L'enflure est l'une des conséquences les plus dangereuses et immédiates d'une lésion cérébrale ou d'un accident vasculaire cérébral. Les médecins connaissent depuis longtemps les dangers de l'enflure, qui a traditionnellement été imputé à des vaisseaux sanguins rompus. De nouvelles recherches suggèrent que l'autre système de plomberie du cerveau, celui qui fait circuler le liquide céphalorachidien (LCR), peuvent jouer un rôle sous-estimé à la fois dans la bonne santé et dans la réponse aux blessures.
Douglas Kelley, un ingénieur en mécanique de l'Université de Rochester qui utilise la dynamique des fluides pour sonder le fonctionnement interne du cerveau, s'est associé à la neuroscientifique de Rochester Maiken Nedergaard pour démontrer le gonflement précoce immédiatement après une blessure ou un accident vasculaire cérébral ne résulte pas du sang, mais d'un afflux de LCR. Le sang afflue plus tard à travers les déchirures de la barrière hémato-encéphalique.
"Il y a tout cet autre système de transport de fluide au-delà du sang, " dit Kelley, qui a présenté le travail à la 73e réunion annuelle de la division de la dynamique des fluides de l'American Physical Society. "C'est important pour la maladie, et pour la pathologie, et c'est important pour l'administration de médicaments."
Les chercheurs avaient supposé que le LCR ne circulait qu'autour du tissu cérébral. Puis, en 2012, Le groupe de Nedergaard a publié des preuves indiquant l'existence de voies CSF à travers le cerveau. Leurs résultats suggèrent que pendant le sommeil, Le LCR s'écoule le long de ces voies glymphatiques et rince les débris cellulaires, comme les protéines bêta-amyloïde et tau qui s'accumulent et ont été liées à la maladie d'Alzheimer. Depuis, la recherche sur la dynamique des fluides du LCR est devenue son propre sous-domaine qui peut fournir de nouvelles connaissances aux biologistes et aux neuroscientifiques.
"Avoir des chiffres sur les choses vous aide à faire de meilleures prédictions, " a déclaré Kelley. " Ils nous ont laissé faire des prédictions sur la vitesse du flux, et quand le débit est plus important, et quand la diffusion est plus importante. Nous pouvons faire de meilleures prédictions maintenant que quiconque il y a trois ou quatre ans."
Saikat Mukherjee, chercheur postdoctoral à l'Université du Minnesota, Villes jumelles, ont noté que les chercheurs ne sont toujours pas d'accord sur la pénétration ou non du LCR dans les tissus cérébraux. Si ce n'est pas le cas, alors le cerveau repose principalement sur la diffusion pour éliminer les protéines toxiques. Si le LCR s'infiltre dans le tissu cérébral, même un petit peu, alors l'advection (le nettoyage de la matière par l'écoulement du fluide) pourrait aider de manière significative au nettoyage.
La différence peut être énorme. "Les protéines toxiques sont libérées du cerveau et ne restent pas là, " a déclaré Mukherjee. " Ils s'agrègent en protéines de poids moléculaire de plus en plus élevé. " Les travaux de Mukherjee suggèrent que la diffusion n'est pas aussi efficace pour éliminer les agrégats plus gros, tandis que l'advection peut éliminer les protéines de n'importe quelle taille. S'il s'avère que l'advection joue un rôle, il a dit, alors peut-être que ces connaissances pourraient être exploitées pour développer de nouveaux traitements des maladies neurodégénératives qui éliminent mieux les agrégats de protéines.
Mukherjee et ses collègues étudient actuellement les données cliniques sur l'accumulation de plaque dans le cerveau pour voir dans quelle mesure cela correspond à leurs simulations. Ils examinent également les résultats d'études portant sur la clairance des protéines toxiques pendant le cycle veille-sommeil.
Finalement, dit Mukherjee, l'utilisation de la dynamique des fluides pour étudier les points de fluides cérébraux ouvre deux voies de recherche claires. D'abord, il peut aider les neuroscientifiques à mieux comprendre comment le corps se débarrasse des débris cellulaires et ce qui se passe, d'un point de vue physique, quand ce système tombe en panne. Seconde, cela pourrait conduire à des éclaircissements sur des questions plus fondamentales sur la dynamique des fluides et les mécanismes de transport de réaction-diffusion dans le cerveau.
"Cela nous permet de regarder une nouvelle physique que personne d'autre n'a encore examinée, " a déclaré Mukherjee.
