Le premier stimuateur cardiaque électrique

Researcher name: 
W.G. Bigelow, OC, MD, FRCSC*

L’aspect intéressant de cette découverte est qu’elle est une conséquence, un «sous-produit» comme on dit, de la recherche sur l’hypothermie.

Vous m’avez demandé de décrire la recherche qui a conduit à la création du premier stimulateur cardiaque électrique. L’aspect intéressant de cette découverte est qu’elle est une conséquence, un «sous-produit» comme on dit, de la recherche sur l’hypothermie.

Notre équipe de recherche à l’Institut Banting ne s’intéressait pas particulièrement au mécanisme d’entraînement du coeur. Toutefois, au cours d’une expérience d’hypothermie où nous avions anesthésié un chien, abaissé la température de son corps à environ 22° et exposé son coeur pour étudier sa réaction au froid, le coeur s’est subitement arrêté de battre. Dans un geste de frustration, quelqu’un l’a frappé avec une sonde. Le coeur s’est alors contracté vivement, et après quelques coups réguliers, la pression sanguine est revenue à la normale. Nous avons rapidement obtenu les mêmes résultats en utilisant plutôt une électrode produisant un choc électrique léger.

Les expériences subséquentes ont été décevantes. La stimulation électrique du coeur n’a pas permis d’améliorer la sécurité de l’hypothermie. Mais la question était posée : pourquoi ne pas étudier, dans le cadre d’un projet distinct, la stimulation du coeur à une température du corps normale.

J’ai pris contact avec le Dr Ballard, du Conseil national de recherches à Ottawa, et je lui ai demandé de l’aide sur le plan du génie biomédical pour ces travaux et d’autres que nous avions sur le métier. Il a eu la gentillesse de mettre à notre disposition un brillant jeune ingénieur en électricité, John C. Hopps, qui venait d’Ottawa pour travailler deux ou trois jours avec nous, puis s’en retournait à son laboratoire spécialisé du Conseil national de recherches, où il disposait de tous les perfectionnements connus de l’électronique en 1948.

Notre but était de créer une impulsion électrique à répétition qui n’endommagerait pas le muscle cardiaque, et qui ressemblerait le plus possible aux impulsions qui parcourent les nerfs spéciaux du coeur en provenance du centre rythmogène naturel du corps, un nodule de trois millimètres dans l’oreillette droite.

Après maints efforts, Hopps a finalement réussi à mettre au point un circuit d’entraînement électrique qui fournirait la faible stimulation recherchée, le tout soigneusement encastré dans un boîtier de métal de 10 pouces de long, 8 pouces de large et 6 pouces de haut. Un cadran permettait de régler la vitesse d’entraînement.

La première difficulté à laquelle nous nous sommes heurtés a été d’arrêter un coeur battant à la température normale du corps. Celle-ci surmontée, les expériences suivantes ont été effectuées principalement par le Dr John C. Callaghan, confrère chercheur, ainsi que par John C. Hopps et les aides-chirurgiens Donald Hughes et Kenneth Burley.

Lorsque nous avons passé en revue la littérature, nous avons été surpris de constater qu’un seul vrai stimulateur avait été mis au point plus tôt, par le Dr A.S. Hyman, de New York, en 1932. C’était un gros truc à manivelle. Une fois remonté, il permettait d’appliquer par une électrode, pendant 8 minutes, une décharge électrique intermittente d’un courant inconnu. Le Dr Hyman a fait état d’expériences sur des coeurs asphyxiés de cochons d’Inde, mais il a omis de fournier des statistiques. Donc, 18 ans plus tard, le domaine n’avait pour ainsi dire jamais été exploré. Les résultats de nos expériences étaient emballant. Ils ont été notés statistiquement et filmés. Un rapport, dont j’étais co-auteur avec le Dr Callaghan, a été présenté à l’American College of Surgeons en 1951.

Notre découverte canadienne a permis de démontrer :

  1. que le stimulateur cardiaque pouvait provoquer le battement contrôlé d’un coeur arrêté.
  2. que le stimulateur dominait le centre rythmogène naturel lorsqu’on s’en servait pour un coeur battant normalement, et qu’il était possible à l’aide d’un cadran, d’augmenter ou de réduire la fréquence cardiaque (ce qui n’avait jamais été observé auparavant).
  3. qu’une longue sonde cardiaque munie de deux électrodes (stimulation bipolaire) pouvait être introduite dans une veine du cou d’un animal pour atteindre le coeur. Le muscle cardiaque pouvait ainsi être stimulé sans exposer le coeur (la méthode actuelle).

 

Le rapport à l’American College of Surgeons était spectaculaire et d’un intérêt considérable. Aucun doute n’était possible. Les journaux tant aux États-Unis qu’au Canada ont accordé beaucoup d’importance à la nouvelle et n’ont pas manqué de souligner le potentiel immense de notre invention.

Nous avons bénéficié pour la recherche initiale d’une subvention du Conseil de recherches pour la Défense et du Conseil national de recherches du Canada. Plus récemment, Medtronics of Canada a supporté nos travaux. Le premier stimulateur cardiaque était trop gros pour être transporté, même si plusieurs universités américaines l’ont commandé pour l’utiliser en milieu hospitalier. P. Zoll et W. Lillehei, aux États-Unis, ont indiqué s’en être servi avec succès pour un nombre limité de patients hospitalisés. Néanmoins, la taille de l’appareil en réduisait l’utilité.

Pendant 8 ans, le stimulateur cardiaque a été littéralement mis de côté, jusqu’à ce que la recherche aéronautique permette de perfectionner les circuits transistorisés. Cette percée allait rendre possible la fabrication d’un stimulateur de taille si réduite qu’il pourrait être implanté sous la peau. C’est précisément ce que le Dr Ake Senning, de Stockholm, allait être le premier à accomplir en 1959, huit ans après notre rapport initial.

L’évolution du stimulateur cardiaque implantable moderne est unique dans l’histoire de la technologie médicale. Elle est le fruit d’une remarquable collaboration dès le départ entre la médecine et le génie biomédical, et d’un perfectionnement continuel de l’appareil accompagné d’une longévité accrue des piles. Son concepteur, J.A. Hopps, considéré comme le père du génie biomédical au Canada, demeure lui-même actif grâce à son propre stimulateur.

En 1989, 7 500 nouveaux stimulateurs cardiaques ont été implantés au Canada, et les piles de 1 200 autres ont été changées. Énormément de personnes, on ne sait pas combien exactement, ont eu des stimulateurs cardiaques au Canada depuis les 30 dernières années. Ces appareils ont sauvé la vie de nombreuses personnes qui, débarrassées de toutes craintes, ont pu continuer à mener une vie active et productive.

*Décédé le 27 mars 2005