vignette|Un stimulateur cardiaque.
Le stimulateur cardiaque, ou pacemaker, ou pile cardiaque, est un dispositif implanté dans l’organisme fournissant des impulsions électriques destinées à stimuler les muscles cardiaques en permettant, par exemple, d’accélérer la pulsation du cœur lorsqu’il est trop lent. La stimulation cardiaque peut être provisoire, pour faire face à une situation transitoire ou définitive.
Le défibrillateur automatique implantable (DAI) possède toutes les fonctionnalités d'un stimulateur cardiaque, mais également, celle d'agir comme un défibrillateur automatique externe en cas de survenance des conditions menant à la mort subiteles électrodes étant implantées à proximité immédiate du cœur, la puissance nécessaire pour la défibrillation est beaucoup plus faible que celle d'un défibrillateur extérieur. La taille du défibrillateur n'est donc que légèrement plus importante que celle d'un pacemaker.
Historique
vignette|Le premier pacemaker implanté (1958). vignette|Pacemaker de 1972, le premier avec une pile Lithium.
C'est en 1781 que Luigi Galvani constate 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 de hauteur. Il devait rester branché au secteur. En 1957 apparaît le premier modèle sur batterie Lillehei CW, Gott VL, Hodges PC, Long DM, Bakken EE, JAMA 1960:172;76–80. Le premier stimulateur cardiaque totalement implantable est posé le Larsson B, Elmqvist H, Ryden L, Schuller H, « : 1958–2001 » Pacing Clin Electrophysiol. 2003;26:114–124 par le chirurgien suédois sur Arne Larsson (1915-2001).
Les années 1960 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 juillet 1970 est implanté le premier stimulateur cardiaque atomique en Angleterre « » , le , à la une du journal.. En 1988 est réalisée la première implantation aux États-Unishttp://www.ina.fr/video/CAB88043390 États-Unis : pacemaker à pile atomique - 12 novembre 1988.
En France, le premier stimulateur à "pile" radioactive est implanté en , suivi de dizaines d'autres jusqu'à la fin de la décennie. La technique est abandonnée dès 1980, l'amélioration technique des piles avec l'apparition des modèles lithium permettant entre autres de limiter la fréquence des interventions chirurgicales pour les remplacer. Malgré l'âge moyen plutôt avancé des personnes lors d'une implantation et l'évolution de leur pathologie pouvant conduire à changer de modèle, il reste en 2020 des français en vie toujours porteur du modèle radioactif, qui délivre environ 60-70 % de sa puissance initiale.
Les années 1980 sont marquées par les stimulateurs asservis (augmentant la fréquence de stimulation avec l'effort du patient) ainsi que des essais de pacemaker ayant un générateur au Plutonium 238. 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.
En 2009, plus de cardiaques sont implantés annuellement dans le monde, les trois quarts étant des primoimplantations, le reste étant des changements de boîtier. Ces nombres sont en croissance Mond HG, Proclemer A, « », Pacing Clin Electrophysiol. 2011;34:1013–1027.
Les premiers stimulateurs sans sonde (et donc devant être implantés directement dans le ventricule droit et, par conséquent, uniquement monochambre) apparaissent à partir des années 2010Reddy VY, Knops RE, Sperzel J « » Circulation 2014;129:1466-1471. Ils ont un taux de complications moindre qu'un stimulateur monochambre classiqueEl Chami MF, Bockstedt L, Longacre C et al. Leadless vs. transvenous single-chamber ventricular pacing in the Micra CED study: 2-year follow-up, Eur Heart J, 2022;43:1207–1215.
Stimulation cardiaque provisoire Elle est mise en route lorsque la fréquence cardiaque, trop lente, est mal tolérée, en attendant une accélération spontanée de cette dernière (par exemple par arrêt d'un médicament bradycardisant) ou la pose d'un stimulateur cardiaque définitif.
Elle peut être faite par voie transcutanée, sur les palettes d'un défibrillateur dont certains modèles comportent la fonction de stimulation cardiaque. Elle est inconfortable, l'ensemble des muscles (y compris le cœur) situé entre les deux palettes se contractant à la fréquence réglée et n'est utilisée qu'en cas d'urgences, en attendant la mise en place d'un autre traitement.
Elle peut être faite par voie transveineuse : une sonde est montée sous scopie jusqu'à la pointe du ventricule droit (sonde d'entraînement électrosystolique) et reliée à un boîtier externe délivrant les impulsions électriques périodiques.
Elle peut être faite par voie épicardique : les électrodes sont alors posées sur la surface du cœur à la fin d'une procédure de chirurgie cardiaque et reliées à un boîtier externe.
Appareil vignette|Un stimulateur cardiaque et sa sonde. Il est composé d’un boîtier et d’une ou plusieurs sondes. Des systèmes sans sondes ont été développés (capsules contenant l'électronique et la batterie et mis en place dans le ventricule droitReynolds D, Duray GZ, Omar R et al. A leadless intracardiac transcatheter pacing system, N Engl J Med, 2016;374:533–541)
Boitier 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 Mallela VS, Ilankumaran V, Rao NS, « » Indian Pacing Electrophysiol. 2004;4:201–212 ; de composant 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 ; d'une antenne radiofréquence permettant la communication de données à travers la peau vers un dispositif externe. Suivant les modèles, le boîtier comporte également : un ou plusieurs capteurs d’activité du patient permettant de faire varier le rythme cardiaque suivant l'intensité de cette activité. 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 Kaszala K, Ellenbogen KA, « » Circulation 2010;122:1328-1340 ; 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 Yu CM, Wang L, Chau E, Chan RH « » Circulation 2005;112:841–848, même si la sensibilité et la spécificité de ce genre de mesure n'est pas optimale Vollmann D, Nagele H, Schauerte P « », Eur J. 2007;28:1835–1840 ; 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 ait 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 cubes).
Sondes Souples, elles relient le boîtier au cœur. Elles sont constituées d'une âme conductrice et d'une gaine isolante. Elles peuvent être unipolaires (une seule électrode distale) ou bipolaires (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 Rajappan K, « » 2009;95:334-342. Elles étaient en Elgiloy, alliage de cobalt, de chrome et de nickel durant les années 1970. 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 biventriculaire), 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.
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 « » (une des deux), « D » pour « » (les deux), « O » pour « aucune ». La deuxième lettre symbolise la cavité cardiaque détectée (même nomenclature).