Description du cœur artificiel et son fonctionnement

A-    Description de la prothèse


La prothèse est composée d’une série d’éléments : deux ventricules artificiels avec un sac interne (en vert clair sur le schéma n°5), 2 motopompes, des biomembranes, un sac externe, des valves implantées (valve d’origine bovine traitée chimiquement pour éviter tout rejet), un système électronique embarquée comprenant un micro-processeur, 7 capteurs et une prise d’alimentation électrique.

La prothèse est implantée dans la cage thoracique où elle vient remplacer les deux ventricules. Elle est raccordée aux oreillettes naturelles grâce à un dispositif d’interface, permettant une suture chirurgicale aisée, sur lequel la prothèse est ensuite encliquetée.

La prothèse ne pèse que 900 grammes, elle s’intègre bien dans la cage thoracique en raison de sa forme très proche du cœur naturel et de la miniaturisation des éléments qui la composent. Le système restaure les courants naturels de circulation du sang.

L’utilisation de matériaux biocompatibles et hémocompatibles confère une bonne tolérance pour le patient et minimise le risque de rejet, de destruction de globules rouges (hématies) et, aussi, de formation de caillots sanguins (diminuant ainsi le risque d’accident vasculaire cérébral).

Grâce au choix des matériaux, la prévision de durabilité est remarquable. La prothèse est fabriquée pour une durée maximum de 5 ans (pour effectuer environ 230 millions de battements cardiaques).

La prothèse est fonctionnellement basée sur un principe de dissymétrie du comportement pulsatif, la partie gauche étant conçue plus volumineuse, plus puissante car ayant à propulser le sang dans la totalité des organes, contrairement à la partie droite qui ne doit éjecter le sang que dans les seuls poumons.

 

B-    Fonctionnement de la prothèse


Le rythme cardiaque se décompose en deux temps, la diastole lors du remplissage des ventricules par le sang, et la systole lors de l’éjection du sang vers les gros vaisseaux et les organes.

La prothèse vise à reproduire fidèlement le fonctionnement du cœur naturel. A cette fin, il est utilisé un liquide hydraulique d’actionnement (huile de silicone[1]) servant d’intermédiaire pour pousser le sang et deux motopompes miniatures (actionneurs faisant bouger le fluide).

La prothèse comprend deux cavités ventriculaires, droite et gauche, chacune étant séparée par une membrane souple hémocompatible, en deux volumes, un pour le sang, un pour le liquide d’actionnement.

La membrane reproduit le caractère viscoélastique du muscle cardiaque et agit de la même façon sur le sang, poussant celui-ci lors de la contraction.

Pour assurer la fonction cardiaque, les éléments de la prothèse agissent de la manière suivante:

  •       Les deux motopompes aspirent et injectent, alternativement, un fluide dans les cavités ventriculaires déplaçant les membranes de pulsion.
  •       Lorsque le compartiment hydraulique se vide, le retrait de la membrane aspire le sang dans le ventricule : c’est la diastole.
  •       Lorsqu’il se remplit, la membrane pulse le sang dans les artères : c’est la systole.

Des valves d’admission et d’éjection assurent la progression unidirectionnelle du sang.

 

C-    Le système de régulation, de surveillance électronique ainsi que d’alimentation électrique


Le CARMAT dispose d’équipements de régulation électronique, de surveillance et d’alimentation électrique.

Le système de régulation électronique du rythme cardiaque est un dispositif interne. Il est constitué de 7 capteurs situés sur la prothèse reliés à un micro-processeur localisé sous la coque de la prothèse.

Pour assurer une régulation cardiaque répondant aux besoins variables de la personne, les capteurs enregistrent des données de pression artérielle et de position (repos et efforts physique). Le microprocesseur reçoit ces informations et les traite en permanence. Véritable ordinateur de bord, il assure alors l’adéquation du rythme cardiaque au besoin du corps, notamment en activant plus ou moins rapidement les motopompes.

Le CARMAT intègre, aussi, un dispositif externe au corps, de surveillance et d’alimentation électrique.

Le boîtier de surveillance est porté à la taille par une ceinture. Il fournit des informations au patient et relaye des données de télédiagnostics vers l’hôpital afin d’assurer le suivi à distance du porteur de cœur artificiel. Ce service de monitoring 24h/24 permet le suivi des données internes liées à la prothèse ainsi que des données physiologiques du patient.

L’énergie électrique nécessaire au fonctionnement du cœur artificiel est fournie par deux batteries au Lithium-ion à autonomie limitée à 6 heures au total, bientôt remplacées par des piles à combustible à autonomie plus grande de 12 heures en tout, piles dont le poids de 3 kg est plus léger que celui des piles au lithium-ion (voir fiche pile lithium-ion). L’utilisation des piles à combustible portables devrait être une première dans le domaine médical.

Les dispositifs interne et externe sont reliés entre eux par un fil passant par une micro-perforation derrière l’oreille gauche (voie percutanée).

Ce fil fournit l’alimentation électrique et, aussi, véhicule les informations entre l’électronique embarquée et le boîtier externe qui assure la surveillance du système. Il faut noter que la perforation permettant le passage du fil constitue une zone sensible avec risque de pénétration dans le corps de germes infectieux. Pour cette raison, la société CARMAT travaille à l’élaboration d’un système d’alimentation électrique et de passage d’informations transcutané.



[1]Huile de silicone est du polydiméthylsiloxane dont la formule brute est : (C2H6OSi)n

 

 

 

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