Mesure des rythmes tissulaires de la microcirculation crâniosacrée :
De l’approche manuelle ostéopathique à l’expérimentation scientifique
Y. Laval (1), Villermain-Lecolier G. (2), Billaudel P. (2)
CARACTÉRISTIQUES
Biom. Hum. et Antrhropol.1999, 17, 1-2, p. 79-84. Y. Laval. Rythmes tissulaires de la microcirculation crânio-sacrée
(1) Association de Recherche et d’Étude pour le Développement de l’Ostéopathie en Europe (A.R.E.D.O.E.) 236 rue du Fauboug St Honoré 75008 PARIS. Tél. 01.45.63.60.49 Fax. 01.45.63.61.11
(2) Laboratoire d’Automatique et de la Microélectronique - Faculté des Sciences de Reims à Moulin de la Housse. BP 1039 51687 - REIMS CEDEX 2 TE1. 03.26.05.33.89 - Fax 03.26.05.31.35. Email : Gerard VILLERMAIN-LECOLIER @ univ-reims.fr. Patrice BILLAUDEL @ univ-reims.fr
Article reçu le 21/12/98, accepté le 14/9/99
Résumé
Le dispositif présenté permet de mesurer la fréquence de micromouvements rythmiques observés au niveau de la boite crânienne. Ces mouvements, dus à la mobilité crâniosacrée et/ou à la vasomotion artériolaire n’ont jamais été mis en évidence de manière objective sur l’être humain.
Le système utilise deux capteurs plats à courants de Foucault introduits dans les oscillateurs. Leur fréquence d’oscillation est fonction de la distance entre la cible et le capteur. Le système mesure la fréquence de sortie de chaque oscillateur pendant environ 2 mn 30 s. Après filtrage numérique de ces mesures, la fréquence des micromouvements est calculée par Transformée de Fourier Rapide.
Après une série d’une centaine de mesures réalisées sur des sujets sains, il s’avère qu’un mouvement périodique d’une fréquence moyenne de 9.7 cycles par minute est détectée. L’origine de ce mouvement semble être la vasomotion artériolaire.
Mots-clés : Capteur de déplacement, bobine plate, courants de Foucault, mobilité crânio-sacrée, vasomotion.
Summary
Measurement of the rythms of the craniosacral microcirculation from osteopathic approach to scientifical experimentation
This device realizes the frequency measurement of the micro movements observed on the level of the head. These movements were never put in a prominent on the human being. The cranio-sacrum mobility and/or the arteriolar vasomotion are at the origin of these movements.
The system uses two flat eddu currents proximity sensors. They are included in oscillators whose frequencies are function of the target sensor distance. The device makes frequency measurements sets during about 2 min 30 s. After a digital filtering, the frequency of the movement is calculated by a Fast Fourier Transform.
A set of about hundred healthy subjects tests shows that a periodic micro movement of an average frequency of 9.7 cycles a minute is detected. The arteriolar vasomotion seems to be the origin of these movements.
Key words : Displacement sensor, flat coil, Eddy currents, vasomotion, craniosacral
Introduction
Dans les années 30-40 les ostéopathes américains se sont beaucoup intéressés à l’architecture osseuse du crâne humain. SUTHERLAND (1939) a tout particulièrement étudié les sutures crâniennes recensant toute une organisation de biseaux à table interne, table externe, déterminant des axes de mobilités des pièces osseuses. Il perçut de manière tactile des mouvements infimes rythmiques sur le crâne d’humains d’âges différents en relation avec des rythmes analogues au niveau du sacrum, de l’ordre de 6 à 12 cycles par minute. Dans ce modèle le moteur de cette rythmicité serait assuré par les fluctuations du liquide céphalo-rachidien se transmettant au système duremèrien et à ses attaches sur les pièces osseuses. UPLEDGER (1983) présente le container duremèrien crânio-sacré comme un système hydraulique semi ferme transmettant des variations de pression liées à des phénomènes de production et de résorption non synchrone du liquide céphalo-rachidien, ces variations de pression se transmettraient à la boite crânienne.
Quelle est la nature de cette rythmicité tissulaire ? À quel niveau pouvons nous la mesurer aujourd’hui ? C’est ce que nous nous proposons de faire dans cet article.
Revue de la littérature
Les variations de la pression intracrânienne ont toujours été au cœur des préoccupations des neurochirurgiens. LUNDBERG (1960) puis JANNY (1972) effectuent des séries d’enregistrements de la pression intra-ventriculaire et relèvent différents rythmes en plus des rythmes systoliques et respiratoires :
- les ondes B de fréquence comprise entre 1/2 et 3 cycles par minute, dont les amplitudes peuvent atteindre 30 à 40 mm Hg en relation avec des rythmes respiratoires périodiques (CHEYNE-STOKES).
- les ondes C, oscillations rythmiques d’amplitude de 20 à 25 mm Hg, de fréquence 6 à 12 cycles par minute d’origine vasomotrice. (figure 1)
Des mesures de la variation de la pression intra-osseuse ont également été effectuées par AZUMA (1964) utilisant une jauge de contrainte manométrique. Il retrouva des ondulations en rapports avec les variations systoliques, avec la respiration mais également des ondulations lentes entre 3 et 8 cycles par minute de l’ordre de 35 à 45 mm Hg (figure 2). MISRAHY (1962) utilisant une technique de polarographie mesurant l’absorption d’oxygène par l’os pariétal mit en évidence les mêmes ondulations lentes entre 3 et 8 cycles par minute.
Quelle explication peut-on donner à cette rythmicité vasculaire ? Les travaux d’INTAGLIETTA et al (1989) ont permis d’élucider ce processus.
Tout d’abord ces rythmes se produisent au niveau de la microcirculation. Le lit microcirculatoire, réseau gigantesque à l’échelle du micron, possède ses propres lois d’écoulement :
- La vitesse de perfusion est lente et il est nécessaire de cisailler les hématies afin de passer les microcapillaires.
La vasomotion permet cela ; c’est la vasomotricité spontanée dans le réseau capillaire, caractérisée par des ondes vasomotrices de contraction et de relaxation. On retrouve plusieurs types de rythmes selon la taille des vaisseaux : COLLANTUONI (1985)
- Les artérioles terminales de plus petit diamètre (7,50 + ou moins 1,16 micron) ont des fréquences entre 5 et 20 cycles par minute avec une amplitude de 60 % à 100 % du diamètre moyen.
- Les artérioles de diamètre de 10 microns et 20 microns ont des fréquences intermédiaires et des amplitudes de 50% à 100 % et de 15 à 50 % respectivement du diamètre moyen.
- Les plus grosses artérioles transverses ont les fréquences les plus basses de 0,3 à 3 cycles par minute avec une amplitude de variation comprise entre 5 % et 20 %.
Aux bifurcations artériolaires, on retrouve des cellules "pacemakers" déclenchant cette rythmicité répondant à des stimuli métaboliques, humoraux, myogéniques, adrénergiques et cholinergiques.
Cette vasomotion se produit dans tous les tissus, peau, muscles, organes INTRAGLIETTA et al. (1989), Os AZUMA (1964).
HUNDLEY (1988) retrouve cette vasomotion au niveau cérébral et piemérien : 0,5à 9 cycles par minute, DIRNAGL (1989) également, 0,5 a 8 cycles par minute.
Matériel et méthodes
Matériel et méthodes
Les conditions de mesure sont difficiles puisque d’une part l’amplitude du mouvement est présumée faible, le bruit est important et d’autre part la mesure doit être non invasive et la moins contraignante possible pour le sujet.
Le capteur plat à courants de Foucault est bien adapté à ce problème. Il permet en effet d’effectuer la mesure à distance, il est donc non invasif et non contraignant pour le sujet. Il a été développé par le Laboratoire d’Automatique et de Micro-Electronique, BILLAUDEL (1990). PIRE (1992), PERRIN (1995).
Il s’agit d’une spirale gravée sur un support circuit imprimé simple ou double face, dans laquelle circule un courant haute fréquence. Elle produit alors un champ électromagnétique variable dans l’espace environnant. Tout objet métallique placé à proximité est le siège de. courants de Foucault.
Lorsque le capteur est placé dans le circuit de réaction d’un oscillateur, l’approche de la cible métallique provoque une modification de la fréquence de l’oscillateur.
La variation de distance de la cible par rapport au capteur entraîne donc une variation de fréquence de l’oscillateur qui va pouvoir être mesurée.
Le système d’acquisition est bâti autour d’un microprocesseur. Il utilise un circuit compteur programmable réalisant la mesure de fréquence. Il effectue des séries de mesures de fréquence distantes dans le temps de 250 ms. La précision de ces mesures est de 200 Hz.
Le système de traitement est un micro ordinateur. Il est connecté au système d’acquisition par une liaison série. Il est programmé pour effectuer le rangement des résultats de mesure, et pour réaliser leur traitement numérique.
La mesure est perturbée par les phénomènes périodiques physiologiques et les phénomènes non- périodiques que sont les mouvements du sujet et la dérive de l’oscillateur. Ces phénomènes parasites sont éliminés par filtrage numérique passe bande centré sur la fréquence du mouvement recherché.
Description du dispositif
La cible placée en regard du capteur doit être métallique. Cette cible doit être placée sur le crâne du patient et doit en épouser parfaitement la forme. Nous utilisons une feuille de papier aluminium, d’environ 5 cm sur 5, que nous appliquons sur le front du patient à l’aide d’une colle blanche.
Le capteur est monté sur un support muni d’une rotule. La distance entre le capteur et la cible doit être la plus faible possible, mais sans aucun contact. Il faut laisser une certaine marge afin de compenser les mouvements possibles du patient. L’expérience montre que la distance idéale est de l’ordre de 3 à 4 millimètres.
L’enregistrement se fait sur une durée de 2 minutes 30 secondes, temps nécessaire pour collecter un nombre suffisant de mesures soit 562.
Il s’est avéré d’après les premiers tests que la fréquence respiratoire est dans la même plage que la fréquence recherchée, elle oscille entre 12 et 30 cycles respiratoires par minute au repos selon les sujets. Elle sera donc difficilement éliminée par filtrage direct. Pour pallier cet inconvénient et après avoir eu recours dans un premier temps à des respirations métronomées rapides non satisfaisantes sur le plan expérimental, un dispositif de doubles mesures a été mis en place :
- en plus du premier capteur situé en regard du frontal du sujet, un deuxième capteur a été placé en regard de la clavicule droite du sujet, zone ou l’amplitude des mouvements respiratoires est très importante.
La figure 3 présente ces différents spectres enregistrés en même temps sur un sujet et un troisième spectre de soustraction pondérée.
Le spectre du capteur A (frontal) comporte 2 pics importants, l’un à environ 11 cycles par minute, l’autre à 27 cycles par minute correspondant au cycle respiratoire observé et contrôlé visuellement sur le sujet.
L’ordre de grandeur de ces 2 pics est situé entre 50 et 100 microns.
Le spectre du capteur B (clavicule) fait également apparaitre les 2 pics mais d’un ordre de grandeur différent.
En effet le pic respiratoire à 27 cycles ressort de manière prédominante à l’enregistrement car à ce niveau la mobilisation costo-claviculaire lors de l’inspiration thoracique approche 1,5 mm d’amplitude alors que dans le même temps le spectre non respiratoire de 11 cycles est de l’ordre de 10 microns. La différence d’amplitude est donc patente entre ces 2 pics.
Le spectre C représente la soustraction pondérée des 2 spectres A et B dans le but d’éliminer automatiquement les pics de très grande amplitude (d’origine respiratoire). Il ne subsiste plus que le pic d’amplitude entre 10 et 50 microns qui n’est pas en rapport avec les cycles respiratoires.
Résultats
Une série de mesures a été réalisée sur 100 jeunes adultes (18-30 ans) dont 47 hommes et 53 femmes.
Cette série confirme l’existence de mouvements périodiques d’origine non respiratoire. Nous rapportons une fréquence moyenne de 9,73 cycles par minute et une amplitude de l’ordre de 20 à 50 microns.
La figure 4 présente la répartition des fréquences chez les hommes :
La moyenne est de 9,6 cycles par minute
L’écart type est de 5,7 cycles par minute.
À l’intérieur de cet écart type :
- 7 Sujets présentent des oscillations entre 4 et 5 cycles par minute soit 14,92 %.
- 6 sujets présentent des oscillations entre 7 et 8 cycles par minute soit 12,80 %.
- 5 sujets présentent des oscillations entre 10 et 11 cycles par minute soit 10,60 %.
La figure 5 présente la répartition des fréquences chez les femmes :
- La moyenne est de 9,7 cycles par minute
- L’écart type est de 3,2 cycles par minute.
À l’intérieur de cet écart type domine une bande de fréquence entre 11 et 12 avec 11 sujets soit 20,75 %.
Entre homme et femme la moyenne est sensiblement identique, l’écart type est plus resserré chez les femmes avec l’émergence de cette bande de fréquence entre 11 et 12, les autres fréquences sont réparties relativement uniformément entre 4 et 14 cycles alors que chez les hommes 3 bandes de fréquence entre 4 et 5, 7 et 8, 10 et 11, ressortent plus.
En somme hommes et femmes sont dans la mesure moyenne des cycles, il faudrait d’autres mesures complémentaires pour voir se confirmer des différences significatives.
Discussion
1) Il y a bien convergence entre la plage de rythmicité tissulaire observée dans cette étude et la vasomotion.
Ces enregistrements font tout particulièrement ressortir les rythmes les plus rapides de la vasomotion.
En effet ces fréquences de cycles correspondent aussi bien chez les hommes que chez les femmes aux fréquences de vasomotion des artérioles terminales qui ont les plus grandes variation d’amplitude de diamètre (60 %à 100 % du diamètre moyen). Les fréquences des cycles les plus lents correspondant aux plus grosses artérioles transverses avec des variations de diamètre plus faibles ne ressortent pas dans cette étude, ce système de capteur n’enregistrant que les plus fortes variations de volume tissulaire en rapport avec les plus fortes variations de diamètre artériolaire.
2) Il y a bien convergence entre les rythmes perçus tactilement par les ostéopathes, les différentes expérimentations sur les rythmes du liquide céphalo-rachidien, du parenchyme cérébral, de la peau, etc. et les résultats de cette expérimentation. Le moteur de cette plage de rythmicité entre 6 et 12 cycles par minute semble bien être la vasomotion. Ceci est corroboré par 2 séries d’expérimentations complémentaires PERRIN (1995) :
- l’une sous anesthésie générale où l’on retrouve bien l’abolition de 1a vasomotion décrite par INTAGLIETTA (1989) ;
- l’autre où l’on retrouve d’autres localisations sur l’homme de ces rythmes notamment au niveau de la main.
Ainsi au niveau du crâne, parenchyme cérébral, réseau de surface piemerien, liquide céphalo-rachidien, circulation intra-osseuse, scalp, ont tous la même plage de fréquence de battements. À ce niveau les méninges pourraient jouer un double rôle d’amplificateur de ces rythmes :
Au niveau local ce caisson duremèrien solidarise les rythmes du contenu (parenchyme cérébral, réseau piemerien, liquide céphalo-rachidien) à son contenant osseux par son système d’arrimage à la table interne de la boîte crânienne.
Au niveau crânio-sacré, on conçoit qu’une transmission de variations de pressions liquidiennes rythmiques dans tout le compartiment duremèrien puisse également se produire dans tout l’axe rachidien.
3) Il y a également homologie des variations de pression : LUNDBERG, JANNY trouvent des variations de pressions physiologiques au niveau du système hydraulique semi fermé qu’est le compartiment duremèrien de l’ordre de 20 à 25 mm Hg dans l’onde C vasomotrice.
Au niveau intra-osseux AZUMA trouve également des variations de pression entre 35 et 45 mm Hg. ARLET (1978, 1982) mentionne cette pression positive physiologique de l’ordre de 20 mm Hg. « L’os est sous pression, dit-il, comme un pneu est maintenu gonflé par l’hyperpression qui règne dans la chambre à air ». Cette pneumatisation rythmique de l’os est certainement en phase avec les phénomènes de variation de pression intracrânienne décrits plus haut et la vasomotion.
Ainsi au « caisson » duremèrien répond le « caisson » osseux avec son lit vasculaire interne complexe et ses phénomènes de pression.
Conclusion
Cette rythmicité vasculaire due à la vasomotion existe donc dans tous tissus du corps. Afin de préciser encore les variations des rythmes infra-osseux crâniens, il serait intéressant de réaliser une expérimentation animale avec une cible placée à demeure sur le crâne afin de mesurer in vivo la vasomotion intra-osseuse et ses variations de pression.
Bibliographie
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