I: Présentation

Un cœur artificiel est une protèse conçue en guise d'assistance circulatoire pour traiter les personnes présentant de l’insuffisance cardiaque et autres maladies cardio-vasculaires graves. La recherche et les tentatives de production de cet organe artificiel ont montré que les principaux obstacles à surmonter sont le rejet et la batterie externe au dispositif qui limite la mobilité du patient, le cœur ayant un fonctionnement relativement facile à copier puisqu’il fonctionne comme une pompe.

Il faut pour cela que la partie droite du cœur fonctionne normalement (4 500 opérations de ce type sont pratiquées annuellement en France).

II/ Histoire du coeur artificiel :

En 1967, le D^r Kolff inaugura la Division des Organes Artificiels à l’université de l’Utah et poursuivit ses études sur le cœur artificiel. Il réalisa plusieurs expériences avec des animaux.

En 1973, le veau Tony survécut 30 jours avec la première version du cœur du D^r Kolff

En 1975, le taureau Burk survécut 90 jours avec un cœur artificiel

En 1976, le veau Abebe survécut 184 jours avec le cœur artificiel Jarvik 5

En 1981, le veau Alfred Lord Tennyson survécut pendant 268 jours avec le Jarvik 5

Au fil des années, plus de 200 physiciens, ingénieurs, étudiants et universités développèrent, testèrent et améliorèrent le cœur artificiel du D^r Kolff. Le diplômé Robert Jarvik a été nommé Directeur de Projet pour le cœur artificiel qui prit en conséquence le nom de Jarvik 7.

1969, le docteur Denton Cooley pose le premier cœur artificiel total au Texas Heart Institut de Houston) sur un patient mourant à qui l’on ne trouvait pas de cœur humain d’un donneur. Le cœur était un cœur artificiel à l’étape expérimental, ce dispositif très lourd (compresseur de 250 kg) fonctionnait à commande pneumatique. Il était composé de deux prothèses ventriculaires en plastique. Après 64 heures, le cœur artificiel fut retiré et remplacé par un cœur humain d’un donneur. Mais ceci s’avéra être une mauvaise décision car 32 heures après la transplantation, le patient décéda. Plus tard l’on comprit que c’était dû à une infection pulmonaire aigüe certainement aggravée par des médicaments immunosuppresseurs.

En 1981, le docteur William DeVries demanda à la FDA (Food and Drug Administration) d’implanter le Jarvik 7 dans un être humain. Le 2 décembre 1982, D^r Kolff implanta le Jarvik 7 dans le corps de Barney Clark, un dentiste de Seattle qui souffrait d’insuffisance cardiaque. Le patient vécut pendant 112 jours. Cependant pendant cette période, il resta attaché à un dispositif de 180 kg, connut des moments de trouble, des cas de saignements et demanda plusieurs fois qu’on le laisse mourir. Bill Schroeder fut le second receveur du Jarvik 7 et vécut pendant un temps record de 620 jours.

En 2000, un patient de 72 ans se fait greffer un ventricule gauche artificiel (à la Pitié Salpetrière), ne nécessitant pas de transplantation ultérieure. Lors de la greffe d’un ventricule gauche artificiel le cœur reste à sa place. Le dispositif aide le cœur à pomper. L’avantage est que ce dispositif est plus petit que les cœurs artificiels et moins compliqué à installer. Le dispositif étant moins lourd, les patients peuvent se déplacer avec un sac (à dos ou en bandoulière) pour la batterie.

Le 6 juillet 2001, le Jewish Hospital de Louisville a greffé un cœur artificiel (prototype de plastique et titane, fabriqué par Abiomed) à un patient. La pompe électrique, silencieuse, est alimentée par une pile interne sous-cutanée, qu'on recharge par une batterie externe de la taille d’un baladeur.

L'expérience est autorisée par la Food and Drugs Administration pour 5 patients puis 15 si les résultats sont probants. La batterie interne dure pendant 30 minutes, la batterie externe portable dure pendant 4 heures. Ce cœur artificiel est destiné aux patients à qui la transplantation est contre-indiquée. Cependant les limites de l’AbioCor sont : à cause de sa taille il est compatible avec seulement 50 % de la population masculine et sa durée de vie est de 1 à 2 ans. C’est pourquoi, AbioMed développe un AbioCor II.

En 2008, l'équipe du P^r Alain Carpentier, avec le groupe EADS annonce disposer du premier cœur artificiel implantable français, qui, contrairement à ses concurrents, restaure les courants naturels de circulation du sang. Après près de 15 ans de test sur des moutons et veaux l'équipe pense le tester sur l'homme avant 2012 et peut-être dès 2010. Pour limiter le risque de caillots, il intègre des systèmes micro-électro-mécaniques lui permettant de mieux s'adapter aux besoins du corps et est fabriqué en matériaux biocompatibles (ici des tissus animaux traités chimiquement pour éviter un rejet de greffe par rejet immunologique). Ce qui fait du cœur artificiel de CARMAT le premier cœur total biocompatible et auto-régulé, le seul qui minimise les risques d’accidents cardiovasculaires cérébraux et qui s’adapte automatiquement aux besoins du patient. CARMAT prévoit la commercialisation du cœur artificiel pour 2013. CARMAT a optimisé la forme de son cœur artificiel total et miniaturisé tous les sous-ensembles de la régulation médicale pour les intégrer à la prothèse, tout en conservant un volume d’éjection physiologique, même en cas d’effort soutenu. Un simulateur d’implantation virtuelle permettra au médecin de vérifier l’implantabilité du cœur avant l’opération. Des simulations réalisées à partir de scanners de plus de 100 patients ont démontré la compatibilité anatomique avec au moins 65 % des patients (86 % des hommes). Une des priorités de la société est d’offrir au patient confort, qualité de vie et un rythme de vie normal avec une autonomie très large dans un système léger et porté, soit au minimum 12 heures dans au maximum 3 kg grâce à une énergie compacte et renouvelable.

Encore en développement, en 2011, au Texas Heart Institute de Houston et sous la direction de Bily Cohn et Bud Frazier, le « cœur sans battement » utilise deux rotors, qui tournent pour faire circuler le sang en continu. En raison du faible nombre de pièces mobiles, il s'use moins. Bily Cohn qualifie sa création d'« artisanale » : pour les essais sur les animaux, il a assemblé deux systèmes d'assistance ventriculaire, en utilisant du matériel de bricolage stérilisé. Pour les tests sur les humains, il a choisi des éléments approuvés par la Food and Drugs Administration.

De 1969 à 2010, plus de 450 cœurs artificiels ou semi-artificiels ont été implantés dans le monde.

III: Le fonctionnement du coeur artificiel

Le principe du cœur artificiel intégralement implantable est d’offrir au patient la même liberté qu’avec un vrai cœur et lui donner la possibilité d’avoir une mobilité normale.

La prothèse Carmat ne peut fonctionner toute seule, elle doit être alimenter par des batteries. Carmat a donc crée le concept du système embarqué. Ce système comprend le coeur artificiel, les batteries et un petit ordinateur. Ce système donne un confort d’utilisation pour le patient et une bonne qualité de vie, car il permet aux patients non seulement de retrouver une mobilité normale, mais également une sécurité de fonctionnement.

Une fois implanté, la prothèse est connectée par un système de raccordement électrique, placé derrière l’oreille, à une batterie rechargeable portée en holster sur chaque côté du patient.Ce raccord est réalisé à l’aide d’un micro trou placé derrière l’oreille gauche. Cet emplacement limite tous problèmes d’infections.

Enfin, le patient possède un boîtier de batteries rechargeables externes qui assurent l’apport en énergie permettant de faire fonctionner le cœur artificiel. Elles ont à ce jour une autonomie de 6 heures. Le patient peut les recharger sur le réseau électrique de son domicile ou sur un allume-cigare de voiture. La nuit, le patient utilise une batterie fixe.

Le patient porte au niveau de la ceinture un boîtier de télé diagnostic 24h/24. Il permet de donner au patient toutes les informations sur le fonctionnement du cœur implanté : son pouls, son rythme cardiaque, ... Ces données sont simultanément envoyées à l’hôpital. L’hôpital qui analyse continuellement ces données. Le suivi médical du patient est donc permanent. Lorsqu’un problème apparaît, l'hôpital fait appel à un médecin traitant qui intervient rapidement au service du patient.

La prothèse reproduit le fonctionnement du cœur naturel, il utilise pour cela un actionnement hydraulique, un liquide servant d’intermédiaire pour propulser le sang. Le rythme cardiaque du cœur artificiel se décompose en deux temps :

La diastole lors du remplissage des ventricules par le sang ;

La systole lors de l’éjection du sang vers les gros vaisseaux.

La membrane souple qui sépare les ventricules de la cavité contenant les motopompes transmet le mouvement. Cette dernière reproduit le mouvement visco élastique du muscle cardiaque.

Deux groupes moto pompes miniatures envoient le liquide d’actionnement vers les ventricules, générant ainsi la systole ou envoyant le sang vers le sac externe lors de la diastole par inversion de sens de rotation. Un dispositif électronique régule le fonctionnement de la prothèse en fonction des besoins des patients, de sa position et de son activité physique (repos ou effort physique) à partir d’informations données par des capteurs. Il y tout d’abord des capteurs de pression, puis des capteurs de positions qui sont appelés des inclinomètres, ceux-ci distinguent si le patient est couché ou s’il est debout et gèrent les transitions entre les différentes positions. L’ensemble de ces informations est traité par un microprocesseur, situé dans la prothèse, qui commande le groupe motopompes.

Les pompes hydrauliques poussent d'un côté ou de l'autre le fluide hydraulique. Par exemple, lorsque le groupe motopompes pousse le fluide hydraulique vers le ventricule gauche, cela crée un phénomène d'aspiration : la membrane du ventricule s'abaisse et le sang pénètre dans le ventricule à travers la nouvelle " valve tricuspide" . Simultanément, le fluide hydraulique s'accumule du coté du ventricule gauche : cela propulse alors le sang à travers la nouvelle "valve artérielle aortique" dans tout l'organisme.

Grâce aux capteurs de position, le microprocesseur va donc actionner ces pompes. C'est comme cela que la régulation cardiaque est assurée.