Electromagnetic flowmeter study of carotid and vertebral blood flow during intracranial hypertension

Conclusions and summary

• 1. In acute intracranial hypertension produced by localised masses in the supratentorial space, carotid and vertebral flow are influenced by complex anatomical, hemodynamic and metabolic factors. The most important factors are: the site of the mass which influences different pressure gradients, the mean blood pressure and the a-v pressure difference. The height of the intracranial pressure itself seems less important. No threshold was found for a level of intracranial pressure at which cerebral blood flow decreased. There was also no threshold for a-v pressure difference.

• 2. The rise in blood pressure during acute intracranial hypertension seems to be dependent on pressure gradients developed between different intracranial cavities rather than due to diffuse ischemia of the medulla. It is postulated that the factor responsible for the rise in blood pressure during intracranial hypertension is distortion of the brain stem.

Zusammenfassung

Mit elektromagnetischen Strömungsmessern wurde der Blutdurchfluß während akuter intrakranieller Drucksteigerung in den freigelegten Aa. carotides und vertebrales von Affen gemessen. Gleichzeitig wurden die Druckwerte in den einzelnen Schädelhöhlen, Blutdruck, CO₂-Konzentration in der Atmungsluft und Atembewegungen registriert. Ein lokalisierter raumfordernder Prozeß führt zu verschiedenen Druckwerten in den einzelnen intrakraniellen Abschnitten. Während der Aufblähung eines supratentoriellen Ballons besteht in der Regel ein Druckgefälle im Subduralraum von der ipsi- zur kontralateralen Großhirnhemisphäre und vom supra- zum infratentoriellen Raum, während bei einem infratentoriellen raumfordernden Prozeß der Druck über beiden Großhirnhemisphären gleichmäßiger ansteigt. Entsprechend den verschiedenen arteriovenösen Druckdifferenzen in den einzelnen Hirnabschnitten ist auch der Blutdruckfluß in den großen Hirnarterien verschienden. Die arteriovenösen Druckdifferenzen werden durch Lage und Ausdehnung des raumfordernden Prozesses mitbeeinflußt. Durch eine Verlagerung der Hirnsubstanz wird eine zusätzliche Drosselung der Hirndurchblutung infolge Abklemmung von Brückenvenen verursacht, die bei gleichmäßiger Druckerhöhung ohne Massenverschiebung weniger ins Gewicht fällt. Die experimentellen Resultate deuten darauf hin, daß die für die Größe der Hirndurchblutung wichtige Blutdruckerhöhung während akuter Hirndrucksteigerung eher eine Folge axialer Hirnstammtorsionen als einer allgemeinen Ischämie im infratentoriellen Raum ist. Außerdem spielen Stoffwechselfaktoren, namentlich die Anreicherung von CO₂ während Atemstörungen, eine Rolle. Die Hirndurchblutung während akuter intrakranieller Drucksteigerungen durch einen lokalisierten raumfordernden Prozeß wird deshalb nicht durch einen einzelnen Faktor allein, sondern durch das Zusammenspiel verschiedener anatomischer, hämodynamischer und metabolischer Faktoren bestimmt. Bei fehlender Massenverschiebung ist die Korrelation zwischen Blutdruck, resp. arteriovenöser Druckdifferenz und Hirndurchblutung deshalb wesentlich besser als beim Vorliegen von Massenverschiebungen.

Résumé

On a mesuré le flux sanguin lors d'une augmentation aiguë de la tension intracrânienne au moyen d'un appareil électromagnétique (flow meter) dans les carotides et artères vertébrales de singes. Simultanément on a enregistré les tensions dans les différentes cavités crâniennes, la tension artérielle, la concentration du CO₂ dans l'air respiré et les mouvements respiratoires. Lors du gonflement d'un ballon supratentoriel on trouve en général une chute de tension dans l'espace sous-dural entre l'hémisphère ipsilatérale et la contralatérale, ou entre l'espace supra-tentoriel et infratentoriel. Un processus infratentoriel augmente la tension au-dessus des deux hémisphères d'une façon plus régulière. La variation du flux sanguin dans les grandes artères cérébrales correspond aux différentes variations de tension artérioveineuses. Celles-ci sont entre autre influencées par la localisation et l'ampleur de la tumeur. Un déplacement de substance cérébrale accentue la diminution du flux sanguin par un rétrécissement des veines cérébrales. Ce phénomène est moins net lors d'une augmentation régulière de la tension sans déplacement de masse cérébrale. Les résultats des expériences démontrent les faits suivants: s'il y a une augmentation aigüe de la tension intracrânienne, la torsion axiale du tronc cérébral est bien importante pour l'élévation de la tension artérielle (déterminant le flux sanguin), qu'une ischémie générale de l'espace infratentoriel. Des facteurs métaboliques, surtout l'augmentation du CO₂ lors de troubles respiratoires, ont également une certaine influence. Dans l'accroissement aigu de la tension intracrânienne par une tumeur circonscrite, le flux sanguin cérébral n'est donc pas déterminé par un seul facteur, mais par une combinaison de différents éléments anatomiques, hémodynamiques et métaboliques. C'est pourquoi la corrélation entre tension artérielle et flux sanguin cérébral est nettement meilleure, lorsqu'il n'y a pas de déplacement de substance cérébrale.

Riassunto

• 1. Nell'ipertensione endocranica prodotta da lesioni acute a carattere espansivo localizzate nello spazio sopratentoriale, la circolazione carotidea e vertebrale é influenzata da complessi fattori anatomici, emodinamici e metabolici.

  I fattori piu' importanti risultano essere: la localizzazione della lesione espansiva (di per se stessa capace di condizionare differenti gradienti pressori) la tensione arteriosa media e la differenza artero-venosa.

  L'entità della tensione endocranica non sembra, da sola, rivestire eccessiva importanza. Non si é potuto infatti stabilire un vero e proprio valore-soglia a livello del quale la circolazione cerebrale risulta diminuita; analogamente non é stato possibile determinare alcuna soglia per la differenza artero-venosa.

• 2. L'aumento della pressione sanguigna verificabile nel corso della ipertensione endocranica acuta sembra dipendere maggiormente dai gradienti pressori che vengono a stabilirsi tra le diverse cavità cerebrali piuttosto che da fenomeni ischemici diffusi della midolla.

  Si avanza l'ipotesi che il fattore determinante nell'aumento della pressione ematica nel quadro della ipertensione endocranica acuta sia piuttosto de ricercare in una distorsione del tronco encefalico.