Study of reactions of the sensorimotor system in adolescents during and after surgical correction of spinal deformity

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

BACKGROUND: Little attention has been paid to the study of delayed sensory and motor reactions in adolescents with spinal deformities after surgical treatment.

AIM: To study the reactions of the sensorimotor system of adolescents after surgical correction of spinal deformity.

MATERIALS AND METHODS: The state of the sensory and motor spheres was analyzed in the immediate postoperative period in 21 adolescents with idiopathic scoliosis and in 13 with congenital deformities of the spine. A complex of methods involving global and stimulation electroneuromyography was used. The amplitude of motor, reflex potentials and interference electromyogram was evaluated at the maximum arbitrary tension of the lower limb muscles. Using an esthesiometer, thermal pain sensitivity in Th1–S2 dermatomes was explored. In the process of surgical correction, intraoperative neuromonitoring was performed with registration of motor evoked potentials of the lower limb muscles.

RESULTS: At the beginning of surgical intervention, high-amplitude, well-reproducible motor evoked potentials were obtained in all patients. In the group of patients with idiopathic scoliosis, compared with those with congenital deformities, smooth flow of surgery prevailed (p > 0.05) without significant changes in motor potentials relative to the baseline (p > 0.05). The number of observations of motor potentials decreased in the both groups and did not exceed 10%; the differences were not significant (p > 0.05). The study of the reactions of the sensorimotor system in the immediate postoperative period triggered an increase in the amplitude of M-responses of m. rectus femoris, m. flexor digitorum brevis, m. gastrocnemius, and a decrease in the amplitude of the total EMG of m. rectus femoris. Values of H-reflexes remained at the preoperative level. The analysis of thermal pain sensitivity demonstrated the presence of a more pronounced reaction than that of the motor component. Changes in indicators of this type of sensitivity in groups of adolescents with idiopathic and congenital scoliosis were opposite. In idiopathic scoliosis, negative dynamics of the values prevailed, while in adolescents with congenital deformities of the spine, positive dynamics prevailed. This was because the amount of correction of the main and compensatory curves of the deformity in the group with idiopathic scoliosis was 48% greater (p = 0.0004) and 51% greater (p = 0.011), respectively.

CONCLUSIONS: After surgical correction of spinal deformities in adolescents, the reactions of the sensory system of thermal pain sensitivity were more pronounced than those of the motor sphere.

About the authors

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
Scopus Author ID: 602428322
ResearcherId: B-6692-2018

Dr. Sci. (Biol.)

Russian Federation, 6 M. Ulyanovoy str., 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
ResearcherId: U-4948-2018

Dr. Sci. (Biol.)

Russian Federation, 6 M. Ulyanovoy str., Kurgan, 640014

Mekhriban A. Akhmedova

National Ilizarov Medical Research Centre for Traumatology and Orthopaedics

Email: marina.ahmedova.90@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5486-6422

MD, PhD student

Russian Federation, 6 M. Ulyanovoy str., 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, PhD, Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, 6 M. Ulyanovoy str., Kurgan, 640014

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

MD, PhD student

Russian Federation, 6 M. Ulyanovoy str., Kurgan, 640014

References

  1. Hong JY, Suh SW, Lee SH, et al. Continuous distraction-induced delayed spinal cord injury on motor-evoked potentials and histological changes of spinal cord in a porcine model. Spinal Cord. 2016;54(9):649−655. doi: 10.1038/sc.2015.231
  2. Bell JES, Seifert JL, Shimizu EN, et al. Atraumatic spine distraction induces metabolic distress in spinal motor Neurons. J Neurotrauma. 2017;34(12):2034−2044. doi: 10.1089/neu.2016.4779
  3. Bartley CE, Yaszay B, Bastrom TP, et al. Perioperative and delayed major complications following surgical treatment of fdolescent idiopathic scoliosis. J Bone Joint Surg Am. 2017;99(14):1206−1212. doi: 10.2106/JBJS.16.01331
  4. Cotrel Y, Dubousset J. A new technic for segmental spinal osteosynthesis using the posterior approach. Orthop Traumatol Surg Res. 2014;100:37–41. doi: 10.1016/j.otsr.2013.12.009
  5. Formby PM, Wagner SC, Kang DG, et al. Reoperation after in-theater combat spine surgery. Spine J. 2016;16:329–334. doi: 10.1016/j.spinee.2015.11.027
  6. MacEwen GD, Bunnell WP, Sriram K. Acute neurological complications in the treatment of scoliosis. A report of the Scoliosis Research Society. J Bone Joint Surg Am. 1975;57:404–408.
  7. Cotrel Y, Dubousset J, Guillaumat M. New universal instrumentation in spinal surgery. Clin Orthop Relat Res. 1988;227:10–23.
  8. Sansur CA, Smith JS, Coe JD, et al. Scoliosis research society morbidity and mortality of adult scoliosis surgery. Spine. 2011;36:E593. doi: 10.1097/BRS.0b013e3182059bfd
  9. Lopez AJ, Scheer JK, Smith ZA, et al. Management of flexion distraction injuries to the thoracolumbar spine. J Clin Neurosci. 2015;22:1853–1856. doi: 10.1016/j.jocn.2015.03.062
  10. Lavelle WF, Beltran AA, Carl AL, et al. Fifteen to twenty-five year functional outcomes of twenty-two patients treated with posterior Cotrel-Dubousset type instrumentation: a limited but detailed review of outcomes. Scoliosis Spinal Disord. 2016;11:18. doi: 10.1186/s13013-016-0079-6
  11. Schwartz DM, Auerbach JD, Dormans JP, et al. Neurophysiological detection of impending spinal cord injury during scoliosis surgery. J Bone Joint Surg Am. 2007;89(11):2440−2449. doi: 10.2106/JBJS.F.01476
  12. Pahys JM, Guille JT, D’Andrea LP, et al. Neurologic injury in the surgical treatment of idiopathic scoliosis: guidelines for assessment and management. J Am Acad Orthop Surg. 2009;17:426–434. doi: 10.5435/00124635-200907000-00003
  13. Wu J, Xue J, Huang R, et al. Arabbit model of lumbar distraction spinal cord injury. Spine J. 2016;16:643–658. doi: 10.1016/j.spinee.2015.12.013
  14. Iwahara T. The influence of spine distraction on cat spinal cord blood flow and evoked potentials. Ni-hon Seikeigeka Gakkai Zasshi. 1991;65(1):44−55.
  15. Mironov SP, Vetrile ST, Natsvlishvili ZG, et al. Evaluation of the features of spinal blood circulation, microcirculation in the spinal cord tunics and neurovegetative regulation in scoliosis. Khirurgiia Pozvonochnika. 2006;3:38−48. (In Russ.)
  16. Cusick JF, Myklebust J, Zyvoloski M, et al. Effects of vertebral column distraction in the monkey. J Neurosurg. 1982;57(5):651−659. doi: 10.3171/jns.1982.57.5.0651
  17. Auerbach JD, Kean K, Milby AH, et al. Delayed postoperative neurologic deficits in spinal deformity surgery. Spine. 2016;41(3):E131−138. doi: 10.1097/BRS.0000000000001194
  18. Qiao J, Xiao L, Zhu Z, et al. Delayed postoperative neurologic deficit after spine deformity surgery: analysis of 5377 cases at 1 institution. World Neurosurg. 2018;111:e160−e164. doi: 10.1016/j.wneu.2017.12.010
  19. Lomaga IA, Malmberg SA, Tarasov NI, Petrukhin AS. Neurological syndromes for idiopathic progressing scolioses in children. Russkii Zhurnal Detskoi Nevrologii. 2008;3(3):12−19. (In Russ.)
  20. Shein AP, Krivoruchko GA, Riabykh SO. Reactivity and resistance of cerebrospinal structures when performing instrumental correction of the spine deformities. Rossiiskii Fiziologicheskii Zhurnal im. IM Sechenova. 2016;102(12):1495−1504. (In Russ.)
  21. Shchurova EN, Prudnikova OG, Ryabykh SO, Lipin SA. Comparative analysis of dynamics in thermal pain sensitivity after correction of severe and mild spine deformities in patients with idiopathic scoliosis. Genij Ortopedii. 2018;24(3):365−374. (In Russ.). doi: 10.18019/1028-4427-2018-24-3-365-374
  22. Shein AP, Sajfutdinov MS, Krivoruchko GA. Local and systemic responses of sensorimotor structures to limb elongation and ischemia. Kurgan: DAMMI; 2006. (In Russ.)
  23. Saifutdinov MS, Ryabykh SO, Savin DM, Tretyakova AN. Formalizing the results of intraoperative neurophysiological monitoring of the motor pathways into the spinal cord during the surgical correction of spinal deformities. Grekov’s Bulletin of Surgery. 2018;177(1):49−53. (In Russ.). doi: 10.24884/0042-4625-2018-177-1-49-53
  24. Saifutdinov MS, Ryabykh SO, Savin DM, Tretyakova AN. Quantitative characteristics of the risk of iatrogenic damage to the pyramidal tracts according to intraoperative neuromonitoring during surgical correction of spinal deformities. Voprosy nejrohirurgii. 2019;4:56−63. (In Russ.). doi: 10.17116/neiro20198304156
  25. Nikityuk IE, Vissarionov SV. Supporting function of the feet in children with severe forms of idiopathic scoliosis before and after surgical treatment. Genij Ortopedii. 2021;27(6):758−766. (In Russ.). doi: 10.18019/1028-4427-2021-27-6-758-766
  26. Lu WW, Hu Y, Luk KD, et al. Paraspinal muscle activities of patients with scoliosis after spine fusion: an electromyographic study. Spine. 2002;27(11):1180−1185. doi: 10.1097/00007632-200206010-00009
  27. Suk SI, Kim WJ, Lee SM, et al. Thoracic pedicle screw fixation in spinal deformities: Are they really safe? Spine. 2001;26(18):2049−2057. doi: 10.1097/00007632-200109150-00022
  28. Rose PS, Lenke LG, Bridwell KH, et al. Pedicle screw instrumentation for adult idiopathic scoliosis: an improvement over hook/hybrid fixation. Spine. 2009;34(8):852–857. doi: 10.1097/BRS.0b013e31818e5962
  29. Diab M, Smith AR, Kuklo TR. Neural complications in the surgical treatment of adolescent idiopathic scoliosis. Spine. 2007;32(24):2759−2763. doi: 10.1097/BRS.0b013e31815a5970
  30. Guidera KJ, Hooten J, Weatherly W, et al. Cotrel-Dubousset instrumentation. Results in 52 patients. Spine. 1993;18 (4): 427−431
  31. Awwad W, Bassi M, Shrier I, et al. Mitigating spinal cord distraction injuries: the effect of durotomy in decreasing cord interstitial pressure in vitro. Eur J Orthop Surg Traumatol. 2014;24(Suppl 1):S261−S267. doi: 10.1007/s00590-013-1409-5

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Changes in motor evoked potentials (MEPs) during surgical spinal deformity correction in patients with congenital deformity (I) and idiopathic scoliosis (II). The abscissa axis is the frequency (%) of various surgical options. The ordinate axis presents surgical options: A) uneventful course of surgical intervention; B) emergence of unstable MEPs in form and characteristics; C) dangerous decrease in MEP amplitude. Hatching indicates high-amplitude stable basic MEPs and responses that remained at the base level at the end of the surgery. The white color indicates unstable MEPs in form and characteristics. The black color indicates a critical decrease in the MEP amplitude

Download (83KB)
3. Fig. 2. Thermal sensitivity (%) improvement (a) and deterioration (b) in adolescents with idiopathic scoliosis 12.0 ± 1.2 days after surgical spinal deformity correction

Download (121KB)
4. Fig. 3. Positive (a) and negative (b) pain sensitivity changes in adolescents with idiopathic scoliosis 12.0 ± 1.2 days after surgical spinal deformity correction

Download (122KB)
5. Fig. 4. Proportion (%) of positive (a) and negative (b) changes in thermal sensitivity of adolescents with congenital spinal deformities 10.0 ± 0.7 days after surgical spinal deformity correction

Download (116KB)
6. Fig. 5. Positive (a) and negative (b) pain sensitivity changes (%) in adolescents with congenital spinal deformities 10.0 ± 0.7 days after surgical spinal deformity correction

Download (124KB)

Copyright (c) 2022 Shchurova E.N., Saifutdinov M.S., Akhmedova M.A., Savin D.M., Bogatyrev M.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 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».