Assistance circulatoire mécanique

Un cœur défaillant est dilaté, hypocontractile et souvent déplété en métabolites énergétiques. Le but de l'assistance circulatoire est non seulement de maintenir un état hémodynamique satisfaisant, en n'utilisant pas ou que peu de catécholamines qui ne font que pérenniser et aggraver la déplétion en métabolites énergétiques, mais aussi de diminuer les contraintes pariétales et, donc, le travail du ventricule et sa consommation en oxygène. Les indications principales sont le bas débit postcardiotomie avec un sevrage impossible de la circulation extracorporelle [1] et un certain nombre d'insuffisances cardiaques aiguës (infarctus du myocarde, myocardite) [2]. Récemment, l'utilisation prolongée de systèmes d'assistance circulatoire en attente de transplantation a permis de démontrer les capacités du cœur à récupérer une fonction systolique et diastolique satisfaisante : augmentation de l'indice cardiaque et de la pression aortique moyenne, diminution de la pression pulmonaire d'occlusion et des résistances vasculaires pulmonaires [3, 4]. Il existe, par ailleurs, une normalisation des modifications neurohormonales : diminution des concentrations de norépinéphrine, d'aldostérone, de facteur atrial natriurétique, de l'arginine vasopressine et de l'activité rénine plasmatique [5, 6].

Toutes ces modifications morphologiques, structurelles et fonctionnelles survenant après un certain temps d'assistance circulatoire ont fait évoquer la possibilité d'un éventuel sevrage [7, 8]. Dans la majorité des cas où ce sevrage a été proposé, il s'agissait de patients atteints de cardiomyopathie dilatée. De plus, un traitement médical adapté (inhibiteurs de l'enzyme de conversion, bêtabloquants, diurétiques) est indispensable pendant toute la durée de l'assistance. Enfin, l'évolution de la cardiopathie avant l'implantation doit être prise en compte. Le taux de récupération est plus important chez les patients dont la cardiopathie est d'apparition récente. Il est cependant encore trop tôt pour évaluer le devenir à long terme de ces patients sevrés de l'assistance circulatoire.

En fonction de l'indication, du type de défaillance cardiaque et du profil évolutif envisagé, le matériel à utiliser est différent.

Pompes non occlusives

Ce type de pompe est représenté par les pompes centrifuges. Elles sont composées d'une seule partie mobile, le rotor, qui est mis en mouvement soit par un arbre de transmission, soit par un champ électromagnétique. Elles assurent un débit continu mais qui peut être rendu pulsatile si l'on fait varier la vitesse instantanée du rotor. Il en existe deux types actuellement commercialisés, selon que l'énergie transmise au sang se fait par friction sur un cône utilisant l'effet vortex (Biomedicus^®) ou par l'intermédiaire d'ailettes (Sarns^®). Les avantages de ces pompes sont constitués par leur caractère non occlusif : pas de lésions des éléments figurés du sang, pas de détérioration du circuit, pas de risque de rupture (en cas de surpression, le débit s'annule) et, enfin, pas de risque d'embolie gazeuse par désamorçage. Le débit dépend de la vitesse de rotation du rotor mais aussi des pressions de remplissage et des résistances à l'éjection. Une diminution des premières ou une augmentation des secondes entraîne un ralentissement immédiat du débit. Inversement, une augmentation des premières ou une diminution des secondes entraîne une augmentation du débit. Il existe donc une autorégulation qui facilite la surveillance. Le débit maximum obtenu avec ce type de matériel est de l'ordre de 4 à 5 l/min. Ces pompes ne sont cependant pas dénuées d'inconvénients. Le débit est continu, non pulsé. En dessous d'une certaine vitesse de rotation, il peut s'annuler, voire s'inverser, et il est important de connaître cet élément lors de la mise en route de l'assistance ou lors du sevrage. De plus, il est nécessaire de changer la tête de pompe régulièrement (tous les 2 à 4 jours). Ce matériel sera donc utilisé préférentiellement pour les assistances de courte durée (de quelques heures à quelques jours).

Ventricules pneumatiques

Parmi les ventricules pneumatiques, il faut distinguer ceux de la marque Abiomed^® (figure 1). Ils sont constitués de deux chambres en polyuréthane entourées d'une coque externe en polycarbonate. La première chambre, ou chambre atriale, se remplit passivement par gravité et la seconde, ou chambre ventriculaire, est vidée rythmiquement par une énergie pneumatique transmise par une ligne d'activation à partir d'une console qui règle automatiquement et en continu le débit. Des valves en polyuréthane assurent le caractère unidirectionnel du débit. Le débit assuré par cette prothèse est de l'ordre de 4 à 5 l/min. En cas d'assistance biventriculaire, le débit droit est inférieur au débit gauche d'au moins 10 % afin d'éviter une surcharge vasculaire pulmonaire. Les avantages de ce système en sont le coût, la facilité de mise en œuvre et de surveillance ainsi que l'autorégulation des débits en fonction des pressions de remplissage. L'inconvénient majeur est représenté par l'hypothermie et la perte de charge induites par la longueur des lignes externes.

Les autres ventricules pneumatiques sont, de la même façon, constitués d'une coque rigide externe mais ils sont partagés en deux parties : une chambre contenant le sang et une autre dans laquelle l'air comprimé est injecté rythmiquement. Cette différence permet de considérer deux types de ventricules pneumatiques : ceux à sac et ceux à diaphragme. Ils sont tous extracorporels et reliés à une console externe par une ligne d'activation.

Ventricules à sac

Le plus connu et le plus utilisé est le ventricule de Pierce-Donachy^® [9, 10]. Le sac est suspendu à l'intérieur d'une coque en polycarbonate. À l'entrée et à la sortie, deux valves à disques de Björk-Shiley^® garantissent le caractère unidirectionnel du débit. Par ailleurs, une sonde à effet Hall est fixée sur la coque externe. Dès que le ventricule est plein, un signal est envoyé à l'unité de contrôle qui déclenche l'éjection. Le ventricule peut fonctionner selon le mode « plein-vide ». La fréquence est alors fixée par le débit de remplissage qui est fonction des pressions de remplissage. Le mode « fréquence fixe » est utilisé lors des phases de démarrage et de sevrage. L'inconvénient de ces deux modes est constitué par le total asynchronisme avec le cœur assisté, ce qui, bien qu'assurant un débit d'assistance élevé, peut être délétère pour une éventuelle récupération. Il est cependant possible d'utiliser une synchronisation sur l'onde R de l'électrocardiogramme en mode « contre-pulsion ». Les avantages de ce système sont sa durabilité, la fiabilité du matériel et ses bonnes performances hémodynamiques. Les inconvénients sont la fragilité du système de détection de remplissage complet du ventricule et la taille des canules.

Les ventricules extracorporels Nippon-Zeon^® sont composés d'un sac de 60 ml en polyuréthane et deux valves de Björk-Shiley^® contenus dans une coque externe transparente permettant de voir très aisément les mouvements du sac. La canule artérielle est en Silicone-Goretex^® et ne nécessite pas de précoagulation. Un débitmètre électromagnétique, situé juste après la valve de sortie, permet de mesurer précisément le débit du ventricule. Ces ventricules peuvent être utilisés indifféremment en assistance droite et/ou gauche (figure 2). La console permet de synchroniser le ventricule d'assistance au ventricule assisté comme pour une contre-pulsion, ou de le faire fonctionner à fréquence fixe en total asynchronisme.

Ventricules à diaphragme

Le ventricule Medos^® comprend une coque externe transparente et un diaphragme en polyuréthane. Les valves, composées de trois feuillets en polyuréthane, assurent un flux unidirectionnel. La forme de ce ventricule a été étudiée afin d'assurer un débit intraprothétique le moins turbulent possible. Il existe, au-dessus de chaque valve, un récessus bulbaire (équivalent du sinus de Valsalva) permettant de limiter les accidents thrombo-emboliques. Ce ventricule existe en plusieurs tailles, ce qui rend possible son utilisation en assistance pédiatrique. En cas d'assistance biventriculaire, la prothèse droite a un volume inférieur de 10 % à celui de la prothèse gauche, afin d'éviter tout risque de débit droit supérieur au débit gauche qui serait responsable d'un œdème pulmonaire. Ces ventricules peuvent être utilisés en mode asynchrone (à fréquence fixe) ou synchrone et sont alors asservis au signal électrocardiographique. Leurs avantages consistent en leur facilité d'utilisation, le silence (valves non mécaniques) et la possibilité d'assistance pédiatrique [11].

Le Berlin Heart^® est constitué d'une coque externe transparente en polyuréthane avec deux valves mécaniques de Björk-Shiley^®. Il est séparé en deux parties par un diaphragme de plusieurs couches de polyuréthane. Deux volumes de ventricules sont disponibles : 50 et 100 ml. La console permet un fonctionnement selon le mode « plein-vide » et assure un débit de 6 à 8 l/min.

En attente de récupération, deux éléments sont à considérer. Il s'agit, le plus souvent, d'une assistance ventriculaire et non d'une suppléance. Cela signifie que la décharge ventriculaire, dans ce cas, est incomplète et que le ventricule assisté conserve une activité mécanique comme doit en témoigner la courbe de pression artérielle (systémique et/ou pulmonaire). Par ailleurs, de nombreuses études expérimentales ont montré l'intérêt d'un fonctionnement en mode « contre-pulsion » : la prothèse se remplit pendant la systole ventriculaire et éjecte pendant la diastole [12]. Une récupération fonctionnelle satisfaisante a cependant été obtenue après des décharges ventriculaires complètes de longue durée, obtenues avec des systèmes d'assistance circulatoire fonctionnant en total asynchronisme avec le cœur d'origine.

En attente de transplantation

L'amélioration des résultats à long terme de la transplantation cardiaque, depuis l'utilisation d'immunosuppresseurs puissants, a conduit à une extension des indications. Malheureusement, il existe actuellement une inadéquation entre le nombre de candidats potentiels à une transplantation cardiaque et celui de greffons disponibles. Il en résulte un allongement des listes d'attente ainsi que la possibilité d'une détérioration, parfois aiguë, de l'état hémodynamique des patients.

Tous les ventricules pneumatiques utilisés en attente de récupération peuvent l'être également en attente de transplantation [13, 14]. Cependant, bien que pouvant être utilisés pendant de relativement longues périodes (plusieurs semaines, voire plusieurs mois) et avec des performances hémodynamiques satisfaisantes, leur caractère extracorporel est une source d'inconfort pour les patients.

Cœur artificiel total

C'est en 1969 que Denton Cooley tenta la première application clinique d'un cœur artificiel total dans l'attente d'une transplantation [15]. À l'heure actuelle, plus de 200 cœurs artificiels totaux de type Jarvik 7 (commercialisés maintenant sous le nom de Cardiowest^®) (figure 3) ont été implantés de par le monde. Une telle implantation s'impose chez un patient dont l'état hémodynamique, malgré un traitement médical optimum, ne permet pas une survie de plus de 48 heures ou lorsque apparaît une détérioration hémodynamique rapide. Les critères classiquement retenus et les indications sont résumés dans le tableau 2.

Le cœur artificiel total n'étant implanté que dans l'attente d'une transplantation cardiaque orthotopique, toutes les contre-indications à la transplantation cardiaque sont donc des contre-indications formelles au cœur artificiel total. Parmi celles-ci, citons surtout l'infection et les néoplasies. Un âge supérieur à 60 ans est généralement considéré comme une contre-indication, mais il faut surtout tenir compte de l'âge physiologique du patient. Cependant, l'analyse des résultats montre que le taux de survie est significativement plus élevé chez les patients de moins de 40 ans [16, 17].

Le volume de la cage thoracique est aussi un élément déterminant du succès de l'implantation. En raison du volume même du cœur artificiel total, une cage thoracique trop petite expose à un certain nombre de complications : gêne au retour veineux et compression des poumons, qui est source d'infection. Mais il est souvent très difficile, en urgence, d'apprécier au mieux le volume de la cage thoracique. La surface corporelle est un paramètre indirect mais fiable. Ainsi, Kawaguchi [18] a montré que le sevrage de la ventilation artificielle était plus facile chez les patients chez qui elle était supérieure à 1,8 m². De plus, ces patients présentent, de façon significative, moins d'insuffisances rénale et hépatique mais aussi moins d'infections que les autres et ont donc un taux de transplantation réussie plus élevé. Les résistances pulmonaires élevées (supérieures à 4 unités Wood) sont une autre contre-indication au cœur artificiel total car, si pendant la durée de l'implantation il est toujours possible de forcer le barrage pulmonaire en augmentant les pressions d'activation du ventricule droit, cette façon de faire ne fait qu'aggraver le problème de l'hypertension artérielle pulmonaire qui se dévoilera au moment de la transplantation cardiaque.

Ventricule électromécanique de type Novacor^®

Le ventricule Novacor^® (figure 4) a pour avantage d'être presque totalement implantable : seule la ligne d'activation électrique sort au niveau du flanc droit du patient [19]. Cela permet une excellente mobilité, d'autant que la console a maintenant été remplacée par un contrôleur externe de faible encombrement et muni de batteries externes de faible poids et d'autonomie satisfaisante. Cependant, ce ventricule n'assiste que le ventricule gauche. Et, bien qu'il ait été établi qu'une assistance ventriculaire gauche puisse améliorer la fonction ventriculaire droite par diminution de sa postcharge, dans 25 à 30 % des cas une assistance ventriculaire droite associée est nécessaire [20]. Les résultats s'en trouvent alors affectés. D'autres facteurs limitant l'utilisation de ce type de matériel sont à connaître. L'infarctus du myocarde intéressant la pointe du ventricule gauche peut rendre la canulation de cette dernière très difficile avec un risque hémorragique accru. La présence d'un thrombus à la pointe du ventricule gauche peut constituer une contre-indication en raison du risque thrombo-embolique. Les troubles du rythme ventriculaire, la tachycardie, voire la fibrillation ventriculaire plus que les extrasystoles, peuvent gêner le remplissage de la prothèse et entraîner un débit moins important. Enfin, la présence d'une valve mécanique (aortique et/ou mitrale) et d'une communication intracardiaque sont des contre-indications absolues.

HeartMate

Il existe actuellement deux types de ce ventricule : un pneumatique et un électromécanique [21]. L'intérêt de cette prothèse est représenté par le traitement très particulier des surfaces en contact direct avec le sang. Alors que toutes les autres prothèses ont des surfaces parfaitement lisses, le ventricule HeartMate, au contraire, offre une surface rugueuse recouverte de microsphères de titanium. Quelques jours après l'implantation, apparaît un revêtement pseudo-intimal qui explique la moindre incidence des accidents thrombo-emboliques avec ce matériel [22, 23]. Les indications et contre-indications sont superposables à celles du Novacor^®.

Le choix entre cœur artificiel total, Novacor^® et HeartMate dépend, bien sûr, du matériel disponible. En raison du coût élevé, tous les services de chirurgie cardiaque ne peuvent disposer de tous ces systèmes d'assistance circulatoire. Il existe des indications préférentielles du cœur artificiel total (défaillance biventriculaire qui ne peut être traitée par une assistance univentriculaire gauche) et des indications spécifiques qui sont souvent des contre-indications des autres systèmes d'assistance (présence d'une valve mécanique, communication interventriculaire, thrombus apical). Dans tous les cas contraires, l'utilisation d'une assistance univentriculaire gauche semble préférable. Les systèmes électriques ou électromécaniques permettent une assistance de longue durée avec un possible retour à domicile [24].

Implantation définitive

En 1982, DeVries [25] implantait pour la première fois un cœur artificiel total à un patient en défaillance cardiaque globale secondaire à une cardiomyopathie dilatée et qui ne pouvait bénéficier d'une transplantation cardiaque en raison de son âge et d'une pneumopathie chronique obstructive. Cette expérience d'implantation définitive a cependant été limitée, 5 patients ayant pu bénéficier de cette solution de remplacement à la transplantation cardiaque [26]. En raison des progrès techniques et, plus particulièrement, de la fiabilité et de la biocompatibilité du matériel, mais aussi à cause de l'inadéquation entre le nombre de patients candidats à une transplantation et celui de greffons cardiaques disponibles, l'implantation de longue durée de systèmes d'assistance circulatoire est à nouveau proposée [27], notamment les ventricules Novacor^® et HeartMate.

Récemment, l'utilisation de pompes axiales a été également proposée dans cette indication [28, 29]. Il s'agit d'une assistance ventriculaire gauche, entre la pointe du ventricule gauche et l'aorte, délivrant un débit continu non pulsé. Ces pompes sont beaucoup moins volumineuses que les systèmes Novacor^® et HeartMate. Peu d'implantations chez l'homme ont été à ce jour réalisées, ce qui ne permet pas d'évaluer de façon satisfaisante leur efficacité et leur fiabilité [30]. Il est encore trop tôt pour tirer des conclusions définitives sur cette expérience clinique limitée. Une sélection précise des patients et un suivi médical approprié sont indispensables.