Stimulateur cardiaque

En 1950, l’une des plus grandes innovations médicales du Canada a été mise au point à l’Institut Banting de l’Université de Toronto. Le chirurgien cardiaque, docteur Wilfred Bigelow, et le chercheur docteur John Carter Callaghan, tentaient de comprendre comment l’hypothermie (voir Blessures dues au froid) arrivait à ralentir les battements de cœur d’un animal avant une chirurgie. Ils cherchaient également un moyen de stimuler le cœur lorsqu’il faiblissait en se refroidissant. Ce domaine de recherche largement inconnu pouvait avoir d’énormes applications pour les humains. Les docteurs se sont associés au docteur John Hopps du Conseil national de recherches du Canada, qui avait créé un stimulateur cardiaque artificiel portable externe. Ce dernier était conçu pour envoyer des pulsations électriques au cœur, ce qui provoquait une contraction du cœur et pompait le sang vers le corps. Le dispositif a été testé avec succès sur un chien en 1950. Cette découverte historique a ouvert la voie à l’utilisation de stimulateurs cardiaques implantables chez l’homme.

En 1950, l’une des plus grandes innovations médicales du Canada a été mise au point à l’Institut Banting de l’Université de Toronto. Le chirurgien cardiaque, docteur Wilfred Bigelow, et le chercheur docteur John Carter Callaghan, tentaient de comprendre comment l’hypothermie (voir Blessures dues au froid) arrivait à ralentir les battements de cœur d’un animal avant une chirurgie. Ils cherchaient également un moyen de stimuler le cœur lorsqu’il faiblissait en se refroidissant. Ce domaine de recherche largement inconnu pouvait avoir d’énormes applications pour les humains. Les docteurs se sont associés au docteur John Hopps du Conseil national de recherches du Canada, qui avait créé un stimulateur cardiaque artificiel portable externe. Ce dernier était conçu pour envoyer des pulsations électriques au cœur, ce qui provoquait une contraction du cœur et pompait le sang vers le corps. Le dispositif a été testé avec succès sur un chien en 1950. Cette découverte historique a ouvert la voie à l’utilisation de stimulateurs cardiaques implantables chez l’homme.


Image d'un défibrillateur-stimulateur cardiaque externe expérimental

Premières recherches

La stimulation électrique du cœur, stimulé par des courants électriques, a été étudiée durant plusieurs années avant que le stimulateur cardiaque ne soit inventé. En 1880, le physicien allemand Hugo von Ziemssen reçoit une patiente, Catharina Serafin, qui a subi une intervention chirurgicale pour retirer un enchondrome, soit une tumeur osseuse non cancéreuse, intervention qui a laissé son cœur exposé sous une délicate couche de peau. À une époque où la recherche cardiaque connaît un essor, Hugo von Ziemssen utilise cette opportunité pour expérimenter. Il délivre un courant électrique au cœur, révélé par un électrocardiogramme, un test qui mesure l’activité électrique du cœur. En 1928, Mark Lidwell, un anesthésiste de Sydney en Australie, sauve la vie d’un bébé en stimulant sporadiquement son cœur avec un courant électrique. L’événement est rapporté au 3rd Congress of the Australasian Medical Society. Un autre développement excitant survient en 1932 lorsqu’un cardiologue de New York, Albert S. Hyman, documente l’utilisation d’un stimulateur artificiel manuel qui peut ranimer un cœur arrêté en délivrant un courant électrique par le biais d’une aiguille insérée dans l’oreillette droite.

Wilfred Bigelow

Portrait du docteur Wilfred Gordon Bigelow

La stimulation cardiaque continue à être explorée au cours des années 1940. La grande réalisation suivante se produit de manière inattendue lorsqu’un docteur de Toronto approfondit ses recherches sur l’hypothermie (voir Blessures dues au froid). Le docteur Wilfred Bigelow, fils d’un médecin de campagne du Manitoba, est chirurgien résident au General Hospital de Toronto en 1941 lorsqu’il doit amputer les doigts d’un patient qui se sont gangrenés à cause d’engelures. Wilfred Bigelow s’interroge sur la possibilité d’éviter la gangrène et l’amputation, en permettant au sang de continuer à circuler. Alors qu’il était chirurgien militaire en Angleterre durant la Deuxième Guerre mondiale, la curiosité et la frustration de Wilfred Bigelow augmentaient quand il observait que des membres étaient amputés lorsque l’artère principale était coupée, alors même que le membre lui-même était en bon état. Il se demande donc si le fait de baisser la température temporairement pourrait sauver un membre jusqu’à ce que la chirurgie puisse être effectuée.

Après la guerre, Wilfred Bigelow occupe un poste de stagiaire à l’hôpital Johns Hopkins de Baltimore. Il observe que la chirurgie cardiaque pédiatrique est limitée par l’incapacité de cesser la circulation rapide du sang dans le cœur. Une nuit dans les années 1940, il se réveille avec une idée : « refroidis le corps en entier, réduis les besoins d’oxygène, interromps la circulation, et ouvre le cœur ».

John C. Callaghan

Portrait du docteur John Carter Callaghan

Wilfred Bigelow retourne à Toronto et commence à travailler au laboratoire expérimental de chirurgie cardiovasculaire de l’Institut Banting, connu sous le nom de Room 64 (chambre 64). Le docteur John Carter Callaghan fait partie des scientifiques. Né à Hamilton en Ontario, John Callaghan a obtenu son diplôme de l’Université de Toronto et a récemment travaillé en tant que médecin militaire du gouvernement à Aklavik, dans les Territoires du Nord-Ouest.

Wilfred Bigelow et John Callaghan tentent de déterminer pourquoi le cœur d’un animal s’arrête parfois lorsqu’il se refroidit. Durant une expérience en 1949, le cœur d’un chien anesthésié s’arrête de manière inattendue à 21 °C alors qu’il a été refroidi pour la préparation pour une chirurgie. Wilfred Bigelow donne une poussée au ventricule gauche de l’animal, ce qui déclenche les contractions. Pour Wilfred Bigelow, ceci confirme que le cœur peut battre tout seul, et indique « qu’il s’agit de vraies contractions, et que non seulement le cœur bat, mais qu’il expulse forcément le sang de manière normale ». Wilfred Bigelow se demande si un stimulateur cardiaque pourrait reproduire les battements de cœur. Pour approfondir leurs recherches, John Callaghan et Wilfred Bigelow demandent l’aide du Conseil national de recherches du Canada (CNRC), basé à Ottawa.

John A. Hopps

Portrait du docteur John A. Hopps

Le CNRC recommande John A. (Jack) Hopps pour le projet. À l’époque, John Hopps étudie l’utilisation du réchauffement par radiofréquence pour pasteuriser la bière. Dans le laboratoire Room 64, John Hopps travaille avec John Callaghan pour déterminer la méthode la plus efficace de délivrer un stimulus électrique au cœur d’un chien.

John Hopps retourne au CNRC et conçoit un stimulateur cardiaque portable. L’appareil est conçu d’un cathéter-électrode qui peut être inséré dans la veine jugulaire extérieure du cou d’un chien, puis dans le cœur droit. En 1950, au General Hospital de Toronto, Wilfred Bigelow et John Callaghan réalisent une expérience historique en utilisant le stimulateur cardiaque de John Hopps. Lorsque le cœur d’un chien s’arrête à 20 degrés durant le processus de refroidissement, le stimulateur cardiaque de John Hopps prend le relais et reproduit les battements normaux du cœur. Dans son livre Cold Hearts : The Story of Hypothermia and the Pacemaker in Heart Surgery (1984), Wilfred Bigelow décrit l’appareil comme étant « le premier stimulateur cardiaque pour l’usage continu de l’homme, avec un stimulus électrique physiologique contrôlé ».

Importance

Le 23 octobre 1950, Wilfred Bigelow et John Callaghan décrivent leurs découvertes au American College of Surgeons à Boston. Le jour suivant, le journal Sun de Baltimore rapporte qu’« une machine électrique a été utilisée avec succès sur des chiens pour faire battre le cœur à nouveau ». L’équipe de l’Institut Banting fait une découverte qui jette les bases de l’utilisation des stimulateurs cardiaques implantables pour les humains. Cette percée redéfinit également l’importance de l’usage d’appareils électroniques dans le domaine médical. Ce travail de pionnier permettra de sauver des vies dans le monde entier, et c’est à Toronto que c’est arrivé.

Malgré les tentatives du docteur John Hopps pour recevoir le brevet du CNRC, sa demande est rejetée. À peu près à la même époque, l’équipe de Toronto soupçonne que certains aspects du concept du docteur John Hopps sont réutilisés par le cardiologue américain docteur Paul Zoll, qui est crédité pour la conception d’un stimulateur cardiaque externe, décrit en 1952.

Les co-créateurs du stimulateur cardiaque ont par la suite des carrières exceptionnelles et sont tous nommés officiers de l’Ordre du Canada. Le docteur Wilfred Bigelow met en œuvre l’ouverture de la Cardiovascular Investigation Unit (unité des recherches cardiovasculaires) du General Hospital de Toronto, familièrement connue sous le nom de Bigelow’s Bungalow (le bungalow de Bigelow). Wilfred Bigelow est également un pionnier dans l’élaboration des chirurgies à cœur ouvert et fermé. Le docteur John Callaghan effectue la première chirurgie à cœur ouvert à succès au Canada. Le docteur John Hopps continue à travailler sur la conception du stimulateur cardiaque et en 1951, avec le docteur Wilfred Bigelow, il lance le stimulateur cardiaque Model 3 Stimulator-Defibrillator, qui est utilisé en milieu clinique sur des humains en 1951. John Hopps, qui est par la suite reconnu comme le Père du génie biomédical au Canada, fonde la Société canadienne de génie biomédical en 1965.