Composition du cœur CARMAT


Issu de plus de 30 années de recherche sur les valves et de 20 années sur le cœur artificiel, le Professeur Carpentier et le chirurgien Jean-Noel Fabiani, ont implanté le premier cœur artificiel CARMAT à l’hôpital Georges Pompidou à Paris le 18 décembre 2013.
Il est aujourd'hui le cœur le plus en pointe au niveau mondial et le seul cœur à disposer de pratiquement toutes les propriétés requises pour un cœur artificiel : L'hémocompatibilité, la compatibilité anatomique, l’autonomie (mobilité), la fiabilité (durée de vie 5 ans) et l’autorégulation.


Quelle est la constitution de ce cœur et sur quels principes fonctionne-t-il ?

Un cœur qui reproduit le fonctionnement d’un cœur naturel

 

 

Le cœur CARMAT, à armature de plastique dur, reprend parfaitement la forme du cœur humain. Il présente une adéquation optimale, entre la géométrie extérieure de la prothèse, et la géométrie intérieure de l’enveloppe thoracique qui doit le contenir. Cela a permis d’aboutir à la miniaturisation du système embarqué : cœur, énergie, système de contrôle et d’assistance.

 

Il est également de taille comparable mais pèse 860g et a un volume de 0,75L (300g environ et 0,7L pour le cœur humain). Il consomme 27 watts.

 

La capacité de mimétisme est telle que l’électrocardiogramme produit par le cœur CARMAT est identique à celui d’un cœur humain.


La seule différence physiologique consiste en l’absence de coronaires et de veines. En effet, le cœur CARMAT consomme l’énergie de sa pile électrique pour son activité tandis que le cœur natif dispose du sang de ses propres vaisseaux qu'il utilise comme source d’énergie.

 

L’idée du Professeur Carpentier a été de reproduire le fonctionnement du cœur humain et de doter le cœur CARMAT :


-    de 2 ventricules ayant une capacité à « battre » grâce à 2 blocs motopompes miniatures
-    de 2 valves régulant les entrée / sorties du sang dans les ventricules

-    de 2 motopompes hydrauliques reproduisant les "battements" du muscle cardiaque
-    d’un système électronique embarqué qui comprend un micro-processeur, 7 capteurs et une prise d’alimentation électrique. Ces capteurs enregistrent entre autres paramètres, des données de pression artérielle (pression du sang dans les artères), et de position (lors du repos et des efforts)

(1) Formule de l'huile de silicone :

Il s’agit d’une molécule organique de masse moléculaire élevée constituée de monomères (amidon ou protéines par exemple) unis par des liaisons covalentes (chaîne de silicium (SI) – Oxygène (O)).
Chaque monomère forme un motif qui se répète à l’identique  formant ainsi une macromolécule linéaire.

 

Formule des matériaux utilisés selon que les composants de la prothèse sont en contact (2) ou non (3) avec le sang ou les tissus :

 

(2) Les matériaux qui sont contact avec le sang du patient (valves, membranes, …) sont biologiques et hémocompatibles. Ils évitent la formation de caillots sanguins. Les membranes séparant les 2 ventricules sont réalisées avec un péricarde de veau.

(2) Par ailleurs, les parois intra ventriculaires en contact avec le sang, ne sont pas tapissées de péricarde bovin car son potentiel de déformation est limitée à cause du caractère anguleux de certaines parties du ventricule. Le téflon ou PTFE (polytétrafluoroéthylène) expansé, matériau hautement déformable est utilisé pour ce revêtement. Il s’agit d’un polymère microporeux limitant les risques de coagulation sanguine.

 

(3) Les matériaux qui composent le reste de la prothèse sont synthétiques mais toujours biocompatibles, légers et résistants, parmi eux :

 

- Le titane : Il est utilisé comme constituant des motopompes. C’est un  élément chimique du tableau périodique : Symbole TI et numéro atomique Z=22. C’est un métal utilisé dans les alliages légers, résistants. Ce matériau est intéressant car il n’est pas sensible à la corrosion. En effet, une fine couche d’oxyde de titane de quelques microns d’épaisseur se forme au contact de l’eau ou de l’air, empêchant ainsi la corrosion.

 

- Le polytéréphtalate d'éthylène, appelé également Dacron est un polymère particulier de la famille des polyesters. Il est constitué d’acide téréphtalique et d’éthylène glycol. Sa particularité est qu’il est souple et déformable. Il est utilisé dans le remplacement de grosses artères mais également dans la constitution des éléments souples des motopompes.

- Le polyétheréthercétone ou PEEK : Il s’agit d’un plastique (polymère) de haute performance, semi-cristallin, thermostable et possédant une combinaison unique de propriétés. Ces caractéristiques  rendent son coût de fabrication élevé. Il est utilisé pour sa résistance, dans le secteur médical notamment. Ce matériaux permet des implantations de prothèses longue durée.

- Le polyuréthane : Il s’agit d’un polymère artificiel. Il est constitué de macromolécules hydrophobes résultant de l’assemblage de monomères, les uréthanes. Ces matériaux sont également utilisés dans les implantations de prothèses longue durée.

Des valves et des membranes biocompatibles

La grande expérience du Pr. Carpentier sur les valves cardiaque biologiques a été utilisée pour construire ce cœur. Ceci a été rendu possible grâce à l’accord signé entre CARMAT et la société américaine Lifescience Edwards en 2010.

 

De par leur conception, leur technologie, leur performance et leur fiabilité (reconnue par le monde médical), les valves sont des composantes cruciales du cœur artificiel CARMAT.


Le phénomène de mimétisme est si poussé que la forme semi-lunaire des valves CARMAT reprend celles du cœur humain.

Plus généralement, tous les matériaux qui se trouvent en contact avec le sang (comme les valves, les membranes des ventricules et les conduits d’admission et d’expulsion du sang) sont créés à partir d’une membrane de péricarde de veau permettant une hémocompatibilité totale, ce qui n’est pas le cas quand le patient reçoit une greffe d’un cœur naturel. Ces matériaux sont hermétiques, microporeux et diminuent sensiblement les risques de thrombose (formation de caillots sanguins) ainsi que le risque de rejet.

Un risque de rejet quasi inexistant

 

Contrairement au greffon (cœur naturel), il ne peut pas y avoir de rejet de la part du système immunitaire parce que les matériaux utilisés dans la prothèse tels que le péricarde (membrane naturelle d’origine bovine) et des matières synthétiques (ex: matières plastiques souples) sont traités chimiquement au glutaraldéhyde (4).

 

(4) Formule du glutaraldéhyde :

Ce désinfectant est utilisé dans les industries et dans l’alimentaire pour stériliser des produits. Il est coûteux, mais c’est l’un des désinfectants les moins agressifs, irritants, et toxiques. Les autres matériaux tels que le titane ou le dacron en contact direct avec le sang sont très bien tolérés par l’organisme, ils sont déclarés biocompatibles (avec une forte résistance et aucune oxydation).