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ARCHIVÉ - Le stimulateur cardiaque : en cadence depuis 60 ans

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Depuis son invention il y a plus de 60 ans, le stimulateur cardiaque a amélioré la vie de millions de gens, dont celle de l’ingénieur canadien qui en est le père.

Difficile à croire que le stimulateur cardiaque, cette invention qui aide des millions de personnes dans le monde, est né du hasard. L’appareil découle des recherches sur « l’usage du froid pour les opérations cardiaques » entreprises dans les années 1940 par les chirurgiens canadiens Wilfred G. Bigelow et John C. Callaghan, à l’Institut Banting de Toronto.

John Hopps, l’ingénieur canadien qui construisit le premier stimulateur cardiaque, considéré comme le père du génie biologique, en reçut lui-même un en 1984, à l’instar du Dr Wilfed Bigelow plusieurs années plus tard.

Le Dr Bigelow croyait que la seule façon de faire progresser la médecine cardiovasculaire était d’opérer à cœur ouvert. Fort de son expérience sur les champs de bataille durant la Deuxième Guerre mondiale, il était persuadé qu’il fallait refroidir le corps afin de ralentir le rythme cardiaque.

Une des difficultés auxquelles furent confrontés les deux chirurgiens consistait à maintenir les battements du cœur pendant que l’organisme était plongé en hypothermie. Lors d’une intervention expérimentale sur un chien, les deux chercheurs notèrent qu’en stimulant le cœur arrêté avec une sonde électrique, on pouvait le redémarrer et, en fait, modifier son rythme grâce à des décharges électriques. « Ce fut un véritable coup de chance », a raconté le Dr Bigelow lors d’une entrevue sur sa découverte au Temple de la renommée médicale canadienne.

Pour faire de cette découverte un appareil clinique, les chercheurs sollicitèrent l’aide de John Hopps, ingénieur électricien au Conseil national de recherches du Canada.

L’un des premiers stimulateurs externes (à gauche), créé par le Dr Wilfred Bigelow, le Dr John Callaghan et John Hopps, mesurait une trentaine de centimètres de long. Les stimulateurs implantables d’aujourd’hui (à droite) ne sont guère plus longs qu’une clé USB. Photo de droite : gracieuseté de Medtronic.

L’un des premiers stimulateurs externes (à gauche), créé par le Dr Wilfred Bigelow, le Dr John Callaghan et John Hopps, mesurait une trentaine de centimètres de long. Les stimulateurs implantables d’aujourd’hui (à droite) ne sont guère plus longs qu’une clé USB. Photo de droite : gracieuseté de Medtronic.

Du tube à vide au transistor

Le premier stimulateur, construit par Hopps en 1949, était un appareil volumineux recourant à des tubes à vide pour produire l’impulsion électrique. On introduisait un fil isolé dans la jugulaire et envoyait des décharges électriques à l’oreillette droite du cœur. Ces décharges réglaient artificiellement le rythme cardiaque.

Dix années devaient s’écouler avant que la technologie progresse suffisamment pour autoriser l’implantation du dispositif. Le moment décisif fut le remplacement des tubes à vide par de petits transistors en silicium. Cette réalisation permit au stimulateur de rétrécir assez pour être implanté dans le corps.

Le premier bénéficiaire s’appelait Arne Larsson; il reçut son stimulateur en 1958. Le prototype avait approximativement les dimensions d’une boîte de cirage. Le Dr Rune Elmqvist le réalisa dans sa cuisine et le chirurgien cardiologue Åke Senning, de l’Hôpital universitaire Karolinska, à Solna, en Suède, procéda à l’implantation. L’appareil fonctionna trois heures. M. Larsonn reçut 28 stimulateurs jusqu’à son décès, à l’âge de 86 ans.

Le stimulateur du Dr Elmqvist devait être rechargé régulièrement. Les médecins craignaient que le malade oublie de le faire ou trouve l’opération trop compliquée. C’est pourquoi la génération suivante de stimulateurs fut dotée de piles au mercure-zinc, conçues pour fonctionner cinq ans. Malheureusement, la durée de vie de la plupart ne dépassait pas deux ans.

Passage du stimulateur à l’ère atomique

En 1970, le premier stimulateur alimenté par une pile nucléaire fut implanté chez un patient, en France (trois ans plus tard au Canada). Conçu pour durer au moins 10 ans, l’appareil ressemblait à une bobine de pellicule 35 mm et était alimenté par du plutonium-238. L’isotope était enfermé dans un boîtier à triple couche métallique qui protégeait le malade des rayonnements.

Les piles au plutonium finirent éventuellement par être remplacées par les piles à ions lithium contemporaines, qui actionnent encore les stimulateurs de nos jours.

Le stimulateur moderne

Aujourd’hui, le stimulateur a approximativement les dimensions d’une clé USB. L’intervention chirurgicale dure habituellement moins d’une heure et se fait sous anesthésie locale. La plupart des gens reprennent leurs activités normales au bout de quelques jours.

On recourut à l’électricité pour stimuler le cœur pour la première fois en 1889. Le physiologiste écossais John Alexander MacWilliam découvrit qu’il était possible de redémarrer le cœur d’un chat et d’en contrôler les battements en y appliquant périodiquement des secousses électriques au moyen d’électrodes insérées dans le muscle.

En plus d’avoir rétréci, le stimulateur moderne a gagné en complexité. Les stimulateurs programmables ont fait leur apparition dans les années 1970, permettant au médecin de choisir entre plusieurs cadences et durées d’impulsion.

Le stimulateur moderne comprend des microprocesseurs qui recueillent des données sur la façon dont l’appareil et le cœur fonctionnent en tandem. Ces microprocesseurs surveillent aussi l’activité physique du patient et ajustent le rythme cardiaque au besoin. Enfin, le stimulateur peut désormais réguler et synchroniser les contractions des chambres cardiaques. Les modèles à deux chambres aident le cœur à battre plus efficacement et concourent à atténuer les symptômes d’insuffisance.

Certains stimulateurs peuvent même relancer le cœur s’il s’arrête. Cependant, puisqu’ils doivent produire une forte secousse, ces défibrillateurs à synchronisation automatique sont dotés d’une pile sensiblement plus puissante, donc plus volumineuse, c’est-à-dire de la taille d’une rondelle de hockey, environ.

L’avenir

Un des principaux risques pour les personnes dotées d’un stimulateur concerne la détérioration des fils qui raccordent l’appareil au cœur. Le cœur se cicatrisant autour de ces derniers, les retirer s’avère parfois délicat.

Une solution à l’étude est un stimulateur sans fil. Ce dispositif recourrait aux ultrasons, plutôt qu’à un courant électrique pour déclencher le récepteur (de la taille approximative d’un grain de riz) posé sur le cœur.

Une autre possibilité consisterait à utiliser un champ magnétique pour actionner un récepteur installé sur le muscle cardiaque. Des modèles plus futuristes reposant sur les technologies des gènes et des cellules souches pourraient remplacer la mécanique par la biologie. L’espoir est que ces « stimulateurs biologiques » réduisent la dépendance sur les dispositifs externes, voire finissent un jour par les éliminer totalement. Fin

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