ÉCOULEMENT VEINEUX RÉTRÉCI:Est-ce que ceci influence la

circulation du liquide céphalorachidien?

Pr Clive Beggs

Professeur de génie médical

Université de Bradford, GB

La Société nationale de l’IVCC tient à remercier madame Diane Turcotte-Nfon pour cette traduction.

IVCC & SP:Un mystère physiologique

• L'insuffisance veineuse céphalorachidienne chronique (IVCC) est fortement associée à la SP.

• Caractérisée par des sténoses importantes des veines jugulaires internes (VJIs) et de la veine azigos.

• Flux sanguin inversé (reflux) dans les VJIs• Circulation sanguine collatérale du cerveau vers des

routes alternatives.• On observe chez les patients atteints de SP, un flux

dynamique anormal du liquide céphalorachidien (LCR)..

• De nombreux patients ayant subi une angioplastie veineuse ont rapporté une grande amélioration de leurs symptômes.• •Quel rôle jouent les sténoses veineuses extracrâniennes dans la pathophysiologie de la SP?

La leçon de genie des fluides

La plupart des gens vont reconnaître les valves de tuyaux et seront capable de les ouvrir et les fermer afin d'en contrôler le flux. Cependant, ils n'ont qu'une connaissance superficielle du comportement des valves et peuvent croire faussement que toutes les valves sont pareilles. Elles ne le sont pas! Afin de vraiment comprendre le comportement des valves, les ingénieurs professionnels doivent faire des calculs d'analyses hydrodynamiques complexes..

Baisse de pression et débit sanguin

Q = Flow rate ml/minP = Pressure drop through vessel (mmHg)R = Hydraulic resistance (mmHg.min/ml)

P1

Q1

Q1

Veine normale

P2

Q2

Q2

Veine sténosée

R2 > R1

P2 > P1

Q2 < Q1

R

PQ

Hypertension &hypoperfusion

Q = Débit sanguin ml/minP = Baisse de pression dans les vaisseaux (mmHg)R = Résistance hydraulique (mmHg.min/ml)

Hypertension veineuse

Parce que:

• En théorie, les sténoses veineuses extracrâniennes chez les patients atteints de SP devraient mener à une hypertension rétrograde dans les sinus veineux cérébraux.

R

PQ

Calcul des différences de pression dans les VJI

P

VC

C = Distensibilité du vaisseau (mm3/mmHg)P = Changement de pression (mmHg)V = Changement de volume (mm3)

• Le diamètre de la VJI gauche a diminué d'à peu près 20% à la suite de l'angioplastie veineuse..• En prenant pour acquis que le diamètre du vaisseau était de 10.3 mm (avant) et de 8.6mm (après), et que C=2.668 mm3/mmHg• Calculé P = 9.58 mmHg

20% réduction en diamètre

IVCC : Les données sur la pression de Zamboni

Pressions veineuse pré et post-opération. Les valeurs sont exprimées en écart moyen et standard (barres d'erreur)***P .001.

10.51 mmHg

8.30 mmHg

P = 2.21 mmHg

AZY IJVr IJVl

Source: Zamboni P, et al. JVS. 2009; 50; 1348-1358

IVCC et pléthysmographie cervicale

•Le processus de pléthysmographie impliquait d'installer un collet cervical passif autour du cou des sujets étudiés. Ce collet était constitué d'un mince tube de caoutchouc de silicone dans lequel se trouvait un métal liquide, conducteur électrique, l'indium-gallium, qui agissait comme capteur. Lorsque le collet s'étirait, il prenait en longueur mais perdait en largeur ce qui augmentait la résistance électrique du circuit. En prenant en note les changements dans la résistance électrique du circuit, il s'est avéré possible de mesurer indirectement le volume de sang veineux cervical.

Interprétation

•Lorsque le flux d'écoulement excède la capacité de la canalisation le système reflue exactement comme dans un bol de toilette bloqué.

•Le système se remplit plus rapidement car les canalisations de sortie sont rétrécies.

Quand les vaisseaux sont complètement distendus un battement cardiaque est observé

IVCC et pléthysmographie

cervicale

La résistance des veines extracrâniennes était 63.5% plus grande chez les patients atteints d'IVCC (p<0.0001)

Source: Beggs CB, et al. Phlebology, 2012:1–9

Hypertension veineuse :Pléthysmographie

• En utilisant une technique de pléthysmographie cervicale, Beggs et al (1) ont pu démontrer que la résistance hydraulique du système veineux extracrânien, qui draine le retour du sang vers le cœur, était en moyenne de 63,5% plus grande chez les patients SP ayant reçu un diagnostique d'IVCC comparé aux sujets en santé et ne présentant pas d'IVCC.

• En prenant pour acquis que la chute de pression dans le système veineux extracrânien est normalement de l'ordre de 3-5mmHg (2), alors une augmentation de 63% de la résistance dans ces vaisseaux équivaudrait à une augmentation de pression aux alentours de 1.89-3.15mmHg, à partir du moment où le volume du flux sanguin demeure constant.

• Même s'il s'agit d'une estimation approximative, ces calculs semblent corroborer l'augmentation moyenne de 2.21 mmHg de la pression veineuse chez les patient atteints de SP et d'IVCC. tel que constaté par Zamboni et al [3].

[1] Beggs CB, et al. Phlebology, 2012:1–9; [2] Dawson EA, et al. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 2004: 287: R911-914; and [3] Zamboni P, et al. JVS. 2009; 50; 1348-1358

L'absorption du LCR à travers les villosités arachnoïdiennes

•Le LCR circule de l'espace subarachnoïde (ESA) au sinus sagittal supérieur (SSS) en passant par les villosités arachnoïdiennes (VA) qui sont très distendues

•Les gradients de pression forcent l'absorption du LCR de l'ESA vers le SSS.

L'absorption du LCR dans le SSS

CSF absorption vs CSF pressure

• L'absorption du LCR se fait grâce à une différence de pression entre l'ESA et le SSS de l'ordre de 0,1031 ml/min/mmHg approximativement.

• Un minimum de 5mmHg de pression du LCR est nécessaire afin de permettre l'absorption du LCR à travers les villosités arachnoïdiennes et à l'intérieur du sinus sagittal supérieur.

Source: Cutler RWP, et al. Brain 1968, 91(4):707-720

VLCP

V3

V4

BrainSuperficial Veins

Deep Veins

CSF

Carotid/BasalArteries

IJVs

SSS

SAS

STS

SpinalColumn

AoS

FM

AV

AV

SR

AV

Flux global du LCRLegendAV Arachnoid villiAoS Aqueduct of SylviusCP Choroid plexusCSF Cerebrospinal fluidFM Foramen magnumIJV Internal jugular veinSAS Sub-arachnoid spaceSR Starling resistorSSS Superior sagittal sinusSTS Straight sinusVL Lateral ventricleV3 Third ventricleV4 Fourth ventricle

L'hypertension veineuse, à ce niveau, aura tendance à inhiber l'absorption du LCR par le SSS.

P

Données du Magnano et al AoS (Aqueduc de Sylvius)

• Magnano et al ont trouvé que l'absorption du LCR était réduite d'approximativement 3,4 mm3/pulsation chez les patients atteints de SP.

• Ceci équivaut à une réduction moyenne des niveaux de pression ESA-SSS d'à peu près 2,3 mmHg

.

Source: Magnano C, et al. Magnetic Resonance Imaging. 36; pp. 825-834; (2012)

CVP = 2.0 mmHg

PiJV = 5.0 mmHg

PSSS = 7.5 mmHg

PCSF = 10.5 mmHg

PCV = 13.5 mmHg

Individus en bonne santé

CVP = 2.0 mmHg

PiJV = 9.0 mmHg

PSSS = 11.5 mmHg

PCSF = ? mmHg

PCV = 17.5 mmHg

Patients atteints d’IVCC

Hypertension <5 mmHg

IVCC et hypertension veineuse

• L'IVCC est associée à une légère hypertension veineuse dans les sinus duraux.

• L'hypertension rétrograde se situe aux alentours de <5mmHg.

• Est-ce qu'une hypertension de cette magnitude a une importance clinique quelconque?

Réduction du flux global de LCROn soupçonne l'hypertension veineuse de restreindre le flux global du LCR.

• Zamboni et al (1), Magnano et al (2) et Gorucu et al (3) ont tous observé une réduction substantielle du flux global de LCR chez les patients atteints de sclérose en plaques comparés au groupe de contrôle. Ceci suggère fortement que l'hypertension veineuse est associée à la sclérose en plaques.

• La pression hydrocéphale normale (PHN) est associée à une réduction importante de l'absorption du LCR à travers les villosités arachnoïdiennes et dans le sinus sagittal supérieur; ceci est consistant avec l'hypertension veineuse dans les sinus duraux.

• Une réduction du flux global augmentera la concentration des métabolites dans le LCR. Cependant, les implications cliniques de ce phénomène ne sont pas bien comprises.

[1] Zamboni P, et al. Functional Neurology. 2009; 24; 107-112; [2] Magnano C, et al. Magnetic Resonance Imaging. 2012; 36; 825-834; and [3] Gorucu Y, et al. Functional Neurology. 2011; 26; 215-222.

Effets probables de l'hypertension veineuse

CVP = 2.0 mmHg

PiJV = 9.0 mmHg

PSSS = 11.5 mmHg

PCSF = ? mmHg

PCV = 17.5 mmHg

CCSVI Patient Change behaviour of the cortical bridging veins.

Change the compliance of the arachnoid villi.

Hyperten-sion in the dural sinuses; <5 mmHg

1. L'impact de l'hypertension veineuse sur le système du LCR n'a pas été l'objet d'une investigation systématique.

2. L'hypertension veineuse dans le SSS réduira la distensibilité de l'ESA.

3. Ceci réduira le délai entre le pic artériel et la compression des veines corticales.

4. La distensibilité des veines corticales sera aussi probablement réduite.

5. Ceci réduira la capacité de l'ESA à accommoder le LCR entrant durant le diastole.

6. Ceci pourrait altérer la dynamique du flux pulsatile du LCR.

Kitano et al (1964)

Source: Kitano M, et al. Journal Nuclear Medicine. 1964; 5; 613-625

17% d'augmentation du volume sanguin

NB. L'augmentation du volume sanguin due à la compression du cou se produit principalement dans les veines intracrâniennes.

•Fig. 3. Le ratio d'augmentation du volume de sang crânien suite à la compression des veines jugulaires droite, gauche et des deux. L'augmentation du volume de sang crânien suite à la compression du côté droit du cou a été plus important que lors de la compression du côté gauche.

Hypertension veineuse et distensibilité intracrânienne

Il semble que l'hypertension veineuse :

1. Réduise l'absorption du LCR dans le sinus sagittal supérieur (SSS) en passant par les villosités arachnoïdiennes (VA).

2. Réduise la distensibilité des VA.

3. Augmente la pression dans les veines menant au cortex, et en réduit leur distensibilité.

4. Réduit la distensibilité de l'ESA et réduit le délai artérioveineux intracrânien(DAV).

5. Altère le comportement des résistances de Starling de la veine menant au cortex.

Hypertension veineuse et HPN (Hydrocéphalie à pression normale)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1400

500

600

700

800

900

1000

Fraction of Cardiac Cycle

Flo

w r

ate

(mL/

min

)

Arterial blood

Venous blood

Normal

AVD Long AVD Short AVD

• Chez les sujets normaux, le DAV est d'à peu près 89 ms.• Lors d'une ischémie/atrophie du cerveau, le DAV est long (i.e. 103 ms), parce

que le cerveau est distendu.• Chez les patients atteints de HPN le DAV est court (i.e. 42 ms) ce qui indique

une perte de distensibilité intracrânienne.• L'HPN est souvent associé à l'hypertension veineuse, ce qui explique

probablement le DAV court.Source: Bateman G. AJNR Am J Neuroradiol 21:1574–1585, October 2000

Régulation hydrodynamique

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

Brain

• La doctrine Monro-Kellie dit que la somme des volumes sanguins du cerveau, du LCR, et intracrâniens doit demeurer constante en tout temps durant le cycle cardiaque.

• Un mécanisme de régulation hydrodynamique sophistiqué compense pour l'augmentation temporaire du volume de sang cérébral qui se produit durant le systole en poussant le LCR hors du crâne.

• L'énergie provenant du pouls artériel est transférée dans le LCR, qui pousse devant et derrière à l'intérieur du foramen magnum, assurant un flux régulier du sang à travers le lit cérébral capillaire.

• À son tour, l'énergie pulsative du LCR est transférée dans le flux veineux des sinus.

Minutage des pulsations

• Un flux positif du LCR remontant l'AoS (Aqueduc de Sylvius) (vers les ventricules latéraux) se produit parfois lorsque le flux du LCR cervical change de direction et retourne dans le crâne.

• Ceci implique que le LCR est accommodé en premier dans l'ESA avant de remonter l'AoS vers les ventricules latéraux.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-400

-200

0

200

400

600

800

1000

Fraction of Cardiac Cycle

Flo

w r

ate

(m

L/m

in)

Arterial blood

Venous blood

Cervical CSF

Aqueductal CSF x 10

Ventricles dilate

CSF flows into cranium

SP et le pouls du LCR dans l'aqueduc

• Magnano et al ont trouvé que le flux aqueductal positif du LCR (i.e. vers le cerveau) était 45,1% plus important chez les patients SP comparé aux contrôles (p=0,004).

• L'hypertension veineuse causée par l'IVCC aurait pour effet de réduire la distensibilité des villosités arachnoïdiennes et des veines menant au cortex (i.e. réduire la distensibilité de l'ESA). En retour, ceci réduirait la capacité de l'ESA à « absorber » l'augmentation de volume du LCR intra-crânien lorsque le LCR reflue dans le crâne.

• Parce que la distensibilité de l'ESA est réduite et que le LCR est inerte, le LCR doit trouver une route alternative, ce qui signifie que le LCR déplacé remonte l'AoS, augmentant ainsi la pulsabilité aqueductale.

Magnano C, et al. Magnetic Resonance Imaging. 2012; 36; 825-834;

Le flux du LCR dans l'aqueduc de Sylvius

• Zamboni et al (2009) ont trouvé que chez les patients atteints de SP, durant le diastole, le flux rétrograde du LCR qui reculait vers le troisième ventricule était approximativement 2 fois plus important (i.e. 37,13mm3/pulsation) que celui des contrôles sains (i.e. 19,30 mm3/pulsation).

• En comparaison, durant le systole, le déplacement vers la direction opposée était à peu près identique dans les deux cohortes. (i.e. approx. 32 mm3/pulsation)

• Ceci suggère que le flux global de LCR est négligeable chez les patients atteints de SP.

CSF

Arterial Blood

Towards spine

Towards brain

Source: Zamboni P, et al. FN. 2009; 24; 107-112Naish JH, et al. MRM. 2006; 56; 509-516.

IVCC chez les individus en santé

Augmentation de la pulsabilité du LCR dans l'AoS

Beggs CB, et al. The impact of chronic cerebrospinal venous insufficiency on intracranial physiology in healthy individuals . In: 3rd Annual meeting of the International Society for Neurovascular Disease. Krakow, Poland; 2013.

Tableau 2. Caractéristiques IRM chez les individus en santé

On a utilisé, pour tester les différences entre les groupes, le U-test de Mann-Whitney

On a utilisé, pour tester les différences entre les groupes, le U-test de Mann-Whitney

Angioplastie veineuse et pulsabilité du LCR

• Zivadinov et al ont démontré qu'une intervention d'angioplastie veineuse chez les patients atteints de SP et d'IVCC avait un effet normalisant sur la pulsabilité du LCR.

• Ceci renforce l'opinion que la SP est caractérisée par une faible hypertension veineuse.

Avant le traitement

Après le traitement

Zivadinov R, et al. JVIR. 2013; 24; 107-112

Hypertension veineuse et pulsabilité du LCR

• Une augmentation de la pulsabilité du LCR aqueductal semble être un phénomène biomécanique générique associé à une distensibilité intra-crânienne réduite induite par une hypertension veineuse.

• Cette opinion est renforcée par le fait que plusieurs chercheurs ont observé une pulsabilité du LCR aqueductal augmenté chez les patients qui ont une hydrocéphalie à pression normale.

• En particulier, l'hypertension veineuse semble associée à une augmentation positive nette du flux du LCR vers les ventricules.

• Est-ce que l'augmentation de la pulsabilité du LCR est associée au reflux ventriculaire à travers le mur épendymal et jusqu'au parenchyme cérébral?

Régions périventriculaires

• Chez les patients atteints de SP, les lésions se forment fréquemment loin dans le cerveau, dans la matière blanche, dans la région adjacente aux ventricules latéraux.

• Ces lésions forment un modèle caractéristique (connu sous le nom de Doigts de Dawson) qui suit l'axe des veines périventriculaires.

Les lésions périventriculaires dans la SP

• Les lésions de la SP se forment fréquemment autour des veines périventriculaires près des cornes des ventricules latéraux dans les deux hémisphères.

• Ceci nous permet de croire que des facteurs hémodynamiques influencent la formation des lésions périventriculaires.

• Schlesinger, en 1939, a introduit une solution de gélatine-carmine chaude, sous haute pression, dans les veines de Galen de cerveaux humains. Il a trouvé que des extravasations, ressemblant à des plaques de SP, s'étaient produites dans la région de l'angle des ventricules latéraux.

Lésions

Veines cérébrales internes

Emplacement physique : Maladie de Binswanger

• Altérations de la matière blanche et lésions périventriculaires observées chez un homme de 82 ans présentant une perte de mémoire et une lente progression de difficultés cognitives.

• La maladie de Binswanger est associée à la leucoaraiose, qui se caractérise par le rétrécissement des veines périventriculaires.

Questions importantes

• Qu'est-ce qui est si spécial au sujet de la région périventriculaire et qui la rends vulnérable aux dommages pathologiques?

• Y aurait-il des facteurs génériques impliqués et qui influenceraient la pathophysiologie de plusieurs maladies neurologiques?

Reflux ventriculaire

• Les cellules dans le mur épendymal n'ont pas de jonctions étanches. • Des études sur les animaux ont démontré que le LCR peut assez facilement

passer à travers le mur épendymal pour se rendre dans le parenchyme cérébral.• On croit que le reflux ventriculaire est associé à l'hydrocéphalie à pression

normale, entraînant un œdème dans la matière blanche périventriculaire.• Adams et al ont trouvé que la formation de lésions périventriculaires est associée à

une épendymite granulaire (accroissement de la permabilité épendymale) chez les patients atteints de SP, suggérant ainsi que le reflux ventriculaire pourrait être impliqué dans la formation des lésions de SP.

CWM Adams et al. Neuropathology and Applied Neurobiology 1987,13, 141-152

Impact du reflux ventriculaire

• L'impact du reflux ventriculaire n'est pas bien connu.• L’œdème de la matière blanche semble altérer la

composition chimique du fluide interstitiel dans la région périventriculaire.

Reflux ventriculaire dans la SP• Magnano et al (1) ont trouvé que les volumes de lésions en T1 et T2

avaient une corrélation positive (p=0,001 et p=0,01, respectivement) avec un flux positif net (FPN) aqueductal chez les patients atteints de SP, suggérant qu'une résorption du LCR à travers le mur épendymal soit aussi partie prenante de cette maladie.

• Cette opinion est renforcée par Beggs et al (2) qui ont trouvé que l'IVCC montre une corrélation positive avec un FPN (p=0,0009) et le volume de lésion T2 (p=0,007) chez les individus en santé.

• Qui plus est, Magnano et al (1) ont trouvé que NLVV (Normalized left ventricule volume ou net left ventricule volume, ndt) avait une corrélation positive (p=0,001) avec un FPN aqueductal chez les patients atteints de SP, une découverte qui suggère que les biomécaniques reliées au LCR pourraient jouer un rôle dans l'élargissement ventriculaire de la SP.

[1] Magnano C, et al. Magnetic Resonance Imaging. 2012; 36; 825-834; and [2] Beggs CB, et al. 3rd Annual meeting of the International Society for Neurovascular Disease. Krakow, Poland; 2013.

Gradient de pression

• En station debout, la pression dans les veines périventriculaires est sous-atmosphérique (moins de 10mmHg).

• En station debout, la pression du LCR dans les ventricules latéraux est de 5-10 mmHg).

• Si les veines périventriculaires devenaient perméables (comme il a été observé dans la SP), alors le fort gradient de pression tendrait à tirer le LCR vers les veines.

• Ce processus serait consistant avec la morphologie spatiale observée dans les lésions périventriculaires de la SP, qui sont veinocentriques. Ventricules

latéraux

Veines périventriculaires

Disposition spatiale des lésions• Les lésions de la Sp dans la matière blanche

prennent souvent la forme des « Doigts de Dawson », s'étendant du mur épendymal jusqu'aux veines périventriculaires.

• La disposition spatiale des lésions en forme de Doigts de Dawson est évocatrice du flux des fluides.

• Considérant que le parenchyme cérébral est effectivement un gel perfusé avec des fluides, ceci suggère que le flux normal des fluides (i.e. LCR, fluide interstitiel et sang) dans cette région a été perturbé.

• Si les veines périventriculaires devenaient perméables (comme observé dans la Sp) ceci pourrait altérer le comportement du transport des fluides dans cette région.

Ventricules latéraux

•Veines périventriculaires

SP et Perte de veines cérébrales

Contrôle Sec. progressifPoussée rémission

•La SP est associée avec une réduction marquée du volume des veines cérébrales (VV).

• VV (pour les veines de différents diamètres) : HC (sujets sains) = 82,9ml; SP = 66,9ml; Réduction = 19,3%; p<0.0001

•VV (pour les veines <0,3mm) : HC = 53,8 ml; SP = 45,0 ml; Réduction = 16,4%; p<0.0001 (Fortement associé à l'IVCC (p<0,003))

Source: Zivadinov R, et al. BMC Neurology 2011, 11:128

Conclusions• L'IVCC est un réel phénomène physiologique, qui implique une

légère hypertension (<5mmHg) dans les sinus duraux.

• L'hypertension veineuse dans les sinus duraux empêche l'absorption du LCR à travers les villosités arachnoïdiennes et réduit le flux global du LCR.

• L'hypertension veineuse dans les sinus duraux réduit la

distensibilité intracrânienne, menant à une pulsabilité augmentée du LCR dans l'Aqueduc de Sylvius.

• Une augmentation de la pulsabilité du LCR peut être associée à un reflux ventriculaire plus important à travers le mur épendymal et dans le parenchyme cérébral.