Revue de la littérature et discussion
La théorie de » l’assistance circulatoire mécanique » a été émise pour la première fois par Julien Jean César LeGallois en 1812 . Cependant, son hypothèse ne deviendra une réalité qu’au 21ème siècle. Près d’un siècle après la théorie de LeGallois, l’association imprévue de Charles Lindbergh et d’Alexis Carrel a permis de faire progresser l’assistance circulatoire mécanique dans les années 1920. Lindbergh était un inventeur qui est surtout connu aujourd’hui comme un aviateur qui a survolé l’Atlantique, tandis que Carrel était un chirurgien qui a remporté le prix Nobel pour ses innovations dans le domaine de la transplantation d’organes. Carrel n’était pas certain que, lors d’une opération du cœur, une pompe à sang externe puisse soutenir le corps humain. Lindbergh a examiné les problèmes rencontrés par Carrel et a créé plusieurs de ses propres pompes à sang, qui se sont avérées infructueuses. Il lui a fallu quelques années, mais il a fini par créer une pompe à sang qui fonctionnait réellement. Lindbergh a également créé une centrifugeuse capable de séparer le plasma sanguin en toute sécurité. Après cette innovation, Carrel et Lindbergh ont créé un dispositif « semblable à un cœur artificiel in vitro » pour maintenir en vie les organes retirés du corps. Les organes qu’ils ont prélevés sont les reins, les cœurs, les glandes thyroïdes et les ovaires. Ces organes étaient surveillés après leur prélèvement pour observer leur développement et leur fonction . Les premières innovations telles qu’une pompe à sang externe et un dispositif similaire à celui d’un cœur artificiel ont mis en branle le désir de créer un cœur artificiel total.
Par la suite, en 1937, le Dr Vladimir P. Demikhov a développé un dispositif de cœur artificiel total (TAH) et a exécuté le premier pontage coronarien et la première transplantation intrathoracique au monde . Le HAT qu’il a mis au point était composé de deux pompes, l’une à côté de l’autre, qui étaient entraînées par un « moteur externe avec un arbre d’entraînement transcutané ». Ce dispositif a été transplanté chez un chien qui a vécu 5,5 heures après l’opération. Ses expériences étaient les premières de ce genre et il les a principalement testées sur des chiens. En 1946, le Dr Demikhov a transplanté simultanément un cœur et un poumon, avec succès. Il a pu réaliser ces opérations sans avoir recours à une dérivation cardio-pulmonaire. En lieu et place du pontage cardio-pulmonaire, le Dr Demikhov réalise des opérations rapides et utilise sa propre méthode pour préserver les organes pendant la transplantation. En juin 1946, il a réalisé une transplantation cœur-poumon hétérotopique sur un chien pendant 9,5 heures, ce qui a constitué une étape importante dans ses expériences. Les animaux sur lesquels le Dr Demikhov a mené ses expériences ont généralement survécu 30 jours après l’opération. Les préparations cœur-poumon du donneur du Dr Demikhov ont été préservées pendant la transplantation grâce à la « circulation en circuit fermé ». « Le sang du ventricule gauche était pompé dans l’aorte ; puis, par les vaisseaux coronaires qui alimentaient le myocarde, il passait dans l’oreillette droite, le ventricule droit et les poumons, où le sang était réoxygéné et retournait dans l’oreillette gauche » . En juillet 1953, il a franchi une étape importante en réalisant avec succès le premier pontage coronarien sur un chien. La Société internationale de transplantation cardiaque et pulmonaire a décerné le « premier prix de pionnier » au Dr Demikhov en 1989 pour « le développement de la transplantation intrathoracique et l’utilisation de cœurs artificiels ». En résumé, le Dr Demikhov était un pionnier qui a développé ses idées sur le cœur pour en faire une réalité qui est aujourd’hui régulièrement utilisée en médecine.
Quelques années après le Dr Demikhov en 1939, le Dr John H. Gibbon, Jr. des États-Unis assistait un autre médecin lors d’une embolectomie pulmonaire d’urgence où un patient perdait conscience en raison de caillots sanguins retirés lors d’une opération à cœur ouvert. Il s’est dit que s’il existait un dispositif capable d’éliminer le sang du corps du patient tout en évitant les poumons, d’oxygéner le corps, puis de le renvoyer vers le cœur, le patient serait encore en vie. Cet événement a alimenté sa passion pour la création de la machine cœur-poumon. Au cours des années suivantes, le Dr Gibbon a mis au point un appareil qui a été étudié sur des rats de laboratoire. Les rats de laboratoire ont survécu aux expériences de perfusion corporelle totale et cette recherche a été publiée en 1939. Quelques années plus tard, le Dr Gibbon a travaillé pour le Jefferson Medical College où il s’est associé à IBM pour travailler sur son appareil qui, après développement, a été présenté sous le nom de modèle I d’IBM. En 1952, le dispositif cœur-poumon modèle II a été mis sur le marché pour être utilisé sur les humains. Bien que l’appareil soit bien conçu, un bébé d’un peu plus d’un an, le premier patient, meurt pendant l’opération. En 1953, le dispositif a été utilisé sur deux autres enfants qui sont également morts. Après cela, le Dr Gibbon a cessé tout travail avec l’appareil. En juillet 1954, après de nouvelles recherches sur les caillots et les pertes de sang, l’appareil a été modifié et le modèle III a été lancé par IBM. Cependant, le Dr Gibbon avait déjà partagé son appareil avec la clinique Mayo en 1953 et ils ont continué à faire progresser l’appareil, le nommant « oxygénateur de type Mayo Gibbon » qui a ensuite sauvé des centaines de patients .
En 1948, William H. Sewell, Jr, un étudiant en médecine à l’Université de Yale a cherché à construire un cœur artificiel pour sa thèse pour obtenir son diplôme de médecine. Le Dr Sewell avait vu le Dr Gibbon et d’autres faire des progrès en cardiologie. Gibbon avait essentiellement créé un cœur-poumon artificiel pour remplacer le cœur et les poumons lors des opérations cardiaques ; cependant, lorsque le Dr. Sewell a commencé ses recherches, aucune opération cardiaque utilisant une pompe-oxygène n’avait été réalisée. Il pensait que les poumons du patient pouvaient être utilisés pour oxygéner le sang pendant une opération cardiaque et que, par conséquent, une seule ou une paire de pompes serait nécessaire à la place du cœur. Le Dr Sewell a conçu sa pompe de manière à ce qu’elle contourne le côté droit du cœur. Lors de ses premiers essais, il n’a pas réussi. Ses expériences ont échoué parce qu’il ne pouvait pas pousser le sang dans un tube en caoutchouc en utilisant une pompe à rouleaux. Il a alors décidé d’utiliser un gaz sous pression pour créer une force. Le Dr Sewell a également étudié les méthodes que d’autres chercheurs avaient utilisées, mais elles ne permettaient pas non plus de faire passer le sang dans une chambre de pompage. Le Dr Sewell a alors conçu une « pompe à moteur pneumatique ». Cette pompe était composée d’une « chambre de pompage tubulaire en verre avec un bras latéral relié à une source d’air comprimé et de vide et une vessie en caoutchouc faite d’un tube de Penrose renforcé maintenu en place par des bouchons en caoutchouc perforés ». La chambre de pompage était protégée par des valves à clapet en caoutchouc et aspirait le sang de l’oreillette droite dans l’artère pulmonaire via une canule. Des cames excentriques et des bras lestés munis de lames contrôlaient la synchronisation de l’air comprimé et de l’aspiration, car les lames arrêtaient et libéraient les petits tubes en caoutchouc, ce qui donnait lieu à des sources d’air comprimé et de vide. Cette méthode s’est avérée fructueuse pour la pompe du Dr Sewell et il a ensuite remporté le prix de thèse de sa faculté de médecine pour cette réalisation.
Suivant les traces de leurs prédécesseurs, les docteurs Tetsuzo Akutsu et Willem Kolff de la Cleveland Clinic aux États-Unis ont été les premiers à implanter avec succès un TAT dans un animal qui a continué à vivre pendant 1,5 h en 1957. Ces deux médecins étaient des experts dans le développement des TAT et ont reçu de nombreux éloges. Quelques années plus tard, en 1952, l’Argentin Domingo Liotta a créé ses propres modèles, semblables à ceux du Dr Tetsuzo et du Dr Kolff. Ses modèles ont augmenté le temps de survie jusqu’à 13 heures. Liotta a ensuite travaillé avec le Dr Michael DeBakey de l’Université Baylor aux États-Unis, qui a mis au point en 1983 un dispositif utilisant une pompe à galets permettant de transfuser du sang en permanence. En 1963, Liotta réalise la « première implantation clinique d’un dispositif d’assistance ventriculaire gauche pulsatile ». Quelques années plus tard, en 1969, le Dr Denton Cooley a effectué la « première transplantation de HAT » chez un humain. Le Dr Cooley travaillait également avec Domingo Liotta. Ils travaillaient ensemble pour faire progresser le cœur artificiel que Liotta avait initialement créé. La barrière extensible du cœur était constituée de Dacron contenant du silastique. Une texture en forme de filet a été utilisée pour imiter les greffes vasculaires. Les valves sans charnière Wada-Cutter ont été utilisées en raison de leur large ouverture qui permettait un écoulement facile. Ces valves ont posé quelques problèmes qui se sont avérés bénéfiques car elles ont provoqué un dégorgement qui a empêché la formation de thrombus. Ironiquement, la formation de thrombus a été un problème dans tous les HAT qui sont sortis après cela. Les docteurs Cooley et Liotta ont ensuite demandé conseil à un ingénieur pour créer une « console d’entraînement pneumatique ». Une « console d’entraînement pneumatique » a permis d’utiliser leur nouveau modèle de cœur artificiel chez l’homme. Par la suite, ce dispositif a été implanté chez un homme de 47 ans qui était presque invalide et qui avait des antécédents de crises cardiaques depuis 10 ans. Ce patient a reçu ce dispositif, le premier HAT en 1969, et tout semblait bien aller au début ; cependant, sa fonction rénale a commencé à décliner et l’hémolyse s’est installée. Il a fallu trouver un donneur pour une greffe de cœur humain 64 heures après l’opération initiale et le patient est décédé 32 heures après la greffe de cœur humain en raison d’une pneumonie. Le patient est mort principalement à cause de l’anti-rejet. Bien que le patient soit mort, le Dr Cooley a appris que la circulation humaine par un dispositif mécanique avait le potentiel de réussir .
Dans la chronologie des événements de l’avancement du cœur artificiel, les individus suivants ont été au centre d’une controverse. Paul Winchell affirme qu’il est le premier à avoir inventé le cœur artificiel et que le Dr Robert Jarvik a copié ses idées pour inventer le cœur Jarvik. Cependant, après des recherches, il s’est avéré qu’il n’était pas le premier car des brevets antérieurs avaient été déposés avant celui de Winchell .
Le Dr Robert Jarvik est réputé pour son travail sur le premier cœur artificiel permanent qui s’est avéré être un succès. Il est celui qui a été le plus acclamé parmi tous les inventeurs précédents. En 1982, le premier cœur artificiel permanent a été greffé à un patient de 61 ans, Barney Clark, par des chirurgiens de l’université de l’Utah. Le Dr Willem Kolff, mentionné plus haut, a dirigé l’équipe qui a travaillé sur ce cœur artificiel. Après avoir quitté la Cleveland Clinic en 1967, le Dr Kolff a rejoint l’Université de l’Utah. C’est là, en 1971, qu’il a rencontré et engagé Robert Jarvik dans son vapeur d’étude, qui travaillait à la mise au point d’organes artificiels. Le Dr Kolff avait pour habitude de donner aux cœurs artificiels le nom des chercheurs qui y travaillaient. Il se trouve que Robert Jarvik travaillait sur le cœur artificiel, qui a donc été baptisé Jarvik 7. Le Dr Jarvik n’avait que 35 ans lorsqu’il est devenu célèbre et a reçu tout le crédit de cette invention, simplement parce qu’elle a été baptisée de son nom et que le Dr Kolff a été oublié. Avant sa première transplantation réussie en 1982, le Jarvik 7 a fait l’objet d’essais cliniques. Barney Clark, le premier receveur du Jarvik 7, a vécu 112 jours après la transplantation. Le deuxième receveur a vécu 620 jours. Parmi les trois receveurs suivants, l’un est mort d’une perte de sang, et les deux autres ont vécu 10 et 14 mois. Essentiellement, tous les patients sont décédés à la suite de différentes complications telles qu’une défaillance de plusieurs organes, un accident vasculaire cérébral et une infection, pour n’en citer que quelques-unes. Le principal problème du Jarvik 7 était qu’une « grande console pneumatique » était nécessaire pour le traitement et que le patient ne pouvait donc pas quitter l’hôpital. Cette réserve ne permettrait pas au Jarvik 7 d’être un implant cardiaque artificiel permanent.
Essentiellement, le Jarvik 7 avait deux « pompes à air » qui copiaient la fonction du cœur à 40 – 120 bpm (battements par minute) . Chaque chambre était dotée d’un « mécanisme en forme de disque » en polyuréthane qui poussait le sang à travers le Jarvik 7, de la valve d’entrée à la valve de sortie. Des brassards étaient utilisés pour fixer le Jarvik 7 aux oreillettes naturelles du cœur. Les brassards étaient fixés par des lignes d’entraînement fabriquées en polyuréthane renforcé. Les lignes d’entraînement étaient également revêtues pour favoriser la croissance des tissus. Les lignes d’entraînement étaient insérées par le côté gauche du patient. Une grande unité électronique de la taille d’un réfrigérateur alimentait le Jarvik pour lui permettre de fonctionner. Cette unité contrôlait également « le débit de la pompe, la pression de pompage et d’autres fonctions essentielles en utilisant l’électricité, l’air comprimé et le vide ». Jarvik 7 a ensuite été rebaptisé Cardiowest Total Artificial Heart. En effet, Symbion, qui avait initialement produit l’appareil, a interrompu la fabrication en 1990 parce qu’elle ne respectait pas les exigences de la FDA. MedForte Research a obtenu les droits de Symbion et a ensuite formé un partenariat avec le centre médical universitaire de Tucson, en Arizona. Ces deux organisations ont ensuite formé le cœur CardioWest. En conséquence, le Jarvik 7 a été rebaptisé Cardiowest Total Artificial Heart en 1991. En 2004, le Cardiowest TAH a reçu l’approbation de la FDA pour les indications de transition vers la transplantation. Cela signifie que le cœur artificiel n’est en place que jusqu’à ce qu’un véritable cœur humain puisse être localisé en vue d’une transplantation. Plusieurs années plus tard, le CardioWest TAH a été à nouveau rebaptisé « le SynCardia temporaire » TAH en 2010. Les essais cliniques ont montré que les taux de survie étaient de « 79 % contre 46 % » lorsqu’ils étaient évalués par rapport au groupe témoin. Les taux de survie 1 et 5 ans après la transplantation étaient de « 86% et 64% ». Ces statistiques se sont avérées positives lorsqu’elles ont été comparées à celles du United Network of Organ Sharing .
Après le SynCardia temporaire, le TAH AbioCor est apparu. Il s’agit du premier » cœur artificiel interne autonome » . Les chercheurs ont étudié et testé ce dispositif pendant 30 ans. Les essais cliniques ont commencé en 2001 et la même année, le dispositif a été implanté chez un humain . L’AbioCor a été approuvé par la FDA en 2006. La particularité de ce dispositif est qu’il ne nécessite aucune connexion sous-cutanée, ce qui signifie que le patient n’a pas besoin d’être relié à des « machines externes de pompage d’air par des tubes ou des fils qui percent la surface de la peau ». Le TAH AbioCor pèse 2 livres et est constitué de quatre parties qui sont implantées dans le corps humain. Ces quatre parties sont : le contrôleur électronique, l’unité thoracique, la batterie au lithium et le dispositif de transmission d’énergie transcutanée (TET) . Ce système comprend également « deux ventricules artificiels et les valves correspondantes ». Ce système est doté d’une pompe hydraulique actionnée par un moteur et imitant les battements du cœur humain. La batterie qui est implantée dans le corps humain est rechargée en permanence par le TET et une batterie externe. Le TET relaie l’énergie par la peau. La batterie interne a une autonomie de 30 minutes, tandis que la batterie externe peut durer jusqu’à 4 heures. Il convient de noter que le système AbioCor est uniquement destiné aux patients souffrant d’insuffisance cardiaque biventriculaire. L’insuffisance cardiaque biventriculaire se produit lorsque les ventricules gauche et droit ne pompent pas une quantité suffisante de sang pour maintenir l’organisme. En fait, la FDA a autorisé l’utilisation de l’AbioCor uniquement dans le cadre de l’exception pour dispositif humanitaire (HDE). Suite à cette exception, un seul patient a été transplanté avec un AbioCor et il a ensuite été retiré de la production en raison de complications liées à des » événements de thromboembolie et d’aspiration auriculaire » .
En mars 2010, SynCardia a publié le pilote portable freedom . Avec ce dispositif, les patients ne seront plus confinés dans un hôpital en raison de la grande console pneumatique. Les patients seront ainsi libres et pourront vivre leur vie normalement après avoir été greffés d’un cœur artificiel. Après avoir reçu un cœur artificiel, les patients sont normalement confinés à l’hôpital en attendant un donneur de cœur humain. Cela réduit la qualité de vie et entraîne des coûts pour les patients. En outre, les hôpitaux ne disposent pas des ressources nécessaires pour maintenir le protocole actuel. Le générateur de liberté portable pèse 13 livres et est essentiellement un « compresseur pneumatique à piston » qui fournit une pression au TAT. Le rythme cardiaque est le seul paramètre réglable et il est calculé avant d’être connecté au patient. Le but du rythme de battement est de remplir partiellement les ventricules. Ainsi, la sortie du TAT produit un effet de Frank Starling. On parle d’effet Frank Starling lorsque le « volume d’attaque » du cœur augmente parce que le sang a rempli le cœur. La quantité supplémentaire de sang provoque l’expansion de la paroi ventriculaire, ce qui déclenche une contraction vigoureuse du muscle cardiaque. Après la réponse de Frank Starling, des moteurs électriques à l’intérieur du dispositif poussent le piston pour permettre la sauvegarde du superflu. Le patient peut facilement recharger le générateur de liberté portable dans n’importe quelle prise électrique, même via le port auxiliaire d’une voiture. Les patients ont même la possibilité de prendre un bain avec cet appareil. L’appareil contient des piles au lithium qui durent 3 heures. Ce dispositif unique permet aux receveurs du TAT d’être des patients externes pendant leur attente d’un donneur de cœur humain. Ils ne seraient plus limités à l’hôpital.
Il convient de noter que, bien que le cœur artificiel soit une réalisation étonnante qui a été faite, il est également extrêmement coûteux. Il peut coûter entre 190 000 et 220 000 dollars . Plus de 600 patients ont été transplantés avec le TAT SynCardia. Cette quantité est très importante si on la compare aux quelque 15 patients qui ont reçu le TAT AbioCor . Le SynCardia est le TAH le plus utilisé, représentant 93% de l’utilisation mondiale de ce dispositif. C’est le TAT le plus performant et il dépasse les » 116 années-patients de support du dispositif » .