Aperçu

Au cours de la seconde moitié du XXe siècle, la maladie coronarienne est devenue la principale cause de décès dans les pays riches et industrialisés. De plus, plus de la moitié des décès aux États-Unis ont été causés par des maladies cardiovasculaires. Beaucoup de ces décès auraient pu être évités par une prise en charge agressive et des interventions chirurgicales, y compris des opérations de transplantation cardiaque. La pénurie de cœurs de donneurs, cependant, a laissé espérer qu’un dispositif mécanique totalement implantable pourrait surmonter la pénurie et éviter le problème du rejet immunologique, mais les premières tentatives d’implantation de cœurs artificiels permanents ont été critiquées comme des expériences humaines prématurées. En effet, les controverses soulevées par les implantations expérimentales dans les années 1960 ont peut-être inhibé le développement d’un remplacement cardiaque permanent. La mauvaise qualité de vie fournie par les cœurs artificiels a plutôt conduit à des efforts pour développer une nouvelle génération de dispositifs d’assistance ventriculaire gauche.

Contexte

Le cœur humain est un organe remarquable — un peu plus grand qu’un poing — qui bat plus de 100 000 fois par jour sans repos. Chez un adulte moyen, le cœur pompe plus de 4 300 gallons (16 000 litres) de sang par jour à travers près de 161 000 km (100 000 miles) de vaisseaux sanguins. En imaginant le cœur comme une simple pompe, Michael E. DeBakey, un pionnier de la chirurgie cardiaque, appelé la « tornade du Texas », a prédit qu’un dispositif mécanique pourrait dupliquer sa fonction principale. Les cœurs artificiels remontent en fait à 1957, lorsque Willem Kolff, inventeur du rein artificiel, et Tetsuzo Akutsu ont implanté un cœur expérimental sur des animaux. Le cœur modèle de Kolff a gardé un chien en vie pendant 36 heures. Les spécialistes du cœur et les scientifiques ont poursuivi quatre approches générales du remplacement cardiaque: les cœurs artificiels, la transplantation de cœurs de donneurs, les dispositifs d’assistance qui remplacent une partie seulement du cœur naturel et les cœurs de remplacement développés par des techniques d’ingénierie tissulaire en laboratoire, ou les cœurs cultivés sur des animaux génétiquement modifiés.

Le cœur artificiel idéal fonctionnerait essentiellement sans entretien pendant de nombreuses années dans l’environnement interne chaud, humide et corrosif du corps. La conception d’un cœur artificiel réussi devrait surmonter les difficultés qui ont été révélées depuis que les premiers dispositifs de ce type ont été testés dans les années 1960: dommages au sang causés par le contact avec des matériaux artificiels, rejet du cœur de remplacement par le système immunitaire du corps, difficultés à fournir une puissance adéquate à la pompe sans connexions à travers la peau, miniaturisation suffisante des pompes pour une utilisation chez les enfants et les petits adultes et ajustement du flux sanguin en réponse au stress physiologique. Bien que les cœurs artificiels en développement au cours des années 1990 puissent résoudre bon nombre de ces problèmes, ces dispositifs ne deviendront probablement pas pratiques ou routiniers avant de nombreuses années. En effet, l’histoire du cœur artificiel est une histoire de cas controversés.

Impact

Des études menées par l’Institute of Medicine dans les années 1990 ont estimé que 10 000 à 20 000 Américains par an pourraient être candidats à un cœur artificiel total et que 25 000 à 50 000 autres pourraient avoir besoin d’un dispositif d’assistance ventriculaire gauche. L’insuffisance cardiaque touche environ 5 millions d’Américains par an; de plus, la mortalité due à l’insuffisance cardiaque a triplé entre 1974 et 1994. Diverses formes de pompes artificielles ont fourni des « ponts » temporaires, permettant aux patients de rester en vie en attendant une greffe, mais le nombre de cœurs donnés n’est que d’environ 2 000 par an. Pour de nombreux patients, les pompes d’assistance, également appelées dispositifs d’assistance ventriculaire gauche (LVAD), peuvent être plus pratiques que de remplacer tout le cœur. DeBakey a commencé à travailler sur un cœur artificiel et des dispositifs connexes en 1960. Il a inventé une pompe à sang simple, la LVAD, qui pouvait aider le cœur pendant qu’un patient attendait une greffe. En 1966, DeBakey a réalisé la première implantation humaine d’un LVAD.

L’un des événements les plus dramatiques de la chirurgie du XXe siècle s’est produit en 1967, lorsque Christiaan Barnard (1922-), un chirurgien sud-africain, a effectué la première transplantation cardiaque humaine. (Dans de nombreux cas, la maladie cardiaque peut être si grave qu’un patient peut ne pas survivre à l’attente d’un cœur donneur.) Les tentatives d’utilisation d’organes d’animaux, comme la transplantation d’un cœur de babouin par Leonard Bailey en 1984 dans un nouveau-né, identifié comme Bébé Fae, se sont soldées par un échec. Par conséquent, la pénurie d’organes de donneurs a donné une grande impulsion au développement d’un cœur artificiel.

Le 4 avril 1969, Denton A. Cooley a réalisé la première implantation humaine d’un cœur artificiel total lorsqu’il a utilisé un dispositif développé par Domingo Liotta pour maintenir la vie de Haskell Karp. Karp était un patient de 47 ans qui était en insuffisance cardiaque après une intervention chirurgicale pour un anévrisme ventriculaire gauche. Karp a vécu avec le cœur artificiel dans sa poitrine pendant 65 heures, mais est décédé peu de temps après avoir reçu une greffe de cœur. DeBakey a affirmé que le cœur utilisé par Cooley était identique à celui en cours de développement dans son laboratoire et que Cooley l’avait utilisé sans autorisation. Parce que le dispositif avait été utilisé avec un succès limité chez les veaux, DeBakey considérait l’implantation humaine prématurée et imprudente. Bien que Cooley ait obtenu le consentement du patient pour l’opération, il n’avait pas demandé l’autorisation du conseil d’examen de l’hôpital ou des agences fédérales. Lui et Liotta pensaient que la permission n’aurait pas été accordée et qu’ils auraient perdu une occasion parfaite de réaliser l’expérience. La relation de travail entre Cooley et DeBakey a été détruite par la controverse entourant l’opération Karp.

Puis la veuve de Karp intenta un procès pour mort injustifiée contre Cooley. Elle a affirmé qu’elle et son mari n’avaient pas été pleinement informés des risques de la procédure expérimentale. Le juge a rejeté l’affaire, statuant que le patient avait donné son consentement éclairé et que l’hôpital et les chirurgiens l’avaient bien informé des risques de l’intervention et de la faible probabilité de guérison complète ou de survie. La décision dans cette affaire est considérée comme un point de repère dans le développement et la mise en œuvre de la technologie médicale.

En 1981, Cooley a réalisé une autre opération controversée, l’implantation d’un cœur artificiel total développé par Tetsuzo Akutsu. Le patient de 36 ans a été maintenu sur le cœur artificiel pendant 55 heures jusqu’à ce qu’un cœur de donneur soit disponible pour la transplantation. Robert Jarvik, un médecin et ingénieur biomédical, a approché DeBakey pour tester un dispositif similaire, connu sous le nom de Jarvik-7, mais DeBakey a refusé car il ne pensait pas que l’appareil était prêt pour une utilisation humaine. Un an plus tard, William DeVries, en coopération avec Jarvik, a implanté le cœur Jarvik-7 dans la poitrine de Barney Clark, un dentiste de Seattle de 61 ans mourant d’insuffisance cardiaque.

Contrairement à l’affaire Karp, dans laquelle le cœur artificiel a été implanté comme pont vers la transplantation, DeVries et Jarvik ont eu l’intention d’utiliser leur cœur artificiel en remplacement permanent du cœur malade. Clark, qui a survécu pendant 112 jours sur le cœur artificiel, a été honoré par les membres de l’équipe d’implants en tant que « véritable pionnier » qui a compris qu’il participait à une expérience qui ne lui sauverait probablement pas la vie, mais qui fournirait des informations pour aider la science biomédicale et d’autres patients.

Cinq implants similaires ont été réalisés jusqu’en 1985. Le plus long survivant était William Schroeder, qui a été soutenu par le Jarvik-7 pendant 620 jours. Le spectacle de la mauvaise qualité de vie et des complications douloureuses endurées par des patients tels que Clark et Schroeder a créé une réaction publique importante contre le cœur artificiel. De plus, de nombreux médecins, scientifiques, éthiciens et décideurs ont conclu que l’utilisation du cœur artificiel était prématurée et qu’il faudrait attendre un siècle avant qu’une nouvelle génération de cœurs artificiels améliore considérablement la vie des patients. Les problèmes associés aux cœurs artificiels implantables ont finalement conduit à un consensus général selon lequel un dispositif d’assistance serait plus pratique et bénéfique pour les patients. Le but initial des LVADs était de maintenir en vie les personnes atteintes d’insuffisance cardiaque terminale jusqu’à ce qu’un cœur de donneur soit disponible. De cette manière, le Jarvik-7 a ensuite été utilisé chez des centaines de patients comme pont vers la transplantation.

Au début des années 1990, des LVAD sophistiqués étaient couramment utilisés dans les hôpitaux du monde entier. Cependant, bon nombre des premiers appareils étaient trop grands pour être utilisés chez les enfants et les petits adultes. Les chercheurs se sont ainsi concentrés sur le développement d’un LVAD petit mais toujours puissant. DeBakey et d’autres ont dû mener certaines de leurs expériences et essais cliniques en Europe parce que les règles gouvernementales concernant les essais cliniques étaient plus strictes aux États-Unis. Des solutions innovantes au problème de la création d’une meilleure pompe sont nées d’une collaboration entre DeBakey et des scientifiques de la National Aeronautics and Space Administration (NASA). (Cette collaboration est née à la suite d’une opération que DeBakey avait effectuée sur David Saussier, un ingénieur de la NASA.

Le dispositif d’assistance ventriculaire DeBakey (VAD), une pompe miniaturisée d’environ un dixième de la taille des appareils plus anciens, causait moins de dommages aux cellules sanguines, nécessitait moins de huit watts de puissance et pouvait être rechargé à travers la peau. De nombreux autres dispositifs expérimentaux étaient également en cours de test en 1998, lorsque DeBakey, âgé de 90 ans, s’est rendu en Allemagne pour superviser personnellement les premiers essais humains de son VAD. Six patients en tout, le premier, qui était dans un état critique au moment de l’opération, est décédé six semaines plus tard. Le second a vu son appareil retiré en raison de la formation d’un caillot de sang dans le mécanisme, mais deux autres patients ont pu quitter l’hôpital avec l’appareil toujours en place.

La nouvelle génération de LVAD offre de l’espoir à de nombreux patients en raison d’un phénomène inattendu rapporté par plusieurs centres de transplantation cardiaque. Certains des patients utilisant des LVAD en attendant un cœur de donneur se rétablissaient réellement. Apparemment, le repos complet au ventricule gauche fourni par la LVAD a inversé l’insuffisance cardiaque dans une mesure significative et les cellules cardiaques agrandies revenaient à une taille normale. Par conséquent, les LVAD pourraient également être utilisés comme « pont vers la récupération. »

En plus des transplantations cardiaques humaines et des cœurs mécaniques, certains scientifiques pensent que des tissus et des organes animaux ou des combinaisons de cellules vivantes avec des matériaux artificiels seront éventuellement utilisés pour aider ou remplacer les cœurs malades. Les scientifiques essaient maintenant de développer le tissu du muscle cardiaque, les valves cardiaques et les vaisseaux sanguins en laboratoire; cette approche est connue sous le nom d’ingénierie tissulaire. Parce qu’un cœur entier échoue rarement, il est possible d’aider de nombreux patients atteints de muscle cardiaque par ingénierie tissulaire. De plus, dans le domaine appelé xéno-transplantation, les scientifiques cherchent déjà des moyens de modifier les organes animaux afin qu’ils ne soient pas rejetés par les receveurs humains. L’opposition des défenseurs des animaux et la menace de virus auparavant non reconnus ont rendu les primates moins désirables en tant que sources d’organes, mais les porcs transgéniques pourraient éventuellement fournir des organes aux humains. D’autres scientifiques, cependant, croient qu’une grande partie du fardeau social et individuel des maladies cardiaques pourrait être évitée grâce à l’exercice, aux changements de régime alimentaire et à l’élimination du tabagisme.

LOIS N. MAGNER

Lectures complémentaires

Livres

Groupe de travail spécial sur le remplacement cardiaque. Remplacement cardiaque: Implications médicales, Éthiques, Psychologiques et Économiques. Washington, DC : Imprimerie du gouvernement américain, 1969.

Conrad, Peter et Rochelle Kern, dir. La Sociologie de la santé &La maladie: Perspectives critiques. 4e éd. New York : St. Martin’s Press, 1994.

Hogness, John R., éd. Cœur artificiel: Prototypes, Politiques et Patients. Washington, DC : National Academy Press, 1991.

Kolff, Willem. Organes artificiels. Il est le père de la famille.

Lubeck, D., et J.P. Bunker. Le Cœur Artificiel : Coûts, Risques et Avantages. Washington, DC : Office of Technology Assessment, 1982.

Reiser, Stanley Joel et Michael Anbar, dir. La Machine au chevet du patient : Stratégies d’utilisation de la technologie dans les Soins aux patients. New York : Cambridge University Press, 1984.

Shaw, Margery W., éd. Après Barney Clark: Réflexions sur le Programme de cœur artificiel de l’Utah. Austin, TX : Presses de l’Université du Texas, 1984.

Périodiques

Jarvik, Robert. « Le Cœur Artificiel Total. »Scientific American 244 (1981): 74-80.

Stover, Aube. « Coeur artificiel. »Popular Science 254 (février 1999): 11-17.