Les greffes de coeur
Avec l'évolution des recherches le coeur artificiel pèse désormais 0.9kg, contrairement aux premiers coeurs artificiels qui pesaient jusqu'à 9kg. Les matériaux utilisés sont biosynthétiques et font donc disparaître les rejets immunologiques et diminuent les risques de coagulation. Un traitement postopératoire n’est plus systématiquement nécessaire. Il n'y a pas de soucis de compatibilité. Son énergie est concentrée dans des batteries rechargeables d'une autonomie atteignant 12 heures. Une durée de vie espérée au minimum de 5 ans, soit 230 millions de battements. Le cœur artificiel est une bonne innovation puisqu’il serait en quantité suffisante et inépuisable.
1) L'hémocomptabilité
Un des plus grands défis auquel dut se confronter Carmat lors de l’élaboration de sa prothèse cardiaque fut celui de l’hémocompatibilité, c’est-à-dire le fait d’être bien toléré par l’organisme et de ce fait empêcher le rejet ou la formation de caillots sanguins.
Les matériaux (comme le péricarde de bovin qui couvre la face intérieure de la membrane du cœur artificiel) permettent d’éliminer les traitements anti rejets et de limiter les anticoagulants. En effet, les matériaux ne faisant pas réagir le corps à ses composants ne va pas entraîner de « crise » de rejet pouvant entraîner de graves complications et pousser à l’extrême la mort du patient.
CARMAT a crée un design Création optmisé des cavités ventriculaires.
Elle a également crée un mouvement physiologique d’éjection par la membrane afin de mimer la contraction ventriculaire et assurer le vidage des ventricules à chaque cycle.
Pour un coeur artificiel ils ont utilisé des biomatériaux synthétiques et biologiques microporeux permettant un recouvrement protéique continu adhérant sur l’ensemble des surfaces en contact direct avec le sang.
2) Autonomie
CARMAT a développé une pile à combustible portée à la ceinture et reliée au cœur par un connecteur branché derrière l’oreille du patient. Elle est actuellement capable d’offrir quatre à cinq heures d’autonomie pour un poids de 6kg, afin d’éviter les arrêts cardiaques. Cette pile ne présenterait pas les problèmes de stockage de l’hydrogène et de son réapprovisionnement traditionnellement rencontrés dans les piles à combustible. Cette technologie sera industrialisable dès 2012, il s’agit de la première utilisation d’une pile à combustible dans le domaine des technologies médicales.
Système embarqué du cœur Carmat et son suivi:
3) Fiabilité
Un patient à la santé fragile pourrait ne pas résister à une deuxième opération chirurgicale de cette ampleur. Les chercheurs ont de ce fait été obligés de procéder à de sévères et nombreux tests de fiabilité pour que la prothèse soit le plus résistant et durable possible.
Pour battre 45 millions de fois par an, sans circuit de secours ni maintenance, il faut des matériaux et des pièces mobiles particulièrement résistantes (comme par exemple les pompes)… Grâce à des solutions empruntées à l’aéronautique, au spatial et à la médecine, les tests d’usure font espérer une durée de vie de 5 à 10 ans. Même si dans ce domaine, des recherches sont encore à faire, les médecins sont plutôt optimiste et la longévitée des pièces du cœur artificiel nous permettrons très bientôt de remplacer définitivement la greffe du cœur naturel.
Ils ont pour cela procédé à des tests de fiabilité .Les deux défis technologiques pour assurer cette fiabilité étaient de minimiser le risque de formation de caillots et de produire une prothèse biocompatible. Pour réduire la formation de caillots sanguins les ingénieurs ont optimisé la forme des cavités intra ventriculaires.
Elles ont été mises en place pour rendre fluide l’écoulement physiologique du sang et pour réduire les zones ou le sang pourrait s’entasser et stagner en formant des caillots sanguins, ces zone sont appelées « zones de stases ». De nombreuses simulations numériques ont prouvé que 99,5% du sang contenu dans les ventricules se renouvelle totalement après 5 « battements ». Ensuite tous les matériaux en contact avec les tissus de l’organisme du patient sont des matériaux synthétiques biocompatibles qui garantissent une introduction dans le corps du patient sans l’activation du mécanisme de rejet.
Tout cela avec seul objectif en tête qui est de créer une prothèse viable et fiable d’une durée de vie d’au moins 5 ans.
Mais les chercheurs ont surtout dû se pencher sur un autre fonctionnement du cœur reposant sur l’adaptation physiologique.
4) Adaptation physiologique:
L’une des grandes aspirations du groupe vis-à-vis de son cœur fut de permettre au patient de retrouver un rythme de vie le plus proche possible de celui qu’offre le cœur naturel. Cela incluait donc la possibilité de bouger librement ou encore de pouvoir courir. Pour cela l’organe naturel a une capacité d’adaptation naturelle vis-à-vis de l’effort demandé par l’organisme, c’est-à-dire que le rythme sanguin peut accélérer ou diminuer en fonction des besoins de l’organisme et en particulier des muscles.
Schéma explicatif de la boucle de régulation de la pression arterielle
PA: pression arterielle
FC: fréquence cardiaque
Pour offrir au patient la possibilité de retrouver un quotidien le plus naturel possible, CARMAT a mis au point un dispositif électronique intégré régulant le fonctionnement de la prothèse en fonction des besoins des patients, à partir d’informations données par des capteurs, puis traitées par un microprocesseur.
Les différents capteurs ont tous leur rôle bien défini. Il y en a par exemple deux qui permettent le contrôle de la pression artérielle, deux autres à ultrason permettant de connaître la position de la membrane lors des deux phases de diastole et systole puis un ‘’accéléromètre’’, capteur permettant de détecter les mouvements du patient dans l’espace puis de calculer leur vitesse et enfin l’inclinomètre qui détermine la position du porteur dans l’espace, c’est à dire allongé ou debout. Tous ces outils microélectroniques présents dans la membrane transmettent en permanence leurs données à un microprocesseur situé dans l’ordinateur de bord extracorporel relié par un câble électrique transcutané.
A l’aide d’algorithmes permettant de modéliser le fonctionnement naturel du cœur, ce dernier va adapter la conduite des motopompes et de ce fait adapter le rythme cardiaque aux besoins du patient.