II. Les évolutions du coeur artificiel : les avantages et les contraintes

    A partir de 1968, les transplantations cardiaques humaines sont nombreuses mais insuffisantes suite à un nombre de demandeurs plus élevés que le nombre de greffons disponibles. Il est alors nécessaire de mettre au point un cœur artificiel capable de stabiliser l’état de santé du patient en attente d’une greffe cardiaque.  Sans cela, les patients sont mis sous des traitements de plus en plus efficaces mais très lourds. De plus leur état de santé se détériore inévitablement n’assurant pas leur survie jusqu’à la transplantation ni une santé suffisante pour l’opération.  Il existe deux sortes de cœurs artificiels : le cœur temporaire qui permet l’attente du greffon d’un donneur et le cœur définitif lors d’un rejet de greffe lorsqu’aucune autre solution n’est possible.  L’objectif de ces derniers est de prendre en charge le travail bi-ventriculaire ou celui de la totalité du cœur.

Un dysfonctionnement du cœur entraine des examens pour vérifier s’il y a des pathologies cardiaques. En fonction de la gravité de l’état du patient et des greffons disponibles, on peut lui proposer le cœur artificiel temporaire ou non. De nombreuses pathologies peuvent entrainer le port de celui-ci :                             

l’infarctus du myocarde, qui est la mort des cellules d’une zone du muscle cardiaque due à un manque de sang et d’oxygène. Il est provoqué par la formation d'un caillot qui bouche les artères coronaires. Couramment, on nomme cela une crise cardiaque ou un infarctus.

l’insuffisance cardiaque, qui est une anomalie de la contraction des ventricules (systolique) ou de leur remplissage (diastolique) ou bien des deux. La fonction de pompage du cœur n’est plus assurée. Plus de 20 millions de personnes en souffrent en Europe et aux États-Unis, c’est un problème de santé publique.

les malformations cardiaques.

les cardiopathies (affections, maladies) valvulaires et qui provoque la dégradation du myocarde.

les « échecs per-opératoires » lors d’une intervention à cœur ouvert dus à une hémorragie impossible à réprimer.

L’évolution des cœurs artificiels se classe en trois générations.

         A.    Les cœurs artificiels de la 1ère génération

   Cette génération est constituée de cœurs artificiels de grandes tailles alimentés par de l’énergie pneumatique ou électrique, ils sont utilisés en clinique cependant ils ne sont pas totalement fiables.

      1. Thoratec

   Thoratec est un cœur artificiel, utilisé pour des patients en insuffisances cardiaques graves qui résistent aux traitements et qui sont en attentes d’un greffe. Cet appareil, assez encombrant, pèse 7 kg. Il permet d’avoir une assistance bi-ventriculaire. Le patient possède un certain temps d’autonomie.

Ce système pneumatique remplace un ou deux ventricules par des prothèses en polyuréthane (matière organique) protégées par une coque rigide. Il possède deux valves mécaniques et un diaphragme de même matière qui permet de séparer le ventricule du compartiment pneumatique, en caoutchouc. De l’huile de silicone est utilisée pour limiter les frottements entre le diaphragme et le(s) ventricule(s), donc l’usure. Le cœur artificiel est relié au patient par des canules (petits tubes), de deux types :

• la canule artérielle qui est implantée dans l’oreillette.

• la canule apicale qui est implantée dans la pointe du ventricule.

La console permet d’activer les deux ventricules. Elle a deux modules d’activation contenant deux compresseurs :

• le 1er module permet de vider le ventricule lorsqu’il est totalement rempli.

• le 2ème module assure le vide du ventricule pour améliorer la qualité du remplissage en sang.

Le fonctionnement de ce système est surveillé par un microprocesseur interne. Ce cœur artificiel peut fonctionner avec plusieurs éléments : deux batteries au lithium, deux batteries classiques ou à partir de l’électricité murale. Ces batteries permettent une autonomie entre 40 min et une heure chacune. Ce cœur permet la survie dans un meilleur état de santé en l’attente de greffe et plus de mouvements. Cependant, il y a des inconvénients : l’autonomie relativement faible des batteries, la valisette encombrante, les séjours à l’hôpital fréquents, les médicaments et aussi l’esthétique à cause des tuyaux qui sortent au niveau de l’abdomen.


      2. Jarvik 7

   La 1ère implantation sur l’homme du Jarvik 7 a été effectuée en 1982. Ce cœur pneumatique permet d’attendre une transplantation cardiaque. Il est fabriqué en aluminium et en plastique polyuréthane et rattache deux ventricules artificiels aux deux oreillettes naturelles. Deux tuyaux reliés à une machine extérieure apportent de l’air comprimé aux deux ventricules qui les fait se contracter. Le poids de cette console, 40 kg, est un inconvénient puisque le patient est forcé de rester à l’hôpital, ne pourra pas reprendre une vie normale et sera dans l’incapacité d’avoir une activité sportive. Le Jarvik 7 entraine un grand nombre d’inconvénients et de complications comme par exemple les infections qui conduisent à une durée de vie variable. Ce système a donc été amélioré oar le Jarvik 2000.

         

         B. Les cœurs artificiels de la 2ème génération

   Cette génération est constituée de cœurs artificiels composés d’un moteur électrique ou électromagnétique intracorporel. Ils sont encore en développement et ont une durée de vie faible.

      1. Jarvik 2000

   Le Jarvik 2000 pèse 90 grammes. Il est d’une grande fiabilité, a une durée de vie de 5 à 10 ans, et n’a connu aucun dysfonctionnement mécanique jusqu’à aujourd’hui. Cet appareil est composé d’une turbine en titane transplantée dans la pointe du ventricule gauche qui permet au patient d’avoir un débit sanguin normal. Un câble très fin relie le Jarvik à une prise électrique miniaturisée implantée derrière l’oreille qui est peu visible. Ceci limite le risque d’infections par rapport au système précédent et à d’autres sortes qui ont un implant au niveau abdominal. Le patient peu lui-même réguler son débit sanguin à partir du boitier extérieur porté à la ceinture ce qui lui permet de faire du sport, de se déplacer comme il le souhaite et de retrouver une vie presque normale. Cependant la prise de médicament est obligatoire, le prix est élevé, tous les patients ne répondent pas aux critères d’implantation. A la fin de la durée de vie de l’appareil le malade devra recevoir une greffe de cœur. Le Jarvik 2000 est également possible pour les nourrissons en attente d’une greffe. Ce dernier est encore plus miniaturisé.

 

       2. Novacor

   Le Novacor a été créé à l’université de Standford en 1973 par le docteur Portner. La 1ère implantation a été faite en 1994. Cette pompe est assez lourde mais elle est la plus fiable du point de vue technique. Elle est implantée dans l’abdomen des patients qui connaissent des dysfonctionnements du myocarde, en insuffisance cardiaque ou pour ceux qui attendent une transplantation. 85% d’entre eux sont transplantés dans de bonnes conditions.

   Lorsque le cœur se contracte, il expulse le sang vers la pompe en polyuréthane qui va donc se remplir. La pompe et la pointe du ventricule gauche sont reliées par un conduit. Ce dernier fonctionne comme une oreillette. Un 2ème conduit, nommé conduit d’éjection, relie la pompe à l’aorte ascendante. Lorsque la pompe se contracte, elle expulse le sang vers l’aorte et l’organisme. Deux valves prothétiques animales sont nécessaires pour éviter que le sang ne retourne vers la pompe ou vers le cœur. Un câble électrique qui traverse la peau de la paroi abdominal  relie les ventricules à une source de courant électrique et à un contrôleur.

   Le patient a une autonomie de plus de 4 heures de fonctionnement en se déplaçant avec le contrôleur compact et deux batteries d’un kilo rechargeables. L’énergie nécessaire pour la pompe peut également provenir d’une prise de courant murale.

   Son objectif est donc d’assister le cœur naturel déficient et de permettre au patient d’avoir de bonnes conditions pour une transplantation.

   Il y a tout de même des inconvénients: le risque d’infections, le traitement anticoagulant qui permet d’éviter la formation de caillots sanguins, l'esthétique et les contrôles réguliers. Le patient doit rester en relation avec le centre implanteur mais il dispose d’un dispositif d’autocontrôle à domicile.C’est un cœur artificiel silencieux qui dispose d’une boîte de commande légère et discrète.

      3. Cardiowest, Total Artificial Heart 

 

   TAH a été créé en 1980 pour permettre aux patients de vivre jusqu’à la greffe et de la recevoir dans de bonnes conditions, 70% des patients ayant reçu la prothèse ont survécu l’année suivant la transplantation. Cardiowest TAH pèse 160 g, c’est un système intracorporel implantable qui permet de remplacer le cœur droit comme le cœur gauche au même endroit que le cœur d’origine. Le système fonctionne à partir de l’air comprimé et du vide. La prothèse est composée de deux chambres ventriculaires en polyuréthane séparées par une membrane : la chambre hématique, qui recueille le sang et la chambre pneumatique. La console externe est rechargeable avec des bombonnes d’air comprimé, et permet de pomper le sang (9,5 L/min).  Il y a de nombreux inconvénients à ce système : la machine est bruyante, le patient est obligé de rester à l’hôpital et il n’a aucune possibilité de retourner chez lui. Il devra dans tous les cas subir une greffe, et doit avoir une imposante cage thoracique. Il y a des risques d’hémorragie, d’hypotension, d’AVC lors de l’implantation ou de la transplantation, de défaillances multivicérale (insuffisance rénale, respiratoire, hépatique) et aussi de la machine (panne de la machine, défaut de connexion). Les patients devront prendre des médicaments. Cependant, elle permet d’avoir une autonomie de 6 heures au maximum.

      4. HeartMateII LVAD (par Thoratec)

    HeartMateII LVAD a été utilisé en Europe en 2006 pour les patients qui attendent une transplantation cardiaque ou le rétablissement du fonctionnement normal de leur cœur. C’est un système d’assistance cardiaque intracorporel implantable pour le ventricule gauche équipé d’une pompe axiale (10 L/min) qui a une durée de vie de 10 ans. Son coût de 80 000 euros est prit en charge par le CHU.  Ce cœur artificiel est connecté au ventricule gauche où est implantée la canule d’entrée et à l’aorte où se trouve celle de sortie. La pompe pèse 400g et permet au patient d’avoir un flux sanguin continu. Deux fils traversent le thorax qui relient HeartMateII et la pile  externe. Il y a également deux batteries externes qui pèsent 2 kg qui sont portées à la ceinture. Il y a seulement trois contraintes, le rechargement des batteries régulièrement, le traitement d’anticoagulant à prendre quotidiennement et les visites médicales. Cependant il ne convient pas à tous les patients.

        

         C. Les cœurs artificiels de la 3ème génération

   Cette génération est constituée de cœurs artificiels au stade de recherche et de développement pour assurer une fiabilité totale et une durée de vie plus longue, de 10 à 15 ans, pour des transplantations au long terme, voire définitives.

      1. La pompe Cora

   La création de la pompe Cora a été élaborée vers 1985. Un système rotatif permet de remplacer un ventricule grâce à une pompe à un seul corps ou le cœur entier grâce à une pompe à deux corps. Celle-ci est composée d’un moteur électrique en titane, d’un rotor (partie rotative), d’un stator (partie immobile), et de deux pignons de guidage. Les deux pignons guident le rotor dans un mouvement de rotation excentrique sur lui-même. Le débit dépend de sa fréquence cardiaque donc c’est une pompe volumétrique. Cette pompe a plusieurs avantages: du point de vue de l’hémodynamique, c’est-à-dire l’étude de l’écoulement du sang par rapport au débit cardiaque, l’absence de valve et de bruit, la place du système est réduit, la possession d’un bon rendement énergétique et la demande circulatoire variant selon l’activité du patient. Mais elle a aussi des défauts avec le risque de coagulation, d’hémolyse (la destruction de globules rouges). La pompe Cora n’a jamais été utilisée cliniquement à cause de ces inconvénients mais le professeur Monties travaille à l’amélioration de ce cœur.

      2. Abiocor

   Abiocor est un cœur artificiel électro-hydraulique fait en titane et en plastique biocompatible. C’est le 1er qui soit sans fil et totalement implantable dans le thorax du malade  et qui permet de remplacer le myocarde. Sa 1ère transplantation sur l’homme a été faite en 2001. Seuls les patients qui n’ont plus qu’un mois à vivre, si la greffe est contre-indiquée et les autres traitements sont épuisés, peuvent recevoir ce cœur artificiel. Ceci leur permet de gagner 5 mois de vie environ.

Il a été créé par la société Abiomed et pèse moins d’un kilogramme. Il est constitué de deux ventricules artificiels, d'un système de pompage et de valves en polyuréthane comme les autres surfaces en contact avec le sang.

Ce cœur est capable de pomper du sang tout en simulant la fréquence cardiaque. Au contraire des cœurs artificiels pneumatiques, celui-ci évite au patient d’être relié à une machine puisqu’il est alimenté par une batterie interne qui peut être rechargée à distance. Abiocor permet une meilleure qualité de vie : le risque d’infections est réduit, les patients peuvent rester chez eux grâce au diagnostic à distance, et ils peuvent également se baigner.

Cependant, il a également des contraintes, dues à sa taille, 13cm de long et 8cm de large, il ne peut être implanté chez une femme et seulement chez 50% des hommes.

Sa durée de vie est également faible, elle est d’un an ou deux. De plus, il coûte 194.800 euros. L'objectif est de maintenir les patients en vie 18 à 24 mois à partir de ce dispositif. A cause de ces limites, Abiomed a mis au point une nouvelle version Abiocor II.

      3. Abiocor II

   Abiocor II est complètement implantable comme son prédécesseur, c’est un cœur artificiel basé sur les ventricules. Il est 35% plus petit et celui-ci peut être implanté chez les femmes comme les hommes. Les patients peuvent gagner 2 à 3 fois plus de temps de vie que le 1er Abiocor. Mais il entraîne également des complications comme les accidents vasculaires cérébraux ce qui conduit à la prise d’un traitement anticoagulant, mais aussi les infections dues au câble d’alimentation à l’extérieur de l’organisme. Il y a également d’autres complications liées à des dispositifs à flux continu comme les saignements digestif, la valve aortique qui est en permanence ouverte peut engendrer une insuffisance aortique à cause de modifications structurelles.


     
4. Carmat

   Le cœur artificiel Carmat a été créé par le professeur Carpentier en 2008. Son prix est inférieur ou comparable à celui d’une transplantation cardiaque : entre 140 000 et 180 000. C’est un cœur artificiel totalement implantable, biocompatible fait de biomatériaux synthétiques, biologiques microporeux et de valves biologiques, fabriqué pour être le plus proche du cœur naturel humain. 65% des patients sont compatibles (86% des hommes) grâce à sa taille et à son poids, 900g. D’un point de vue technique, ce cœur artificiel à une durée de vie de 5 ans ce qui correspond cliniquement à une survie de 9 ans pour 50% des patients. Carmat est fait pour les personnes qui ont une insuffisance cardiaque terminale ou aiguë terminale qui amènera à un infarctus du myocarde ou celles pour lesquelles toutes les autres possibilités médicamenteuses sont épuisées. Les complications les plus fréquentes sont les formations de caillots (Thromboses) , l’insuffisance rénale et un rythme cardiaque chaotique. Cette prothèse minimise les risques. Ce cœur artificiel offre au patient un rythme de vie normal, une meilleure qualité de vie grâce à une autonomie de 12h fournie par un système léger, 3kg, qui est une source d'énergie compacte et renouvelable. Carmat s’adapte aux patients grâce à une régulation automatique en débit et en fréquence. Le diagnostic s’effectue à distance car un boitier fournit les informations à l’hôpital. Le patient peut donc retourner à son domicile et même à la vie active. Les premières transplantations sur l’homme ont été effectuées en 2012. Les résultats sont donc en cours.

 

    Il existe un risque commun à tous ces cœurs, peut importe leur forme et leur fonctionnement : le risque de rejet par l’organisme.

Le cœur sur lequel se base désormais tous les espoirs, autant par sa fiabilité que sur sa morphologie, et pour ses autres avantages comme son risque de rejet moindre grâce à la matière dont il est composé, est le cœur Carmat

 


 


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