Suggestions for the Construction of a Flow-Reducing Device in the Treatment of Hydrocephalic Children, Based on Clinical and Experimental Results

Abstract

A few hydrocephalic children originally shunted for progressive hydrocephalus become shunt-independent later on (5). The most important mechanisms resulting in shunt independence are, on the one hand, induced by growth, and, on the other hand, the gradually diminishing function and, finally, occlusion of the vascular catheter. With a flow-reducing device it should be possible to imitate this mechanism, resulting in appropriate cases in shunt independence within a predictable time. Instead of by growth, the reduction of flow and finally, the occlusion, could be achieved in such a device by the normal CSF contents.

In preliminary examinations we studied retrospectively the behaviour of soft tissue in 9 proximal and distal obstructions of different derivation systems, as well as the influence of the shunt parts on the CSF content of cells and proteins. Soft tissues always lead to an obstruction by the ependyma or by a fibrinous plug; however, an intraluminar invasion of cells was never found. Incubation of different parts of the shunt system with mononuclear leucocytes did not lead to a decreased survival of cells, and the amount of cells in shunted children compared to unaffected ones did not show any difference. CSF proteins in 54 hydrocephalic children are on the average similar to a normal population of the same age distribution (3, 4). Experimental work on 22 different membrane types is presented in respect of their technical aspects and laboratory findings. Membranes with a pore diameter from 0.05 to 10 µm were perfused in a sterile unit at constant temperature with artificial CSF of 20 times augmented concentration in proteins (8). The mean time of pressure increase above 200 mm H₂O was seen after a perfusion of 1400 ml which is equal to 1 year under the condition of a continuously high shunt-dependency.

The construction of a flow-reducing device which occludes increasingly by agglomeration of CSF proteins in a predictable time is, therefore, possible. A pore size of 10-20 µm seems to be appropriate for this purpose. The laboratory work as well as the design of the flow-reducing device are presented.

Zusammenfassung

Einige der Kinder, welche wegen eines progressiven Hydrozephalus initial geshuntet wurden, entwickelten nach Jahren eine Shuntunabhängigkeit (5). Wichtigste Mechanismen, welche dazu führen, sind sicherlich einesteils begründet im Wachstum des Kindes, zum anderen in einer langsam sich verschlechternden Funktion und schließlich im Verschluß des Ableitungssystemes. Mit einem Flow-Reducing-Device soll dieser Mechanismus nachgeahmt werden, und bei geeigneten Fällen sollte in einer voraussehbaren Zeit eine Shuntunabhängigkeit erreicht werden können. Statt daß nur durch das Wachstum eine Reduktion des drainagepflichtigen Volumens erfolgt, wird beim Flow-Reducing-Device dieser Mechanismus mit Hilfe liquorinhärenter Partikel unterstützt resp. in Zeitraffung erreicht.

.Im Sinne präliminarer Abklärung untersuchten wir bei 9 proximalen und distalen Obstruktionen in einzelnen Shuntteilen histologisch das Verhalten der verschiedenen Gewebe. Auch der Einfluß der entsprechenden Shuntkompartimente auf den Liquor sowohl in zellulärer wie makromolekularer Basis wurde untersucht. Diese beiden Untersuchungen zeigten, daß eine Obstruktion sowohl durch Ependym- wie durch Fibrinpfropfen erfolgen kann, daß jedoch eine intraluminale Invasion von Zellen nicht nachgewiesen werden konnte. Auch die Inkubation von verschiedenen Shuntanteilen mit mononukleären Leukozyten führte weder zu einem Ansteigen noch zu einem vermehrten Absterben der überlebenden Zellen. Insgesamt ist der Zellgehalt bei geshunteten und gesunden Kindern gleich. Wir untersuchten die einzelnen Proteinfraktionen bei 54 hydrozephaluskranken Kindern und fanden, wenn auch mit einer etwas größeren Streubreite, identische Verhältnisse wie bei nichthydrozephaluskranken Kindern (3, 4). Die laborexperimentelle Arbeit betraf 22 verschiedene Filtertypen, wobei technische Aspekte im einzelnen besprochen sind. In einer sterilen Einheit und unter konstanten Temperaturen wurden diese Membranen mit einem Porendurchmesser von 0,05 bis 10 µm mit artifiziellem Liquor von 20facher Eiweißkonzentration perfundiert (8). Die mittlere Dauer bis zum Druckanstieg über 200 mm H₂O fand sich nach einer Perfusion von 1400 ml, was rund 1 Jahr unter normalen Bedingungen bei einem höchst drainagepflichtigen Kind entspricht.

Damit scheint die Konstruktion eines Flow-Reducing-Devices, welches progressiv durch Aggregation von liquoreigenen Proteinen in einer vorhersehbaren Zeit zu einer Obstruktion fuhrt, möglich. Es scheint, daß dazu eine Porengröße von 10-20 µm am ehesten geeignet ist. Sowohl die Laboruntersuchungen wie auch die Konstruktion des Flow-Reducing-Devices werden vorgestellt.

Key words

Shunt obstruction - Flow-reducing device - CSF protein, hydrocephalus - Shunt independency - CSF cell reactions in hydrocephalus

Schlüsselwörter

Shuntsystem, Obstruktion - Flow-Reducing-Device - Hydrozephalus - Liquorproteine - Shuntunabhängigkeit - Zellverhalten im Liquor