volume. La plupart des médicaments contre l'hypertension agissent sur un des termes de cette équation.
UniversitéLa résistance à l'écoulement dans un tube fin
Pour un liquide visqueux s'écoulant lentement dans un tube fin, la loi de Hagen-Poiseuille (écoulement de Hagen-Poiseuille) s'applique. Le débit est proportionnel à la puissance quatrième du rayon du tube. Si le rayon est divisé par deux, le débit est divisé par 16. C'est cette puissance quatrième qui explique pourquoi un léger rétrécissement des vaisseaux peut fortement modifier la circulation. Poiseuille lui-même était médecin, et c'est en étudiant l'écoulement du sang qu'il est parvenu à cette relation.
📖 Pour la démonstration de la formule et pour aller plus loin : Écoulement de Hagen-Poiseuille ／ Débit cardiaque
RechercheCe qui n'est pas encore pleinement compris
- L'écoulement dans les voies les plus fines Les globules rouges se plient pour passer dans des vaisseaux plus étroits qu'eux. L'écoulement qui s'y produit ne se laisse pas décrire par une simple formule de tube, et fait encore l'objet d'études, à la fois par le calcul et par l'expérience.
- Ce qui détermine la répartition du sang Selon l'effort ou après un repas, la destination du sang change constamment — vers les muscles, ou vers le tube digestif. On ne sait pas encore complètement quels signaux agissent, ni dans quel ordre.
- Le mécanisme de croissance de nouveaux vaisseaux Le corps fait pousser des vaisseaux là où c'est nécessaire. Comprendre ce contrôle est aussi lié à la recherche sur la cicatrisation et sur certaines maladies.
Autrement dit, le contenu de cet article reste « une explication dans l'état actuel des connaissances ». Les valeurs données sont des repères au repos, qui varient selon la corpulence et l'âge.
Liens avec les manuels scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / chapitre | Passage de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences／Structure et fonctionnement du corps animal | Circulation systémique et pulmonaire, sens des valvules veineuses |
| Lycée | Biologie fondamentale／Maintien du milieu intérieur | Multiplication du volume d'éjection systolique par le débit cardiaque |
| Lycée+ | Biologie／Régulation du système circulatoire | Relation entre pression artérielle et résistance |
| Université | Mécanique des fluides・Physiologie | Loi de Hagen-Poiseuille et puissance quatrième du rayon |
| Recherche | Microcirculation・Hémodynamique | Écoulement dans les voies fines, régulation de la répartition du sang |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Compter son pouls, lire ses valeurs de tension artérielle |
- William Harvey, Exercitatio Anatomica de Motu Cordis et Sanguinis in Animalibus, 1628 (traduction japonaise 『心臓と血液の運動について』)
- Ganong's Review of Medical Physiology (édition japonaise : 『ギャノング生理学』, Maruzen Publishing) ― chapitre sur le système circulatoire (volume d'éjection systolique, débit cardiaque, résistance vasculaire périphérique)
- Débit cardiaque (Wikipédia en japonais)
- Écoulement de Hagen-Poiseuille (Wikipédia en japonais)
※Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Les valeurs indiquées sont des repères et des approximations destinés à faciliter la compréhension du mécanisme. Pour toute décision concernant votre état de santé ou vos résultats d'examens, veuillez consulter un professionnel de santé.