Pace-maker défibrillateur Medtronic

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 soixante 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 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) ainsi que des essais de pacemaker ayant un générateur au Plutonium 238. 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». Le capteur le plus simple est un détecteur de mouvement inertiel qui postule que l’intensité de ce dernier est proportionnel à l’effort du patient. Cependant, des capteurs dits physiologiques ont été développés, comme la mesure de la ventilation ou du segment ST,  des capteurs permettant l’évaluation de la fonction cardiaque.

Une mesure de l’impédance entre la sonde et le boîtier est ainsi corrélé au contenu en eau de la cage thoracique et peut baisser en cas d’œdème pulmonaire, même si la sensibilité et la spécificité de ce genre de mesure n’est pas optimale.

Des algorithmes permettent le basculement d’un mode à l’autre en cas de troubles du rythme cardiaque, de réguler la tension de sortie suivant les situations, ce qui permet d’allonger la durée de vie de la pile.

Dès 1979, un système d’exportation des données par téléphonie permet d’avertir le centre implanteur d’éventuels problèmes sans que le patient ait besoin de se déplacer (télémédecine).

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). Afin d’assurer un meilleur contact avec le muscle cardiaque, elles peuvent être pourvues d’une tête relarguant un médicament luttant contre l’inflammation locale. La fixation des sondes au niveau du muscle cardiaque peut être faite de manière passive («à barbe» sous forme d’aspérités) ou active («à vis»). La sonde peut être rigidifiée transitoirement, ce qui facilite la mise en place, en y introduisant un fin guide métallique, retiré en fin de procédure. 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. Dans certains cas, il existe une troisième sonde dont l’extrémité est située dans le sinus coronaire en contact du ventricule gauche. Il s’agit alors d’un stimulateur triple chambre (ou biventriculaire), employé dans le traitement de certains types d’insuffisance cardiaque. Des systèmes quadri-chambres ont aussi été développés et implantés. Ils restent cependant d’utilisation rare.

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.