Biomécanique cardiovasculaire et dispositifs médicaux implantables

Les maladies cardiovasculaires représentent l'une des premières causes de mortalité dans les pays industrialisés. Cependant les avancées de ces dernières années en imagerie médicale, en simulation numérique, en biomatériaux et en biomécanique ouvrent la voie à de remarquables améliorations dans le dépistage et le traitement des patients, plaçant l'ingénierie dans la prise de décision en médecine et en chirurgie vasculaires et cardiaques.

On s'intéresse dans cet article aux avancées majeures dans le domaine de la biomécanique cardiovasculaire et des biomatériaux implantables dans ce domaine. L'article traite aussi bien de biomécanique circulatoire (science de l'écoulement du sang dans les vaisseaux en utilisant les outils et le formalisme de la mécanique des fluides) que de biomécanique pariétale (science des déformations et des contraintes mécaniques dans les vaisseaux sanguins et le cœur en utilisant les outils et le formalisme de la mécanique des solides déformables). L'article présente aussi succinctement les dispositifs médicaux et les biomatériaux utilisés lors du traitement de certaines maladies cardiovasculaires qui se manifestent par des défaillances biomécaniques. Le marché de ces dispositifs médicaux est gigantesque, il représente plusieurs milliards de dollars dans le monde pour la seule pathologie des anévrismes aortiques.

Cet article est organisé en quatre parties. La première partie est dédiée à la biomécanique circulatoire et à l'hémodynamique, abordant successivement l'organisation de la circulation sanguine et son rôle, la régulation de la pression sanguine, l'onde de pouls, la rhéologie du sang et les modèles numériques en hémodynamique. La seconde partie concerne la biomécanique pariétale, notamment la structure et les caractéristiques fonctionnelles des vaisseaux sanguins et du cœur, les propriétés élastiques des vaisseaux, leur résistance mécanique, et les évolutions de ces propriétés lors de la croissance et du remodelage. La troisième partie présente quatre principales pathologies cardiovasculaires faisant l'objet d'études biomécaniques pour améliorer leur prise en charge médicale : l'hypertension, l'athérosclérose, les anévrismes cérébraux et les anévrismes aortiques. La quatrième partie est consacrée aux dispositifs médicaux implantables en contact avec le sang.

Cet article fait la synthèse de plusieurs ouvrages de référence couvrant différents sujets qui sont habituellement traités de manière séparée, mais qui sont regroupés ici, comme la biomécanique circulatoire, l'hémodynamique veineuse, la biomécanique de la paroi artérielle, la biomécanique cardiaque et les dispositifs médicaux implantables. La présentation n'est pas exhaustive mais couvre les domaines où l'effort de recherche est le plus important actuellement.

Le principal objectif de cet article est de présenter les bases scientifiques qui permettent de comprendre les enjeux de demain de la biomécanique cardiovasculaire : prédiction individualisée des risques d'accidents cardiovasculaires, outils numériques d'aide à la décision chirurgicale, nouvelles thérapies régénératrices… L'article est accessible à un large lectorat. Des approfondissements sur les notions de mécanique des fluides, de mécanique des solides ou de biologie seront nécessaires pour le lecteur non initié.