I. Circulation sanguine

A ) Le fonctionnement du cœur et du système sanguin sur Terre

          Le cœur est, chez l'ensemble des mammifères, le moteur de la vie. Il permet l'apport de sang dans les muscles et est donc indispensable pour le bon fonctionnement du corps humain. Le cœur propulse le sang dans l'ensemble des vaisseaux sanguins du corps humain, et fonctionne de façon cyclique : il bat en moyenne trois milliards de fois au cours d'une vie humaine. 

      
          Le cœur humain est creux, et formé d’un muscle principal, le myocarde, qui est défini par quatre cavités : deux oreillettes et autant de ventricules. Les premières reçoivent le sang tandis que les dernières l'expulse vers les muscles, qui eux ont besoin des nutriments transportés par le sang pour subvenir à leurs besoins. Le système se répète ainsi durant toute une vie, dans un unique sens de circulation, imposé par la cloison étanche séparant les parties droites et gauches du cœur, et par l’orientation de valvules situées à l’entrée et là la sortie des deux ventricules.

Schéma du cœur (vu de face)

Il existe deux systèmes de circulation, disposées en série, qui permettent l'oxygénation du sang :

- La circulation pulmonaire ( située au dessus du cœur ci-dessous ), relie le cœur aux poumons : le sang chargé du CO2 des organes passe par les poumons où il le rejette et s'approvisionne en O2, puis retourne dans le cœur pour se faire propulser une nouvelle fois dans les organes.

- La circulation générale ( située sous le cœur ci-dessous ) relie le cœur directement aux organes ( comme l’intestin par exemple ) pour lui apporter un sang chargé de l'O2 où des protéines dont ils ont besoin, et le débarrasser des déchets comme le CO2.

La circulation sanguine

Le système cardiaque fonctionne selon un rythme précis et cyclique : à chaque cycle se succèdent une contraction du muscle cardiaque, la systole ( éjection du sang hors du cœur vers les muscles ) et son relâchement, la diastole ( réapprovisionnement de sang provenant les poumons ).

          Le sang, vecteur d'éléments indispensables au bon fonctionnement du sang comme l'O2 ou de nombreux nutriments, est constitué à 55 % de plasma et à 45 % de cellules, c'est à dire les globules rouges, blancs et les plaquettes. Il est transporté à travers l’organisme grâce à la force d’une révolution cardiaque.

Centrifugation de sang et schématisation 
d’un prélèvement de sang

          Le plasma est l'élément qui permet au sang d'être liquide, car il est majoritairement formé d'eau et de sels minéraux. Ainsi, il transporte l'ensemble des cellules à travers les différentes réseaux de circulation sanguins du corps humain. Il transporte les déchets, comme l'urée, produits par les muscles dans le but de les évacuer de l'organisme, en les acheminant jusqu'au foie et aux reins, où ils sont définitivement chassés, mais aussi du sucre et du cholestérol. Ils permet aussi l'acheminement des globules blancs et rouges, et des plaquettes à travers l'ensemble du corps humain.

Un globule rouge est une cellule sans noyau ni ribosomes, contenant une grande quantité d'hémoglobine, à laquelle est due sa coloration rouge et donc son nom. Ces cellules ont la forme d’une lentille biconcave. Aussi nommées hématies, ou encore érythrocytes, ils assurent un rôle essentiel au fonctionnement de l'organisme d'un mammifère, puisqu'ils apportent l’O2 aux tissus et participent en partie à la récupération du gaz carbonique (CO2) que rejette le corps ( l’essentiel de ce CO2 est en effet transporté par les hématies ). 
En effet, les globules rouges fixent l'oxygène dans les tissus musculaires grâce au fer contenu dans l'hémoglobine. Ce sont des lentilles creuses de chacun de leurs côtés, mesurant 7 à 8 micromètres. Ils sont eux aussi créés au niveau de la moelle osseuse. Cette synthétisation est appelée érythropoïèse, et permet de renouveler continuellement les hématies. Ce sont les cellules les plus présentes dans le sang, à raison de 4 à 6 millions par mm3 de sang.

Observation au microscope d’hématies de souris 
(grossissement x5 500)

Les globules blancs, aussi appelés leucocytes, sont des cellules du système immunitaire, et permettent notamment de combattre les infections et les cancers chez les personnes atteintes de l'une de ces maladies. Ces globules blancs sont fabriqués dans la moelle osseuse et sont beaucoup moins nombreux que les hématies : elles sont une densité de 5 000 à 7 000/mm3 de sang.

Les plaquettes sanguines, encore appelées thrombocytes, sont de petites cellules dépourvues de noyau. Les plaquettes jouent un rôle primordial dans le processus de coagulation. Elles permettent au sang de coaguler lorsque l'on se coupe. Les plaquettes servent également à éviter tout saignement à l'intérieur du corps. Selon le laboratoire où le prélèvement est effectué, la valeur normale du taux de plaquettes est compris entre 150 000 et 400 000 par mm3.

Cellules sanguines

La pression artérielle (ou tension artérielle), correspond à la pression exercée par le sang sur la paroi des artères, dans la grande circulation. Elle dépend non seulement de la force de pompage exercée par le cœur, mais aussi de la force de résistance exercée par la paroi des artères et également du débit sanguin. La pression artérielle fluctue entre deux valeurs correspondant la pression systolique (appelée également valeur maximale) qui c'est-à-dire à la pression artérielle pendant la systole, et à la pression diastolique (appelée quant à elle valeur minimale) qui correspond à la pression artérielle pendant la diastole (le relâchement cardiaque). En moyenne chez une personne saine (non atteinte de maladies impactant sur la pression artérielle), elle est de 12/8 (en la mesurant à l’aide d’un tensiomètre).

Graphique de la pression artérielle (en cm/Hg) en fonction du temps (heures) (Source)

De plus, nous pouvons voir sur le graphique précédent de la pression en fonction du temps que cette tension est variable. Nous pouvons donc dire qu’il existe un système de régulation de celle-ci, visible ici par le passage d'une pression plus élevée que la moyenne (12 cm/Hg pour la diastole ) (carré rouge) à un pression plus faible que la moyenne (c'est-à-dire 8 cm/Hg pour la systole) et une pression plus élevée que la moyenne, par la voie nerveuse, qui permet le retour à une tension normale lors d’un effort par exemple (voir encadré rouge pour l’effort et encadré bleu pour le retour à la normale). Ce système est nerveux et nécessaire au bon fonctionnement de l’organisme.

B ) Les modifications dues à la microgravité

          Sur Terre, la gravité force le sang à s'accumuler dans la partie inférieure du corps. Les battements du cœur, et la contraction des muscles permettent la mobilité du sang.
Avant leur départ dans l'espace, les astronautes s'entrainent à rester la tête en bas afin de s'habituer à ce que leur sang reste en majorité dans la partie supérieure de leur corps.

          Mais en impesanteur, ces mécanismes disparaissent, et l'on observe alors une redistribution égale du sang dans le corps, ce qui amène une quantité de sang plus importante que d'habitude au niveau de la partie supérieure du corps. 1,5 à 2 litres de sang quittent les membres inférieurs. Un astronaute a donc des jambes toutes fines tandis que la partie supérieure de son corps a l'air gonflée ( cela procure une sensation de bien-être ).

Redistribution du sang dans le corps, visible à l'œil nu

          Cette ''migration de sang'' est repérée grâce à deux des composants du cœur :

- les volorécepteurs : ce sont des récepteurs sensibles aux déformations de la paroi de l'oreillette droite du cœur où ils sont situés, qui informent l'organisme lors d'une variation du volume sanguin.

Localisation des volorécepteurs dans le cœur

- les barorécepteurs : ce sont des récepteurs sensibles à l'étirement des vaisseaux sanguins, ils sont stimulés lors de changements de pression sanguine et permettent ainsi la régulation de la pression artérielle. Ils sont située dans l'artère aorte, qui naît du ventricule gauche du cœur.

Localisation des barorécepteurs dans le cœur

          Ces deux types de récepteurs ''travaillent ensemble''. Le premier permet de repérer une variation du débit cardiaque, tandis que le deuxième nous informe du changement de pression artérielle.

          Lorsque ces récepteurs repèrent ce qu'ils croient être une augmentation du volume sanguin, ils transmettent l'information au cerveau par la voie nerveuse. Celui-ci informe alors l'hypophyse ( glande fabriquant de nombreuses hormones ) par cette même voie afin que la production de l'hormone anti-diurétique ( aussi appelé vasopressine ) soit ralentie et ainsi rétablir le bon volume sanguin. Mais comme les récepteurs ont transmis une fausse information, cela provoque un déficit en vasopressine dans l'organisme du au ralentissement de sa production.

Vasopressine




          Une action anti-diurétique permet au rein de réabsorber normalement l'eau qu’il filtre ; l'eau filtrée retourne dans la circulation sanguine ; la partie qui n'est pas absorbée forme l'urine. Cependant, comme cette action est ralentie, cela devient une action diurétique, et le contraire se produit. Le rein n'absorbe presque plus l'eau qu'il reçoit et la plus grande partie du liquide devient de l'urine.

          La maladie qui a pour caractéristique ce déficit est le diabète insipide central : elle se manifeste par une augmentation soudaine ou progressive des urines, assez importante et permanente.

          Le sang est majoritairement composé de plasma, formé d'eau. À cause de l'action diurétique, une partie de l'eau du sang est également évacuée dans les urines. Le sang est appauvri en liquide mais le nombre de globules rouges reste le même : on parle de concentration d'hématies. Le sang devient alors visqueux, épais et le risque de thrombose augmente ( ce qui entraîne la formation d'un caillot sanguin ).

          Heureusement, au bout de quelques semaines, l'organisme réagit et produit moins de cellules sanguines ( hématies, leucocytes et plaquettes ) pour s'adapter au volume de sang.

          La concentration de cellules dans le sang est correcte mais leur nombre est insuffisant pour le bon fonctionnement de l'organisme. Nous sommes alors dans le cas d'une ''anémie spatiale'', qui est la même cause d'une anémie aplasique, c'est-à-dire que la moelle osseuse ne produit plus suffisamment de cellules.

          Une anémie est caractérisée par une carence en globules rouges et blancs, ce qui a pour conséquence la perturbation du transport de l'oxygène, et d'autres éléments nutritifs indispensables pour l'organisme, ainsi qu'une protection réduite de l'organisme. 
Cela peut donc entraîner de graves troubles de la santé de l'individu. Il sera pâle ( en raison du manque d'hémoglobine qui colore habituellement la peau ) et se sentira fatigué, essoufflé. Si il se blesse, il aura des saignements excessifs hémorragiques ( dû au manque de plaquettes, qui normalement aident à la coagulation du sang ), ou la formation d'ecchymoses ( bleus ).

Mais surtout, le manque de leucocytes augmentera le risque d'infections bactériennes : les virus sont très présents en impesanteur et les astronautes peuvent donc tomber malade.

Même si les astronautes sont équipés en médicaments ( 190 médicaments différents ) et ont été formés aux premiers secours, ils ne peuvent pas risquer de tomber malade ou de devenir physiquement ''fragile''. Pour cela, l'équipage devra être capable de réaliser des transfusions sanguines afin que le nombre de cellules sanguines s'approche de la normale.

Comme nous l’avons vu précédemment, c'est le sang qui apporte le nécessaire à chaque partie du corps pour son bon fonctionnement. Mais en impesanteur, la circulation sanguine n'est plus aussi efficace et l’organisme fonctionne anormalement.

La structure osseuse du corps humain notamment a besoin de substances du sang,  pour la production des cellules sanguines. La moelle osseuse ne fonctionne plus correctement et ne produit plus de cellules sanguines ; ainsi le sang ne peux plus apporter les éléments nécessaire à cette production..

Tout cela n'est qu'un cercle vicieux, causé par l'impesanteur.