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 méthode scientifique 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 Dynamique des fluides La littérature actuelle

4 Intro à la physique de la dynamique des fluides – déplacement des impulsions dans un tube Superposition de la pressionOndes de pression stationnaires Hypertension localisée À chaque impulsion

5 Une période d'impulsion From Heart Toward Heart 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) Pgrad circulation Pgrad circulation 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

Somme de la pression directionnelle et des retours d’impulsions = hypertension veinulaire valve bloquée veinule fin Distance de la valve bloquée (cm) somme Hypertension veinulaire 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: hypertension & lésions Onde de pression stationnaire et l'hypertension veinulaire Node valve bloquée veinule fin Distance de la valve bloquée (cm)

8 Changement de pression dans le lit capillaires – VJI non obstruée VJI obstruée P out augmente Circulation sanguine diminue P in est constante lit capillaire Venules Arterioles artère cérébrale jugulaire interne Vein 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 secondaire Notez 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 Sexe Veines féminines conformes moins et par conséquent, plus l'hypertension Soleil / vitamine D La carence en vitamine D réduit la conformité de la veine et augmente l'hypertension Vieillissement Réduit la conformité de la veine et augmente l'hypertension Fumeur Altère l'endothélium, réduit la conformité de la veine et augmente l'hypertension Epstein-Barr Affaiblit l'endothélium Génétique Malformation des veines & la BHE est plus susceptible aux pasages leucocytaires IJV Veinules Encombrement Cause de l'hypertension veinulaire Hypertension veinulaire Provoque l’hypoxie Hypoxia Réduit la conformité de la veine Augmente l'adhérence des leucocytes Augmente la perméabilité endothéliale Augmente la mort des cellules endothéliales Favorise 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, forces résoudre 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?