Numerical Study of Cerebrospinal Fluid Species Transport in the Spinal Subarachnoid Space

Abstract

Este estudio aborda la compleja dinámica del líquido cefalorraquídeo en el espacio subaracnoideo espinal, un conducto anular que rodea la médula espinal. Esta fenomenología exhibe una componente de velocidad oscilatoria, impulsada por las variaciones de presión intracraneal generadas por los ritmos cardíaco y respiratorio a nivel del foramen magnum. Se presenta un modelo numérico de dispersión de solutos en el espacio subaracnoideo espinal, aplicado a geometrías idealizadas del mismo. El modelo calcula la velocidad Lagrangiana promediada en tiempo, incorporando tanto la componente de velocidad oscilatoria promediada en el tiempo (steady streaming), como también la contribución proveniente de la variabilidad espacial en el campo de velocidad oscilante, conocida como Stokes drift, y la aplica a la ecuación numérica del transporte de especies.

This work focuses on the complex dynamics of cerebrospinal fluid in the spinal subarachnoid space, an annular canal that surrounds the spinal cord. This phenomenon exhibits an oscillatory velocity component driven by intracranial pressure variations generated by cardiac and respiratory rhythms at the level of the foramen magnum. A numerical model is presented for solute dispersion in the spinal subarachnoid space, applied to idealized geometries of the space. The model computes the time-averaged Lagrangian velocity, including both the time-averaged oscillatory velocity component (steady streaming) and the contribution from the spatial variability in the oscillatory velocity field, known as Stokes drift, and applies it to the numerical equation of species transport.