PROBLEMESPOSES PAR L'ASSISTANCE

PAR CONTR!E-PULSATION ET PARCŒUR IMPLANTABLE

LEUR ETUDE EXPERIMENTALEAU MOYEN DE MODELES

HEMODYNAMIQUES

PAR P. MARIONL. VADOT ET J.-F. ESTANOVE *

Qu'il me soit permis de féliciter M. le Présidentet MM. les membres du Bureau de la S.H.F. de leurinitiative de réunir ingénieurs et médecins pourdiscuter de problèmes hémodynamiques.

La présence autour d'une même table du Prési­dent des hydrotechniciens français, du Présidentde la Société de chirurgie thoracique, et d'un Pro­fesseur de physiologie de la Faculté de Paris, estune preuve de l'intérêt qu'a suscité cette initiativetant chez les médecins que chez les ingénieurs quiont répondu nombreux à votre appel.

Dix ans de collaboration avec mon ami LouisVadot m'autorisent, je crois, à témoigner des immen­ses services que peu t rendre à un chirurgien, unspécialiste de la mécanique des fluides intégré dansune équipe de chirurgie cardio-vasculaire.

Certes, l'idée n'est pas neuve d'une collaborationentre ingénieurs et médecins. Mais, en pratique, lesdifficultés apparaissent pour trouver le terrain del'encontre.

Les réunions comme celle-ci sont évidemmentindispensables, mais elles sont le fruit d'un travailen commun qui suppose des prises de contact préa­lables. Où travailler?

Personnellement, je vois cette collaboration:soit dans nos laboratoires de physiologie ou dechirurgie expérimentale, ann que l'ingénieurs'adapte aux techniques biologiques et à l'obser­vation suivant les règles de Claude Bernard;soit, en salle d'opération, conçue suivant lesidées de Leriche, comme un véritable labora­toire où, dans le respect de la sécurité du maladeendormi, les moyens d'information sont mis auservice d'une re~herche particulière.

• Centre de Chirurgie cardio-vasculaire Paul-Santy (Lyon).

Ainsi, Messieurs, familiarisés à nos problèmes,adaptés à nos techniques opératoires, vous pourrezensuite, dans le ealme de vos laboratoires, trouverles solu tions aux problèmes que chirurgiens etmédecins vous auront soumis.

Avant de laisser la parole à Louis Vadot, je vou­drais évoquer les deux orientations des recherchesentreprises dans le but de réaliser le cœur artificielimplantable.

1. L'assistance d'un cœur défaillant pendantquelques heures ou quelques jours se pose souventaprès des opérations intra-cardiaques complexespratiquées chez des patients dont le myocarde estinsuffisant. Elle se pose également après des infarc­tus cardiaques gravissimes qui entraînent la morten quelques heures ou quelques jours.

Chez de tels malades ou opérés, on est en droitd'imaginer qu'une pompe auxiliaire pourrait utile­ment aider le cœur et les sauver.

2. Lorsque les difficultés technologiques d'assis­tance cardiaque seront résolues, il est logique depenser que le cœur pourrait être remplacé par unepetite machine implantée dans le thorax, alimentéepar une source d'énergie autonome externe ouinterne miniaturisée.

En réalité, sous l'angle hémodynamique, le cœurauxiliaire d'appoint pose des problèmes plus difIi­ciles à résoudre que le remplacement total de cetorgane.

Ainsi, si l'on veut suivre le programme logiquedes applications humaines1 0 assistance cardiaque,2" remplacement,force est donc de s'attaquer à la partie hémodyna­mique la plus difficile .

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Article published by SHF and available at http://www.shf-lhb.org or http://dx.doi.org/10.1051/lhb/1966007

P. MARION et al.

C'est pourquoi avec L. Vadot et J.-F. Estanove,nous pensons que des études préalables sur lamécanique du sang dans l'aorte et les gros troncssont indispensables, et que des progrès dans cetteconnaissance peuvent être apportés par les modèleshémodynamiques.

Pour terminer je voudrais rappeler que cc pro­blème du cœur artificiel implantable est de plusen plus étudié par de nombreuses équipes. Parexemple, le Congrès annuel des A.S.A.I.O. (SociétéAméricaine des Organes Artificiels) a consacré enH)()5 plus de la moitié de son programme au cœurartificiel irnplantable. Aux U.S.A., les services duMinistère de la Santé viennent d'établir ct de finan­cer un plan national de recherche, échelonné surplusieurs années. Les industries américaines sontinvitées à collaborer avec les laboratoires médicaux,comme elles l'ont été pour l'astronautique.

Les multiples travaux sur ce sujet dont certainsatteignent les limites de la science fiction, témoi­gnent d'un labeur acharné ct d'une foi inébranla­ble dans cette réussite . .le souhaite que les commu­nications que nous allons entendre soient la sourced'une émulation parmi les spécialistes français dela mécanique des fluides.

***Parmi les solutions qui se présentent pour assis­

ter un cœur défaillant, nous avons été amenés àfaire un .choix. II s'agissait pour nous de répondre àdeux besoins:1" L'assistance cardiaque dont l'indication se pose

en dehors de tou te interven tion;2" L'assistance cardiaque liée à une intervention

intrathoracique.

Ce dernier problème peut revêtir lui-même desaspects d'importance différente allant de l'assis­tance temporaire d'un seul ventricule, à l'assistancedes deux ventricules et même au remplacement totalde l'organe par un appareil mécanique. Le but étantdéfini, restait à fixer les solutions pour l'atteindre.

En cc qui concerne l'assistance en dehors d'uneintervention, notre choix s'est arrêté sur la contre­pulsation artérielle. En ce qui concerne l'assistanceà thorax ouvert, c'est le cœur implantable du typeKom, LioHa, Hall, de Bakey, qui a retenu notreattention.

Une raison particulière nous a orientés vers cedouble choix. C'est une certaine similitude de naturedes problèmes et une identité de réalisation de cer­tains des appareils nécessaires. Cette similitudeapparaît si on regarde le problème, non pas sousl'angle clinique, mais sous l'angle de son étudephvsiologique, mécanique et technologique.

Les principes des deux procédés d'assistanceenvisagés sont relativement simples.

Le cœur implantable intrathoracique est consti­tué par un ventricule en matière plastique avec val­ves d'entrée et de sortie, reliées, l'une à l'oreillettegauche (pour l'assistance du cœur gauche) et l'au­tre en un point de l'aorte. Ce ventricule en plastiqueétant animé de contractions rythmiques, travailleraen parallèle avec le ventricule gauche naturel. Enréglant le volume systolique du ventricule artificiel,on réglera la fractiou du débit sanguin total quipassera par le cœur implantable, et par conséquentl'énergie qui sera demandée au cœur naturel. Il est

140

ainsi facile de passer progressivement d'une assis­tance complète à une assistance partielle ou nulle,au fur ct à mesure que le cœur initialement insuf­fisant aura repris de la tonicité.

Les contractions du ventricule artificiel en plas­tique s'obtiennent de la manière suivante: le ven­tricule en plastique est fixé à l'intérieur d'une boîterigide elle-même en communication par un tubeavec un pulseur situé à l'extérieur du thorax. Aumoyen du pulse ur, et du tube, on crée des pulsationsde pression dans l'espace compris cntre la boîterigide et le ventricule de plastique. Celui-ci se COlll­

prime lorsque le pulseur envoie du fluide dansl'espace compris entre ventricule et paroi rigide.Il se dilate au contraire lorsque le pulseur aspirele fluide. De cette manière, on réalise une pompeintrathoracique en comlllUnication avec l'extérieurpar un tube qui traverse la paroi thoracique à lamanière d'un drain.

L'emploi de ce dispositif pose des problèmeshémodynamique de synchronisation et d'adaptationde l'onde systolique artificielle avec l'onde systoli­que naturelle. En particulier, deux modes de fonc­tionnement très ditIéren ts peuvent être envisagés :1" les deux systoles peuvent être synchrones et en

phase (le synchronisme étant assuré au moyend'un dispositif électronique captant l'onde R del'E.C.G.); on réalise alors une assistance dedébit;

2" les deux systoles, tout en ayant la même fré­quence, sont en opposition de phase, à lamanière du procédé de contrepulsation dont onva parler, et on réalise alors une assis tance depression.

Toutes sortes de déphasages intermédiaires peu­vent d'ailleurs être envisagés.

Lorsqu'on sait que le cœur naturel est sujet àd'importantes variations de fréquence, voire à despériodes d'arythmie, on imagine que le couplage desdeux cœurs soit assez délicat.

Le procédé de la contre-pulsation s'appuie surun principe ditIérent. Imaginons qu'en un pointquelconque de l'aorte soit implantée une capacitéélastique en communication libre avec l'intérieurcie l'aorte, à la manière d'une poire en caoutchoucqui serait rythmiquement comprimée et dilatée, àla même fréquence que le cœur. Supposons que l'oneffectue la dilatation de la capacité élastique aumoment de l'éjection systolique du cœur à assisteret la compression pendant la diastole lorsque lesvalves aortiques sont fermées. On aura d'une partréduit la pression d'éjection demandée au ventri­cule, mais par contre, on peut augmenter la pres­sion aortique moyenne en superposant à l'onde arté­rielle normale une deuxième onde située dans ladépression dias tolique. Par ce procédé, on aura enquelque sorte séparé les deux éléments constitutifsde l'énergie. Le débit restera fourni par le cœur,la pression sera fournie par la capacité élastique.

Du point de vue technologique, un dispositif ana­logue à celui du cœur implantable peut être utiliséavec pulseur et synchronisateur électronique à par­tir de l'onde R de l'E.C.G.

Deux points toutefois différencient ce procédé decelui du cœur implantable. Tou t d'abord, il estnécessaire que le cœur conserve une certaine acti­vité puisque la fonction de transfert de sang lui

est toujours confiée. D'autre part, le dispositif reliéau réseau aortique sera beaucoup plus simple; il necomporte pas de valves ni aucune capacité implan­table, celle-ci pouvant rester à l'extérieur du corps.Seule, une canule placée en un point convenabledu réseau aortique assurera la liaison entre sys­tôme vasculaire et système artificiel.

Au premier abord, ce procédé paraît simple etséduisant; son étude montre qu'il pose des probJè.­mes très complexes.

Le rapide exposé qui vient d'être fait laisse entre­voir les liens existant entre les deux procédés.Quant aux problèmes qu'ils posent, disons qu'ilsson t de trois sortes :1" chirurgicaux (point d'implantation, suture, etc.);2" technologiques (pu lseurs, synchronisateur);il" hémodynamiques.

Ce sont uniquement ces derniers que nous exam i­nerons ici. Les questions à considérer sont lessuivantes:

propagation des ondes de débit et de pressiondans un système vasculaire complexe;combinaison de deux systèmes d'ondes pério­diques;comportement du myocarde en présence d'unsystème présentant un régim(> périodique depression en cours d'évolution.

La tradition physiologique conduit à effectuerd'emblée des expériences et des mesures sur l'ani­mal. Cette méthode nous a paru inadaptée à lacomplexité du problème, étant donné d'une part ladiHiculté qu'il y a à maintenir constants les prin­cipaux paramètres (en particulier rythme, résis­tance et tonicité vasculaire), d'autre part la difIi­cuité qu'il y a à faire varier à volonté un paramètredéterminé. En outre, le chien, animal classique delaboratoire, présente un rythme cardiaque rapidecompliquant la réalisation des appareils.

Nous avons préféré aborder le problème parl'expérience sur modèles. Dans ce but, deux modèlesont été réalisés. Le premier est un modèle partield'aorte ou de réseau artériel. Le deuxième unmodèle complet de contre-pulsation.

Combinaison ventricule-aorte

De nombreuses raisons nous amènent à penserque le fonctionnement du ventrieule et de ses val­ves ne peut être envisagé isolément, mais parcontre, il convient de considérer l'ensemble ven­lricule et réseau artériel comme formant un tout.En particulier l'aorte qui est un systèrne élastiquedoit être considérée comme un résonateur placé àla sortie d'un émetteur de pulsations périodiques.Suivant la valeur de la fréquence propre de l'aortepHI' l'apport à la fréquenee cardiaque, le systèmesera en résonance ou non, ce qui aura pour effet demodifier l'énergie demandée au cœur.

Très schématiquement, on peut considérer l'aortetOIll me un tube élastique d'une certaine longueurlül'lninée par une résistance importante par l'ap­

i! la perte de charge linéaire. Une onde émisenne extrémité de ce tube se propage avec une cer­

vitesse, se réfléchit à l'extrémité du tube et

LA HOUILLE BLANCHE/N° 2-1966

revient à son point de départ, après un certaintemps dit temps d'aller-retour de l'onde.

Si l'hypothèse que nous venons de formuler del'existence d'une résonance entre ventricule et aorteest exacte, il doit exister un rapport constant entrepériode cardiaque et temps d'aller-retour d'onde,ou période de l'aorte. Or, ceci paraît se vérifier parl'expérience, ainsi que le montrent les résultats desmesures elIectuées par Millahn de l'Université deRostock sur des jeunes gens de 14 à 1H ans. Lapériode aortique était mesurée par enregistrementdu pouls en deux points: carotide et fémorale, puiscomparée à la période cardiaque. Les résultats de146 examens montrent que, dans la majorité descas, la période cardiaque est double de la duréed'aller-retour d'onde, ce qui, compte tenu du rap­port systole/diastole, montre que la fermeture de,;valves aortiques en fin de systole a lieu au momentdu retour de l'onde de pression après réflexion à lapériphérie. Ce mode de fonctionnement paraît êtreénergétiquement le plus avantageux; c'est d'ailleursdans cette catégorie de sujets que se situent lessujets sportifs.

Un certain nombre de sujets ont une périodecardiaque triple de la période aortique, c'est-à-direque l'aorte vibre en harmonique ;3 par rapport aucœur. Cette disposition moins fréquente est d'ail­leurs moins favorable.

Un autre exemple de la mise en résonance du sys­tème cœur-aorte est donné par les variations brus­ques de rythme hémodynamique que l'on observeparfois sans modification apparente de l'E.C.G. Onpeut ainsi passer brusquement d'un régime à uneonde de pression par onde électrique cardiaque àun régime comportant une onde de pression pourdeux ondes électriques cardiaques et vice versa. Ily a en quelque sorte accrochage sur l'harmonique 1ou sur l'harmonique 2. Ce phénomène est assezfréquent sur le chien, il s'observe également chezl'homme. Le mécanisme classique du pouls alter­nant peut également s'expliquer par une mise enrésonance sur une harmonique paire.

En fait, la réalité physiologique est beaucoupplus complexe que le schéma simple du tube avecrésistance terminale. En effet, pour un même sujet,la vitesse de propagation d'onde n'est pas cons­tan te, mais varie le long de l'aorte du simple au

Nom bre de cas

20

10

2LL-·-L---2~-------;;'7--'---;----'------TAo.

Il Hépartitioll du l'apport de la période eardiaque à la pé­riode de l'aorte pour 14(; sujets de 14 il 19 ans, d'aprèsl\fiillahn.

141

P. MARION et al.

log temps parcours

Modèle d'aorte

o

-1

log Impéd.Pression

mm Coel Réf!.90

SO-

70 0,7Coefficient de réflexion

60 06 '\"

50 0,5~'-

40 0,4~~

'b '-30 0'3<i~~ ~

'b '" '";::

~ ~ c:.20 c:. " 12

~ CS ~1 1

10 1 11 11 0 1 0,.5, ,

3/ Evolution, le long cie J'aorte, cles pressions, de l'impé­dance et clu coefficient cie rét1exion.

modules et les angles de phases constituent les élé­ments caractéristiques. Notons en passant quel'onde présentant une harmonique 3 très accentuéese rencontre fréquemment dans le cas d'insuffi­sance cardiaque; elle paraît marquer une inadapta­tion de la résistance périphérique à la force decontraction ventricu laire.

L'onde systolique enfin, évolue le long de l'aortede façon significative. La différentielle (différenceentre le sommet systolique et le creux diastolique)augmente quand on avance de la crosse vers lesfémorales. En outre, l'accident appelé onde dicrote,change de forme et se creuse. Il existe égalementdifférents types d'évolution qui sont assez biencaractérisés par l'évolution des modules des hanno­niques et des angles de phase.

double environ. Un amortissement important etnon uniformément réparti intervient. Enfin, le coef­ficient de réflexion n'est pas localisé en un point,mais réparti avec toutefois un maximum très netau niveau des artères fémorales; de nombreusesréflexions secondaires interviennent enfin au niveaudes bifurcations.

Avant d'aborder la réalisation d'un modèled'aorte, il était nécessaire de bien connaître le typed'onde à reproduire. Or, la forme des ondes de pres­sion artérielle varie d'un sujet à l'autre suivantl'évolution de ses caractéristiques vasculaires. Nousnous sommes alors livré à une analyse harmoniqued'un grand nombre d'enregistrements de pressionintra-aortique ou intra-artérielle. Il n'entre pas dansnotre sujet de décrire les différents types d'ondesrencontrées, ni leur rapport avec les états patholo­giques. Disons qu'il suffit en général de considérerles cinq premiers termes d'une décomposition ensérie de Fourier, pour avoir une bonne représenta­tion du phénomène. Une onde systolique sera alorsfigurée par un ensemble de cinq vecteurs dont les

2/ Modification du rythme hémodynamique pour un mêmerythme électrique 'chez le chien.

4/ Analyse harmonique de deux types cI'oncles artérielle.Le but de ce modèle est, d'une part de compléter

l'analyse déjà amorcée des ondes artérielles, d'autrepart de déterminer les caractéristiques du modèle

142

51 Modèle d'aorte: électro-vanne, windkessel, program­mateur.

61 Evolntion, le long de l'aorte, descaractéristiques de l'onde depression, ainsi que de la vitessede propagation d'onde.

11 Evolution, le long de l'aorte, des composantes harmoni­ques de l'onde.

de canalisation qui sera utilisé sur le modèle decontre-pulsation pour figurer l'aorte.

Le modèle d'aorte est constitué par un tube degomme relié d'une part au système d'alimentation,d'autre part à une résistance réglable de type lami­naire. Une windkessel (suivant le terme consacré)ou chambre à air de volume réglable, est montéeen dérivation en un point de l'aorte. Le systèmed'alimentation est constitué par un réservoir àniveau constant, relié au tube par une électro­vanne, dont l'ouverture et la fermeture rythmiquessont commandées par un programmeur à contacttournant. On peut ainsi réaliser des ondes systoli­ques de fréquence voulue pour différentes valeursdu rapport systole/diastole.

L'exploitation de ce modèle a permis de repro­duire les principaux types d'ondes rencontrés dansla nature en jouant sur les trois paramètres: fré­quence, élasticité, résistance périphérique. Ici

143

P. MARION et al.

81 Ondes de tension al'tél'iel1e obtenues sur le modèled'aorte.

encore, une notion nouvelle s'est imposée à nous:les trois paramètres précédents ne peuvent êtrechoisis de façon quelconque. L'obtention d'uneonde artérielle à morphologie normale pour unefréquence donnée paraît résulter d'une eertainecombinaison entre élasticité et résistance périphé­rique. Le choix de la résistance périphérique, enparticulier, paraît avoir une influence très sensiblesur la forme de l'onde. Les ondes de type cœurinsuffisant s'obtiennent, soit par un accroissementde la résistance périphérique, soit par une réductionde la rigidité des parois aortiques.

Un des éléments essentiels de l'onde artérielle estsa partie diastolique et en particulier l'onde dicrote.On est arrivé à une meilleure compréhension del'évolution des pressions en décomposant l'ondesystolique en ses deux éléments: l'onde d'ouvertureet l'onde de fermeture. Il est apparu dans la grandemajorité des cas que l'onde dicrote n'était pas,comme on l'admet généralement, un accident dû illa fermeture des valves aortiques, mais bien ancontraire, une onde correspondant à la réflexion del'onde d'ouverture snI' la résistance périphérique.On retrouve ici, par un autre côté, l'idée initialeémise suivant laquelle la fermeture des valves aorti­ques coïncide avec le retour du front d'onde systo-

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lique après réflexion périphérique, idée qui renforcela notion de résonance entre ventricule et aorte.

Modèle de contre-pulsation

Le mode de figuration de l'aorte étant connu, ildevient possible de réaliser un modèle complet avecreprésentation des systoles cardiaques et des sys­toles de contre-pulsation. Le même dispositif queprécédemment est utilisé pour les systoles cardia­ques. Les systoles de contre-pulsation sont obtenuesà l'aide d'un pulseur à membrane relié par deuxélectro-vannes à un réservoir de pression et unréservoir d'aspiration. Un programmeur commandela manœuvre des éleclrovannes; celui-ci peut être,soit du type à contacts tournants, soit réalisé aumoyen d'un montage électronique permettant lasynchronisation à partir de l'onde R d'un E.C.G. Cedernier dispos tif est utilisé pour les expériencesnon plus sur modèle d'aorte, mais directement surl'animal. Des enregistrements de pression et dedébit peuvent être faits en différents points du cir­cuit. Le nombre des paramètres à envisager ici estgrand, ce qui justifie l'emploi du moclèle pourdégrossir le problème.

Partant d'une systole cardiaque à fréquence,amplitude et durée données (c'est-à-dire un cœurdans des conditions constantes de fonctionnement),la contre-pulsation surajoutée présentera des canlC­téristiques systématiquement variables en ampli­tude, durée et angle de déphasage. Il conviendraalors pour la systole cardiaque considérée et parconséquent pour le réglage du modèle d'aorte consi­déré, de rechercher les valeurs des paramètres dela contre-pulsation, qui donneront la plus grancleefficacité.

Le paramètre le plus sensible est l'angle de déplul­sage; sa variation conduit à des types d'ondes trèsdifférents, ainsi qu'à de grosses variations de débitet d'énergie d'appoint.

Outre le dessin de l'onde de pression, il fautconsidérer la valeur de la pression moyenne obte­nue; or, l'évolution de celle-ci paraît dépendn~

outre du déphasage, du type d'onde cardiaque ini­tiale. En particulier, une diastole longue par rap­port à la systole est très favorable. Une diastolecourte est beaucoup moins favorable, c'est malheu­reusement ce qui se passera dans les tachycardies.

Alimentation C. P/ Program meur

[--1~.--!:-,

91 Schéma du modèle de coutre-pulsation.

10/ Modèle de contre-pulsa­tion ; électro-vanne ct pul­seul'.

11/ Variation de la forme del'onde de pression enfonction du déphasage dela contre-pulsation.

12/ Variation du débit ct del'énergie avec l'angle dedéphasage de la eontre­pulsation.

/10

LA HOUILLE BLANCHE/N° 2-1966

Énergie

TA :Syst. =0,33 Dias.=0,67CP :Syst.=0,33 Dics.=0,67

12/

Débit sans C. P

360 0

Déphasage

2 kgm/mn

1,5

0,5

L'exemple présenté montre bien la difIérence obte­nue lorsque le rapport systole-diastole passe de1 à 0,5.

Le débit est considérablement modifié par l'anglede déphasage de la contre-pulsation. Il n'existequ'un bande assez étroite de valeurs de l'angle dedéphasage cp, pour lesquelles le débit obtenu aveccontre-pulsation est plus grand que le débit sanscontre-pulsation. Pour toutes les autres valeurs, ily a baisse importante du débit.

L'énergie totale par cycle subit avec l'angle dedéphasage des variations encore plus marquées quele débit. En particulier, la bande des valeurs pourlesquelles il y a gain d'énergie est encore plusétroite. Pour le cas présenté par exemple, on auraun gain d'énergie pour cp compris entre 65 et 180"avec un maximum de 1,5 (soit un gain de 50 %)pour un angle de 120". En dehors de ces valeurs,

145

P. MARION et al.

.l'é'nergie du système avec contre-pulsation seraplus faible. Il faut noter en particulier la chute trèsrapide d'é'nergie qui suit le maximum, et le mini­mum très bas obtenu pour un fonctionnement dupulseur en opposition de phase. L'examen de lacourbe d'é'nergie montre que, si le procé'dé de lacontre-pulsation peut être très efficace, il peut êtreaussi remarquablement nocif si le déphasage n'estpas choisi de façon convenable.

Trois exemples d'enregistrements illustrent lespossibilités du procédé. Tous trois sont faits dansles mêmes conditions, avec un même rapportsystole/diastole; seul l'angle de déphasage varian tde l'un à l'autre.

Le premier est un enregistrement de pressioncorrespondant au sommet de la courbe d'énergie.L'arrêt brutal de la contre-pulsation permet decomparer les résultats obtenus avec et sans contre­pulsation. On remarquera que le gain en pressionmoyenne est nettement plus important que le gainen débit, ce qui est particulièrement favorable dupoint de vue cardiaque, puisque l'on sait que lecœur est plus sensible aux efl'ets de pression qu'auxeffets de débit.

Le deuxième enregistrement fait au voisinagedu maximum de gain d'énergie, représente l'évolu­tion des pressions et des débits, ceux-ci étant mesu­rés vers la périphérie dans la zone d'irrigation desorganes. L'arrêt brutal de la contre-pulsation faitressortir le gain en pression plus fort que le gainen débit, ainsi que l'abaissement de la pression audébut de la systole cardiaque.

Le troisième enregistrement enfin, montre l'effetcatastrophique d'un déphasage mal choisi. Pressionet débit sont considérablement plus bas avec quesans contre-pulsation.

La fréquence du rythme cardiaque joue égale­ment un rôle important. Son efTet, sur le débit,toutes choses égales d'ailleurs, montre les difficul­tés que l'on rencontrera aux fréquences élevées. Lasolution de ce problème consistera peut-être à adop­ter, pour la contre-pulsation, à partir d'une certainefréquence cardiaque, une fréquence moitié de celledu cœur. On reproduirait alors artificiellement lephénomène de passage d'un rythme 1/1 à unrythme 1/2, dont il a été question il y a un instant,à propos de la résonance aortique sur une har­monique 2.

Les possibilités d'application du procédé dépen­dront sans doute du point du réseau artériel où seraeffectué la liaison avec le pulseur. Tout en évitantune thoracotomie, deux points peuvent être envi­sagés. Le plus simple de beaucoup est l'artèrefémorale; l'autre serait l'artère axillaire gauche,ou la sous-claviaire gauche qui donne directementaccès à la crosse de l'aorte. La voie fémorale a pourelle la facilité d'accès, mais contre elle la grandedistance à la crosse de l'aorte avec la difficulté depropagation d'onde que cela comporte. La voie sous­claviaire est d'un abord délicat, mais conduit à uneefficacité hémodynamique bien supérieure.

Il est encore trop tôt pour tirer des conclusionsde cette étude. Notre but, en travaillant sur unmodèle, a été avant tout de comprendre le phéno­mène en examinant séparément l'influence de cha··que paramètre. L'expérimentation sur l'animal qui

Fréquence/mn~

150o

____ avec C. P.

-- --- sans C. P

TA =Syst. =0,33 Dias. =0,67

CP =Syst. =0,33 Dias. =0,67

cp = 142 0

10050

f\o

800

900

Débitcc/mn

1000

TA.· ~:J4~o,~~ d"as~o,"'T

C. p. ':1", o,~$

13/ Enregistrement de pression avec et sans contre-pulsa­tion au maximum d'lq>port d'énergie.

14/ Enregistrements de pressions et de débits périphéri­ques au voisinage du maximum d'énergie.

16/ Variation du débit avec et sans eontre-pulsation enfonction de la fréquence au voisinage du maximumd'énergie.

15/ Enregistrements de pressions et de débits périphéri­ques au voisinage du minimunL d'énergie.

146

LA HOUILLE BLANCHE/N° 2-1966

fera suite, pourra être réduite aux seuls cas inté­ressants. L'application clinique enfin doit bénéfi­cier de ce travail d'analyse.

Si dès maintenant on peut affirmer que la contre­pulsation est susceptible d'apporter une aide eflέcace à un cœur défaillant et de l'apporter sous laforme la plus favorable de l'assistance de pression,

rien par contre ne permet de dire que la contre­pulsation sera applicable dans tous les cas. Lescœurs rapides présentant des rapports systole/diastole défavorables ne paraissent pas dans l'hn­médiat pouvoir bénéficier utilement de la méthode.La recherche d'une résonance sur une harmoniqueest peut-être une solution utilisable.

DiscussionPrésident: M. le Doeteur HERTZOG

aorto-fémoral qui compose la chambre de compression et lacaisse de résonance principale du système vasculaire. Sil'on considère maintenant la fréquen;:e cardiaque, on cons­tate qnecette fréquence cardiaque est également réglée enfonction de cette compliance aortique, pour que d'une partl'éjection systolique se fasse dans des zones d'élasticitéaortique maximale, mais également en fonction de l'élasti­cité propre de l'aorte, 'comme cela ressort mieux sur la

1/ ,1 [[(Il/clle courbcx pression-volume aortique pour desanhnaux différents. Noter la sinlilitl1de dans la fonne descourbes. Le voiume est exprimé en pour cent par rapport à lavaleur de départ. ,\ droite : courbe d'élasticité en fonction dela pression interne; en ordonnée : le module de distensibilité(dp/dv).V, qui représente assez bien les problèmes élastiquesde la paroi artérielle. Rcrnarqllcr qne ce tllodule varie enfonction de la pression interne, il est minimum pour despressions correspondant aux pressions régnant habituellementdans le systèlne vasculaire in vivo.

200 300

Prtssion{mm Hg)

.1. ",,1

~Vdv

300(mm Hg)

10

11

dvVo

Aorte thoracique,

200

HQmml124lns)4----:::::--

100

600 ('/.)

500

AUÇ1TlCnl;ationdl volume

M. MORET fait projeter trois clichés illustrant ee que vientde dire M. VADOT sur les questions de résonance, de fré­quence cardiaque et d,e pr.ession moyenne aortique.

Ces 'clichés sont tirés d'études faites sur différents ani­ma ux dc la zoologie comparée, notammcnt sur l'élasticité.On s'est demandé pourquoi les animaux ditTérents avaientdes fréquences cardiaques différentcs (chez l'homme: 60il 80, chez l'oiseau: 500 à 600) ct pourquoi leurs pressionsaortiques étaient plus basses ou plus hautes. Ceci a conduit/tcn retirer des informations très utilcs sur l'aérodynami­que humaine.

La figurc 1 montrc djfférentes courbes d'élasticité: lapin,cobaye, cochon, cheval, vache, chien, mouton et d'homme. Lescourbes d'élasticité sont très semblables lcs unes aux autres.La première constatation faite est que le rapport (dp/dv). V(modul,e d'cxtensibilité en hémodynamique), varie en fonc­tion de la prcssion interne. L'élasticité d'une artère n'estpas constante contrairement il un tuyau de caoutchouc.

Le module d'extensibilité des aortes est minimum pour despressions de 50 à l20 mm Hg, quel que soit l'animal consi­déré ct l'on constate immédiatcment qne la prcssionmoyenne qui règne dans le lit aortique est ajustée aumaximum d'extensibilité de l'aorte. Ceci est important, earsi l'on augmente la pression moyenne aortique, le cœurallra un surplus de travail énorme à faire. Si l'on va tropbas, l'élasticité augmente il nouveau. Ceci veut dire que,pour chaque animal, il y a un optimum pour lequel lec{cur cherche il s'adapter.

Le tableau ci-dessous donne différentes valeurs comparéescbez différents animaux: poids du cœur, diamètre de l'aorte,fréquence cardiaque, ondée systolique.

Ce tableau représente différentes valeurs obtenues chezdivers animaux. Les complîances données sur ce tableaucorrespondent aux complîances maximales, mesurées expé­rimcntalement in vitro, et les pressions moyennes indiquéesdnns la colonne, sont celles qui correspondent à c,cscomplîances maximalcs. On constate d'emblée que, commc«pal' hasa,rd », c,es pressiolls moyennes, qne l'on pourraitappcler optimales, correspondcnt de façon étonnante il cellcsmesurées in vivo (colonne 8). La pression moycnne ao!·tiqucscrait donc ajustée non pas tellement en fonction des condi­tions circulatoires périphériques, mais en fonction de lacompliance aortique, dans lc but de réduirc le travail car­iliaque au minimum. La résistance périphérique globaleserait donc réglée en fon!Ction dc la eomplîancc etu tronc

1 Module de 1P!,:sslon art?rieilei 1 !

1

1 iPression Résistance

Poids Diamètre Compliance

1

dlstenslbllité ,dellnie ln vitro et Fréquence 1 Volume artérielle artérielle globaleEspèce du cœur aortique maximale maximale icorrespon~ant à la cardiaque

1

systolique 1 moyennemesurée in vivo

(g) (mm) (dv/dp) [(d /dv). Vl comp.llance (cm') 1 mesurée in vivo (dynes.s.cm-S), p 1 maXimale i

1

(mm Hg)

1

1

CHEVAL 3650 36,5 2,0 1,43

i80 37 250-840 75 600

VACHE... 2215 28,5 1,43 1,34 120 72 330-722 135 , 363COCHON... 315 19,1 0,59 1,44 115 70 60-100 120 1720MOUTON... 198 14,5 0,63 1,14 1 90 70 53- 95 110 170OHOMME. 275 13,8 0,44 1,39

1

75 75 60- 80 90 1440CHIEN.. 185 10,8 0,28 1,18 120 84 22- 29 124 4650LAPIN. 7,5 4,5 0,08 0,61 65 218 1,63 95 21100COBAYE. 1,6 1,5 0,02 0,58

i50 290

1

0,2 55 80000!

147

P. MARION et al.

21 Helations entre la fréquence cardiaque, la complîance maxi­male, le poids du cœur ct Il' diamètre de l'aorte (voir texte).

figure 2. Cette figure représente sur des ordonnées logarith­miques le rapport entre .\a fréquence cardiaque et lacompliance aO'rtique maximale. Si l'on f.ait l'ana'ly.se plusdétaillée de ces coul'bes que nous ne pouvons fair·e ici, ons'aperçoit que la fréquence .eardiaque est ajustée de façonsurprenanteanx propriété$ élastiques de la paroi aortiquede 'chacun des animaux étudiés ici. La fréquence cardiaqueest une fonction de l'élasticité propre de la paroi aortique,comme si la fréqnence cardiaque se mettait en harmonieavec les l)Ossibilités d·e résonance de l'aol'te.

Toutes ces études brièvement résumées, confirment parla zoologie comparée, qu'il existe dans la nature une har­monie surprenante et que dans le système vasculaire, rienn'est laissé au hasard: .la pression aortique et la fré­quencecardiaque sont déterminées par ce cottple insépara­ble que constitue le cœur et le système vascttlaire dans sonensemble.

M. DEVIN souligne que l'expérimentation, sur l'animal, d.esprothèses ·cardiaques et de la contre-pulsation est longue etdifficile. II serai.t donc très important de mettre au pointdes bancs d'essai (Moek-System des Américains) permettantde tester ces prothèses in vitro.

L'étude du fonctionnement des valves est facilitée parl'uti.lisation de liquides transparents, compaI",ables par leurcomposition, il cel1e du sang et tels qu'ils sont utilisés c'ou­l'am ment en pratique humaine.

Bien entendu ·ces bancs d'essai pour prothèses carcl.iaquesseront plus compliqués il établir que ceux utilisés pourtester une sÏIn.ple valve. En effet, il peu près tous les sys­tèmes de prothèses card.iaques comprennent une chambreintermédiaire confrontant trois régimes de pressi·on : pres­sion d'amont, en général la pression de l'oreillette gauche;la pres'sion d'ava.l : pression aortique; et la pression engeu­drée par le dispositif mécanique d'asservissement.

Ceci justifie tout il fait la confrontation d'aujourd'hui,et comme l'a suggéré l'il. le Professeur MARION, les hnlrau­liciens peuvent apporter aux médecins un concours' inap­préciable dans la confcction des bancs d'essaj pour prothè­ses, ce qui permettra un progrès rapide.

D'autre .part, M. DEVIN indique qu'il a été très intéressépar les recherches du Professeur MOllET et de M. VAllOT surla morphologie de la ·courbe d'éjection systolique qu'ils es­saient de reproduire dmls ses moindres détails. Ces raffine­ments, vus du point de vuc du. elürurgien, sont_ils iudispen­sables il l'échelle de la pratique humaine?

Au début de la chirurgie il cœur ouvert, les premiNsappareils cœur-poumon artificiels s'acharnaient il reconsti­tuer une ondée s.ystoliqueavec une courbe aussi procheque possihle ck la nornHLie. On s'est aperçu, par la suite,qu'il était plus simple d'avoir des pompes il galet qui, sielles ne produisaient pas une ondée systolique exactementcompar.able il l'ondée humaine, permettaient un fonctionne­ment tout il fait satisfaisant dans la pratiqlw journalièrede la chirurgie il cœur ouvert. En outre, on a pu observerle comportement de sujets conscients sur lesquels a été ap­pliquée la méthode de la contre-pulsation. l'il. DEVIN et sescollabor.ateursétaient curieux de connaitre quelles étaientles réactions générales et tissulaires d'un sujet qui reçoitune ondé.e systolique décapitée il laquelle s'ajoute une ondéediastolique entièrement artificielle. Du point de vue histolo­gique, ils ont pu vérifier sur l'animal qu'il n'y a aucuneailération tissulaire imputable il ce nouveau régime hémo­dynamique et, quant aux ma1ades, ils n'ont éprouvé aucunegéne pendant l'application de cette méthode.

l'il. VAllOT répond qu'effectivement la f·orme de l'onde estun peu sans importance; ce qui compte est essentiellementle flux sanguin apporté et le niveau de la pression auquelil est apporté.

Par contre, lorsqu'il s'agit de sc placer au niveau de lacrosse de l'aorte ou, plus précisément, entre les sigmoïdeset le point où est implanté le contre-pulseur, il y a lieu deconnaître le mécanisme des allers et retours d'onde, carc'est lui qui jou.e le rôle le plus grand. Si l'on veut pouvoirassurer une irrigation convenable au niveau capillaire etcoronaire, il faut que le eontre_pulseur présente uu syn­chronisme et uu déphasage eouvenahleset précis, d'où lanécessité de bien connaître le mécanisme dc l'onde aorti­que.

l'il. MARION pense quc le problème est une question dedurée. L'action que peut avoir un cœur artificiel pendantune intervention cardiaque peut durer deux ou trois heuresdctuellement.

On cherche il avoir une durée d'appareillage de plusieursmois ou années, car les effets nocifs apparaitront sans doute,si la pulsation n'est pas bonne, au bout de quelques se­maines.

l'il. CARA mentionne qu'il a eu, dans d'autres domaines,celui de la respiration artificielle, l'exemple d'effol·ts consi­dérables pour obtenir des respirateurs «physiologiques»quant il leur 'cycle. En réaUté, ces recherches compliquentl'appa.reillage et le rendent diflicilement maniable et snrtoutpeu fiable; par contre des appareils ayant un haut rende­ment et ayant fait leurs preuves font abstraction de ceseom,plieations. Il semble donc qu'en matière d'hémodynami­que on doive tomber sur des résultats analogues dans l'uti­lisation clinique: la similitude physiologique n'est pas uncritère d'efficacité.

l'il. BANAL remarque qu'il n'est pas surpris qu'on s'efforccactuellement de reproduire des phénomènes dans toute leurcomplexité, même si l'on se doute que certains détails sontinutiles. Comme dans les autres dOlnaine·s de l'hydrauliqueet de la mécanique, la simplification et la schématisation nepeuvent résulter que du progrès des connaissances.

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