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Erschienen in: Child's Nervous System 2/2018

09.11.2017 | Original Paper

The Liebau phenomenon: a translational approach to new paradigms of CSF circulation and related flow disturbances

verfasst von: Pierluigi Longatti

Erschienen in: Child's Nervous System | Ausgabe 2/2018

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Abstract

Purpose

The aim of the study is to provide a comparison between Liebau’s effect, underlying the working principles of impedance pumps, and the cerebrospinal fluid (CSF) circulation.

Methods

Gerhard Liebau was a cardiologist with a specific interest in severe aortic regurgitation. Such interest drew his scientific attention to the flow-driven efficiency of valveless pumps. During one of his experiments, he assembled two rubber tubes of different sizes and documented how water could be aspirated against gravity when the tube of larger diameter underwent rhythmic compression. He subsequently tested an elastic tube connected to glass pipes of the same size on both ends, immersed in a water bucket. When the elastic tube was periodically pumped with a finger, a net flow could be observed in both directions; depending on the pumping site on the elastic tube, the flow was directed towards the most closely connected glass tube. The principles of a hydraulic system of different elasticity and compliance were also recently applied to the physiology and fluid dynamics of embryonic hearts.

Results

Impedance pumps and the CSF dynamics model are both valveless systems and can both be activated by the effects of the cardiac cycle. The novel hydraulic model of impedance pumps was the foundation for the development of modern valveless micropumps and contributes to explain how the embryonic valveless tubular heart is capable of generating blood flow.

Conclusions

Liebau’s effect and the mechanism of impedance pumps can enlighten some of the aspects of CSF dynamics and related flow disturbances.
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Bringley TT, Childress S, Vandenberghe N, Zhang J (2008) An experimental investigation and a simple model of a valveless pump. Phys Fluids 20(3):033602–033606CrossRef Bringley TT, Childress S, Vandenberghe N, Zhang J (2008) An experimental investigation and a simple model of a valveless pump. Phys Fluids 20(3):033602–033606CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Cheng C-H, Yang A-S, Chih JL, Wei-Jui H (2017) Characteristic studies of a novel piezoelectric impedance micropump. Microsyst Technol 23(6):1709–1717CrossRef Cheng C-H, Yang A-S, Chih JL, Wei-Jui H (2017) Characteristic studies of a novel piezoelectric impedance micropump. Microsyst Technol 23(6):1709–1717CrossRef
3.
Zurück zum Zitat Dichiro G, Reames PM, Matthews WB (1964) RISA-ventriculography and RISAcisternography. Neurology 14:185–191CrossRefPubMed Dichiro G, Reames PM, Matthews WB (1964) RISA-ventriculography and RISAcisternography. Neurology 14:185–191CrossRefPubMed
4.
Zurück zum Zitat Di Rocco C, Di Trapani G, Pettorossi VE, Caldarelli M (1979) On the pathology of experimental hydrocephalus induced by artificial increase in endoventricular CSF pulse pressure. Childs Brain 5(2):81–95PubMed Di Rocco C, Di Trapani G, Pettorossi VE, Caldarelli M (1979) On the pathology of experimental hydrocephalus induced by artificial increase in endoventricular CSF pulse pressure. Childs Brain 5(2):81–95PubMed
5.
Zurück zum Zitat Egnor M, Zheng L, Rosiello A, Gutman F, Davis R (2002) A model of pulsations in communicating hydrocephalus. Pediatr Neurosurg 36(6):281–303CrossRefPubMed Egnor M, Zheng L, Rosiello A, Gutman F, Davis R (2002) A model of pulsations in communicating hydrocephalus. Pediatr Neurosurg 36(6):281–303CrossRefPubMed
6.
Zurück zum Zitat Enzmann DR, Norman D, Price DC, Newton TH (1979) Metrizamide and radionuclide cisternography in communicating hydrocephalus. Radiology 130(3):681–686CrossRefPubMed Enzmann DR, Norman D, Price DC, Newton TH (1979) Metrizamide and radionuclide cisternography in communicating hydrocephalus. Radiology 130(3):681–686CrossRefPubMed
7.
Zurück zum Zitat Forouhar AS, Liebling M, Hickerson A, NasiraeiMoghaddam A, Tsai HJ, Hove JR, Fraser SE, Dickinson ME, Gharib M (2006) The embryonic vertebrate heart tube is a dynamic suction pump. Science 312:751–753CrossRefPubMed Forouhar AS, Liebling M, Hickerson A, NasiraeiMoghaddam A, Tsai HJ, Hove JR, Fraser SE, Dickinson ME, Gharib M (2006) The embryonic vertebrate heart tube is a dynamic suction pump. Science 312:751–753CrossRefPubMed
8.
Zurück zum Zitat Gangemi M, Maiuri F, Buonamassa S, Colella G, de Divitiis E (2004) Endoscopic third ventriculostomy in idiopathic normal pressure hydrocephalus. Neurosurgery 55(1):129–134CrossRefPubMed Gangemi M, Maiuri F, Buonamassa S, Colella G, de Divitiis E (2004) Endoscopic third ventriculostomy in idiopathic normal pressure hydrocephalus. Neurosurgery 55(1):129–134CrossRefPubMed
9.
Zurück zum Zitat Greitz D (2004) Radiological assessment of hydrocephalus: new theories and implications for therapy. Neurosurg Rev 27:145–165PubMed Greitz D (2004) Radiological assessment of hydrocephalus: new theories and implications for therapy. Neurosurg Rev 27:145–165PubMed
10.
Zurück zum Zitat Greitz D (2007) Paradigm shift in hydrocephalus research in legacy of Dandy’s pioneering work: rationale for third ventriculostomy in communicating hydrocephalus. Childs Nerv Syst 23(5):487–489CrossRefPubMedPubMedCentral Greitz D (2007) Paradigm shift in hydrocephalus research in legacy of Dandy’s pioneering work: rationale for third ventriculostomy in communicating hydrocephalus. Childs Nerv Syst 23(5):487–489CrossRefPubMedPubMedCentral
11.
Zurück zum Zitat Kim DS, Choi JU, Huh R, Yun PH, Kim DI (1999) Quantitative assessment of cerebrospinal fluid hydrodynamics using a phase-contrast cine MR image in hydrocephalus. Childs Nerv Syst 15:461–467CrossRefPubMed Kim DS, Choi JU, Huh R, Yun PH, Kim DI (1999) Quantitative assessment of cerebrospinal fluid hydrodynamics using a phase-contrast cine MR image in hydrocephalus. Childs Nerv Syst 15:461–467CrossRefPubMed
12.
Zurück zum Zitat Lee VCC, Abakr YA, Woo KC (2013) Valveless pumping using a twostage impedance pump. Front Mech Eng 8(3):311–318CrossRef Lee VCC, Abakr YA, Woo KC (2013) Valveless pumping using a twostage impedance pump. Front Mech Eng 8(3):311–318CrossRef
13.
Zurück zum Zitat Liebau G (1954) Über ein ventilloses pumpprinzip. Naturwissenschaften 41(14):327–328CrossRef Liebau G (1954) Über ein ventilloses pumpprinzip. Naturwissenschaften 41(14):327–328CrossRef
14.
Zurück zum Zitat Liebau G (1955) Die stromungsprinzipien des herzens. Zietschrift für Kreislauf-forschung 44:677–684 Liebau G (1955) Die stromungsprinzipien des herzens. Zietschrift für Kreislauf-forschung 44:677–684
15.
Zurück zum Zitat Louveau A, Smirnov I, Keyes TJ, Eccles JD, Rouhani SJ, Peske JD, Derecki NC, Castle D, Mandell JW, Lee KS, Harris TH, Kipnis J (2015) Structural and functional features of central nervous system lymphatic vessels. Nature 523(7560):337–341CrossRefPubMedPubMedCentral Louveau A, Smirnov I, Keyes TJ, Eccles JD, Rouhani SJ, Peske JD, Derecki NC, Castle D, Mandell JW, Lee KS, Harris TH, Kipnis J (2015) Structural and functional features of central nervous system lymphatic vessels. Nature 523(7560):337–341CrossRefPubMedPubMedCentral
16.
Zurück zum Zitat Manner J, Wessel A, Yelbuz TM (2010) How does the tubular embryonic heart work? Looking for the physical mechanism generating unidirectional blood flow in the valveless embryonic heart tube. Dev Dyn 239(4):1035–1046CrossRefPubMed Manner J, Wessel A, Yelbuz TM (2010) How does the tubular embryonic heart work? Looking for the physical mechanism generating unidirectional blood flow in the valveless embryonic heart tube. Dev Dyn 239(4):1035–1046CrossRefPubMed
17.
Zurück zum Zitat Moser M, Huang JW, Schwarz GS, Kenner T, Noordergraaf A (1998) Impedance defined flow: generalization of William Harvey’s concept of the circulation 370 years later. International Journal of Cardiovascular Medicine and Science 1(3/4):205–211 Moser M, Huang JW, Schwarz GS, Kenner T, Noordergraaf A (1998) Impedance defined flow: generalization of William Harvey’s concept of the circulation 370 years later. International Journal of Cardiovascular Medicine and Science 1(3/4):205–211
18.
Zurück zum Zitat Penn RD, Basati S, Sweetman B, Guo X, Linninger A (2011) Ventricle wall movements and cerebrospinal fluid flow in hydrocephalus. J Neurosurg 115(1):159–164CrossRefPubMed Penn RD, Basati S, Sweetman B, Guo X, Linninger A (2011) Ventricle wall movements and cerebrospinal fluid flow in hydrocephalus. J Neurosurg 115(1):159–164CrossRefPubMed
19.
Zurück zum Zitat Rinderknecht D, Hickerson AI, Gharib M (2005) A valveless micro impedance pump driven by electromagnetic actuation. J Micromech Microeng 15:861–866CrossRef Rinderknecht D, Hickerson AI, Gharib M (2005) A valveless micro impedance pump driven by electromagnetic actuation. J Micromech Microeng 15:861–866CrossRef
20.
Zurück zum Zitat Timmermann S, Ottesen J T, (2009) Novel characteristics of valveless pumping. Physics of Fluids 21(5): 053601 8CrossRef Timmermann S, Ottesen J T, (2009) Novel characteristics of valveless pumping. Physics of Fluids 21(5): 053601 8CrossRef
21.
Zurück zum Zitat Ringstad G, Emblem KE, Eide PK (2016) Phase-contrast magnetic resonance imagingreveals net retrograde aqueductal flow in idiopathic normal pressure hydrocephalus. J Neurosurg 124(6):1850–1857CrossRefPubMed Ringstad G, Emblem KE, Eide PK (2016) Phase-contrast magnetic resonance imagingreveals net retrograde aqueductal flow in idiopathic normal pressure hydrocephalus. J Neurosurg 124(6):1850–1857CrossRefPubMed
Metadaten
Titel
The Liebau phenomenon: a translational approach to new paradigms of CSF circulation and related flow disturbances
verfasst von
Pierluigi Longatti
Publikationsdatum
09.11.2017
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Child's Nervous System / Ausgabe 2/2018
Print ISSN: 0256-7040
Elektronische ISSN: 1433-0350
DOI
https://doi.org/10.1007/s00381-017-3653-1

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