Comment a-t-on découvert que le sang circule dans le corps ?
― La clé : une simple multiplication sur le papier
Aujourd'hui, on apprend à l'école primaire que le sang circule dans le corps. Pourtant, cette découverte ne date que de 400 ans. Et ce n'est ni une nouvelle dissection ni un microscope qui l'a permise. Une simple multiplication sur le volume expulsé par le cœur a suffi à renverser une doctrine vieille de 1400 ans.
Posez doucement les doigts d'une main sur l'intérieur du poignet opposé. Vous sentez des pulsations régulières : toc, toc.
Ces battements continuent même pendant votre sommeil. Cela représente environ 100 000 fois par jour.
Mais où va tout ce sang expulsé ? Autrefois, on pensait qu'il était « entièrement consommé aux extrémités du corps, puis disparaissait ».
Une erreur crue pendant 1400 ans
Galien, médecin de la Rome antique, expliquait que le sang était fabriqué par le foie, puis se consumait au bout du corps comme nourriture. Un trajet à sens unique, sans retour. Cette explication est restée pendant 1400 ans le socle de la médecine européenne.
Celui qui l'a renversée est un médecin anglais, William Harvey. Dans un mince ouvrage publié en 1628, il a montré deux choses.
Si l'on multiplie ce que le cœur expulse, on obtient en une heure plusieurs dizaines de fois le sang du corps. Le foie ne peut pas en fabriquer autant chaque heure.
Dans les vaisseaux du bras, de minuscules portes ne s'ouvrent que vers le cœur. Si le sang ne faisait que s'éloigner, elles n'auraient aucun sens.
En combinant ces deux faits, il n'y a qu'une réponse. Le sang ne disparaît pas : c'est le même sang qui tourne en rond et revient.
Raison 1 : un volume trop grand donne la réponse
À chaque battement, le cœur pousse environ 70 millilitres de sang, soit à peu près la moitié d'un petit gobelet en carton. Il répète ce geste environ 70 fois par minute.
En multipliant, on obtient environ 4,9 litres par minute, donc 294 litres par heure. Or, tout le sang du corps ne représente qu'environ 5 litres. Regardez la figure 1 : comptée en seaux de 5 litres, une heure de travail du cœur en fait 59.
Il est peu plausible que le corps fabrique autant de sang neuf, puis en détruise autant, chaque heure. Harvey a présenté cette estimation dans son livre et en a conclu : « le sang circule donc ». Il n'a utilisé aucun instrument particulier.
Raison 2 : des portes à sens unique dans le bras
Harvey a proposé une autre expérience, à la portée de tous. On serre légèrement le bras pour faire ressortir les veines, puis on fait glisser un doigt sur une veine, en s'éloignant du cœur. La veine s'aplatit, et le sang n'y revient pas.
En revanche, si l'on fait glisser le doigt sur la même veine en direction du cœur, le sang avance sans problème. C'est parce que la veine contient une série de minuscules portes qui ne s'ouvrent que dans un sens. On les appelle aujourd'hui les valvules veineuses. La figure 2 montre leur fonctionnement.
Toutes ces portes sont orientées vers le cœur. Si le sang se contentait de disparaître au bout du corps, il n'y aurait aucune raison d'en poser sur le chemin du retour. La structure elle-même indiquait le sens de circulation du sang.
Les minuscules vaisseaux qui relient le chemin d'aller au chemin de retour étaient invisibles avec les instruments de l'époque. Harvey a écrit « on ne les voit pas, mais ils doivent exister » et a poursuivi son raisonnement. Les capillaires n'auraient été observés pour de bon que 4 ans après sa mort.
En résumé
Ce qui a montré que le sang circule, ce n'est pas une nouvelle observation, mais une estimation de volume que chacun peut vérifier. En comptant, on s'est aperçu qu'avec un trajet à sens unique, les chiffres ne tenaient pas.
Quand les chiffres ne collent pas,
c'est une preuve plus forte que n'importe quelle autorité.
Pour savoir comment le sang des jambes remonte jusqu'au cœur, lisez Pourquoi les jambes gonflent-elles quand on reste debout longtemps ? Et pour comprendre comment le cœur lui-même continue de battre, voyez Pourquoi le cœur peut-il battre tout seul ?
- Laissez pendre le dos de la main et l'avant-bras, puis serrez et desserrez doucement le poing pour faire ressortir les veines bleues. Inutile de serrer le bras.
- Appuyez légèrement d'un doigt sur un point de la veine saillante, et de l'autre doigt, faites-la glisser lentement vers le coude (côté cœur). Le tronçon parcouru pâlit.
- Si vous gardez le doigt appuyé, le sang ne revient pas tout de suite dans ce tronçon. Quand vous relevez le doigt, il se remplit rapidement depuis le côté de la main.
N'appuyez pas fort et ne comprimez pas longtemps. Les veines sont plus visibles chez les personnes à la peau fine, et moins visibles quand on a froid. En comptant le pouls au poignet pendant 15 secondes puis en multipliant par 4, vous obtenez aussi le nombre de battements par minute.
Pour aller plus loin ― termes, formules et lien avec les manuelsDu collège à l'université : chaque niveau est indiqué clairement
- CollègeAu programme de sciences du collège
- LycéeAu programme du lycée (bases de biologie et de physique)
- Lycée+Approfondissement du lycée, ou encadré de manuel
- Univ.Hors programme du lycée : cours universitaires (mécanique des fluides, physiologie)
- RechercheSujets non enseignés comme acquis, même à l'université : ce que les chercheurs étudient en ce moment
CollègeVocabulaire : ce phénomène a des noms
- Volume d'éjection systolique : volume de sang que le cœur pousse à chaque battement. Environ 70 millilitres chez un adulte au repos.
- Débit cardiaque : volume de sang expulsé par le cœur en une minute. Il est égal au volume d'éjection multiplié par le nombre de battements.
- Valvule veineuse : fine membrane à l'intérieur d'une veine, qui ne s'ouvre que dans un sens. Elle empêche le sang de refluer.
- Circulation générale et circulation pulmonaire : le circuit qui parcourt tout le corps et celui qui passe par les poumons. Le sang traverse ces deux boucles l'une après l'autre.
CollègeLycéeVérifier par le calcul : combien de fois le sang du corps est-il expulsé en une heure ?
Refaisons, avec les chiffres d'aujourd'hui, la même estimation que Harvey dans son livre.
| En symboles | Q ＝ V × f |
| En mots | Volume expulsé en 1 minute ＝ volume expulsé par battement × nombre de battements par minute |
| D'où vient cette formule ? | De la conservation du volume. La pompe pousse un volume donné à chaque battement, et répète ce geste autant de fois ; tant que le sang ne disparaît ni n'apparaît en route, cette relation est vraie. |
| Volume d'éjection (symbole V, en millilitres) | environ 70 millilitres (adulte au repos) |
| Battements par minute (symbole f, en battements par minute) | environ 70 battements (adulte au repos) |
| Quantité de sang dans le corps (en litres) | environ 5 litres (environ 1/13 du poids du corps) |
| Volume expulsé en 1 minute (millilitres) | 70 × 70 ＝ 4900 |
| Conversion en litres | 4900 ÷ 1000 ＝ 4,9 |
| Volume expulsé en 1 heure (litres) | 4,9 × 60 ＝ 294 |
| Combien de fois le sang du corps ? | 294 ÷ 5 ＝ 58,8 |
En une heure, le cœur expulse donc environ 59 fois le sang du corps. En une journée, cela fait environ 7000 litres, soit plus de 30 baignoires domestiques. Imaginer que le corps fabrique tout cela chaque jour pour le jeter le lendemain n'est vraiment pas plausible.
LycéeLycée+De quoi dépend la pression artérielle ?
LycéeOn peut décrire l'écoulement du sang à peu près comme un courant électrique. Il y a une différence de pression qui pousse, une résistance qui freine, et le débit qui en résulte.
Lycée+Plus précisément, on écrit : différence de pression artérielle moyenne ＝ débit cardiaque × résistance vasculaire périphérique totale. Si les vaisseaux se rétrécissent, la résistance augmente et il faut une pression plus élevée pour faire passer le même débit. La plupart des médicaments contre l'hypertension agissent sur l'un des termes de cette relation.
Univ.La résistance d'un liquide dans un tube fin
Pour un liquide visqueux qui s'écoule lentement dans un tube fin, la loi de Hagen-Poiseuille (écoulement de Hagen-Poiseuille) s'applique. Le débit est proportionnel à la puissance 4 du rayon du tube. Si le rayon est divisé par deux, le débit est divisé par 16. C'est cette puissance 4 qui explique qu'un rétrécissement même léger d'un vaisseau change beaucoup la circulation. Poiseuille était d'ailleurs lui-même médecin, et il a trouvé cette relation en étudiant l'écoulement du sang.
📖 Démonstration de la formule et suite : Écoulement de Hagen-Poiseuille ／ Débit cardiaque
RechercheCe qu'on ne comprend pas encore bien
- L'écoulement dans les plus petits passages Un globule rouge se plie pour passer dans un tube plus étroit que lui. L'écoulement y échappe aux formules simples des tubes, et il est encore étudié par le calcul comme par l'expérience.
- Ce qui règle la répartition du sang Le sang va vers les muscles quand on fait de l'exercice, vers le tube digestif après un repas : sa destination change à chaque instant. Quel signal agit, et dans quel ordre, n'est pas encore entièrement élucidé.
- Comment de nouveaux vaisseaux se forment Le corps étend des vaisseaux là où il en a besoin. Comprendre ce contrôle est lié à la recherche sur la cicatrisation et sur les maladies.
Autrement dit, le contenu de cet article est lui aussi « une explication valable dans l'état actuel des connaissances ». Les valeurs sont des repères au repos ; elles varient selon la corpulence et l'âge.
Lien avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière et chapitre | Où dans cet article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences / Structure et fonctionnement du corps animal | Circulation générale et pulmonaire, sens des valvules veineuses |
| Lycée | Bases de biologie / Maintien du milieu intérieur | Produit du volume d'éjection par le nombre de battements |
| Lycée+ | Biologie / Régulation du système circulatoire | Relation entre pression et résistance |
| Univ. | Mécanique des fluides, physiologie | Loi de Hagen-Poiseuille et puissance 4 du rayon |
| Recherche | Microcirculation, hémodynamique | Écoulement dans les passages fins, contrôle de la répartition du sang |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Compter son pouls, lire une valeur de tension |
- 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, éd. japonaise 『ギャノング生理学』 (Maruzen Publishing, 丸善出版) ― chapitre sur le système circulatoire (volume d'éjection, débit cardiaque, résistance vasculaire périphérique)
- Débit cardiaque (心拍出量, Wikipédia en japonais)
- Écoulement de Hagen-Poiseuille (ハーゲン・ポアズイユ流れ, Wikipédia en japonais)
※ Cet article est une explication scientifique grand public. Les valeurs indiquées sont des repères approximatifs, destinés à faire comprendre le mécanisme. Pour toute décision concernant votre santé ou vos résultats d'examens, consultez un médecin ou un autre professionnel.