Aujourd'hui, il existe trois générations de coeur artificiel :

- la première génération : il s'agit de coeur assez imposant fonctionnant à l'électricité ou à l'énergie pneumatique comme le Thoratec. Bien qu'ils ne soient pas fiable à 100%, ils sont utilisés par les cliniques.

- la seconde génération : il s'agit de coeur encore en développement. Leur moteur est soit électrique, soit électromagnétique et il est implanté dans le coeur ne donnant pas une bonne durée de vie à ce genre de coeur artificiel.

- la troisième génération : il s'agit de coeur censé avoir une durée de vie comprise entre 10 et 15 ans et ils seront totalement fiables. En effet, ils sont encore au stade de recherche et développement.

I: Le Thoratec

Le Thoratec est un coeur artificiel de la première génération qui dispose d'un système pneumatique fournissant de l'énergie pour la prise en charge d'une ou des deux ventricules grâce à des prothèses en forme de sacs reliées à un système portable.

Au début des années 80 ont été lancés les recherches sur le Thoratec, un système de type Jarvik7. Après 10 ans, le premier coeur Thoratec fut greffé sur un patient qui a vécu plusieurs années malgré la très mauvaise qualité de vie dont il souffrait en raison de la taille du coeur dans le thorax et du bruit produit par les valves. C'est pourquoi on ne peut pas parler de succès réel. Il faut également noter qu'il devait se déplacer avec une valise d’environ 40 kg qui contenait la console nécessaire au bon fonctionnement de la protèse. Heureusement, le Thoratec a été amélioré afin d'atténuer ou de supprimer ses défauts.

Le Thoratec est composé d'une ou deux prothèses ventriculaires assurant le débit cardiaque à l'aide d'un système pneumatique. Les ventricules sont constitués d'une chambre souple en polyuréthane protégée par une coque rigide. Deux valves mécaniques permettent un débit sans détour du sang. Un diaphragme en polyuréthane sert à séparer le ventricule du compartiment pneumatique, il sert à contrôler le volume et également de chambre de sécurité. Pour éviter toute abrasion entre le diaphragme et le ventricule, de l'huile de silicone lubrifie la surface des sacs.
Pour détecter le remplissage complet du ventricule, un aimant est adapté sur le diaphragme et couplé à un contacteur à effet Hall placé à l'intérieur de la coque rigide. La vidange des ventricules, par l'intermédiaire des valvules, s'effectue dès qu'un contact est repéré.

II: Le Novacor

Le Novacor est le fleuron des coeurs artificiels de seconde génération. Il fut conçu dès 1973 à l'université de Stanford par le docteur Portner. Le Novacor est un ventricule gauche d'assistance mécanique qui fut créé pour permettre une assistance circulatoire de longue durée tout en autorisant au patient un retour à une vie presque normale.

La première version du docteur Portner était dépendante d'une console de gestion assez imposante qui est aujourd'hui remplacée par un modèle portable qui est relié par un câble transcutané à un contrôleur et des batteries portés soit à la ceinture soit en bandoulière.

Ce coeur artificiel est une pompe moteur compacte implantable qui est destinée à fournir une assistance circulatoire en attente d'une transplantation cardiaque ou comme support temporaire du traitement des dysfonctions myocardiques.

Le ventricule implantable, le gauche, comprend les valves biologiques d'entrée et de sortie, de la pompe intégrée et de son moteur mais également les tubes qui relient la pointe du ventricule gauche pour l'admission de sang dans le ventricule artificiel et l'autre à l'aorte ascendante pour permettre l'éjection du sang sortant du ventricule artificiel. Le coeur artificiel comprend aussi un câble transcutané permettant le passage de l'alimentation en électricité et la transmission des données informatiques nécessaire au fonctionnement de la pompe et de son moteur qui est relié au contrôleur et à ses batteries.

La pompe est une chambre circulaire composée, comme le Thoratec, d'un sac de polyuréthane avec une entrée et une sortie tangentielles dont la géométrie a été conçu afin d'éviter la stase et la séparation des flux en permettant des flots maximaux.

Des ressorts interposés entre le solénoïde, le convecteur qui transforme l'énergie électrique en une énergie mécanique utilisable par la pompe, et la pompe, leurs caractéristiques sont optimisées et leur tension et leur déplacement sont captés à chaque instant et envoyés vers l'ordinateur du contrôleur qui analyse les informations et permet d'ajuster les différents modes du ventricule artificiel.

Le Novacor se remplit de façon passive grâce au flux sanguin qui provient du ventricule gauche lors de la systole. De plus, l’éjection s’effectue lors de la diastole du coeur humain et débouche dans l’aorte ascendante. Cela permet ainsi au ventricule gauche de fonctionner comme une seconde oreillette puisqu’il est déchargé par le Novacor. Le débit du coeur artificiel peut varier de 5 à 7 litres par minutes, en fonction de la fréquence cardiaque et du volume d’éjection du ventricule gauche du patient.

Lorsqu’un solénoïde reçoit de l’énergie électrique, il se comporte comme un aimant. Ainsi, dans le Novacor, les deux solénoïdes sont pendant de courts instants mis sous tension, ce qui les fait se rapprocher. Ce rapprochement comprime le sac remplaçant le ventricule gauche. Ensuite, lorsque les solénoïdes sont démagnétisés, la pression comprimant le sac se relâche ce qui lui permet de se remplir.

Pour décomprimer de manière efficace le ventricule gauche, le Novacor est obligé de réagir en même temps que le vrai coeur : il doit donc se remplir pendant la systole et se vider durant la diastole. Ainsi les instants où les solénoïdes sont mis sous tension sont directement contrôlés par les temps de début et de fin d’éjection du Novacor. Le contrôleur régule le flux d’électricité dans le convecteur d’énergie.

Le Novacor fut créé afin de permettre une assistance circulatoire de longue durée dans certains cas spécifiques comme l’attente du transplantation cardiaque. L’avantage du Novacor est sa longue durée de vie, en effet celle-ci est de plusieurs mois voire de plusieurs années : un patient allemand en est à sa troisième année sous coeur artificiel.

III: Les pompes centrifuges

Aujourd’hui, il existe aussi des coeurs artificiels de troisième générations : il s’agit des pompes centrifuges.

Une pompe centrifuge est composée d’une turbine (ou rotor) qui est immergée dans le liquide (ici le sang). Ce dernier pénètre dans la pompe par une ouverture qui est proche de l’axe de la turbine. La turbine fait partir le sang vers les extrémités des aubes fixes par une grande pression. La puissance de la turbine permet de donner une vitesse important au sang. Dans les pompes à faible pression, comme le coeur, le diffuseur est généralement un conduit en spirale qui réduit la vitesse efficacement. Pour les débits plutôt faible mais à haute pression, la turbine agit alors par force centrifuge.

Ce type de pompe ne créé pas de vibrations, ce qui est un grand avantage. De plus la pompe est couplée directement avec le moteur. Le sang étant éjecté par pulsions et non de manière continu, il faut faire attention aux phénomènes de résonances qui pourraient abîmer le système.

Depuis le début des années 90, une pompe centrifuge de plusieurs couronnes est développée en tant que système rotatif d’assistance circulatoire aux États-Unis par la compagnie HeartQuest et l’université de médecine de Virginie.

La pompe est composée d’un disque immobile et de plusieurs couronnes (5). Le boîtier contenant la pompe est en forme de spirale et n’est que d’un faible encombrement ce qui facilite son implantation dans le corps humain. Une fois de plus, la pompe est contrôlée par un microprocesseur et elle peut ainsi fonctionner en circulation régulière ou pulsatile. Des études sur l’hémolyse du sang ont été effectués lors des expériences et elles montrent que le sang ne subit qu’un léger traumatisme.

Cette pompe est un coeur artificiel de troisième génération qui sera totalement fiable et aura une durée de vie espérée de 10 ans. En effet, ce coeur est actuellement en phase de développement et il n’est pas encore utilisé par les hôpitaux. Comme le Novacor, ce coeur pourra assister soit le coeur entier soit le ventricule gauche. Les principales qualités de ce coeur sont sa taille et sa fiabilité. En effet sa petite taille donnera une meilleure qualité de vie au patient et ceux-ci auront beaucoup moins de chances d’avoir à retourner à l’hôpital grâce à sa fiabilité. Les chercheurs pensent ainsi que les personnes équipées de pompes centrifuges pourront reprendre certaines activités sportives comme la randonnée ou le golf.

IV: A l'avenir

Aujourd’hui, la recherche est relancé pour le développement de nouveaux coeurs artificiels mais la plupart de ces recherches ont plutôt pour but d’améliorer les systèmes déjà existants.

Tous les systèmes d’assistances circulatoires actuelles nécessitent de l’énergie électrique pour fonctionner. Cela oblige un fil à traverser la peau du patient afin que la source d’énergie et le moteur soient reliés. Ce fil est un handicap pour le patient c’est pourquoi les recherches se penchent aujourd’hui sur un projet qui transmettrait l’énergie électrique à travers la peau par induction électromagnétique. Ainsi du courant alternatif serait transmis grâce à deux bobines, une dans le thorax et l’autre à l’extérieur.

De plus, les chercheurs tentent également de supprimer le câble percutané qui permet la communication entre l’atmosphère extérieur et la chambre ventriculaire dans le cas des coeurs pneumatiques. Pour cela, il est question d’ajouter au système une chambre contenant du gaz qui servirait à remplir la poche d’air du système pneumatique mais cela cause un nouvel inconvénient : cela augmente l’encombrement du coeur.

Enfin, si les coeurs précédemment exposés deviennent totalement fiables, ces deux systèmes permettraient d’avoir un coeurs artificiel total, à conditions de disposer de biomatériaux inertes. De plus la diminution au maximum de la taille et du poids des coeurs reste un élément important de la recherche puisqu’un faible encombrement est obligatoire pour limiter les risques d’inflammation d’autres organes.

Les coeurs artificiels actuels ne sont pas fiables à 100% comme on peut le voir sur les deux tableaux. De plus, la plupart des assistances circulatoires se font pour le ventricule gauche qui est celui qui travaille le plus puisqu’il doit envoyer du sang à travers tout l’organisme ce qui correspond à une pression cinq fois plus grande. Enfin, l’assistance circulatoire dans l’attente d‘une greffe est beaucoup plus efficace que le remplacement d’un ventricule défaillant.

Aujourd’hui la société a encore du mal à accepter les coeurs artificiels notamment à cause de leur prix très élevé mais aussi à cause de problème d’éthique chez le patient et son proche entourage. Les chirurgiens et chercheurs les plus optimistes pensent que les premiers coeurs artificiels totaux verront le jour vers 2015. Malheureusement, comme on peut le voir grâce à ces tableaux, l'efficacité de l'implantation des coeurs artificiels n'ai pas idéal. En effet, de nombreux patients décèdent très rapidement après l'opération.