1

Trevor W Tucker, PhD

Dynamique des fluides:Le chaînon manquant dans

l’IVCC et la SEP?

Présenté lors de la conférence NCS

“Les voix du progrès :: Voices of Progress”

Sherbooke, Qc, Canada, Septembre 2013

2

Contexte À propos de la sclérose en plaques

Cellules immunitaires attaquent la graine de myéline Cause des scléroses et dommage aux fines veines cérébrales Les symptômes et les influences sont nombreuses et variées

À propos de l'insuffisance veineuse céphalorachidienne chronique (IVCC) Obstruction de la veine réduit le débit sanguin cérébral

La controverse scientifique Est-ce que SEP provoquer l'IVCC? Vis-versa? Ou ni un ni l’autre?

A propos des méthodes de recherche en général Recherche médicale - Essais cliniques Recherche physique - La «méthode scientifique»

Mon approche - l'application de la méthode scientifique Plus précisément, l'application de la physique et de la dynamique des fluides

au débit sanguin cérébral

En appliquant la méthode scientifique

3

Posez une question

Faites des recherches de base

Construisez une hypothèse

Evaluez votre hypothèse en faisant

une expérience

Analysez vos données et faites une conclusion

Signalez vos résultats (votre hypothèse est-

elle correcte?)

La m

éth

od

e s

cien

tifiq

ue

Une recherche internet

Retour sanguin

Hypertension veinulaire

Perturbations BHE

Fuites cellulaire T/B

Attaque myèline

Quel est la relation entre IVCC et SEP?

L'obstruction veineuse

Expériences - Littérature signalés

Comparer les résultats expérimentaux et modèles

Participation du public

Dyn

amiq

ue

des

fluid

es

La

litté

ratu

re

actu

elle

4

Intro à la physique de la dynamique des fluides – déplacement des impulsions dans un tube

Superposition de la pression Ondes de pression stationnaires

Hypertension localisée À chaque impulsion

5

Une période d'impulsion

FromHeart

TowardHeart

Comparaison des modèles et des résultats expérimentaux

Dans un tube bloqué, le fluide circule dans les deux sens - poussé par une différence de pression

Graphiques de: a) Fendt (haut) b) b) Haacke (MS-

MRI.com, gauche)

Pgradcirculation

Pgradcirculation

Circulation dans les deux sens se produit dans les VJI

L’augmentation de la pression sanguine cause l’augmentation de la circulation sanguine (hypertension)

Circulation hypertensive

Comparer droite et gauche VJI

9 5

Pgrad

circulation

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Somme de la pression directionnelle et des retours d’impulsions = hypertension veinulaire

valve bloquée

veinule fin

Distance de la valve bloquée (cm)

somme

Hypertensionveinulaire

directe

retour

7

Note: La pression peut devenir plus aiguë (hypertension) dans l'extrémité du lit capillaire (ie dans les veinules)

Schelling (2004): la taille et le nombre de lésions de la SEP augmentent dans le sens inverse de la circulation du sang, en accord avec l‘augmentation de l’hypertension dans cette direction

À noter également la distance de l'obstruction aux veinules et la longueur d'onde pulsatile déterminent si l'hypertension existe ou non aux veinules:

0 2 4 6 8 10 12 14

hypertension & lésions

Onde de pression stationnaire et l'hypertension veinulaire

Node Node

valve bloquée

veinule fin

Distance de la valve bloquée (cm)

8

Changement de pression dans le lit capillaires – VJI non obstruée VJI obstruée

Pout augmente

Circulation sanguine diminue

Pin est constante lit capillaire

Ve

nu

les

Art

erio

les

art

ère

cé

réb

rale

jug

ula

ire in

tern

eV

ein

Circulation sanguine (entrée)

Notez les commentaires de Shelling: «Un élargissement frappant des passages veineux"

À noter également l'image Singh et Zamboni montrant une sténose de la veine primaire et secondaireNotez aussi que si la sténose primaire est retiré, la sténose secondaire peut disparaître d’elle-même (mon moment "Eureka")

L'hypertension veinulaire

Circulation sanguine (sortie)

9

Effets de l’augmentation de l’hypertension veinulaire (littérature scientifique) La circulation du sang à travers le lit capillaire est réduite par une

pression élevée (hypertension) à la sortie du lit capillaire Par conséquent la quantité d'oxygène dans le sang est réduite L'oxygène transféré au cerveau est également réduit Le manque d'oxygène (hypoxie) dans le cerveau:

Augmente la fatigue du patient Diminue l'acuité mentale

Les cellules (oligodendrocytes) qui réparent l'isolant autour des chaînes nerveuses dans le cerveau (la myéline) peuvent mourir à cause de ce manque d'oxygène

Par conséquent, l'hypertension veinulaire peut provoquer la détoriation de la graine de myéline

«Perte précoce des oligodendrocytes est une caractéristique importante dans le tissu en bordure des lésions de SEP" (citation de Henderson)

10

La barrière hémato-encéphalique La barrière hémato-encéphalique est une couche de

cellules (endothéliales) autour des capillaires et veinules Protège le cerveau contre les grandes cellules et les

molécules dans le sang Tels que le fer, les cellules et les bactéries qui attaquent système

immunitaire Permet à de petites molécules (comme l'oxygène, le

dioxyde de carbone) et les éléments nutritifs comme le glucose de passer entre le sang du lit capillaire et le cerveau

S'il y a une perturbation dans le BHE, les cellules auto-immunes et le fer peuvent se rendre au cerveau pour attaquer la graine de myéline

11

À propos des perturbations de la barrière hémato-encéphalique (littérature scientifique)

Hypertension systémique aiguë peut causer la rupture de la BHE Toute rupture de la BHE causé pas l’hypertension aurait lieu

à la veinule du lit capillaire cérébrale Reflux d’onde de pression stationnaire veineuse peut

augmenter dans les veinules provoquant l'hypertension locale Hypertension veinulaire locale peut être suffisante pour

entraîner des perturbations de la barrière hémato-encéphalique Avec l'échec de la barrière hémato-encéphalique, cellules auto-

immunes peuvent pénétrer dans le cerveau et affaiblir ou détériorer la graine de myéline

Observation: perturbation de barrière hémato-encéphalique a été largement associée à la sclérose en plaques (Kermode, Gay, Simka)

12

Retrait d'une obstruction dans une veine cérébrale

Augmente la circulation sanguine dans les capillaires Augmente le transfert de l'oxygène, le glucose et d'autres

nutriments dans le cerveau Cela réduit la fatigue chronique et le brouillard du

cerveau Peut dégager une sténose secondaire au-dessus d'une

obstruction primaire N'a pas d'incidence sur les scléroses existants et les

dépôts de fer Dommages existants causés par les lésions nerveuses

restent Peut améliorer considérablement la qualité de vie

13

Est-ce que la dynamique des fluides peut expliquer d'autres facteurs et risques de SEP?

Deux fois plus de patients féminins sont atteints de SEP

L'influence de la répartition géographique L'influence de la vitamine D L'influence du vieillissement L'influence du tabagisme L'influence d’infection(s) virale(s) précédente(s) L'influence de la génétique

14

Une recherche internet…

15

L'impact de l'hypoxie sur la barrière hémato-encéphalique (littérature scientifique) L’hypoxie à long terme diminue le couche endothéliale

(élasticité) L'hypoxie favorise l'adhérence des cellules d'attaque auto-

immunes (leucocytes) dans les cellules endothéliales L'hypoxie induit la mort des cellules endothéliales et des

oligodendrocytes L'hypoxie augmente la perméabilité endothéliale (porosité) de

grosses molécules et des cellules L'hypoxie favorise l'angiogenèse (croissance de nouveaux

vaisseaux, comme collatéraux) pour aider à rétablir l'approvisionnement d’oxygène

D’après la littérature, les caractéristiques ci-dessus sont tous associées à la SEP

Impacts prévus d’une réduction de conformité des veines et veinules

Veines moins conformes (moins élastique) ont moins de capacité d'expansion pour stocker des impulsions de sang dans la veine entre l'obstruction et les veinules

Ainsi, plus de sang et de pression sont forcés plus haut dans les veinules

Donc une réduction de conformité veineuse: Augmente l'hypertension veinulaire Augmente le risque des perturbation de barrière hémato-

encéphalique Augmente le risque de SEP

Facteurs qui réduisent la conformité des veines et/ou la continuité endothéliale (littérature scientifique) Femmes (conformité est 50% de moins que chez

les hommes) Carence en vitamine D (et le déficit

d'ensoleillement) Influences alimentaires tels que le café et le

gluten Le tabagisme Infection précédente du virus Epstein Barr Le vieillissement et la génétique Observation: Ces facteurs, réduisent la

conformité des veines, augmentent l’hypertension veinulaire et par conséquent le risque de rupture de la BHE, les fuites de cellule immunitaire, attaque et sclérose de la graine de myéline

18

Sommaire

SexeVeines féminines

conformes moins etpar conséquent, plus

l'hypertension

Soleil / vitamine DLa carence en vitamine D

réduit la conformité de la veineet augmente l'hypertension

VieillissementRéduit la conformité de la veine

et augmente l'hypertensionFumeur

Altère l'endothélium,réduit la conformité de la

veine etaugmente l'hypertension

Epstein-BarrAffaiblit l'endothélium

GénétiqueMalformation des veines &

la BHE est plus susceptible aux pasages leucocytaires

IJV

Veinules

EncombrementCause de l'hypertension

veinulaire

Hypertension veinulaireProvoque l’hypoxie

HypoxiaRéduit la conformité de la veine

Augmente l'adhérence des leucocytesAugmente la perméabilité endothéliale

Augmente la mort des cellules endothélialesFavorise la croissance de la veine

collatérale

19

Avancement du model de la dynamique de fluide Utilisation de « Computational Fluid Dynamics

(CFD) » pour résoudre les équations de Navier-Stokes (1822) (Navier-Stokes est l'équivalent liquide de la loi de Newton

1687)

Logiciels CFD disponibles: Flow 3D, Ansys CFD, Gerris Flow Solver, Medvis 3D

ma = f

Mesuré avec 4D IRM gravité, conformité, forcesrésoudre pression

20

CFD utilisé pour la circulation sanguine

Progrès récents: Un symposium sur l'IVCC modélisation informatique: (Zamboni, Toro, Beggs et al)

21

Mes observations découlant de l'hypothèse

Reflux veineux peut entraîner de nombreux types d'obstacles dans de nombreux endroits de veines cérébrales et la colonne vertébrale

Existence de l'IVCC (reflux veineux) ne garantit pas SEP Existence de SEP ne nécessite pas l'IVCC Existence et la gravité de la SEP est affectée par:

Placement, nombre et taille des obstructions veineuses Propriétés de la couche endothéliale (affecté par l'alimentation,

le sexe, les produits pharmaceutiques, le soleil, le tabagisme, etc)

Modulation du système immunitaire par le biais des produits pharmaceutiques

22

Est-ce que les résultats prédits par la dynamique des fluides corresponde aux caractéristiques de la SEP tels que rapportés dans la littérature scientifique?

 Est-ce que ceci persuaderait une grande communauté

médicale?(Je suis très optimiste, j'ai vu du progrès)

Questions et commentaires?

23

Dynamique des fluides:Le chaînon manquant dans l’IVCC et la SEP?