Morphofunctional assessment of muscles of the lower leg and foot after autoneuroplasty of resection defect of tibial portion of the sciatic nerve and single intraoperative electrical neurostimulation in adult rats

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

INTRODUCTION: There are no data in the literature on the effect of a single intraoperative electrical stimulation (IES) on the condition of the muscles of the lower leg and foot in the long-term period after autoplasty of the sciatic nerve in adult rats.

AIM: To study morphofunctional characteristics of muscles of the lower leg and foot after autoneuroplasty of a resection defect of the tibial portion of the sciatic nerve and a single IES in adult rats.

MATERIALS AND METHODS: The experiment was performed on 30 Wistar rats who underwent autoneuroplasty (AN) after resection of the tibial portion of the sciatic nerve. Fourteen rats underwent a 40-munite IES session (AN + IES series). In 16 rats IES was not conducted (AN series). At 4 and 6 months after the operation, the tibial nerve function index (TFI) was calculated by analyzing rats’ paw traces on a walking track. At the same time, light microscopy and histomorphometry of paraffin and epoxy sections of gastrocnemius and plantar interosseous muscles were performed. A conventional control was muscles of intact limbs.

RESULTS: Atrophy and endomysial fibrosis were less expressed in the gastrocnemius of the AN + IES series in comparison with AN series, the effect was mediated by enhancement of vascularization. In plantar interosseous muscles at 4 months after the operation, the volume density of blood vessels in the AN + IES series was 7.35 (5.49; 8.69), which was greater than in the AN series — 3.43 (2.02; 5.59), р = 0.0196. Diameters of muscle fibers and volume density of endomysium were comparable. At 6 months after the operation, endomysial fibrosis progressed in both series, but in the AN + IES series, myopathically altered muscle fibers were less common. After 6-month observation, TFI increased (-47.95) in the AN + IES series and became higher (p = 0.0339) than in the AN series, in which TFI became even lower (-93.64) than it was after 4 months (-81.95) of the experiment.

CONCLUSION: A single IES permits to reduce the denervation alterations in the gastrocnemius and plantar interosseous muscles conditioned by damage to the nerve and maturation, and also to improve the tibial nerve function index in the long term after autoneuroplasty.

About the authors

Natal’ya A. Shchudlo

National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: nshchudlo@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9914-8563
SPIN-code: 3795-4250
ResearcherId: H-5588-2018

MD, Dr. Sci. (Med.)

Russian Federation, Kurgan

Tat’yana N. Varsegova

National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Author for correspondence.
Email: varstn@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5430-2045
SPIN-code: 1974-8274

Cand. Sci. (Biol.)

Russian Federation, Kurgan

Tat’yana A. Stupina

National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: stupinasta@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3434-0372
SPIN-code: 7598-4540
ResearcherId: O-4352-2018

Dr. Sci. (Biol.)

Russian Federation, Kurgan

Nadezhda V. Kubrak

National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics

Email: kubrak2@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7494-8342
SPIN-code: 7310-3380
Russian Federation, Kurgan

References

  1. Kornfeld T, Vogt PM, Radtke C. Nerve grafting for peripheral nerve injuries with extended defect sizes. Wien Med Wochenschr. 2019;169(9–10):240–51. doi: 10.1007/s10354-018-0675-6
  2. Scholz T, Krichevsky A, Sumarto A, et al. Peripheral nerve injuries: an international survey of current treatments and future perspectives. J Reconstr Microsurg. 2009;25(6):339–44. doi: 10.1055/s-0029-1215529
  3. Kuffler DP, Foy C. Restoration of Neurological Function Following Peripheral Nerve Trauma. Int J Mol Sci. 2020;21(5):1808. doi: 10.3390/ijms21051808
  4. Matejcik V, Steno J, Benetin J, et al. Results of peripheral nerve reconstruction by autograft. Bratisl Lek Listy. 2001;102(2):92–8. (In Engl., Slovak.).
  5. Grinsell D, Keating CP. Peripheral nerve reconstruction after injury: a review of clinical and experimental therapies. Biomed Res Int. 2014;2014:698256. doi: 10.1155/2014/698256
  6. Roh J, Schellhardt L, Keane GC, et al. Short-Duration, Pulsatile, Electrical Stimulation Therapy Accelerates Axon Regeneration and Recovery following Tibial Nerve Injury and Repair in Rats. Plast Reconstr Surg. 2022;149(4):681e–90e. doi: 10.1097/prs.0000000000008924
  7. Calvey C, Zhou W, Stakleff KS, et al. Short-term electrical stimulation to promote nerve repair and functional recovery in a rat model. J Hand Surg Am. 2015;40(2):314–22. doi: 10.1016/j.jhsa.2014. 10.002
  8. Koh GP, Fouad C, Lanzinger W, et al. Effect of Intraoperative Electrical Stimulation on Recovery after Rat Sciatic Nerve Isograft Repair. Neurotrauma Rep. 2020;1(1):181–91. doi: 10.1089/neur. 2020.0049
  9. Bain JR, Mackinnon SE, Hunter DA. Functional evaluation of complete sciatic, peroneal, and posterior tibial nerve lesions in the rat. Plast Reconstr Surg. 1989;83(1):129–38. doi: 10.1097/00006534-198901000-00024
  10. Contreras E, Bolívar S, Nieto–Nicolau N, et al. A novel decellularized nerve graft for repairing peripheral nerve long gap injury in the rat. Cell Tissue Res. 2022;390(3):355–66. doi: 10.1007/s00441-022-03682-1
  11. Kaneko A, Naito K, Nakamura S, et al. Influence of aging on the peripheral nerve repair process using an artificial nerve conduit. Exp Ther Med. 2021;21(2):168. doi: 10.3892/etm.2020.9599
  12. Aman M, Zimmermann KS, Thielen M, et al. An Epidemiological and Etiological Analysis of 5026 Peripheral Nerve Lesions from a European Level I Trauma Center. J Pers Med. 2022;12(10):1673. doi: 10.3390/jpm12101673
  13. Kumar D, Rizvi SI. Age-dependent paraoxonase 1 (PON1) activity and LDL oxidation in Wistar rats during their entire lifespan. Scientific World Journal. 2014;2014:538049. doi: 10.1155/ 2014/538049
  14. Ghezzi AC, Cambri LT, Botezelli JD, et al. Metabolic syndrome markers in Wistar rats of different ages. Diabetol Metab Syndr. 2012; 4(1):16. doi: 10.1186/1758-5996-4-16
  15. Jones PE, Meyer RM, Faillace WJ, et al. Combat Injury of the Sciatic Nerve — An Institutional Experience. Mil Med. 2018;183(9–10): e434–41. doi: 10.1093/milmed/usy030
  16. Pronskikh AA, Kharitonov KN, Korytkin AA, et al. Total hip arthroplasty in patients with acetabular fractures. Genij Ortopedii. 2021;27(5):620–7. (In Russ). doi: 10.18019/1028-4427-2021-27-5-620-627
  17. Shnaider LS, Golenkov ОI, Turgunov EU, et al. Shortening subtrochanteric osteotomy of the femur in total hip arthroplasty in patients with congenital hip dislocation. Genij Ortopedii. 2020;26(3): 340–6. (In Russ). doi: 10.18019/1028-4427-2020-26-3-340-346
  18. Pannérec A, Springer M, Migliavacca E, et al. A robust neuromuscular system protects rat and human skeletal muscle from sarcopenia. Aging (Albany NY). 2016;8(4):712–9. doi: 10.18632/aging.100926
  19. Janssen I, Heymsfield SB, Wang ZM, et al. Skeletal muscle mass and distribution in 468 men and women aged 18-88 yr. J Appl Physiol (1985). 2000;89(1):81–8. doi: 10.1152/jappl.2000.89.1.81
  20. Tayebi SM, Siahkouhian M, Keshavarz M, et al. The Effects of High-Intensity Interval Training on Skeletal Muscle Morphological Changes and Denervation Gene Expression of Aged Rats. Monten J Sports Sci Med. 2019;8(2):39–45. doi: 10.26773/mjssm.190906

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Footprints of rats on a walking track: (а) AN series, (b) AN + IES series.

Download (40KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Gastrocnemius muscle of rats at 4 months of the experiment: (a–c) AN series; (d–f) AN + IES series.

Download (228KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Gastrocnemius muscle of rats at 6 months of the experiment: (a, d) control; (b, c) AN series; (e, f) AN + IES series.

Download (168KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Plantar interosseous muscle of rats at 4 months of the experiment: (a, b) AN series; (c, d) AN + IES series.

Download (172KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Plantar interosseous muscle of rats at 6 months of the experiment: (a, b) AN series; (c, d) AN + IES series.

Download (171KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Shchudlo NA, Varsegova TN, Stupina TA, Kubrak NV

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


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».