Stimulateur cardiaque

Le stimulateur cardiaque, ou pacemaker, ou pile est un dispositif implanté dans l’organisme délivrant des impulsions électriques au cœur et permettant par exemple d’accélérer ce dernier lorsqu’il est trop lent.

Historique
C'est en 1780 que Luigi Galvani démontre 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.
En 1931, 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.
En 1950, 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[1].
Le premier stimulateur cardiaque totalement implantable est posé en octobre 1958[2].
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.
Le milieu des années 1970 voit apparaître deux progrès majeurs : premiers stimulateurs programmables par un boîtier externe, utilisant des radio-fréquences, et premiers stimulateurs double-chambre en 1963 (une sonde dans l'oreillette et une dans le ventricule, ce qui permet de conserver la séquence naturelle de la contraction auriculo-ventriculaire).
En 1972 est implanté le premier stimulateur à combustible atomique. Ce modèle a été abandonné à la fin des années 1980.
Les années 1980 sont marquées par les stimulateurs asservis (augmentant la fréquence de stimulation avec l'effort du patient).
Le premier défibrillateur implantable est créé en 1985. 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.

Le stimulateur cardiaque
Un stimulateur cardiaque et sa sonde.Il est composé d’un boîtier et d’une ou plusieurs sondes.

Le boîtier
Il se compose :

d’une source d’énergie (une batterie fonctionnant au Lithium-Ion). Elle n'est pas rechargeable (le boîtier en fin de vie doit être remplacé lors d'une opération chirurgicale). L'avantage de ce type de batterie est sa durée de fonctionnement prolongée, avec une baisse progressive de la tension qui permet d'estimer la durée de vie résiduelle[3].
d’une électronique permettant de délivrer des impulsions électriques calibrées en fréquence, amplitude et largeur d’amplitude.
d’un système de détection de l’activité électrique spontanée du cœur, permettant de ne fonctionner qu’en cas de défaillance de celle-ci (mode sentinelle).
d’un système de mesure permettant de connaître la résistance des sondes (impédance), la charge de la pile, les statistiques de fonctionnement.
une antenne radio-fréquence permettant la communication de données à travers la peau vers un dispositif externe.
Suivant les modèles, le boîtier comporte également :

un (ou plusieurs) capteur(s) d’activité du patient permettant d’accélérer la fréquence cardiaque suivant ce dernier. La pile est alors dite « asservie 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[4].
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[5], même si la sensibilité et la spécificité de ce genre de mesure n'est pas optimale[6].
des algorithmes permettant 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,
un système d'exportation des données par téléphonie permettant d'avertir le centre implanteur d'éventuels problèmes sans que le patient aie 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).

Les sondes

Souples, elles relient le boîtier au cœur. Elles sont constituées d'une âme conductrice et d'une gaine isolante. Elles peuvent être unipolaire (une seule électrode distale), ou bipolaire (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[7]. Elles étaient en Elgiloy, alliage de cobalt, de chrome et de nickel durant les années 1970s. 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 bi-ventriculaire), 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.

Les 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 deux), 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.

Les fabricants

En 2006, sept marques (5 groupes industriels) se partagent le marché :
  • Medtronic ;
  • Vitatron qui appartient à Medtronic ;
  • Saint-Jude ;
  • Guidant qui appartient à Boston Scientific ;
  • Sorin Group fruit de l'association Sorin Biomedica et ELA Medical;
  • Biotronik ;
  • Medico

Les indications

Elles sont résumées dans les recommandations de la Société Européenne de Cardiologie, publiées en 2007[8], et dans celles, américaines, publiées en 2008[9].
Un stimulateur cardiaque doit être posé si le cœur est trop lent (bradycardie). Cette dernière est définie par une fréquence cardiaque trop lente par rapport aux besoins de l'organisme et susceptible de provoquer :
Ce rythme lent peut être :
  • permanent,
  • paroxystique (c'est-à-dire transitoire)
  • spontané,
  • ou secondaire à la prise de certains médicaments. Dans ce cas la pose d'un stimulateur cardiaque reste justifiée si le médecin estime que ces derniers sont indispensables.
Cette bradycardie se retrouve dans:
  • La maladie du sinus auriculaire ("sick sinus syndrom") ;
  • Les troubles de conduction ;
  • L'hypersensibilité du sinus carotidien ;
Dans certains cas, on peut être amené à poser un stimulateur cardiaque, non pas en raison d'un cœur trop lent, mais lorsqu'il existe un certain degré de synchronisation de la contraction des différentes parois du muscle cardiaque, comme on le voit dans certaines formes d'insuffisance cardiaque. Dans ce cas, on positionne une autre sonde dans le sinus coronaire, dont l'extrémité se retrouve au contact du ventricule gauche, en plus de la sonde dans la pointe du ventricule droit, le tout est relié au même stimulateur. On parle alors de resynchronisation cardiaque.

Technique de pose d'un stimulateur cardiaque

 
Le patient doit être en pratique hospitalisé.
La pose est faite le plus souvent par un médecin cardiologue spécialisé, appelé parfois stimuliste ou électrophysiologiste (à ne pas confondre avec le rythmologue qui s'occupe des troubles du rythme cardiaque).
Le patient doit être à jeun et avoir eu un bilan sanguin récent comprenant au moins une NFS et une analyse de son hémostase.
Le plus souvent, une prémédication par antibiotiques est faite afin d'éviter une infection opératoire[10]. Une sédation légère peut être administrée, si besoin.
Une incision est faite en dessous d'une des deux clavicules après une anesthésie locale[11]. La ou les sondes sont introduites soit après dénudation d'une veine céphalique soit après ponction de la veine sous-clavière[12]. Elles sont poussées dans le réseau veineux et la progression de leur extrémité est suivie par un appareil de scopie. Elles sont placées dans leur cavité cardiaque respective. La sonde ventriculaire droite est positionnée traditionnellement à la pointe de ce dernier. Elle peut être placée également au niveau du septum (paroi séparant les deux ventricules), ou près de l'issue vers l'artère pulmonaire (« chambre de chasse »)[13]. la sonde auriculaire est positionnée soit dans l'auricule (petit cul-de-sac permettant une bonne immobilisation), soit dans la paroi latérale droite[7]. Le bon positionnement est vérifié par la scopie et par la mesure du seuil de stimulation (énergie électrique minimale transmise à la sonde et provoquant une contraction du muscle de la cavité), du seuil de détection (mesure par un voltmètre de l'activité électrique du cœur par l'intermédiaire de cette sonde) et de l'impédance de la sonde.
Les sondes sont alors reliées au boîtier qui est introduit dans une poche confectionnée sous la peau dans la région sous-claviculaire, ou sous le muscle pectoral[14]. La peau est ensuite recousue.
L'intervention dure environ une heure mais peut se prolonger de façon importante si le médecin ne parvient pas à trouver un endroit satisfaisant pour positionner l'extrémité d'une ou plusieurs sondes. C'est le cas en particulier s'il s'agit d'un stimulateur triple chambre, le sinus coronaire étant parfois très difficile à trouver.
Une radiographie pulmonaire est faite de manière usuelle, après l'intervention, afin de vérifier l'absence de pneumothorax (accident possible en cas de ponction de la veine sous-clavière) et le positionnement des sondes[7].
La sortie du patient se fait entre 24 et 48 h après l'intervention. Les fils doivent être retirés vers le dixième jour.
S'il s'agit d'un simple remplacement d'un boîtier, le geste est plus facile, les sondes étant, le plus souvent, laissées en place et étant reconnectées au nouveau boîtier.

Complications

A moyen terme, elles sont essentiellement de deux ordres : infectieuses et rythmologiques.

Complications infectieuses

La fréquence est de l'ordre de 2/1000[15]. Les infections sont essentiellement localisées au niveau du boîtier du stimulateur. Elles atteignent les sondes (avec endocardites) dans moins d'un cas sur 10[16]. Elles sont dues, dans plus des trois quarts des cas à un staphylocoque[17].
Le diagnostic en est suspecté sur des signes inflammatoires locaux (au niveau du boîtier), pouvant évoluer vers une ouverture avec suppuration. L'endocardite est suspecté devant un aspect épaissi d'une ou plusieurs sondes à l'échographie transœsophagienne pouvant aller jusqu'à un aspect de végétation appendue sur la sonde.
Le traitement repose, outre la mise sous un antibiotique efficace sur le germe responsable, sur l'ablation de l'intégralité du matériel[17]. Ce geste est, en règle, sans difficulté majeure pour le boîtier mais parfois plus complexe pour les sondes qui peuvent être bien fixés dans la paroi cardiaque, ce qui peut nécessiter, dans certains cas, une intervention par un chirurgie cardiaque.
La mise en place d'un nouveau matériel ne doit être théoriquement faite qu'une fois l'infection maîtrisée, et, idéalement, du côté controlatéral de la précédente implantation. En cas de besoin, un électroentraînement par voie externe doit être mis en place à titre transitoire.
Si le matériel est jugé « non enlevable » en termes de rapport bénéfice/risque, un traitement prolongé par antibiotiques peut être discuté.

Complications rythmologiques

La présence d'une sonde peut causer des extrasystoles.

La surveillance médicale d’un stimulateur cardiaque

Elle doit être faite de manière régulière soit par le médecin cardiologue du patient, soit par le médecin stimuliste (celui qui a posé le stimulateur).
Cette surveillance permet :
  • de voir si la pile marche bien ;
  • de voir si le niveau de charge de la batterie est correct pour pouvoir programmer le remplacement du stimulateur cardiaque à temps ;
  • de vérifier l'intégrité des sondes ;
  • de détecter certains troubles du rythme cardiaque pour les modèles ayant une fonction de surveillance (holter), ce qui est le cas si la pile est récente.
Elle s'effectue :
  • par un test à l'aimant : le positionnement de ce dernier sur le boîtier, à travers la peau, déclenche un comportement particulier de la pile qui constitue la "signature" de cette dernière. Si cette dernière diverge un tant soit peu de ce qui est noté sur le modèle, cela peut signifier une dysfonction.
  • par l'interrogation du boîtier par un système de radio-fréquence connecté à un ordinateur. On peut obtenir ainsi de multiples renseignements : niveau de charge, degré de fonctionnement, fréquence, contrôle de la résistance électrique des sondes… Chaque marque de pile a son propre système matériel d'interrogation. Il est donc indispensable de connaître cette dernière pour pouvoir charger les données et faire les tests adéquats.
Le patient doit être porteur dans toutes les circonstances d'un document attestant la présence du stimulateur cardiaque, la marque de ce dernier et des sondes, l'adresse du centre qui a fait l'implantation et les principales caractéristiques du dernier réglage. Il s'agit du carnet de pile.
La durée de vie actuelle d'une batterie de stimulateur cardiaque est de cinq à dix ans. La surveillance régulière de la pile permet de détecter la fin de vie de cette dernière bien avant qu'elle ait lieu et de pouvoir, ainsi, en toute tranquillité, programmer son remplacement.

Les précautions à prendre chez un porteur de stimulateur

Le port d’un pacemaker requiert quelques précautions pour éviter les interférences électromagnétiques :
  • Éviter la proximité des plaques de chauffages à induction, la pratique de la soudure à l’arc, le stockage du téléphone portable dans la poche près du pacemaker pendant une longue durée (plusieurs jours), de stationner près des arceaux anti-vol des magasins. L'utilisation d'un four à micro-ondes en bon état n'est, par contre, absolument pas dangereux.
  • Contre-indication de l’emploi d’appareils d’électrothérapie ou d’électrostimulation…
  • Avertir en cas de passage sous des portiques détecteurs de métaux (aéroports…) : risque de déclenchement de l’alarme mais surtout risque de dérégler les paramètres du stimulateur.
  • Au niveau médical : contre-indication théorique de l’IRM même si des examens ont pu être faits sans problème majeur[18], précautions d’emploi en cas d’utilisation de bistouri électrique, en cas de radiothérapie.
  • Éviter l’exposition solaire directe (risque de brûlure accru du fait de la présence d’une masse métallique pouvant stocker la chaleur en sous cutanée)
En fait, ces situations sont plutôt rares dans la vie courante et ne doivent pas inquiéter. En cas de doute ou de question, en parler au médecin.
  • Dans le cas du décès du porteur, le stimulateur cardiaque doit obligatoirement être retiré soit par un médecin ou un thanatopracteur du fait du risque d'explosion en cas de crémation[19]. En effet le lithium contenu dans le stimulateur peut exploser à partir de 180 degrés (point de fusion du lithium). En sachant que la température d'un four de crémation varie de 600 degrés à 1100 degrés, cela constitue un risque majeur, et, même dans le cas où il devrait y avoir inhumation (enterrement), le retrait est obligatoire du fait qu'il se peut que la famille demande ultérieurement une exhumation aux fins de crémation. Le stimulateur peut alors éventuellement être réutilisé par un pays pauvre[20].

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