Was haben denn nun Menschen, Flaschen und Becher gemeinsam? Die Unterschiede sind auf den ersten Blick einfacher zu definieren. Wir werden jedoch sehen, dass die beiden letztgenannten durchaus extreme Vereinfachungen von Menschen sein können, wenn man aus einem bestimmten Blickwinkel drauf schaut: Anhand von Flaschen und Bechern lassen sich simple Modelle erstellen, die uns dabei helfen können, grundlegende hydrostatische Effekte im menschlichen Körper zu verstehen.

Die Ursache des Auftriebs liegt in der Natur von ruhenden Flüssigkeiten im Schwerefeld der Erde -  genauer noch: in den dabei in der Flüssigkeit vorherrschenden Drücken. Das wissenschaftliche Teilgebiet, das sich mit den darauf entstehenden Phänomenen auseinandersetzt, wird Hydrostatik genannt.

Physikalisch ist Druck ganz allgemein als „Kraft-pro-Fläche“ definiert. Man erzeugt einen Druck p, indem man eine physische Kraft F auf die Oberfläche eines Festkörpers oder eines Fluids ausübt: im Fall des Fluids herrscht dann bei Vernachlässigung der Schwerkraft überall gleichmäßig der Druck p = F/A. Ein gutes Beispiel ist ein Luftballon, in den Gas oder Wasser mit einer Kraft F gegen die Spannung der Ballonhülle eingedrückt wurde. Im Vergleich zur ihn umgebenden Atmosphäre herrscht im Ballon dann ein Überdruck.

Im Schädelinneren kann ebenfalls ein Überdruck (Hydrocephalus) entstehen – und zwar durch die bereits erwähnte „Raumforderung“, z.B. durch ein übermäßiges Aufstauen von CSF, oder eine Blutung oder eine wachsende Geschwulst. Die notwendige Kraft wird durch deren Ausdehnung oder deren Wachstum erzeugt.

Beziehen wir jetzt auch die Schwerkraft in unsere Betrachtung mit ein, tritt zusätzlich dazu eine besondere Form des Druckes auf, der sogenannte hydrostatische Druck, der durch das Eigengewicht des Fluids entsteht. Dieses Phänomen wird als grundlegende Gesetzmäßigkeit der Hydrostatik - in der Physik bekannt als die Grundgleichung der Hydrostatik – bezeichnet. Diese Gesetzmäßigkeit ist essentiell, um zu verstehen, warum es in einem Shunt abhängig von der Körperlage zu Druckunterschieden in den Ventrikeln und im Bauchraum kommt, warum die Ventrikel im ungünstigsten Fall sogar regelrecht leergesaugt werden können und wie man das verhindern kann.

In möglichst einfachen Worten ausgedrückt, lässt sich das wie folgt umschreiben: Da jede Flüssigkeit auch eine Masse hat – und diese im Schwerefeld der Erde eine Gewichtskraft erfährt – nimmt die Last auf einen sich in der Flüssigkeit befindenden imaginären Körper ausgehend von der "freien Oberfläche"  – also der Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit und der sie umgebenden Atmosphäre, in der ein uns bekannter (Luft-)Druck herrscht – mit zunehmender Tiefe gleichmäßig zu. Der dabei entstehende Flüssigkeitsdruck hängt ausschließlich von der Höhe der darüber liegenden Flüssigkeitssäule, nicht jedoch von der Form des Gefäßes und somit der Masse der Flüssigkeit über dem betrachteten Ort ab.

Ein gutes Beispiel ist ein mit Wasser gefüllter (beliebig geformter!) Becher: im Unterschied zum Ballon muss das Wasser nicht mit einer besonderen Kraft in das Glas gedrückt, sondern kann einfach eingefüllt werden. Auf der Wasseroberfläche herrscht natürlich immer der Umgebungsdruck, d.h. der Atmosphärendruck (je nach Wetterlage ca. 1 bar). Unten im Becher herrscht derselbe Umgebungsdruck, aber zusätzlich lastet noch das gesamte Gewicht der Wassersäule (nicht des gesamten Wassers!) über dem Glasboden. Letzteres erzeugt einen Zusatzdruck, den anfangs benannten hydrostatischen Druck. Dieser nimmt von „Null“ an der Wasseroberfläche bis zu einem Maximum zu, je tiefer man von oben startend nach unten in das Wasser eintaucht, einfach weil immer mehr Wassergewicht über der Ebene lastet, in der man den Druck betrachtet.

Dass die Druckverhältnisse in realen hydrostatischen Systemen – wie z.B. näherungsweise im menschlichen Körper oder in einem Shunt – trotz der einfachen zugrundeliegenden Gesetzmäßigkeit (hydrostatische Grundgleichung) schnell kompliziert und verwirrend werden können, soll an folgendem Beispiel demonstriert werden:

In der Abbildung unten sehen wir acht auf den ersten Blick sehr ähnliche Röhren A – H in denen sich trotz der Ähnlichkeit grundverschiedene hydrostatische, teilweise auch hydrodynamische (d.h. das Wasser fließt) Zustände einstellen:

A In die starre Röhre A wurde eine Flüssigkeit mit dem Überdruck px hineingedrückt und das System dann sofort dicht verschlossen. Der Überdruck wird in der starren Röhre konserviert. Wäre die Röhre flexibel, würde sie sich wegen dem Überdruck px wie ein Ballon aufweiten. Im Stehen herrscht auf dem Boden der Röhre der Überdruck px plus der HD +10 cm.

B Röhre B ist oben offen und hat dort Kontakt zur Außenluft. Einen Überdruck px gibt es hier also nicht mehr. Deshalb herrscht oben definitionsgemäß 0 und unten auf dem Boden +10 cmH₂O.

C Röhre C ist unten offen und oben geschlossen. Unten herrscht definitionsgemäß 0 cmH₂O. Herausfließen kann das Wasser nicht, denn sonst entstünde wie bereits erwähnt oben ein Vakuum. Aber es versucht dies: die hängende Wassersäule zieht den oberen Deckel nach unten und erzeugt oben einen negativen hydrostatischen Druck von -10cmH₂O, der auch Sog genannt wird.

D Röhre D ist identisch zu C, aber der Deckel ist nun etwas flexibel und zeigt deshalb deutlich die reale Existenz und die Auswirkung des Soges. Das ist wichtig, denn man sieht ja im wahrsten Sinne des Wortes „nichts“ bzw. „nichts fließen“ und der Sog ist somit eine reine Behauptung.

E Röhre E ist oben und unten offen und läuft deshalb einfach leer. Die treibende Kraft hinter diesem Vorgang ist einfach das Gewicht des Wassers, das nun ungehindert nach unten „fallen“ kann.

F In Röhre F liegt das Loch zur Außenluft mit DD 0 cmH₂O genau in der Mitte. Herausfließen kann nichts, aber der HD unten beträgt nun wegen der geringeren hydrostatischen Höhe unten nur noch +5 cmH₂O und der Sog oben -5 cmH₂O.

G Röhre G hat oben wieder einen flexiblen Deckel, um die reale Existenz und die Auswirkung des Soges sichtbar zu machen. Auch der untere Deckel könnte flexibel sein und würde sich dann aufgrund des positiven Überdruckes nach außen wölben.

H In Röhre H fehlt der obere Deckel und die Röhre läuft deshalb zur Hälfte leer. Nur der positive HD von + 5 cmH₂O auf dem Boden bleibt erhalten.

Es sei an dieser Stelle ganz besonders auf die Röhren (C) und (D) hingewiesen, die die Entstehung des sogenannten „Siphon-Effektes“ verdeutlichen. Dieser hat in der Shunt-Therapie eine besonders große Bedeutung. Der flüssigkeitsgefüllte Katheter, der bei einem Patienten mit Shunt von den Ventrikeln (geschlossenes Ende) in den Bauchraum (Peritoneum, offenes Ende) führt, stellt nämlich genau so ein hydrostatisches System dar, solange der Patient aufrecht steht. Der so erzeugte hohe Sog oben in den Ventrikeln ist physikalisch unvermeidlich und es bedarf spezieller Implantate, um ihn zu kompensieren.

Im Kern ist dieser Effekt auch dafür verantwortlich, dass beim gesunden Menschen der Hirndruck im Stehen leicht negativ ist: der Liquor sackt in dieser Position nämlich aus den Ventrikeln in den Spinalsack (in der Wirbelsäule) ab. Der Spinalsack ist zwar nicht unten offen, so wie die Röhre C & D, aber er ist recht flexibel und kann einigen Liquor zusätzlich aufnehmen. Zusätzlich führen ein paar weitere physiologische Mechanismen zum Glück dazu, dass der „physiologische“ (gesunde) Hirndruck im Stehen nicht auf –100 cmH₂O abfällt, sondern nur auf circa -5 bis -15 cmH₂O.

Würde eine der Röhren umfallen - oder legt sich ein Mensch sich hin - nimmt die Höhe der Wassersäule mit einem Mal ab und die Druckunterschiede zwischen zwei unterschiedlichen Orten - zum Beispiel Flaschenhals und Flaschenboden - werden im Schwerefeld der Erde nivelliert, sobald sie sich auf der gleichen hydrostatischen Höhe befinden.

Zusammengefasst heißt das also: In einem sehr groben Modell ist der Mensch für uns eine mit Hirnwasser gefüllte, aufrechtstehende Flasche im Schwerefeld der Erde. Der Flüssigkeitsdruck im Kopf ist in aufrechter Position aufgrund des hydrostatischen Drucks der Hirnwassersäule geringer als im Spinalkanal. Bei welchem Druck die Flasche einmal verschlossen worden ist, entzieht sich durch alleiniges "Hinschauen" unserer Erkenntnis.

Auf der Grundlage von solchen einfachen physikalischen Gedankenexperimenten - ausgehend von Bechern und Flaschen - kann man also erahnen, was mit dem Druck im CSF im Körper des Menschen geschieht, wenn er sich neigt, beugt oder hinlegt: Der hydrostatische Druck im CSF ist an verschiedenen Orten im menschlichen Körper nicht konstant sondern "passt sich" der Lage und Aktivität des menschlichen Körpers "an".