Après avoir étudié l’anatomie et le fonctionnement du cœur, mais aussi découvert les différentes formes d’arythmies qui peuvent être traitées par le pacemaker, nous verrons la description du pacemaker actuel, puis son fonctionnement et enfin son évolution au fil du temps jusqu'aux recherches encore en cours.

 

2.1 Description du Pacemaker actuel

 

Le pacemaker ou le stimulateur cardiaque en français est un appareil dont la fonction principale est d’administrer des impulsions électriques à un endroit précis du cœur lorsque celui-ci ne peut plus assurer totalement ses fonctions.

 

Le pacemaker actuel pèse environ 28 grammes et fait la taille d’un sachet de thé. Le pacemaker est composé :

 

• d’un boitier qui renferme les deux principaux composants : une pile et un circuit électronique permettant de générer l’impulsion électrique

• de sondes dont leurs objectifs est de transporter l’impulsion électrique jusqu’au cœur et elles sont équipées d’une électrode dont sa fonction est d’appliquer cette impulsion au cœur.

 

 Il va y être décrit en premier lieu le boitier du pacemaker puis les sondes.

 

2.1.1  Description du boitier

 

Sur le schéma ci-dessous, nous pouvons voir les principaux composants qui se trouvent à l’intérieur du boitier.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Schéma de décomposition du boitier

 

http://www.biotronik.com/files/3239D4555FF92627C1257A160037DA6D/$FILE/Patientbrochure_IPG_FR.pdf

 

 

Il est donc composé :

 

• D’une pile qui permet de fournir l’énergie à la fonction principale du pacemaker (impulsion électrique), mais aussi l’énergie à la carte électronique.

• D’un circuit électronique qui permet de programmer les principales grandeurs des impulsions électroniques (amplitude, largeur, et fréquence) et qui peut dialoguer avec l’extérieur (cardiologue).

• De connecteurs permettant le raccordement de la sonde ou des sondes quand le besoin le nécessite.

 

On peut voir que ce boitier contient beaucoup de composants et malgré cela il reste très peu volumineux.

 

            a)  Forme du boitier

 

 

Bien sûr, la forme et les matériaux utilisés pour la fabrication des Pacemakers ont fortement évolués au fil des années et il en sera assurément de même dans les années à venir.

 

Mais ici, nous allons nous arrêter pour décrire la forme et les matériaux utilisés pour les Pacemakers les plus utilisés aujourd’hui.

 

Pour cela, on étudiera les Pacemakers actuellement implantés chez les patients et fabriqués par les principaux fabriquants de pacemakers cités ci-après.

 

• Medtronic

• St Jude Medical

• Soring Group

• Biotronik

• Guidant

 

Ces 5 sociétés se partagent la quasi-totalité de la fabrication mondiale des Pacemakers.

 

En parcourant leur site internet, on constate que la forme et la taille de leur Pacemaker actuel sont très proches des uns et des autres comme le montre les images ci-après

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                  1                                                                                                2                                                                          3

 

 

Taille de pacemakers actuels

 

1.  http://www.medtronic.fr/votre-sante/bradycardie/therapie/definition/index.htm

2.  https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pacemaker_GuidantMeridianSR.jpg3

3.  https://commons.wikimedia.org/wiki/File:St_Jude_Medical_pacemaker_with_ruler.jpg

 

 

On peut donc en conclure que le volume d'un boitier contenant tous ces éléments n'est que de 16 cm3 (4 cm x 5 cm x 0.8 cm) pour un poids de l'ordre de 20 grammes.

 

Notons de plus que le pacemaker que l'on nous a prêté lors de notre interview avec le rythmologue, le Dr CHASTRES est similaire.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Photo d'un pacemaker prêté par un médecin sur une de nos mains

 

 

Néanmoins la forme des boitiers peut varier en fonction du nombre de sondes dont le patient a besoin.

 

Les boitiers composés de 2 ou 3 sondes sont un peu plus volumineux que ceux utilisant uniquement une sonde.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Exemple de boitiers à une et deux sondes

 

http://www.medicalexpo.fr/prod/sorin/product-70922-445778.html

 

 

Il ne faut pas confondre un pacemaker qui est un stimulateur cardiaque avec un défibrillateur cardiaque implantable qui a pour rôle d’envoyer une impulsion électrique assez forte pour que le cœur reparte après un arrêt cardiaque. De plus, le défibrillateur a les mêmes fonctions qu’un pacemaker. Que se soit un stimulateur ou un défibrillateur, l’acte chirurgicale reste le même.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Exemple de pacemaker (stimulateur cardiaque) et de défibrillateur

 

Source stimulateur :   https://heartofthetechnology.files.wordpress.com/2013/01/stimulateur-pour-resynchronisation-cardiaque-et-defibrillateur-automatique-implantable-70691-3019283.jpg?w=9600

Source défibrillateur :   http://professional-intl.sjm.com/~/media/pro/products/crm/a-f/accent-pacemakers/intus-thumnails-accent-pacemakers.ashx

 

 

 

            b)  Matériau du boitier

 

Le boitier est constitué d’une enveloppe fermée hermétiquement afin de garantir la protection des circuits. Il s’agit d’une coque en titane recouverte de polyuréthane.

 

Depuis une trentaine d’année, le titane est employé car il possède les avantages suivants :

 

• Il persiste à la corrosion, empêche une usure donc les disfonctionnements.

• Il est biocompatible

• Il est ductile (mou)

• Sa susceptibilité magnétique est très faible (Xm = 1,8x10-4) à comparer à 1x105 pour de l’inox par exemple. En cas de besoin d’IRM dans la région de son implantation, il permet de diminuer drastiquement les interfacts.

 

 

L’interview que nous avons eu à Poissy (avec le Dr Chastres) nous a indiqué qu’un petit nombre de patients ont la nécessité d’avoir un pacemaker avec une fine couche d’or car certaines personnes ne sont pas parfaitement biocompatibles avec le titane ce qui engendre des infections. Or, l’or est encore plus biocompatible que le titane ce qui est une solution pour ces personnes.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Exemple de boitiers recouverts d’une couche d’or

 

http://www.wired.co.uk/news/archive/2012-09/05/man-or-machine

http://www.idolator.com/306033/306033

 

 

            c)  Matériau des piles

 

Les matériaux des piles ont évolué au fil du temps. Elles étaient autrefois faites en zinc mercure. Aujourd’hui elles sont faites à partir du lithium. En effet le lithium est beaucoup plus performant que le zinc mercure. Et d’autres parts les piles actuelles au Lithium-iode présentent l’avantage de ne pas s’épuiser brutalement comme le faisaient autrefois les piles au mercure. Des indicateurs de fin de vie (diminution de la tension de la pile) permettent d’optimiser la durée de vie de la pile et donc de réduire la fréquence de ses changements.

 

2.1.2 Les sondes

 

Les sondes sont composées  de deux composants essentiels :

 

• Un fil conducteur permettant de transporter l’impulsion électrique à l’électrode. Ce fil conducteur étant lui-même enrobé d’un isolant pour protéger l’environnement extérieur et en premier lieu la veine cave inférieur.

• D’une électrode qui se trouve directement au contact du myocarde. Elle est fixé à située à l’extrémité du fil conducteur et elle applique l’impulsion du pacemaker directement sur le cœur

 

            a)  Forme du fil conducteur

 

 

Le conducteur est équipé de fibres métalliques sous forme hélicoïdale afin d’obtenir une grande souplesse car le passage jusqu’au cœur n’est clairement pas rectiligne.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Coupe d’une sonde

 

http://www.math.univ-montp2.fr/~biodev/Slides/Pasquie.pdf

 

 

Au centre du conducteur hélicoïdal, il y a un stylet en acier inoxydable pour guider la sonde dans son lieu d’implantation.

 

            b)  Forme de l’électrode

 

Aujourd’hui, il existe deux types d’électrodes qui se différencient principalement par leur moyen de fixation.

 

Il existe des électrodes à fixation passive (les plus répandus) et des électrodes à fixation actives.

 

Les premières se fixent au moyen d’excroissances. Elles se comportent comme un hameçon. Voir un exemple d’électrodes ci-après :

 

 

Electrodes à fixations passives

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

http://sfcardio.fr/sites/default/files/pdf/mansourati-a578.pdf​

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

http://www.biotronik.com/fr/fiches_techniques/Fiche_Technique_SOLIA_JT.pdf

 

 

Les électrodes à fixation active sont équipées à leur extrémité d’une vis qui s’ancre dans une partie du cœur.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Electrodes avec une vis

 

http://www.medicalexpo.fr/prod/biotronik/product-77894-515950.html

 

 

Bien entendu, lors de l’implantation de ce type de sondes, la vis est protégée par une substance qui se dissout.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vis d'électrode avec sa protection

 

http://theses.vet-alfort.fr/telecharger.php?id=398

 

          c)  Matériau des sondes

 

 

L’objectif est de trouver des fils conducteurs qui opposent une résistance électrique la plus faible possible pour laisser passer les électrons. Cela a deux avantages : 

 

• Echauffement moindre du fil conducteur, ce qui est important dans l’environnement du cœur,

• Besoin dans ce cas d’un « gaspillage » moins important d’énergie électrique ce qui permet d’accroitre la durée de vie de la pile.

 

Les matériaux utilisés actuellement pour les conducteurs et pour l’électrode est le platine iridium ou l’Elgiloy (alliage de cobalt, nickel, molybdène principalement). 

 

Ces matériaux présentent l’avantage d’avoir une usure très faible et de laisser passer le courant pour les flux d’électrons.

Bien entendu, il est nécessaire que ces conducteurs soient enrobés dans un isolant car autrement il y aurait contact entre le fil conducteur et les parties du corps (veine, cœur) avec tous les problèmes que cela occasionneraient (infection).

 

Le matériau isolant doit posséder les qualités suivantes :

 

• Biocompatibilité (car en contact avec le corps humain)

• Tenue mécanique (pas d’usure sur plusieurs dizaine d’années)

• Bonne indice de glissement (nécessité de mettre en place des sondes jusqu’au cœur et parfois en cas d’anomalies de retirer)

 

Actuellement, cet isolant est un polyuréthane qui offre un faible indice de friction, une faible épaisseur tout en restant rigide.