The interconnectedness of the motor and nociceptive systems in the conditions of operative correction of spinal deformity

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: The risk of complex neurological disorders after surgical correction of spinal deformity raises the question of the need for special measures for their postoperative treatment. This requires a more detailed study of the mechanisms of interaction between the motor sensory and autonomic structures of the nervous system.

AIM: The aim of the study is to search for a simple and informative method of testing the level of balance of the states of the motor and nociceptive systems in patients with spinal deformity of various etiologies in the conditions of its surgical treatment.

MATERIALS AND METHODS: A retrospective analysis of the results of electromiographic and esthesiometric examinations of 87 patients (30 male, 57 female) aged 15.6 ± 0.6 years with spinal deformities of various etiologies was carried out.

RESULTS: The scatterograms of the paired values of the electromyogram amplitude at the maximum voluntary tension m. tibialis anterior and the heat pain perception thresholds are best approximated by a polynomial of the third degree. But the approximation is acceptable only for electromyographic patterns with an unsaturated structure in the preoperative period. The nonlinear nature of the coupling of the intensity of the electrical activity of the muscle with the heat pain perception threshold contains a significant linear component. After surgical correction of spinal deformity, the approximation quality is reduced to a state of random noise. The reason for this is: postoperative increase in nociceptive activity and the consequences of anesthetic support.

CONCLUSIONS: In patients with spinal deformity, there is a correlation between the levels of voluntary muscle activity and the settings of the nociceptive system, expressed in the values of the heat pain thresholds. The nature of the coupling is expressed in the inverse relationship between the pain threshold and the amplitude of the electromyogram at maximum arbitrary voltage. This type of dependence is quite consistent with well-known physiological phenomena. The maximum severity of this interconnectedness for unsaturated patterns of the electromyogram indicates that the condition for its manifestation is a specific regime of stem centers that regulate the posture-tonic activity of muscles in patients with axial skeleton disorders.

About the authors

Maksim A. Bogatyrev

National Ilizarov Medical Research Centre for Traumatology and Orthopaedics

Author for correspondence.
Email: 270419920000dok@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4637-2435

Postgraduate student

Russian Federation, 6 Marii Ulyanovoy St., Kurgan, 640014

Marat S. Saifutdinov

National Ilizarov Medical Research Centre for Traumatology and Orthopaedics

Email: maratsaif@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7477-5250
SPIN-code: 2811-2992

Dr. Sci. (Biology), Leading Research Associate, Clinical Laboratory of the Clinic of Spine Pathology and Rare Diseases

Russian Federation, 6 Marii Ulyanovoy St., Kurgan, 640014

Elena N. Shchurova

National Ilizarov Medical Research Centre for Traumatology and Orthopaedics

Email: elena.shurova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0816-1004
SPIN-code: 6919-1265

Dr. Sci. (Biology), Leading Research Associate, Clinical Laboratory of the Clinic of Spine Pathology and Rare Diseases

Russian Federation, 6 Marii Ulyanovoy St., Kurgan, 640014

Dmitry M. Savin

National Ilizarov Medical Research Centre for Traumatology and Orthopaedics

Email: savindm81@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6284-2850
SPIN-code: 2155-2581

MD, Cand. Sci. (Medicine), neurosurgeon, orthopaedic trauma surgeon, Head of Trauma-Orthopfedic Department No. 9 of the Clinic of Spine Pathology and Rare Diseases

Russian Federation, 6 Marii Ulyanovoy St., Kurgan, 640014

References

  1. Alatyrev VI, Eremeev AM, Zefirov LN. Tonic protective reflexes and reflex response of skeletal muscles. Fiziol Zh SSSR im. I.M. Sechenova. 1987;73(2):295–301. (In Russ.)
  2. Alatyrev VI, Eremeev AM, Pleshchinskii IN. The influence of prolonged nociceptive stimulation on human motor functions. Human Physiology . 1990;16(3):77–83. (In Russ.)
  3. Eremeyev AM, Alatyrev VI. The spinal cord motoneurons excitability and its changing on stimulation of the peritoneum receptors. Fiziol Zh SSSR im. I.M. Sechenova. 1981;67(8):1168–1174. (In Russ.) EDN: KTAQFP
  4. Erokhin AN, Ryabykh SO, Kobyzev AE. Standardization of indices of evaluation results in the international classification of functions (ICF) in chronic and temporary electrical stimulation of muscles in patients with mononeuropathy. Modern problems of science and education. 2016;(4):56. EDN: WIQBTD
  5. Holdefer RN, Skinner SA. Motor evoked potential recovery with surgeon interventions and neurologic outcomes: A meta-analysis and structural causal model for spine deformity surgeries. Clin Neurophysiol . 2020;131(7):1556–1566. doi: 10.1016/j.clinph.2020.03.024
  6. Tsirikos AI, Duckworth AD, Henderson LE, Michaelson C. Multimodal intraoperative spinal cord monitoring during spinal deformity surgery: efficacy, diagnostic characteristics, and algorithm development. Med Princ Pract. 2020;29:6–17. doi: 10.1159/000501256
  7. Perry M, Starkweather A, Baumbauer K, Young E. Factors leading to persistent postsurgical pain in adolescents undergoing spinal fusion: an integrative literature review. J Pediatr Nurs . 2018;38:74–80. doi: 10.1016/j.pedn.2017.10.013
  8. Ricciardelli RM, Walters NM, Pomerantz M, et al. The efficacy of ketamine for postoperative pain control in adolescent patients undergoing spinal fusion surgery for idiopathic scoliosis. Spine Defo rm. 2020;8(3):433–440. doi: 10.1007/s43390-020-00073-w
  9. Zeynalov YuL, Burtsev AV, Diachkova GV, Diachkov KA. Idiopathic scoliosis “syndromocomplex.” Orthopaedic genius. 2023;29(1):49–56 . EDN: OVJUPY doi: 10.18019/1028-4427-2023-29-1-49-56
  10. Mikhailovsky MV, Suzdalov VA. Surgical c orrection of spinal deformities in patients with Ehlers-Danlos syndrome. Non-systematic review. Orthopaedic genius. 2023;29(1):99–103. EDN: VXIODL doi: 10.18019/1028-4427-2023-29-199-103
  11. Nikityuk IE, Vissarionov SV. Supporting function of the feet in children with severe for ms of idiopathic scoliosis before and after surgical treatment. Orthopaedic genius. 2021;27(6):758–766 . EDN: SMBGLN doi: 10.18019/1028-4427-2021-27-6-758-766
  12. Filatov EYu, Ryabykh SO, Savin DM. Algorithm for the treatment of congenital anomalies of the spine. Orthopaedic genius. 2021;27(6):717–726. EDN: SYIJGH doi: 10.18019/1028-4427-2021-27-6-717-726
  13. Komantsev VN. Methodological foundations of clinical electroneuromyography . Guide for doctors. Saint Petersburg; 2006. 362 p. (In Russ.)
  14. Shchurova EN, Riabykh SO, Kobyzev AE, Ochirova PV The details of thermoesthesia-and-algesthesia state in patients with idiopathic scoliosis of III–IV degree. Human Physiology. 2016;42(1):84–89. EDN: WVZQCN doi: 10.1134/S0362119715060080
  15. Hansen R, Schliack H. Segmentale Innervation . Stuttgart: Thieme; 1962.
  16. Riabykh SO. The use of double derotation maneuver to correct severe scoliosis. Orthopaedic genius. 2013;(4):71–75. (In Russ.) EDN: RPWOBZ
  17. Riabykh SO, Savin DM. Possibilities of Type III kyphoses surgical treatment using “Pedicle subtraction osteotomy” technique. Orthopaedic genius. 2013;(1):120–123. (In Russ.) EDN: PWZWUZ
  18. Riabykh SO, Savin DM, Medvedeva SN, Gubina EB. The experience in treatment of the spine neurogenic deformities. Orthopaedic genius. 2013;(1):87–92. EDN: PWZWSH
  19. Gaidyshev IP. Data analysis and processing: a special reference book . Saint Petersburg: Piter; 2001. 752 p. (In Russ.)
  20. Kalyuzhny LV. Physiological mechanisms of regulation of pain sensitivity . Moscow: Meditsina; 1984. 216 p. (In Russ.)
  21. Craig MM, Misic B, Pappas I, et al. Propofol sedation-induced alterations in brain connectivity reflect parvalbumin interneurone distribution in human cerebral cortex. Br J Anaesth. 2021;126(4):835–844. doi: 10.1016/j.bja.2020.11.035
  22. Heinkea W, Koelschb S. The effects of anesthetics on brain activity and cognitive function. Curr Opin Anaesthesiol. 2005;18(6):625–631 . doi: 10.1097/01.aco.0000189879.67092.12
  23. Santamaria V, Ai X, Agrawal SK. A motor learning-based postural intervention with a robotic trunk support trainer to improve functional sitting in spinal cord injury: case report. Spinal Cord Ser Cases. 2022;8(1):88. doi: 10.1038/s41394-022-00554-2

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The percentage ( n / N ) of unsaturated patterns of electrical activity of m. tibialis anterior before and after surgery for the entire sample (ALL) in idiopathic scoliosis (I), congenital spinal deformity (II) and deformities of other origin (III)

Download (85KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. A scatterogram reflecting the nature of the relationship between the thresholds of pain from hot (T°) and the amplitude (A ЭМГ ) of unsaturated patterns of electrical activity of m. tibialis anterior in preoperative examination. Trend line A is an approximation of the data using a third degree polynomial (solid line), trend line B is a linear equation (broken line)

Download (86KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Eco-Vector



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».