Un cœur artificiel qui ne bat pas

Plus tôt ce mois-ci, le premier cœur artificiel entièrement implantable a été approuvé par la Food and Drug Administration. Il apporte de l'espoir aux patients qui sont sur le point de mourir d'une insuffisance cardiaque ; pourtant, certains problèmes majeurs subsistent avec lui, à savoir sa grande taille et sa durée de vie relativement courte.

Le HeartMateII est un appareil d'assistance cardiaque à débit continu. Le chirurgien cardiaque Bud Frazier et son équipe travaillent avec deux de ces appareils pour développer un cœur artificiel à flux continu. (Courtoisie : Texas Heart Institute)

Un nouveau concept de cœur artificiel pourrait résoudre certains de ces problèmes. Mais son architecture innovante sans impulsions pourrait également poser ses propres problèmes.

Les cœurs artificiels fonctionnent en pompant le sang désoxygéné du corps vers les poumons. L'appareil pompe ensuite le sang oxygéné à travers le corps. Le dispositif nouvellement approuvé, appelé AbioCor, fabriqué par Abiomed, basé au Massachusetts, utilise un système de pompage hydraulique implanté pour simuler un rythme cardiaque naturel. Mais un design alternatif, conçu par O.H. Bud Frazier, un éminent chirurgien cardiaque et pionnier dans le développement d'appareils cardiaques au Texas Heart Institute à Houston, pompe le sang dans le corps en continu, plutôt qu'avec les battements périodiques du cœur normal.

Les pompes qui fonctionnent sur ce principe, connues sous le nom de pompes à débit continu, sont déjà utilisées en clinique dans le cadre de dispositifs d'assistance ventriculaire, qui sont implantés chez les patients ayant une fonction cardiaque restante pour aider à faire circuler le sang dans le corps. (Les cœurs artificiels remplacent entièrement le cœur.)

Les pompes à débit continu sont comme de petites machines turbo, explique Tim Baldwin, directeur de programme de la branche des technologies de pointe et de la chirurgie du National Heart, Lung and Blood Institute à Bethesda MD. Ils sont plus durables et vous permettent de fabriquer des appareils plus petits.

Avec la conception à flux continu de Frazier pour un cœur entièrement artificiel, un cœur gravement endommagé est retiré et remplacé par deux pompes à rotor qui font continuellement circuler le sang dans le corps, prenant complètement en charge la fonction du cœur.

Dans des expériences préliminaires menées au cours des deux dernières années, Frazier et son équipe ont implanté des paires de dispositifs d'assistance ventriculaire disponibles dans le commerce dans des veaux dont le cœur a été retiré. Les chercheurs affirment que les appareils étaient capables de pomper du sang et de répondre aux besoins des animaux en fonction de leurs activités. Vous mettez cela dans le bétail et ils se lèvent et meuglent et mangent et se demandent pourquoi tout le monde les regarde si bizarrement, explique William Cohn, collaborateur de la recherche et directeur de la technologie chirurgicale mini-invasive au Texas Heart Institute. Vous voyez une vache remuer la queue et vous dites, wow, c'est l'avenir du cœur artificiel.

Le plus grand avantage des pompes à rotor ou axiales est qu'elles sont petites et relativement simples. Le cœur AbioCor, par exemple, est si gros qu'il ne peut être implanté que chez les personnes ayant de grandes cavités thoraciques, ce qui le rend inapproprié pour la plupart des femmes. Les pompes axiales ont à peu près la taille d'un pouce adulte et peuvent pomper plus de sang qu'un cœur normal, explique Frazier.

Les pompes à débit continu sont également plus durables, en raison de la simplicité de leur conception - la seule pièce mobile est le rotor. D'autres pompes fonctionnent bien, mais il y a beaucoup de pièces mobiles, elles sont donc sujettes à l'usure mécanique, explique Cohn. La durée la plus longue de fonctionnement du cœur AbioCor dans les essais cliniques était de 18 mois, tandis que les dispositifs à débit continu sont conçus pour fonctionner pendant 10 ans ou plus.

Frazier dit également que les pompes à débit continu sont mieux à même de répondre aux besoins changeants du corps en sang. Si vous marchez, plus de sang est pompé vers le cœur et le cœur pompera automatiquement plus, dit-il. Si la pression d'un côté de la pompe augmente, le débit à travers l'appareil augmente automatiquement, permettant à la pompe de réagir comme un cœur natif, explique Frazier.

Mais qu'en est-il de l'impact à long terme de vivre sans pouls ? Cette question fait l'objet d'un vif débat au sein de la communauté des dispositifs cardiaques. Akif Undar, clinicien et chercheur en cardiologie à la Penn State University, affirme que le pouls est important pour acheminer le sang vers tous les petits capillaires alimentant les organes. Je pense que vous verriez des dommages aux organes chez les animaux avec un cœur [non palpitant], dit-il. D'autres, comme Yukihiko Nose du Baylor College of Medicine, affirment que les études sur les animaux menées par son groupe montrent que les dispositifs à débit continu peuvent être aussi sûrs que les dispositifs utilisant une pompe à impulsion.

Frazier et son équipe visent à répondre à cette question de manière plus définitive avec des expérimentations animales à long terme, en attendant le financement du projet. (Les expériences les plus longues que les chercheurs aient menées jusqu'à présent ont duré 20 jours.) L'équipe conçoit également des pompes spécialisées conçues pour être utilisées comme cœurs artificiels, avec des rotors qui répondent plus efficacement aux changements de débit. Beaucoup de travail doit être fait avant que cela puisse même être envisagé pour une application clinique, prévient Baldwin du NHLBI.

On ne sait pas encore qui seraient les principaux candidats pour le cœur sans pouls, s'il s'avère sûr et efficace dans les études animales. Parce que la technologie du cœur artificiel est toujours aussi risquée, l'approbation actuelle de la FDA pour le cœur AbioCor limite l'appareil aux patients souffrant d'insuffisance cardiaque qui ne sont pas éligibles pour une greffe et mourraient probablement dans un délai d'un mois. Cohn espère qu'à l'avenir, la technologie du cœur artificiel deviendra beaucoup plus sûre et plus facile à utiliser, élargissant ainsi le bassin potentiel de patients. Cela ne me surprendrait pas si aux Jeux olympiques de 2050, il y avait des divisions [concurrents] standard et modifiées, dit-il.

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