Torsten Liem
Eine Studie von Kiviniemi et al. von 2016 zeichnet ein weitaus differenziertes Bild der LCS-Pulsationen, als gemäß bisher durchgeführten Untersuchungen angenommen wurde [16]. Den Untersuchern ist es gelungen, mittels ultraschneller Magnetresonanzenzephalographie (UFMREG) drei unterschiedliche physiologische Mechanismen darzustellen, die die Pulsation des LCS beeinflussen. Neben kardialen und respiratorischen Pulsationen konnten auch Pulse im langsamen und sehr langsamen Frequenzbereich identifiziert werden.
Mittels der UF-MREG konnten drei koexistierende physiologische Pulsationsformen mit spezifischen Fließmustern differenziert werden. Die bereits bekannten kardiovaskulären Pulsationen vermitteln ein negatives MREGSignal, ausgehend vom basalen periarteriellen Raum um den Circulus arteriosus Willisii, und breiten sich zentrifugal mit einer positiven Signaländerung in die Hirnrinde aus.
Die ateminduzierten Signalveränderungen dominieren den Kortex entlang des perivenösen Sammelsystems und zirkulieren zentripetal in Richtung Hirnzentrum. Während der Inspiration steigt und während der Exspiration sinkt der venöse Ausstrom aus dem Hirn in das venöse Niederdruck-Drainagesystem Drainagesystem. Während der Einatmung reduziert sich das Blutvolumen in den Venen, steigt im perivenösen Raum an und ermöglicht damit den glymphatischen Ausstrom aus dem interstitiellen Gewebe. Die Ausatmung kehrt diese Effekte um: Der intrathorakale Druck steigt an, die Venen weiten sich zunehmend und der perivenöse Raum schließt sich, was zu einer verminderten Drainage des glymphatischen Systems führt; somit wird weniger LCS in den perivenösen Raum drainiert. Die dritte Pulsationsart im Hirn – sehr langsame („very low frequency“, VLF) und langsame („low frequency“, LF) Wellen – wurden in früheren Untersuchungen zum Teil als Aliaseffekte (Fehler in der Signalanalyse) kardiovaskulärer Pulsationen gedeutet. In der vorliegenden Untersuchung konnten sie jedoch als echtes unabhängiges Phänomen identifiziert werden. Es herrscht wissenschaftlicher Konsens darüber, dass niederfrequente Fluktuationen im BOLD-Signal („blood oxygen level dependent“) in funktional verbundenen Hirnregionen (oder Netzwerken) durch elektrophysiologische Aktivität gekoppelt mit neurovaskulärer Aktivität entstehen.
Die detektierten quasi-periodischen Pulsationen erinnern an vasomotorische Frequenzbereiche, die theoretisch die glymphatische Konvektion des Liquors beeinflussen könnten. Da der Druck der Arterienwand die Konvektion des Liquors in das Gehirn deutlich beeinflusst, müssten langsame Wellen im vasomotorischen Tonus, z.B. durch die Kontraktilität der glatten Muskelzellen in Gefäßwänden, die glymphatische Pulsation ebenfalls beeinflussen. Vasomotorische Wellen haben zwei verschiedene Frequenzbereiche mit einem gemeinsamen Power-Peak um 0,03 Hz. Die langsamere Vasomotoraktivität <0,03 Hz steht in Verbindung mit sympathischer und parasympathischer Aktivität, während die schnellere Komponente relativ exklusiv der parasympathischen Aktivität in der autonomen Kontrolle der Hirnzirkulation zugeordnet wird.
VLF- und LF-Wellen zeigen verschiedene raumzeitliche Muster: Die LFWellen haben homogene, weitläufige periodische Muster, während die VLFWellen eher quasi-periodisch auftreten und komplexe Ruhezustand-Netzwerk- Muster, wiederholt vermischt mit großflächigen Wellen, zeigen. Die LF scheint globale einheitliche Veränderungen innerhalb des Gehirns auszulösen, bindet jedoch mehr die weiße Substanz ein als die kardiorespiratorischen Pulsationen. Die VLF-Wellen zeigen weit ausgebreitete globale Signalveränderungen, gemischt mit alternierenden Ruhezustand-Netzwerk- Mustern und spezifischen Wellen, die sich in unterschiedliche Richtungen erstrecken. Die temporalen Fluktuationen der LF- und VLF-Wellen sind in der Hirnrinde gleichmäßiger, in den basalen CSF-Gebieten („cerebrospinal fluid“) eher komplex.
Drei Pulsationstypen
Kiviniemi et al. [16] beschreiben 3 Pulsationstypen:
- Kardiovaskuläre Pulsationen: Mit 0,8–1,2 Hz sind dies die schnellsten Pulsationen. Sie induzieren eine negative Veränderung des MREGSignals in den periarteriellen Regionen, die sich zentrifugal ausbreitet und das gesamte Gehirn abdeckt.
- Respiratorische Pulsationen: Mit etwa 0,3 Hz treten sie periodisch, hauptsächlich in den perivenösen Gebieten, auf und wirken zentripetal.
- Vasomotorische Wellen: Sie stellen den langsamsten Pulsationstyp im niederfrequenten Bereich (VLF 0,001–0,023 Hz und LF 0,023–0,73 Hz) dar und zeigen einzigartige raumzeitliche Muster parasympathischen und sympathischen Ursprungs.
Klinische Relevanz
Solche Studien könnten helfen, viele spekulative kraniale Ansätze bezüglich der Palpation von Körperrhythmen mit Nähe zur Metaphysik und religiöser Glaubensannahmen zu relativieren und sie in physiologische Diskussionen zu verorten. Palpationsstudien könnten klären, ob und inwieweit die Palpation von Rhythmen am Schädel objektivierbar sind. Studien von Nelson, Sergueef und Glonek in Bezug zu Traube-Hering-Meyer-Oszillationen weisen in die richtige Richtung [17, 18].
Die sehr langsame Wellen könnten möglicherweise der Palpationserfahrung von Beckers „long tide“ entsprechen [17]. Anhand persönlicher Palpationsstudien des Autors aus dem Jahr 2015 (Palpation am Schädel an 58 Patienten für je 5 Minuten, durchgeführt ohne striktes Studiendesign) wurden Rhythmen mit Werten zwischen 1,5 und 4 Zyklen pro Minute registriert. Vielleicht entsprechen diese den langsamen vasomotorischen Wellen. Zusätzlich wurden auch weitere Rhythmen am Schädel registriert, deren Frequenz respiratorischen Pulsationen und den sehr langsamen vasomotorischen Wellen ähnelten. Möglicherweise den respiratorischen Pulsationen zugeordnete Rhythmen bei der Schädelpalpation zeigten allerdings in der persönlichen Erhebung eher eine Frequenz von durchschnittlich etwa 13 Zyklen pro Minute.
Ob diese Palpationen von rhythmischen Erscheinungen am Schädel tatsächlich respiratorischen Pulsationen und vasomotorischen Wellen entsprechen ist, spekulativ. Eine Pilotstudie ist in Planung.
[1] Bergsneider M. Evolving concepts of cerebrospinal fluid. Neurosurg Clin N Am 2001; 36: 631–638
[2] Johanson CE, Duncan JAr, Klinge PM, Brinker T, Stopa EG, Silverberg GD. Multiplicity of cerebrospinal fl uid functions: new challenges in health and disease. Cereb Fluid Res 2008; 5:10
[3] Miyajima M, Arai H. Evaluation of the Production and Absorption of Cerebrospinal Fluid. Neurol Medico-chir 2015; 55(8): 647–656
[4] Aspelund A, Antila S, Proulx ST, et al. A dural lymphatic vascular system that drains brain interstitial fl uid and macromolecules. J Exp Med 2015; 212: 991–999.
[5] Carare RO, Hawkes CA, Jeff rey M, Kalaria RN, Weller RO. Review: cerebral amyloid angiopathy, prion angiopathy, CADASIL and the spectrum of protein elimination failure angiopathies (PEFA) in neurodegenerative disease with a focus on therapy. Neuropathol Appl Neurobiol 2013; 39: 593–611
[6] Johnston M, Zakharov A, Papaiconomou C, et al. Evidence of connections between cerebrospinal fl uid and nasal lymphatic vessels in humans, non-human primates and other mammalian species. Cereb Fluid Res 2004; 1: 2–15
[7] Cserr HF, Harling-Berg CJ, Knopf PM. Drainage of brain extracellular fl uid into blood and deep cervical lymph and its immunological significance. Brain Pathol 1992; 2: 269–276
[8] Kida S, Pantazis A, Weller RO. CSF drains directly from the subarachnoid space into nasal lymphatics in the rat. Anatomy, histology and immunological signifi cance. Neuropathol Appl Neurobiol 1993; 19: 480–488
[9] Louveau A, Smirnov I, Keyes TJ, et al. Structural and functional features of central nervous system lymphatic vessels. Nature 2015; 523: 337–341.
[10] Engelhardt B, Carare RO, Bechmann I, et al. Vascular, glial, and lymphatic immune gateways of the central nervous system. Acta Neuropathol 2016; 132:317–338
[11] Hatterer E, Davoust N, Didier-Bazes et al. How to drain without lymphatics? Dendritic cells migrate from the cerebrospinal fl uid to the B-cell follicles of cervical lymph nodes. Blood 2006; 107: 806–812
[12] Hatterer E, Touret M, Belin MF, Honnorat J, Nataf S. Cerebrospinal fl uid dendritic cells infi ltrate the brain parenchyma and target the cervical lymph nodes under neuroinfl ammatory conditions. PLoS One 2008; 3: e3321
[13] Goldmann J, Kwidzinski E, Brandt C, et al. T cells traffi c from brain to cervical lymph nodes via the cribroid plate and the nasal mucosa. J Leukoc Biol 2006; 80: 797–801
[14] Kaminski M, Bechmann I, Pohland M et al. Migration of monocytes aft er intracerebral injection at entorhinal cortex lesion site. J Leukoc Biol 2012; 92: 31–39
[15] Oehmichen M, Gruninger H, Wietholter H, Gencic M. Lymphatic effl ux of intracerebrally injected cells. Acta Neuropathol 1979; 45: 61–65
[16] Kiviniemi V, Wang X, Korhonen V, Keinanen T, Tuovinen T, Autio J, LeVan P, Keilholz S, Zang YF, Hennig J, Nedergaard M. Ultra-fast magnetic resonance encephalography of physiological brain activity – Glymphatic pulsation mechanisms? J Cereb Blood Flow Metab 2016; 36 (6): 1033–1045
[17] Liem T. Kraniosakrale Osteopathie. Die Traube-Hering-Mayer-Oszillation und der kraniale rhythmische Impuls (CRI) nach Nelson, Glonek, Sergueff . Stuttgart: Haug 2010
[18] Nelson KE, Sergueef N, Glonek T. Recording the rate of the cranial rhythmic impulse. J Am Osteopath Assoc 2006; 106 (6): 337–341
[19] Yamada S. Cerebrospinal fl uid physiology: visualization of cerebrospinal fl uid dynamics using the magnetic resonance imaging Time-Spatial Inversion Pulse method. Croat Med J 2014; 55 (4): 337–346
[20] Bechter K, Schmitz B. Cerebrospinal fluid outflow along lumbar nerves and possible relevance for pain research: case report and review. Croat Med J 2014; 55 (4): 399–404
[21] Liem T Osteopathic Treatment of the Dura. In: Liem T, Tozzi P, Chila A. Fascia in the Osteopathic Field. Handspring, Edinburgh, 2017: 539- 550
[22] Kao CC. Letter to the editor: A proposed new function of the cerebrospinal fl uid. Clinical Anatomy 2015; doi: 10.1002/ca.22578
[23] Xie L, Kang H, Xu Q, et al. Sleep drives metabolite clearance from the adult brain. Science 2013; 342(6156): 373–377
[24] Liem T, Moser M. Biologische Rhythmen und ihre Bedeutung für die Osteopathie. Osteop Med 2016; 17(1): 22–26
[25] Herculano-Houzel S. Sleep it out. Science 2013; 342: 316f
[26] Hui FK. Clearing your mind: a glymphatic system? World Neurosurg 2015; 83 (5): 715–723
[27] Iliff JJ, Wang M, Lia Y, Plogg BA, Peng W, Gundersen GA, Benveniste H, Vates GE, Deane R, Goldman SA, Nagelhus EA, Nedergaard M. A paravascular pathway facilitates CSF flow through the brain parenchyma and the clearance of interstitial solutes, including amyloid β. Science Translational Med 2012; 4 (147): 147ra111
[28] Levy D, Kainz V, Burstein R, Strassman AM. Mast cell degranulation distinctly activates trigemino-cervical and lumbosacral pain pathways and elicits widespread tactile pain hypersensitivity. Brain Behav Immun 2012; 26: 311–317
[29] Agnati LF, Guidolin D, Guescini M, Genedani S, Fuxe K. Understanding wiring and volume transmission. Brain Res Rev 2010; 64: 137–159
[30] Fuxe K, Borroto-Escuela DO, Tarakanov A, Romero-Fernandez W, Manger P, Rivera A et al. Understanding the balance and integration of volume and synaptic transmission. Relevance for psychiatry. Neurol Psychiat Brain Res 2013; 19: 141–158
[31] Abbott NJ. Evidence for bulk fl ow of brain interstitial fl uid: signifi cance for physiology and pathology. Neurochem Int 2004; 45: 545–552
[32] Abbott NJ. Blood–brain barrier structure and function and the challenges for CNS drug delivery. J Inherit Metab Dis 2013; 36: 437–449
[33] Carare RO, Bernardes-Silva M, Newman TA, et al. Solutes, but not cells, drain from the brain parenchyma along basement membranes of capillaries and arteries: signifi cance for cerebral amyloid angiopathy and neuroimmunology. Neuropathol Appl Neurobiol 2008; 34: 131–144
[34] Hawkes CA, Hartig W, Kacza J, Schliebs R, Weller RO, Nicoll JA, Carare RO. Perivascular drainage of solutes is impaired in the ageing mouse brain and in the presence of cerebral amyloid angiopathy. Acta Neuropathol 2011; 121: 431–443
[35] Hawkes CA, Gentleman SM, Nicoll JA, Carare RO. Prenatal high-fat diet alters the cerebrovasculature and clearance of beta-amyloid in adult off spring. J Pathol 2015; 235: 619–631
[36] Schley D, Carare-Nnadi R, Please CP, Perry VH, Weller RO. Mechanisms to explain the reverse perivascular transport of solutes out of the brain. J Th eor Biol 2006; 238: 962–974
[37] Sharp MK, Diem AK, Weller RO, Carare RO. Peristalsis with oscillating fl ow resistance: a mechanism for periarterial clearance of amyloid beta from the brain. Ann Biomed Eng. 2016; 44(5): 1553–65
[38] Weller RO, Hawkes CA, Carare RO, Hardy J. Does the diff erence between PART and Alzheimer’s disease lie in the age-related changes in cerebral arteries that trigger the accumulation of Abeta and propagation of tau? Acta Neuropathol 2015; 129: 763–766
[39] Hughes TM, Craft S, Lopez OL. Review of the potential role of arterial stiff ness in the pathogenesis of Alzheimer’s disease. Neurodegener Dis Manag 2015; 5: 121–135
[40] Arbel-Ornath M, Hudry E, Eikermann-Haerter K et al. Interstitial fl uid drainage is impaired in ischemic stroke and Alzheimer’s disease mouse models. Acta Neuropathol 2013; 126: 353–364
