Transcript Actualité sur les implants, cœur artificiel Carmat

Les implants en
chirurgie cardiovasculaire
Prof. Jean-Olivier Defraigne
Professeur Ordinaire, Chef de Service
Chirurgie Cardio-Vasculaire et Thoracique
CHU Liège, Université de Liège
Chirurgie Cardio-vasculaire
Chirurgie Cardio-vasculaire
BIOcompatibilité et Hemocompatibilté
Interrelations dynamiques entre une surface
artificielle et les réactions de défense nonspécifiques du sang
•
•
•
•
Circulation extra-corporelle
Valves, prothèses
Assistance circulatoire
Coeur artificiel
Comment les atténuer (suppression) ?
Interactions sang-matériel etranger
Cascades biologiques
•
•
•
•
Complément
Coagulation
Fibrinolyse
Kallicréine-kinine
Activations cellulaires
• Plaquettes
• Globules blancs
(leucocytes, macrophages)
• Globules rouges
• Saignements- Thromboses
• Réaction inflammatoire généralisée
• Défaillance de divers organes
Facteurs physiques
Facteurs chimiques
• Durée de contact
• Volume du matériel
• Géométrie du matériel
• Circulation extracorporelle
•
•
•
Valves, prothèses
Assistance circulatoire
Coeur artificiel
Les pionniers: Suture des plaies
cardiaques.
1896 Ludwig Rehn ouvre la voie de la chirurgie cardiaque en réparant des
plaies que la plupart de ses confrères n’osaient aborder.
La « chirurgie de guerre » va largement contribuer à créditer les médecins audacieux.
1925 Henry Souttar lève le rétrécissement d’une valvule par l’introduction dans le
cœur de l’index du chirurgien, bagué d’une lame rétractable.
Les pionniers.
1939 Robert Gross ligature pour la première fois un ductus, maladie cardiaque «
mineure ».
1940 Pendant la seconde guerre mondiale, Dwight Harken retire des projectiles
enchâssés dans le cœur à l’aide d’aimants puissants...tellement puissants que tous
les instruments chirurgicaux métalliques se retrouvent au plafond.
Naissance de la circulation
extracorporelle.
1931 John Gibbon envisage pour la première fois le concept
d’assistance circulatoire par un circuit sanguin extracorporel,
avec un poumon artificiel. En 1937, il démontre chez le chat
l’efficacité de la machine qu’il a inventée.
1952 John Lewis réalise la première opération à cœur ouvert, après avoir refroidi
l’enfant à 30 degrés par immersion dans une baignoire d’eau glacée et arrêté son
cœur pendant 10 minutes. L’hypothermie est une alternative à la machine coeurpoumons, dont les modèles expérimentaux sont loin d’être opérationnels en clinique
humaine.
Les pionniers.
1952 Walton Lillehei opère des enfants porteurs d’une communication
entre les deux cavités du cœur. Il recourt à une technique audacieuse et très décriée :
la circulation croisée. Le sang de l’enfant est dévié dans une veine de l’un de ses
parents, afin d’être réoxygéné.
Le développement de l’équipement
1954 La machine de Gibbon est perfectionnée. Les cinq années suivantes, des
chirurgiens tels que Walton Lillehei et Kay Cross perfectionnent les échangeurs de
gaz artificiels (les « bulleurs »).
La chirurgie cardiaque sous circulation extracorporelle prend son essor.
LES ECHANGEURS DE GAZ.
Le bulleur
Des avancées marquantes.
1970 R. Hearse met au point une solution qui supprime le phénomène du « cœur de
pierre » (après avoir été arrêté le temps de l’intervention, le cœur, sidéré, refusait
parfois de reprendre son rôle de pompe). Aujourd’hui encore, cette solution permet le
prélèvement puis le transport d’un cœur en vue d’une greffe.
1978 L’échangeur de gaz artificiel à membrane, largement supérieur au bulleur,
présente d’immenses bénéfices pour le patient.


Fibre Creuse
Procédure d’Enroulement.
D'une Fibre Creuse sans Fin à un « Mat »,
Tapis de Fibres
LES ECHANGEURS DE GAZ.
La membrane diffusion
Diffusion
Micropore
Membrane Diffusion.
Application
Oxygenation
Name
OXYPLUS®
Type
PMP 90/200
Membrane
Capillary Membrane
Polymer
Polymethylpentene
Property
hydrophobic
Fiber OD
380 (µm)
Fiber ID
200 (µm)
max. Pore
none
N-2-Flux
5 [ml/(cm*min)]
Make-up
spools, cross wound mats
Membrane Micropores.
Application
Oxygenation
Name
OXYPHAN®
Type
PP50 / 280
PP50 / 200
Membrane
Capillary Membrane
Capillary Membrane
Polymer
Polypropylene
Polypropylene
Property
hydrophobic
hydrophobic
Fiber OD
380 (µm)
300 (µm)
Fiber ID
280 (µm)
200 (µm)
max. Pore
0,2 (µm)
0,2 (µm)
N-2-Flow (*)
10 [ml/(cm*min)]
8 [ml/(cm*min)]
spools, cross wound mats
spools, cross wound mats (
bobine, enchevêtrement,
tapis)
Make-up
Comparaison performances poumons/échangeurs de gaz
en C.E.C.
Poumons
Echangeurs de
gaz
Surface d’échange
70‐100 m2
0,5‐2 m2
Longueur capillaires
200 µ
8µ
Largeur capillaires
250000µ
200µ
Epaisseur capillaires
150µ
0,5µ
Transfert max.
O2 ( ml/min/STP)
400‐600 ml
2000 ml
La Circulation extracoporelle (CEC) est une technique de dérivation
du sang en dehors du corps humain …
Qui supplée et maintient les fonctions vitales
Qui facilite la réalisation d’un geste sur le cœur, les gros vaisseaux
Oxygénation
du sang
Ligne
artérielle
Sang
épanché
Ligne
de drainage
Réservoir
Pompe
artérielle
Réchauffeur
Oxygénateur
Filtre
artériel
Conditions non-physiologiques de la CEC
• Contact sang-surfaces inhabituelles
(polymères, air, péricarde)
• Traumatisme mécanique (forces de cisaillement)
• Hémodilution
• Modification de température
• Stagnation sanguine
• Aspiration du sang épanché
• Agents pharmacologiques
Syndrome post-circulation extracorporelle
Augmentation de la perméabilité capillaire
 Accumulation liquidienne interstitielle
 Altérations de la microcirculation
 Réactions anaphylactoïdes
 Dysfonction hépato-rénale
 Coagulopathie
 Hypothermie ou fièvre non-infectieuse
 Troubles neurologiques
 Insuffisance pulmonaire prolongée

Dépôt de Fibrinogène et plaquettes sur surfaces étrangères
2 minutes after the blood
contact
Uniform deposition of fibrin
Small platelet aggregates
isolated platelets
15 minutes after the contact
(max deposition.)
Extensive micro layer of fibrin with
platelet aggregates and platelets
Fibres et Aggrégats
Conditions non-physiologiques de la CEC
• Contact sang-surfaces inhabituelles
(polymères, air, péricarde)
• Traumatisme mécanique (forces de cisaillement)
Modifications de la surface des circuits
• Hémodilution
Circuits
S.M.A.
:
Surface
Modifying
Additives
• Modification de température
• Stagnation sanguine
• Aspiration du sang épanché
• Agents pharmacologiques
Fibrinogène et Plaquettes
Sites d’adhésion Hydrophobiques
1
2
3
FIBRINOGENE
4
5
Plaquettes
Récépteurs
6
Sites d‘adhésion Hydrophiliques
Fibrinogène, GPIIb,
GPIIa
Caractèristiques
Caractèristiques du
du Fibrinogène
Fibrinogène et
et
Plaquette
Plaquette
Sites d’adhésion
Hydrophobiques
1
2
3
FIBRINOGENE
4
5
Plaquette
Récépteurs
6
Sitesd’ adhésion Hydrophiliques
Fibrinogène, GPIIb,
GPIIa
Adsorption
Adsorption des
des Protéines
Protéines // Activation
Activation des
des
Plaquettes
Plaquettes sur
sur les
les
Matériaux
Matériaux Conventionels
Conventionels
Adhésion des plaquettes
P
P
P
1
2
3
5
4
5
6
FIBRINOGENE
FIBRINOGENE
4
P
6
SURFACE
HYDROPHOBIQUE
1
2
3
SURFACE
HYDROPHILIQUE
Surface héparinées, PEO, PEG,
Phospholipides,etc...
Efficacité
Efficacité Théorique
Théorique
des
des Polymères
Polymères Microdomaine
Microdomaine
P
P
5
4
6
FIBRINOGENE
1
Non-Adhésion
des Plaquettes
2
P
P
P
P
P
P
P
P
P
3
SURFACE POLYMERIQUE MICRODOMAINE
(ALTERNATIVEMENT SEGMENTS HYDROPHOBIQUE/PHILIQUE)
SMA
RESIN POLYMERE
PCL= polycaprolactone
MOSAIC STRUCTURE
PDMS= polydimethylsiloxane
FIBRINOGEN ADSORPTION
Hydrophobic Hydrophilic
PDMS
PCL
Hydrophobic Hydrophilic
PDMS
PCL
Hydrophilic
PCL
Hydrophilic
PCL
Hydrophobic
PDMS
Hydrophobic Hydrophilic
PDMS
PCL
Hydrophobic
PDMS
Hydrophobic Hydrophilic
PDMS
PCL
% Plaquettes Adhérentes
Accumulation
Accumulation des
des Plaquettes
Plaquettes sur
sur la
la Surface
Surface
d’un
d’un Oxygénateur
Oxygénateur CMS
CMS Duo
Duo
35
30
25
Co ntrôl e
SMARxT
20
15
10
*
5
*
*
*
*
*
65
75
85
*
0
0
Départ CEC
5
20
35
50
Temps, mn
90
Arrêt CEC
p < 0.05
% Neutrophiles Adhérents
Accumulation
Accumulation des
des Neutrophiles
Neutrophiles sur
sur la
la Surface
Surface
d’un
d’un oxygénateur
oxygénateur CMS
CMS Duo
Duo
35
25
C o n trô le
S M ARxT
15
*
*
*
*
65
75
*
*
5
0
5
20
35
50
85
90
Temps, mn
DépartCEC
Arrêt CEC
p < 0 .0 5
SMA circuits reduce platelet consumption and platelet factor
release during cardiac surgery. Defraigne JO, et al. Ann Thorac
Surg. 2000 Dec;70(6):2075-81.
BACKGROUND: Platelet count and function are particularly damaged by cardiopulmonary bypass
(CPB). This study evaluated the effects of a novel CPB circuit in terms of platelet count and
activation, and postoperative need for blood products.
METHODS: One hundred patients undergoing coronary grafting were randomized in two groups:
control group (n = 50) and test group (n = 50, surface modifying additives circuit, SMA group). Blood
samples were taken before, during, and after CPB. Postoperative blood loss, number of transfused
blood products, and postoperative variables were recorded.
RESULTS: The platelet count decreased less in the SMA group compared to the control group (end
of CPB: respectively, 165 +/- 9 x 10(3)/mm3 vs 137 +/- 8 x 10(3)/mm3; p < 0.01). This was paralleled
by a reduction in beta-thromboglobulin plasma levels in the SMA group. There was a trend to
decreased blood loss in the SMA group, but the difference was significant only in patients taking
aspirin preoperatively (p < 0.05). In the SMA group nearly 50% less fresh frozen plasma and
platelet units were administered (p < 0.01). No operative deaths were observed.
CONCLUSIONS: The
use of circuits with surface additives is
clinically safe, preserves platelet levels, and attenuates platelet
activation. This may lead to a reduced need for blood products.
TRAITEMENT DE SURFACE:
LE P.C.
HOLLOW FIBERS UNCOATED
ARTERIAL FILTER PHISIO PC COATED
RBC recovery
system
Closed
cardiotomy
reservoir
VRB 1800
Venous gas monitor
Arterial gas monitor
Closed venous
reservoir
VRB 1200
CPB Circuit
Membrane plaque
oygenator
Arterial Filter
Cobe Sentry
Système récupérateur-laveur
de globule (« Cell saver »)
La CEC est une situation « anormale » qui
induit des altérations telles chez le patient
qu ’il vaudrait mieux s ’en passer
Pontages coronaires
Facteurs chirurgicaux
Facteur tissulaire
Drogues
Circuit dépendants
Température
Aspirations
Matériaux dépendants
Facteurs de la C.E.C
Comparison of inflammatory responses after off-pump and on-pump
coronary surgery using surface modifying additives circuit. Quaniers JM,
Leruth J, Albert A, Limet RR, Defraigne JO. Ann Thorac Surg. 2006
May;81(5):1683-90.
BACKGROUND: Cardiac surgery is followed by various degrees of inflammation, which have
harmful consequences. Because of the central role of extracorporeal circulation (EC), off-pump
coronary bypass surgery is deemed preferable. Do different modalities of EC challenge this
view?
METHODS: Four groups of similar patients underwent coronary surgery: (group 1) on-pump, EC
with closed surface modifying additives (SMA) circuit and no pump suckers (n = 20); (group 2)
on-pump, EC with open SMA circuit and pump suckers (n = 20); (group 3) off-pump (beating
heart) and heparin 3 mg/kg (n = 20); (group 4) off-pump (beating heart) and heparin 1 mg/kg (n =
20). Interleukins (IL)-6, IL-8, IL-10, myeloperoxidase, elastase, and terminal complex of the
complement (TCC) were analyzed at various times: at induction (time I); after heparin (time II);
after complete revascularization (time III); after protamine (time IV); and 24 hours later (time V).
RESULTS: The TCC was significantly higher in groups 1 and 2 at time III. The pattern of IL-6
was the same for the four groups. No significant difference in myeloperoxydase content was
noted; however, elastase was significantly higher in the two EC (on-pump) groups.
CONCLUSIONS: Except for the complement system and elastase, on-pump
surgery with SMA-coated circuits did not elicit any greater
inflammatory response than off-pump surgery.
• Circulation extra-corporelle
• Valves, prothèses
• Assistance circulatoire
• Coeur artificiel
STENOSE AORTIQUE
Sténose typique
de RAA
RAA
sténose calcifiée
massive
Bicuspidie
Hypertrophie majeure
L’élongation du VG
met sous tension les
cordages ce qui gène la
fermeture complète de la
mitrale
Valve de Starr
Valves « MONOSTRUT »
Valves A DEUX DEMI-DISQUES
Valves biologiques
Porcine
Péricardique
VALVE BIOLOGIQUE STENTLESS
•
•
•
•
•
•
large « effective orifice area » (EOA)
excellente hémodynamique
faibles gradients (effort)
faible thrombogénicité
faible risque infectieux
durabilité
LE CHOIX ENTRE PROTHESE MECANIQUE ET
BIOLOGIQUE
•Avantages et inconvénients respectifs
•Critères d’implantation différents
MECANIQUE :
BIOLOGIQUE :
- inusable
- dégradation après 8-12 ans
(plus rapide si patient jeune )
- nécessité d'anticoagulant
INR : 2,5 aortique
INR : 3,5 mitrale
- moins de 70 ans
- pas d'anticoagulant
- plus de 70 ans
Catheter based aortic valve therapy
• PARTNER TRIAL
• US Pivotal
TAVI
4 valve sizes
(18-29 mm annular range)
18Fr delivery system
Transfemoral
Subclavian
Direct Aortic
706
• Circulation extra-corporelle
• Valves, prothèses
• Assistance circulatoire
• Coeur artificiel
Récupération
Insuffisance cardiaque
Traitement Médical
•Pontage coronaire
•Remplacement / plastie
valvulaire
Assistance circulatoire
•CRT
•PCMK défibrillant
Bridge
Destination
therapy
•Anévrysmectomie
•Opération de Batista
•Chirurgie de restauration
ventriculaire
Transplantation
cardiaque
AIGUE
Infarctus du myocarde
Myocardite aigüe
Autre
CHRONIQUE
Défaillance cardiaque
Cardiomyopathie dilatée
Cardiomyopathie ischémique
Autre
Paramètres hémodynamiques défaillants
(choc cardiocirculatoire)
MALGRE
traitement médical maximal
( perfusion d’au moins un agent inotrope à haute dose)
Ballon intra-aortique
Système d’assistance ventriculaire gauche
Système d’assistance ventriculaire droite
Assistance bi-ventriculaire
Extra-Corporeal Membrane Oxygenation system
Perfusion tissulaire adéquate
Stabilisation hémodynamique
•Récupération
•Pont à la transplantation
•Destination therapy
è
Õ
Contrepulsation intra-aortique
Pompes centrifuges externes
(Biomedicus, Centrimed, Medtronic)
Ventricules prothétiques hétérotopiques
(Abiomed, Thoratec, Heartmate, Novacor,… )
Ventricules prothétiques orthotopiques
(Jarvik, Penn State Heart, Utah heart, Unger Heart, Berlin
Heart, Cardiowest, Abiocor)
Pompes axiales electromagnétiques
(Heartmate II, Heartware)
ASSISTANCES CIRCULATOIRES
Mode d’insertion
Percutané
Chirurgical
Position
Intracorporelle
Paracorporelle
Type d’assistance
Univentriculaire (G ou D)
Biventriculaire
Fonctionnement
Electrique
Pneumatique
Durée d’utilisation
Courte
Longue
Type de débit
Pulsatile
Continu
Anticoagulation
Circonstances
du choc
Conditions
géographiques
•Salle de cathétérisme
•Soins intensifs
•Salle d ’opération
•Infarctus?
•Post-cardiotomie?
•Attente de Tx?
•Cathétérisme?
Importance
de la défaillance
Disponibilité
locale
Espoir
de récupération?
ExtraCorporeal Membrane Oxygenation (ECMO)
Abiomed Impella
LP 2.5
Tandem Heart
Abiomed BVS 5000 et AB5000
THORATEC
Univentriculaire
G ou D
Biventriculaire
(canulation apexVG)
Biventriculaire
(canulation OG)
REVALIDATION
Mode (volume, asynchrone,
synchrone)
Fréquence
MOBILITE
Durée
de systole
Orifice
de sortie
Orifice
d ’entrée
Valve
Björk-Shiley
Boîtier
rigide
Câble pneumatique
et électrique
Capteur
à effet Hall
Pression
d ’éjection
Pression
d’aspiration
Canule
aortique
Canule
ventriculaire
NOVACOR
Cable
Moteur de type
« pusher-plate »
Moniteurs
Unité d ’alimentation
(principale + réserve)
Module
de commande
VAD à DEBIT PULSATILE
•Support hémodynamique excellent
•Amélioration de la survie
•Contraintes importantes:
•Dissection extensive
•Nécessité d’un sujet de taille suffisante
•Câble percutané volumineux
•Bruit de fonctionnement
•Durabilité limitée (réopération)
HEARTMATE I
Moteur rotatif
à vitesse lente
Canule
aortique
Boitier
Canule
ventriculaire
Pompes axiales. Systèmes gauches à débit continu
Jarvik 2000
De Bakey
Incor
Heartmate II
HEARTMATE I
HEARTWARE
Simple:
Simple:
Small
Small pump
pump attaches
attaches
directly
directly to
to heart
heart
Versatile:
Versatile:
Thin,
Thin, flexible
flexible driveline
driveline
cable
cable exits
exits skin
skin
Smart:
Smart:
An
An intuitive
intuitive controller
controller &
&
batteries
batteries run
run the
the pump
pump
CAUTION: Federal Law (USA) restricts this device to sale by or on the order of a physician. Refer to the "Instructions For Use" for complete
Indications for Use, Contraindications, Warnings, Precautions, Adverse Events and Instructions prior to using this device.
Défaillance droite. Effets sur le VD d’un LVAD
Effets bénéfiques



Précharge
↑ compliance diastolique VD
(déplacement du septum
pendant décharge G)
Effets néfastes
retour veineux
Post-charge
↓passive de la PAP
(↓de POG)
PAP si DC lorsque
R vasc P élevées
Contractilité
↑ pression de perfusion
coronaire
contribution systolique
du septum à l ’éjection
du VD (décharge du VG)
Normal
Support
par LVAD
LVAD +
Ischémie septale
à é
.
•Taille réduite
•Opération plus aisée et plus rapide (implantation
et explantation)
•Risques hémorragiques et infectieux réduits
•Pas de contrainte de taille (femmes, enfants)
•Pas de synchronisation nécessaire
•Absence de valves
•Stase réduite (flux continu)
•Pas de vide nécessaire
•Gamme étendue de débit
•Consommation faible d’énergie
•Faible taux de défaillance (design plus simple)
Sandner et al. J Heart Lung Transplant 2008; 27; 469-73
De Bakey VAD (Micromed, Houston, TX)
HVAD (HeartWare,Miramar, FL)
DuraHeart LVAD (Terumo Corp, Ann Arbor, MI)
Novacor LVAD (World Heart Corp, Oakland, CA) )
THROMBOEMBOLIES
Diagnostiquées
cliniquement
Diagnostiquées
à l ’autopsie
Support circulatoire au long cours
Amélioration des signes cliniques et histologiques de la CHF
Stabilisation hémodynamique
Décharge chronique du VG / effets sur précharge
et post-charge
•↓ QO2 du myocarde
•↓ Dimensions cardiaques
•↑ Fraction d’éjection
•↓ R vasculaires pulmonaires
•↓ Myocytolyse
↓ Activation neuro-endocrine (taux plasmatiques?)
Remodelage
structurel et histologique
du VG
•
•
•
Circulation extra-corporelle
Valves, prothèses
Assistance circulatoire
• Coeur artificiel
Les greffes cardiaques et le cœur artificiel.
1967 Christian Barnard réalise avec succès la première greffe
cardiaque en Afrique de Sud.
Les greffes cardiaques et le cœur artificiel.
1969 Denton Cooley implante le premier cœur artificiel transitoire de « Liotta ».
1982 William De Vries implante le premier cœur artificiel définitif : le « Jarvik ».
Vasopresseurs
ASAT ≥ 80 UI / L
Bilirubine 2 mg/dl
Créatinine 2,3 mg/dl
Points
4
2
2,5
3
Matthews, JACC 2008
Evaluation de la fonction cardiaque droite
Paramètre
Valeur souhaitée
•RVSWI
•Pression veineuse centrale
•Régurgitation tricuspide
•Résistances vasculaires pulmonaires
•Gradient transpulmonaire
•Taille du VD
RVEDV
RVESV
•Support ventilatoire pré-op
> 300 mm Hg x ml/m2
< 15 mmHg
Minime à modérée
< 4 U Woods
< 15 mmHg
< 200 ml
< 177 ml
Aucun
RVSWI: index de travail systolique du VD; RVESV: volume télé-systolique du VD;
RVESV: volume télé-diastolique du VD
Perspectives d’avenir: projets en cours de
développement au CHU