Le stimulateur cardiaque ou pacemaker (PM), est un dispositif implanté dans l’organisme fournissant des impulsions électriques destinées à stimuler les muscles cardiaques en permettant, par exemple, d’accélérer la pulsation du cœur lorsqu’il est trop lent. La stimulation cardiaque peut être provisoire ou définitive.
Historique
C’est en 1781 que Luigi Galvani constate que la stimulation électrique d’un nerf provoque la contraction du muscle relié. En 1791, il répète la même expérience avec succès sur le cœur. En 1872, Duchenne de Boulogne tente de ressusciter une noyée avec des impulsions électriques rythmées. D’autres tentatives de stimulations électriques du cœur par voie externe ont été tentées en 1926 à Sydney.
En1931, Albert Hyman dépose un brevet pour une machine délivrant des impulsions électriques au cœur par l’intermédiaire d’une aiguille enfoncée dans ce dernier et décrit les premiers succès de sa méthode.
En1950, un nouveau modèle est développé, toujours externe, à base de tubes à vide et faisant près de 30 cm de hauteur. Il devait rester branché au secteur.
En 1957 apparaît le premier modèle sur batterie.
Le premier PM totalement implantable est posé par le chirurgien suédois Åke Senning en 1958. Les autres médecins précurseurs sont Elmquist et Wilson Greatbatch.
Les années 1960 verront l’apparition des sondes endocavitaires qui sont utilisées de nos jours: l’électrode est introduite dans les cavités cardiaques par une ponction d’une veine et ne nécessite donc plus l’aide d’ un chirurgien pour positionner celle-ci à la surface du cœur. Les premiers appareils avec fonction d’écoute apparaissent durant la même période.
En 1963 apparaissent les premiers stimulateurs double-chambre avec une sonde dans l’oreillette et une dans le ventricule, ce qui permet de conserver la séquence naturelle de la contraction auriculo-ventriculaire.
Le milieu des années 1970 voit apparaître les premiers stimulateurs programmables par un boîtier externe, utilisant des radiofréquences.
En 1970 sont implantés les premiers stimulateurs « atomiques » en avril en France et en juillet en Angleterre. La technique est abandonnée dès 1980, l’amélioration technique des piles avec l’apparition des modèles lithium permettant entre autres de limiter la fréquence des interventions chirurgicales pour les remplacer. Malgré l’âge moyen plutôt avancé des personnes lors d’une implantation et l’évolution de leur pathologie pouvant conduire à changer de modèle, il reste en 2020 des français en vie toujours porteur du modèle radioactif, qui délivre environ 60-70 % de sa puissance initiale.
Les années 1980 sont marquées par les stimulateurs asservis (augmentant la fréquence de stimulation avec l’effort du patient). Le premier défibrillateur implantable est créé en1985. Grâce à une diminution de son volume et de son coût, ce matériel commence à avoir un véritable développement clinique.
La fin des années 1990 voit apparaître les stimulateurs multisites permettant de stimuler les deux ventricules (ou oreillettes) de manière synchrone permettant une amélioration en cas d’insuffisance cardiaque.
Boitier
Le boitier, le plus souvent métallique, parfois en résine époxy, comporte une source d’énergie: d’abord pile nickel-cadmium puis zinc-mercure dans les années 1960, et ensuite lithium-ion en 1972. Ces piles ne sont pas rechargeables (le boîtier en fin de vie doit être remplacé lors d’une opération chirurgicale). Les progrès des piles oint permis l’allongement de leur durée de fonctionnement, avec notamment vers la fin des années 1970, l’apparition d’un système électronique qui permet de délivrer des impulsions électriques calibrées en fréquence, amplitude et largeur d’amplitude.
Plus récemment, ont été adjoints :
– un système de détection de l’activité électrique spontanée du cœur, permettant au PM de ne fonctionner qu’en cas de défaillance de celle-ci (mode sentinelle).
– un système de mesure permettant de connaître la résistance des sondes (impédance), la charge de la pile, les statistiques de fonctionnement.
– une antenne radiofréquence permettant la communication de données à travers la peau vers un dispositif externe.
Suivant les modèles, le boîtier comporte également: un ou plusieurs capteurs d’activité du patient permettant de faire varier le rythme cardiaque suivant l’intensité de cette activité. Le pace-maker est alors dit «asservi à l’effort».
La taille du stimulateur a aussi été considérablement réduite et reste principalement limitée par celle de la batterie/pile intégrée (jusqu’à 10 centimètres cube).
Sondes
Souples, elles relient le boîtier au cœur. Elles sont constituées d’une âme conductrice et d’une gaine isolante. Elles peuvent être unipolaires (une seule électrode distale) ou bipolaires (deux électrodes distales). Elles étaient en Elgiloy, alliage de cobalt, de chrome et de nickel durant les années 1970. Elles sont depuis dans des alliages comprenant titane, iridium et carbone.
Un boîtier peut être connecté à une seule sonde (pile monochambre ou monofocale) ou à deux sondes (pile double chambre ou bifocale). Dans ce dernier cas, l’extrémité de la première sonde est positionnée dans l’oreillette droite, celle de la seconde dans le ventricule droit. Les sondes de défibrillateur sont, en règle générale, bipolaires, et recouvertes dans leur distalité d’un long ressort métallique permettant la délivrance du choc électrique.
Types de stimulateurs cardiaques[
Un stimulateur peut être simple ou monochambre, double chambre, voire triple chambre (dans le cadre de la resynchronisation cardiaque, modalité de traitement de l’insuffisance cardiaque). Le nombre de chambres indique le nombre de sondes qui relient le stimulateur aux oreillettes et ventricules. Il peut augmenter ou non sa fréquence de stimulation lors d’un effort (asservissement). Il peut comporter une fonction de défibrillation ventriculaire par l’intermédiaire d’un choc électrique délivré par la sonde ventriculaire : il s’agit alors d’un défibrillateur automatique implantable (DAI).
Le type de stimulation est symbolisé par l’association de trois lettres majuscules, parfois complétée par une quatrième.
La première lettre symbolise la cavité cardiaque stimulée: «A» pour «oreillette», «V» pour
«ventricule», «S» pour «single» (une des 2), «D» pour «dual» (les deux), «O» pour «aucune».
La deuxième lettre symbolise la cavité cardiaque détectée (même nomenclature).
La troisième lettre symbolise le mode de déclenchement: « I» pour «inhibé», «T» pour «déclenché» (trigger en anglais), «D» pour «les deux».
La quatrième lettre symbolise les fonctions complémentaires: «R» est la plus fréquente et signifie «asservi à l’effort» (le stimulateur réagit au rythme cardiaque).
Ainsi une pile «VVI» stimule uniquement le ventricule, a une fonction de détection de l’activité spontanée de ce dernier, la présence de celle-ci inhibant le déclenchement de la pile.
Fabricants et marché
Environ 1000 000 stimulateurs cardiaques sont posés annuellement de par le monde. Les principales marques (cinq groupes industriels) sont: Medtronic;Vitatron, qui appartient à Medtronic, St. Jude Medical– Boston Scientific (qui a racheté le fabricant de stimulateurs cardiaques Guidant), Sorin Group, fruit de l’association Sorin Biomedical et ELA Medical, Biotronik, Medico.
