Un pacemaker expérimental capable de recharger partiellement sa batterie

Dans une étude qui sera présentée lors des sessions scientifiques 2023 de l’American Heart Association, un pacemaker expérimental sans fil est capable de recharger partiellement sa batterie en convertissant l’énergie mécanique en énergie électrique.

Cette réunion, qui se tiendra du 11 au 13 novembre à Philadelphie, est un échange mondial de premier plan des dernières avancées scientifiques, de la recherche et des mises à jour de la pratique clinique basée sur des preuves en science cardiovasculaire.

Principaux enseignements

La conversion de l’énergie mécanique en énergie électrique

« L’énergie mécanique et l’énergie électrique sont liées et peuvent être échangées l’une avec l’autre », a indiqué l’auteur principal de l’étude, Babak Nazer, M.D., professeur associé de médecine à l’Université de Washington à Seattle. « Tout comme l’ultrason convertit la tension électrique en pression ou en son, nous pouvons concevoir des matériaux similaires sur des dispositifs médicaux implantables pour convertir les pressions oscillantes naturelles du cœur ‘à l’envers’ en tension pour prolonger la durée de vie de la batterie. »

Les pacemakers traditionnels et sans fil

Les pacemakers traditionnels (transveineux) ont de petits fils, ou conducteurs, qui se connectent au cœur à une extrémité et à un générateur (qui comprend la batterie) juste sous la peau de l’épaule gauche à l’autre extrémité.

Les conducteurs utilisent des capteurs, ou électrodes, pour détecter le battement de cœur du patient et ensuite envoyer des impulsions électriques au cœur pour fournir un rythme, si nécessaire.

En revanche, les pacemakers sans fil sont des dispositifs tout-en-un qui sont plus petits qu’un pacemaker transveineux et résident entièrement dans le ventricule droit du cœur après avoir été insérés par un petit tube enfilé jusqu’au cœur via une veine de la jambe.

Les défis des pacemakers sans fil

Un inconvénient du pacemaker sans fil est que la batterie ne peut pas être facilement remplacée comme celle d’un pacemaker transveineux. Une batterie typique dans les pacemakers traditionnels et sans fil dure de 6 à 15 ans.

De plus, retirer un pacemaker sans fil est difficile car il est à l’intérieur du cœur, il peut donc être nécessaire d’implanter de nouveaux pacemakers à côté des précédents qui ont perdu leur charge de batterie. Chez les patients plus jeunes, qui peuvent nécessiter plusieurs pacemakers tout au long de leur vie, cette approche est peu pratique.

Voici ce que dit le Dr. Ellenbogen dans la vidéo sur l’étude expérimentale des stimulateurs cardiaques :

« Il s’agit d’une étude qui tente de recréer de l’énergie électrique à partir du travail mécanique du cœur. Permettez-moi d’entrer un peu plus dans les détails. Comme la plupart d’entre vous le savent, un stimulateur cardiaque se compose d’une batterie et d’un circuit électronique relié à un fil qui est placé à l’intérieur du cœur. Au cours des cinq à dix dernières années, nous avons pu mettre au point un stimulateur cardiaque sans fil, c’est-à-dire un stimulateur cardiaque de la même taille que le fil qui relie le stimulateur cardiaque au cœur dans une petite capsule, et ce stimulateur cardiaque sans fil est littéralement attaché au cœur et possède toute l’électronique et toute la fonction de la batterie d’un stimulateur cardiaque ordinaire qui est généralement implanté sous la poitrine. L’une des principales raisons pour lesquelles les stimulateurs cardiaques doivent être remplacés tous les 10 à 12 ans environ est qu’ils contiennent une batterie à l’intérieur d’un boîtier hermétiquement fermé. Avec le temps, l’électricité contenue dans la batterie s’épuise. Des personnes très intelligentes ont donc trouvé un moyen pour que le stimulateur cardiaque sans plomb stimule le muscle cardiaque, que celui-ci se contracte et que l’énergie mécanique générée par la contraction du muscle cardiaque soit transformée en énergie électrique, ce qui permet de recharger la batterie. Il s’agit là d’une idée étonnante. Nous ne disposons pas encore d’un prototype pouvant être implanté chez l’homme, mais un tel dispositif pourrait peut-être prolonger la durée de vie de la pile d’un stimulateur cardiaque de 10 ou 12 ans à 15, 20 ou 25 ans. Ne serait-ce pas une bonne chose pour les patients qui n’auraient pas besoin de remplacer le générateur de leur stimulateur cardiaque ? Et c’est d’autant plus agréable que le stimulateur cardiaque est implanté à l’intérieur du cœur« .

En synthèse

Dans cette étude, les chercheurs ont conçu 3 dispositifs prototypes et les ont testés dans un simulateur de pression cardiaque pour tester leur sortie de tension en réponse aux pressions oscillantes simulant celles du ventricule droit.

Semblables en taille aux pacemakers sans fil actuellement disponibles sur le marché, les dispositifs prototypes étaient également environ un tiers de la taille d’une pile AAA.

Après avoir placé les dispositifs prototypes dans une machine spéciale réglée pour simuler les pressions naturelles du cœur à un rythme de 60 battements par minute, les chercheurs ont enregistré l’énergie que le dispositif a générée en réponse à ce battement de cœur artificiel. Ils ont constaté que le meilleur des trois prototypes récoltait environ 10% de l’énergie nécessaire pour rythmer le « prochain battement », basé sur la sortie moyenne du pacemaker.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un pacemaker sans fil ?

Un pacemaker sans fil est un dispositif tout-en-un, plus petit qu’un pacemaker traditionnel, qui réside entièrement dans le ventricule droit du cœur après avoir été inséré par un petit tube enfilé jusqu’au cœur via une veine de la jambe.

Quelle est la durée de vie de la batterie d’un pacemaker sans fil ?

La batterie d’un pacemaker sans fil dure généralement de 6 à 15 ans. Cependant, contrairement aux pacemakers traditionnels, la batterie d’un pacemaker sans fil ne peut pas être facilement remplacée.

Comment fonctionne le nouveau pacemaker expérimental ?

Le nouveau pacemaker expérimental est capable de recharger partiellement sa batterie en convertissant l’énergie mécanique en énergie électrique. Il utilise des matériaux spécifiques pour convertir les pressions oscillantes naturelles du cœur en tension, prolongeant ainsi la durée de vie de la batterie.

Quels sont les avantages potentiels de ce nouveau pacemaker ?

En prolongeant la durée de vie de la batterie, ce nouveau pacemaker pourrait réduire le nombre de procédures nécessaires pour remplacer les pacemakers chez les patients, en particulier chez les plus jeunes qui peuvent nécessiter plusieurs pacemakers tout au long de leur vie.

Quelles sont les prochaines étapes de la recherche ?

Les chercheurs prévoient d’optimiser les matériaux et la fabrication pour améliorer l’efficacité de la récolte d’énergie. Ils espèrent ensuite s’associer à l’une des grandes entreprises de pacemakers pour intégrer leur conception et leur boîtier dans un pacemaker sans fil existant.

American Heart Association’s Scientific Sessions 2023, Babak Nazer, M.D., University of Washington, Kenneth A. Ellenbogen, M.D., VCU School of Medicine