LES COURBES CARACTERISTIQUES DES VENTRICULES

LES COURBES CARACTERISTIQUES DES VENTRICULES PNEUMATIQUES DU
CŒUR ARTIFICIEL JARVIK, DU VENTRICULE D’ASSISTANCE NIPPON-ZEON, DE
LA POMPE A GALETS, DES VENTRICULES DU CŒUR ARTIFICIEL CARMAT ET
DE LA POMPE SOLENOÏDE. LOI DU CŒUR.
R. VENET, T. DUPONT, P. LEGER, A. PAVIE.
Service de chirurgie cardiaque. Institut du cœur (Pr Pavie). Hôpital Pitié-Salpêtrière 75013
Paris.
I. RESUME. Dans ce travail nous rappelons les résultats antérieurs des courbes
caractéristiques des :
a) ventricules pneumatiques des ventricules du cœur artificiel Jarvik.
b) du ventricule d’assistance Nippon-Zéon.
c) de la pompe à galets.
d) de la pompe à engrenage à l’origine de l’activation du cœur artificiel CARMAT.
e) De la pompe solénoïde.
Nous discutons ensuite le résultat le plus important de l’application des courbes
caractéristiques des ventricules isolés puis mis en série du cœur artificiel Jarvik, à savoir la
mise en évidence d’une loi reliant la vidange des ventricules aux pressions des quatre cavités
cardiaques.
II. INTRODUCTION. La principale caractéristique d’une pompe consiste à convertir
l'énergie d'une source de mouvement (le moteur) d'abord en vitesse (ou énergie cinétique)
puis en énergie de pression (énergie statique)1. Le rôle d'une pompe consiste en effet à
conférer de l'énergie au liquide pompé (énergie transformée ensuite en débit et en hauteur
d'élévation) selon les caractéristiques de fabrication de la pompe elle-même et en
fonction des besoins spécifiques à l'installation1. Nous suivrons la méthodologie des
hydrauliciens en prenant comme exemple la pompe centrifuge. Les performances d'une
pompe centrifuge peuvent être mises graphiquement en évidence sur une courbe
caractéristique qui présente normalement des données relatives à la hauteur de refoulement
à laquelle il faut élever le liquide, à la puissance effective du moteur et au rendement de la
pompe. Ainsi chaque pompe centrifuge est caractérisée par sa « courbe caractéristique »
particulière qui est la relation entre son débit et sa hauteur d'élévation1, 2, 3,4. Cette
représentation graphique, représente la meilleure façon de savoir quel sera le débit obtenu
pour une hauteur d'élévation donnée et réciproquement. La courbe caractéristique de chaque
pompe varie, en outre, en fonction de la vitesse.

Après avoir rappelé la construction des courbes caractéristiques d’une pompe centrifuge,
nous tracerons les courbes caractéristiques de chaque ventricule pneumatique pris isolément
puis en association du cœur artificiel Jarvik. Nous en déduirons une loi du cœur du Jarvik.
Nous tracerons ensuite les courbes caractéristiques du ventricule d’assistance Nippon-Zéon
seul et monté en parallèle sur le cœur Jarvik simulant une insuffisance ventriculaire gauche.
Nous tracerons enfin alors les courbes caractéristiques de la pompe à galets et de la pompe
solénoïde et de la pompe à engrenages internes qui nous permettront d’envisager les courbes
caractéristiques du cœur artificiel CARMAT.
III. MATÉRIELS.
III.1. DESCRIPTION DU CŒUR ARTIFICIEL TOTALEMENT IMPLANTABLE
JARVIK-7-100. Figure 1 en haut.
Le cœur artificiel implantable intra-thoracique JARVIK est composé de deux ventricules
pneumatiques de septième génération, de volume maximum 100 ml d’où le nom JARVIK 7-
100.

Figure 1. Le cœur artificiel Jarvik-7-100.
Chaque ventricule et chaque oreillette sont reliés au Mock par deux conduites souples
d’environ dix centimètres de longueur. Chaque conduite principale est munie
perpendiculairement de deux conduites latérales (cl) qui sont clampées pendant les
expériences. Ces conduites latérales permettent d’interposer des pompes d’assistance en
dérivation
III.2. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT. Figure 1 en bas.
Chaque ventricule est muni de deux valves unidirectionnelles à disque d’entrée et de sortie.
L’eau remplit la chambre ventriculaire par différence de pression entre les cavités auriculaire
et ventriculaire séparés par un diaphragme. A la différence des pompes centrifuges, le
remplissage étant passif, la hauteur nette5 Hn sera calculée par la différence entre la
pression amont et la pression aval. Le ventricule étant rempli, de l’air comprimé est alors
injecté dans la chambre aérienne. La pression d’air comprimé (pression d’activation) pour le
ventricule gauche est de 160 mm d’Hg et pour le ventricule droit de 120 mm d’Hg. Quand
l’éjection ventriculaire est terminée, le compartiment aérien comprimé, est alors mis en
communication avec la pression atmosphérique, et peut donc se détendre et s’écouler dans
l’atmosphère. Le diaphragme ventriculaire revient dans sa position initiale diastolique
(mémoire de forme), et la pression dans l’oreillette est alors supérieure à la pression dans le
ventricule, ainsi la valve d’entrée s’ouvre et le sang remplit progressivement le ventricule.
Chaque ventricule est piloté par la console de commande. Le tableau de commande se
compose pour chaque ventricule d’une manette de variation d’air comprimé pression
d’activation et de deux boutons de réglage :
- Le premier règle la fréquence cardiaque N (en battements par minute) de 10 à 199
battements par minute.
- Le second contrôle la durée de systole (temps d’éjection), exprimée en pourcentage de
la période cardiaque (%).
III.3. DESCRIPTION DU BANC HYDRAULIQUE : «MOCK CIRCULATION ». Figure 2.
Le « MOCK CIRCULATION » est un banc expérimental fourni par le constructeur du cœur
artificiel Jarvik-7-100 pour l’entrainement des équipes chirurgicales agréées pour cette
technique. Le terme vient du verbe anglais to mock = se moquer, simuler.

Figure 2
Schématisation du banc expérimental « Mock-circulation ». OG=chambre auriculaire gauche.
VG=ventricule gauche. Ao=chambre artérielle systémique (grande circulation). OD=chambre
auriculaire droite. VD=ventricule droit. Va=vanne.
Rx=résistance systémique.
R*y=résistance pulmonaire. q=débit.
HnVG = Hauteur nette du ventricule gauche = PAo – POG.
HnVD = Hauteur nette du ventricule droit = PPul – POD.
hVG = charge du ventricule gauche = PAo – POD.
hVD = charge du ventricule droit = PPul – POG.
La verticale AA permet de séparer les deux circulations gauche et droite.
VAo = vitesse du liquide à la sortie de la vanne artérielle systémique

VPul = vitesse du liquide à la sortie de la vanne artérielle pulmonaire
Le banc expérimental est composé d’une succession de 4 chambres à air. Entre la chambre
aortique et l’oreillette gauche est placée une vanne (va) à ouverture variable simulant la
résistance systémique Rx. Entre la chambre pulmonaire et l’oreillette droite est placée une
vanne (va) à ouverture variable simulant la résistance pulmonaire R*y.
IV. METHODES.
Comme nous avons utilisé les mêmes critères hydrauliques que la théorie générale des
pompes centrifuges nous rappellerons le plus simplement possible les éléments des lois qui
régissent celle-ci.
IV. I. Rappels de l’hydraulique des pompes centrifuges. Courbes caractéristiques.
Généralités. Les données hydrauliques sont celles du régime permanent : on choisit pour cela
les pressions et les débits moyens. Chaque pompe centrifuge est caractérisée par sa courbe
caractéristique particulière qui est la relation entre son débit et sa hauteur d'élévation. Cette
représentation graphique, c'est-à-dire la transposition de ce rapport à l'intérieur d'un graphique
cartésien, représente la meilleure façon de savoir quel sera le débit obtenu pour une hauteur
d'élévation donnée (et réciproquement). Une pompe centrifuge se compose d’un tambour
mobile, coupé par des aubes symétriquement distribuées qui tournent dans un tambour
mobile5, 6. Ce type de pompe aspire un liquide en amont et le refoule en aval. Pour
comprendre comment on détermine les courbes caractéristiques reportons nous à la figure 8.
Sur cette figure sont représentés :
 la pompe centrifuge
 le réservoir amont R1 de hauteur d’aspiration Ha
 le réservoir aval de refoulement R2 de hauteur de refoulement Hr
 l’injecteur qui est une vanne à section variable par l’intermédiaire d’un robinet
pointeau
 la turbine Pelton
On calcule le débit qui sort de la pompe à la sortie de la vanne, en fonction de chaque section
déterminée par le robinet pointeau. Les pressions seront exprimées en hauteur de liquide. La
pression en aval Hr est mesurée avant la vanne au niveau de la prise de pression indiquée sur
la figure 3. On calcule alors la hauteur nette Hn = Ha + Hr. Comme la courbe caractéristique