L’entreprise française Carmat est à la pointe de l’innovation mondiale en ayant implanté le premier cœur artificiel en 2013.
Cœur artificiel CARMAT
Carmat est le premier cœur artificiel capable d’imiter la physiologie naturelle du cœur humain. Il est conçu pour remplacer le cœur chez les patients atteints d’insuffisance cardiaque en phase terminale, que ce soit dans l’attente d’une greffe ou de façon définitive.
Une première mondiale
C’est Claude Wartelle, un ingénieur Arts et Métiers promotion Lille 1964 (Concours Centrale-Supélec), qui est à l’origine du cœur bio-artificiel Carmat inventé en collaboration avec le chirurgien Alain Carpentier.
La conception d’une prothèse est délicate, il y a de fortes contraintes chimiques et de performances à respecter. En effet, il faut tenir compte de l’hémo-compatibilité des composants, de l’espace disponible dans la cage thoracique ou encore de l’activité du corps.
Un défi technique
Dans cette aventure médico-industrielle, il a fallu concevoir une motopompe à engrenage, de nouveaux bio-matériaux, la commande électronique ainsi que des algorithmes C++ pour simuler le fonctionnement de la circulation sanguine.
« Schématiquement, nous avons assimilé le cœur à deux pompes à membrane et à clapets placées en série dans le circuit vasculaire »
Claude Wartelle
En dessous de chacun des ventricules, de l’huile de silicone exerce une pression sur les membranes. Pour chacun des ventricules, la pompe entraînée par un moteur à courant continu aspire et rejette alternativement le fluide hydraulique suivant le sens de rotation de l’engrenage intérieur. Au final, la fluctuation de pression sur les membranes permet de remplir et vider alternativement les ventricules.
7 capteurs assurent l’asservissement en pression et débit des motopompes volumétriques alternatives via un microprocesseur. 2 batteries Lithium-ion externes d’une autonomie totale de 12h alimentent le système.
SysML
Diagramme des exigences du cœur artificiel
Diagramme de cas d’utilisation du cœur artificiel
Diagramme de définition de blocs du cœur artificiel
Diagramme de blocs internes du cœur artificiel
Des améliorations possibles
Plusieurs évolutions sont envisageables.
Evolution du coeur artificiel et innovation de rupture
Actuellement, les pulsations de la prothèse suivent l’activité physique. Mais bientôt des capteurs iront chercher l’information dans les nerfs pour qu’elle réagisse aux émotions ressenties par le patient.
Il est également possible de simplifier la conception avec le procédé d’impression 3D métallique. Ce qui diminuera légèrement la masse de la prothèse pour se rapprocher de celle d’un cœur naturel. Cependant, dans l’avenir, c’est bien l’organe biologique qui sera imprimé directement à partir de tissus humains.
Anatomie du cœur de Frank H. Netter
Pour l’instant, 16 patients ont été greffé par l’équipe médicochirurgicale. Leur espérance de vie est comprise entre 3 et 9 mois, mais chaque opération engendre des progrès significatifs de conception par retour d’expérience.
Article très intéressant révélant que les fonctions remplies par le cœur artificielle s’approchent de celles réalisées par un véritable cœur biologique ce qui est impressionnant.
Je souhaite cependant attirer l’attention sur le fait que les émotions ne se traduisent pas uniquement par la formation d’un message nerveux, la communication hormonale entrant aussi en jeu. Ce dernier type de communication ne saurait être pris en compte par un cœur artificiel à moins qu’il ne soit équipé d’une forme de récepteurs chimiques.
D’autre part, le cœur lui-même fait partie du système endocrinien diffus, ce qui signifie qu’il sécrète notamment une hormone, le facteur natriurétique auriculaire, une fonction à laquelle le cœur artificielle ne peut prétendre.
Ainsi, le cœur artificiel remplit sa mission principale mais d’autres fonctions biologiques restent tout de même irréalisées ce qui pourrait peut-être être à l’origine d’effets secondaires chez les patients.