Cardiogramme
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Dispositifs d'assistance à long terme

Compte tenu du nombre limité de donneurs d’organes, les systèmes d’assistance ventriculaire à long terme deviennent peu à peu une alternative à la transplantation cardiaque. On estime à 15'000 le nombre de ces appareils implantés chaque année, chiffre qui va croissant avec le perfectionnement de la technologie [69,229]. Les indications des assistances de longue durée sont l’attente d’une greffe (bridge-to-transplant) ou de la récupération myocardique (bridge-to-recovery), et le soutien hémodynamique définitif lorsque ni l’un ni l’autre ne survient (destination therapy). Cette dernière catégorie pose évidemment des problèmes éthiques, logistiques et psychologiques majeurs, mais elle tend à devenir de plus en plus importante avec le manque de donneurs et le perfecionnement des dispositifs implantés [208].

La survie est d’autant meilleure que les autres systèmes (fonctions rénale, hépatique, hématologique) n’ont pas souffert. En cas d’assistance monoventriculaire gauche, la bonne fonction du VD et l’absence d’hypertension pulmonaire sont capitales. La sélection des patients est basée sur un certain nombre de critères [193,208,229].

  • Thrombocytes > 150’000/mm3 ;
  • INR < 1.2 ;
  • PAPm < 25 mmHg (pour autant que la PAP basse ne soit pas due à une défaillance du VD) ;
  • Albumine > 3.5 mg/dL ;
  • Créatinine < 200 mcmol/L.

L’inactivité du patient et la mise en décharge du VG par l’assistance peuvent conduire à l’atrophie du myocarde, mais de nombreuses études montrent maintenant que le ventricule subit un remodelage inverse aussi bien dans sa structure mécanique que dans son fonctionnement biochimique et génomique [39,137,329].

  • Diminution du stress de paroi ;
  • Déplacement vers la gauche de la courbe pression-volume systolique et diastolique ;
  • Régression de l’HVG ;
  • Réduction de la fibrose et de l’apoptose ;
  • Raccourcissement du potentiel d’action ;
  • Augmentation de la force de contraction des myocytes ;
  • Augmentation de la population des récepteurs β1 ;
  • Activation de la libération et de la recapture du Ca2+ par le réticulum sarcoplasmique ;
  • Activation de l’expression génique de la protéine G activatrice.

Ces observations sont pour l’instant limitées à 5-10% des cas en assistance à long terme ; seuls les patients souffrant de défaillance réversible (myocardite virale, stunning, intoxication, par exemple) ont démontré une récupération fonctionnelle adéquate permettant l’ablation du dispositif d’assistance chez 25-50% des patients selon les pathologies [33,212]. Toutefois, une nouvelle piste se dessine avec l’utilisation du clenbutérol, un agoniste β2 prescrit dans la crise d’asthme, qui induit une hypertrophie des muscles squelettiques et des myocytes sans association de fibrose. Une étude récente démontre que sa prescription à haute dose chez les patients sous assistance permet le sevrage du dispositif après 1 année dans 30% des cas (41% des non-ischémiques), avec une récupération de la FE qui passe de 0.15 en pré-assistance à 0.58 un an après l’explantation [33]. Les critères d’explantation sont les suivants :

  • Diamètre télédiastolique du VG ≤ 6.0 cm ;
  • Diamètre télésystolique du VG < 5.0 cm ;
  • PAPO < 12 mmHg ;
  • IC > 2.8 L/min/m2 ;
  • VO2 > 16 mL/kg/min.

 

Systèmes pulsatiles

Les plus anciens coeurs artificiels (1ère génération) sont des systèmes électriques ou pneumatiques partiellement implantables qui produisent un flux pulsatile. Les systèmes pneumatiques (Thoratec™ PVAD, IVAD, BerlinHeart Excor™) et les systèmes électriques (HeartMate™ I XVE) sont tributaires d’une console externe qui contient le mécanisme de compression ou le moteur. Ces appareils sont dépendants d’une source de courant électrique, qui peut momentanément être remplacée par des batteries transportables, laissant ainsi une certaine mobilité au malade (autonomie : 20 minutes à 4 heures selon les modèles). Ils demandent en général une anticoagulation avec de l’héparine ou une dicoumarine (INR 2.5-3.5) et un antiplaquettaire (aspirine et/ou clopidogrel) ; ils sont sensibles aux interférences électro-magnétiques [229,245,329].

Les systèmes Thoratec™ PVAD et IVAD (Thoratec Corp, Pleasanton, CA, USA) consistent en un boîtier contenant un sac en polyuréthane connecté à des valves mécaniques unidirectionnelles situées aux orifices d’entrée et de sortie (Figure 12.22). Le système reste à l’extérieur du corps (PVAD) ou est implanté dans la paroi abdominale (IVAD) ; il peut fonctionner pour un ou pour les deux ventricules. Il assure, par compression pneumatique, un volume systolique de 65 mL et un débit maximal de 6.5 L/min. Une console externe assure le fonctionnement moteur de l’air comprimé. En assistance gauche, le sang est prélevé par une canule placée à l’apex du VG et retourné au malade par une prothèse vasculaire anastomosée à l’aorte ascendante. En assistance droite, le sang est pompé par une canule dans l’OD et restitué par une prothèse vasculaire anastomosée à l’artère pulmonaire. L’appareil est conçu pour une assistance à moyen terme, avec une durée maximale d’environ 2 ans. Les patients doivent être anticoagulés (dicoumarine) et placés sous aspirine. Le système ExCor™ existe également sous une forme miniaturisée permettant son utilisation en pédiatrie.

D’autres appareils sont conçus pour le long terme, actuellement jusqu’à plus de cinq ans. Le système HeartMate™ I XVE (Thoratec Corp) délivre un flux pulsatile par compression d’une poche entre deux plaques mues électriquement ; le boîtier est implanté dans la paroi abdominale (Figure 12.22). Le sang est aspiré à l’apex du VG et renvoyé dans l’aorte ascendante par une prothèse vasculaire ; la direction du flux est assurée par des valves porcines. La surface interne est une texture de titane et de polyuréthane qui permet une endothélialisation de toute la surface en contact avec le sang ; cet avantage, couplé à l’utilisation de valves biologiques, permet une réduction de l’anticoagulation ; seuls des antiplaquettaires sont nécessaires [322,329]. La production de ce dispositif est en voie d’être interrompue [208].

La console de ces trois appareils permet différents réglages.

  • La pression d’éjection doit être supérieure d’au moins 10 mmHg à la PAs du patient ;
  • L’aspiration appliquée en diastole pour aider au remplissage de la poche ventriculaire est réglée entre – 25 et – 40 mmHg ;
  • Le temps d’éjection est en moyenne de 300 msec.

Le Novacor™ N100 (WorldHeart, Oakland, CA, USA) consiste aussi en un boîtier rigide contenant un sac de polyuréthane comprimé par une plaque mue électriquement. Implanté dans la paroi abdominale, il est monté sur deux canules valvées connectées à l’apex du VG et à l’aorte ascendante. Ce système requiert une anticoagulation complète (coumadine pour INR 3.0). Certains systèmes comme le LionHeart LVD-2000™ (Arrow International, USA) sont totalement implantables ; l’énergie est fournie par voie transcutanée à des batteries implantées dans le sous-cutané ; aucune voie ne traverse la peau, ce qui réduit le risque infectieux. Le système peut assurer un débit de 8 L/min avec un volume systolique de 64 ml [229].

Une assistance ventriculaire fonctionne correctement pour autant que sa précharge soit satisfaisante. Les systèmes pulsatiles peuvent opérer selon deux modes différents.

  • Fréquence fixe (fixed-rate) : quel que soit le volume diastolique, la pompe éjecte à une fréquence constante, réglée par avance (mode par défaut : environ 40 pulsations/min) ; le volume systolique varie.
  • Précharge-dépendant (fill-to-empty) : la chambre ventriculaire déclenche l’éjection dès que son capteur détecte qu’elle est pleine (en général 90% du volume maximal) ; ce mode est dit automatique. Il s’adapte aux besoins du patient en fonction de son retour veineux, mais en cas d’hypovolémie, la fréquence de l’assistance baisse et le débit cardiaque diminue.

Ces modes ne sont pas synchrones avec le rythme cardiaque du malade. Sur le plan hémodynamique, l’assistance de ces pompes se manifeste sur la courbe artérielle par une augmentation systolique périodique déphasée par rapport au rythme cardiaque du patient (Figure 12.23). Les systèmes non-pulsatiles (Impella™, HeartMate™ II) donnent une courbe de pression dépulsée sur laquelle s’ajoute la faible pulsation fournie éventuellement par la systole ventriculaire du patient.

 

Systèmes à flux continu

Ces systèmes sont mûs par une pompe axiale (HeartMate™ II, Jarvik 2000™, HeartAssist™ MicroMed™, InCor™) ou une turbine centrifuge (HeartMate™ III, DuraHeart™, EvaHeart™, HVAD™ et MVAD™ de HeartWare). Ils sont implantés par sternotomie ou par thoracotomie. Le sang est pris à l’apex du VG et retourné à l’aorte ascendante ou descendante par une prothèse tubulaire (Figure 12.24). Le débit assuré est de 5 à 10 L/min contre une pression artérielle de 100-150 mmHg. La vitesse de rotation est de 7’000 – 15’000 tours/min pour une consommation moyenne de 15 W (10-25 W). Ces systèmes à flux continu, plus simples, plus légers et plus silencieux, sont moins sujets à l'usure et aux pannes. Leur encombrement est faible, et ils peuvent être implantés chez des malade de petite taille. La courbe artérielle est pratiquement plate, la PAs et la PAd sont les mêmes que la PAM. La fonctionnalité du VG se traduit par des crochetages surajoutés à cette courbe ; ceux-ci sont d’autant plus importants que le VG a une meilleure fonction ou que le débit de la pompe diminue. Les systèmes à flux continu présentent essentiellement quatre inconvénients :

  • Une malfonction induit un reflux qui équivaut à une insuffisance aortique aiguë car il n’y a pas de valve dans le système ;
  • Comme ils génèrent une pression négative dans le VG, le ventricule peut collaber avec une brusque baisse de précharge et un risque d’embolie gazeuse par aspiration d’air au niveau des sutures; le risque est plus faible avec les systèmes centrifuges qu’avec les système co-axiaux
  • Le flux continu entraîne une stase au niveau de la valve aortique si celle-ci ne s’ouvre plus ; cela peut donner naissance à des thrombus, avec risque d’embolisation systémique. Pour pallier ce problème, le sysème Jarvik 2000 modifie régulièrement et automatiquement sa vitesse de rotation pour favoriser momentanément l’éjection par le VG. La pulsatilité est mieux conservée avec les système centrifuges qu’avec les système co-axiaux.
  • La décharge du VG est moins efficace qu’avec les systèmes pulsés ; le flux continu dans l’aorte occasionne une hausse de la postcharge lorsque le VG éjecte.

Les pompes les plus récentes sont actionnées par une turbine (InCor™, Berlin Heart GmbH, Berlin, Allemagne) ou une pompe centrifuge (HVAD HeartWare™, HeartWare International Inc, Framingham, MA, USA)) suspendue dans le boîtier par lévitation magnétique et mue par un champ magnétique (Figure 12.25A). Cette technique réduit encore le nombre de pièces en mouvement, donc l’usure et le risque de panne. Leur taux de complication est la moitié de celui des pompes pulsatiles [170]. Ces appareils ont une durée de vie probable d’une dizaine d’années. La survie des malades à 1 an est passée à > 80% avec ces systèmes [107,170], et leur capacité fonctionnelle s’est améliorée : 80% des patients sont en classe NYHA I-II [290]. Bien que la réduction de la PAP soit plus importante avec les systèmes pulsatiles, les appareils à débit continu permettent une décompression immédiate comparable du VG ; de plus, ils maintiennent une fonction normale de tous les organes bien au-delà d’une année, malgré un flux complètement dépulsé. Il est par ailleurs intéressant de noter que la pulsatilité n’est nullement nécessaire à la perfusion des viscères, à la condition que le patient soit anticoagulé et que la vascularisation coronarienne soit assurée. Une comparaison du HeartMate XVE pulsatile et du HeartMate II à flux continu a démontré une survie doublée à 2 ans avec le second (24% et 58% respectivement) et un gain de 62% (OR 0.38) concernant les réopérations et les AVC [313]. Le risque hémorragique augmenté est en partie lié à une maladie de von Willebrand acquise (type IIa) occasionnée par le jet à haute vélocité qui sort de la pompe et qui abime les molécules du FvW, comme dans la sténose aortique serrée.

Ces différents systèmes doivent être implantés au cours d’une intervention en CEC. Ils assurent maintenant, pour les meilleurs d’entre eux, plus de 80% de succès jusqu’à une transplantation, une survie à 1 an de 80% et une survie à 2 ans de 70%, chez des malades en insuffisance congestive terminale (NYHA IV) dont la mortalité à 1 an est supérieure à 60% (Figure 12.25B) [159,170,208]. La survie sous assistance a pratiquement doublé ces 15 dernières années, puisqu’elle n’était que de 52% à 1 an et de 23% à 2 ans en 2001 [291]. La durée moyenne de traitement hospitalier est de 120 jours à 2 ans, avec des supports circulatoires au-delà de 7 ans. La mécanique est maintenant fiable, puisque seuls 2% des appareils doivent être changés après 3 à 4 ans [170].

 

Remplacement total

La génération suivante est un cœur articificiel biventriculaire total pulsatile, implantable et définitif (destination therapy). Dans cette situation, la moindre panne entraîne le décès, puisque le cœur a été réséqué. Pour l’instant trois modèles sont en essai clinique : CardioWest™ (SynCardia Systems Inc, Tucson, AZ, USA), Abiocor™ (Abiomed, Danvers, MA, USA), et Carpentier-CARMAT™ (Carmat, Villacoublay, France) (Figure 12.26). Le premier est un système pneumatique avec deux ventricules impantés in situ. Le deuxième consiste en deux chambres mues par un diaphragme qui les comprime alternativement ; l’une est en systole lorsque l’autre est en diastole. Le diaphragme est lui-même entraîné par un circuit hydraulique mis sous pression par une pompe centrifuge électrique. Le volume systolique est de 80 mL et le débit maximal de 9.6 L/min. Une connexion hydraulique entre les deux systèmes de pression droite et gauche ajuste le débit du «VD» en fonction de la POG : il augmente si la POG est basse et diminue si la POG est élevée. Le cœur de Carmat, qui possède un système sophistiqué d’autorégulation au moyen de senseurs dans les 4 cavités, a été implanté chez trois patients jusqu’ici ; le premier et le deuxième sont décédés à 74 jours et à 9 mois d’une microfuite du circuit sanguin vers le liquide d’actionnement de la prothèse. Le troisième est décédé à 8 mois et demi d’insuffisance rénale sans dysfonction de la prothèse. Aucun n’a souffert de thrombose, prouvant ainsi l’hémocompatibilité des matériaux utilisés. Vu leurs dimensions, ces appareils sont conçus pour des adultes de grande taille (> 1.5 m2) dont on a explanté les ventricules. Un des progrès majeurs pour un cœur mécanique définitif est la technologie TETS (transcutaneous energy transfer system) qui supprime le câble conducteur d’énergie, dont le point de pénétration cutané est toujours source d’infection et dont l’inconfort est majeur pour le patient. Une batterie implantée assure un fonctionnement de secours pendant 15-30 minutes. A l’exception du cœur de Carmat, ces dispositifs réclament une anticoagulation (anti-vitamine K) et de l’aspirine. Après une quinzaine d’implantations chez l’homme et une survie de 40% à 9-15 mois (la plus longue survie est de 832 jours avec un système CardioWest™), ces cœurs artificiels n’ont jamais passé au stade de la commercialisation. On s’est plutôt tourné vers les systèmes à flux continu (HeartMate™ II, HeartMate™ III, HVAD™ HeartWare), dont plus de 20’000 ont été implantés à long terme avec une mortalité à 1 an inférieure à 15% et une survie jusqu’à 8 ans [69]. De nouveaux dispositifs combinent deux pompes rotatives (SmartHeart™, BiVACOR™) pour assurer un débit systémique et un débit pulmonaire.

 

 

Dispositifs d’assistance à long terme
Ces systèmes sont prévus pour une assistance à moyen (2 ans) ou long terme (> 5 ans), en attente d’une transplantation (bridge-to-transplant), d’une récupération (bridge-to-recovery) ou comme traitement définitif (destination therapy). Seuls les patients souffrant de lésions réversibles (myocardite virale, stunning, intoxication) peuvent être explantés après récupération fonctionnelle. Mais des observations récentes démontrent un remodelage positif du VG sous assistance, qui permettrait un sevrage à long terme dans 5-10% des cas.
En assistance gauche, le sang est prélevé par une canule implantée à l’apex du VG et retourné à l’aorte ascendante par une prothèse vasculaire. En assistance droite, le sang est drainé depuis l’OD et renvoyé dans l’artère pulmonaire par une prothèse vasculaire. L’implantation nécessite en général une CEC.
Systèmes pulsatiles
- Thoratek PVAD® et IVAD® : boitiers pneumatiques externes ou implantés dans la paroi
abdominale, valves mécaniques, console externe, anticoagulation et antiplaquettaires
- HeartMate I XVE® : boitiers électriques implantés dans la paroi abdominale, surface
endothélialisée, valves biologiques, console externe, antiplaquettaires seuls
- Fonctionnement en fréquence fixe (VS variable) ou en mode automatique (fill-to-empty:
systole déclenchée lorsque la poche ventriculaire est pleine)
Systèmes à flux continu (plus simples, moins encombrants, donnant de meilleurs résultats à long terme malgré la dépulsation de la pression artérielle)
- Turbines (HeartMate II®, BerlinHeart®, Jarvik 2000®)
- Pompe centrifuge à lévitation magnétique (HeartMate III®)
Avec les dispositifs les plus récents, la survie est ≥ 80% à 1 an, la majorité des patients passant en classe fonctionnelle NYHA I-II.

 

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