Патофизиологические и биомеханические основы индуцированных растяжением травм периферических нервов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Цель работы — изучить патофизиологические и биомеханические аспекты процесса растяжения нерва, сформировать биомеханическую модель развития стрейч-травмы нерва.

Материалы и методы. Проанализированы и обобщены литературные данные открытых источников (eLibrary, Scopus, Web of Science, PubMed) с неограниченной глубиной поиска. Поиск проводился по следующим ключевым словам: растяжение нерва, stretching nerve, biomechanical nerve stretching, nerve stretching injury.

Результаты. Представлены основные исторические сведения, данные о биохимических, нейрофизиологических и биомеханических явлениях стрейч-травмы нерва. Обобщены объективные данные экспериментальных работ в области процесса растяжения нерва.

Выводы. Показано, что нерв представляет собой гетерогенный эластичный тяж, который может быть незначительно растянут в физиологических условиях за счёт его оболочечных структур. В растянутом нерве рано дебютируют и становятся необратимыми ишемические повреждения. При этом наступают нарушения проводимости с исходом в грубый неврологический дефект. При растяжении нерва более чем на треть происходит его разрыв — очерёдность возникновения фрагментации невральных структур при разрыве нерва при его натяжении остаётся неоднозначной.

Об авторах

Юлия Владимировна Каракулова

ФГБОУ ВО «Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера»

Email: julia.karakulova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7536-2060

д.м.н., профессор, зав. кафедрой неврологии и медицинской генетики, проректор по лечебной работе ФГБОУ ВО ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера, Пермь, Россия

Россия, Пермь

Гаянэ Зурабиевна Клоян

ФГАОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Автор, ответственный за переписку.
Email: kloyang@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6615-8159
SPIN-код: 2571-3067

аспирант кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ФГАОУ ВО ПНИПУ, Пермь, Россия

Россия, Пермь

Сергей Владимирович Муравьев

ООО «Йорд Тех»

Email: sergey89.m@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3342-4710
SPIN-код: 5241-7919

к.м.н., руководитель по научным исследованиям и разработкам ООО «Йорд Тех», Пермь, Россия

Россия, Пермь

Иван Дмитриевич Шитоев

ФГАОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»; ООО «Йорд Тех»

Email: shitoevID@yord.tech
ORCID iD: 0000-0002-6391-9271
SPIN-код: 1325-5404

генеральный директор ООО «Йорд Тех», Пермь, Россия; младший преподаватель кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ФГАОУ ВО ПНИПУ, Пермь, Россия

Россия, Пермь; Пермь

Владислав Николаевич Никитин

ФГАОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Email: nikitinvladislav86@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9652-9088
SPIN-код: 8112-5167

к.ф.-м.н., доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ФГАОУ ВО ПНИПУ, Пермь, Россия

Россия, Пермь

Мария Дмитриевна Иванова

ФГАОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Email: ivanova-mashaa@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1471-8326

аспирант кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ФГАОУ ВО ПНИПУ, Пермь, Россия

Россия, Пермь

Список литературы

  1. Золотов А.С., Пак О.И. К вопросу об истории хирургических операций при ранениях периферических нервов. Травматология и ортопедия России. 2013;3(69):162–166. Zolotov A.S., Pak O.I. To the question of the history of surgical operations for injuries of peripheral nerves. Travmatologiya i ortopediya Rossii. 2013;3(69):162–166.
  2. Cornwall R., Radomisli T.E. Nerve injury in traumatic dislocation of the hip. Clin. Orthop. Relat.Res. 2000;(377):84–91. doi: 10.1097/00003086-200008000-00012
  3. Siemionow M., Sonmez E. Peripheral nerve injuries. Plastic and reconstructive surgery. 2010: 523–538. doi: 10.1007/978–1–84882–513–0_37
  4. Ходулев В.И., Нечипуренко Н.И. Компрессионно-ишемические невропатии: анатомо-морфологические особенности, патофизиологические паттерны, клиника. Медицинские новости. 2018;(1):27–32. Khodulev V.I., Nechipurenko N.I. Compression-ischemic neuropathy: anatomical and morphological features, pathophysiological patterns, clinic. Meditsinskie novosti. 2018;(1):27–32.
  5. Mahan M.A. Nerve stretching: a history of tension. J. Neurosurg. 2019;132(1):252–259. doi: 10.3171/2018.8.JNS173181
  6. Попович М.И. Тракционная травма элементов сосудисто-нервного пучка. Оренбургский медицинский вестник. 2014;II(3):19–23. Popovich M.I. Traction injury of elements of the neurovascular bundle. Orenburgskii meditsinskii vestnik. 2014;II(3):19–23.
  7. Никонов А.А., Максимова М.Ю. Клинический случай позднего нейросифилиса с симптомами спинной сухотки и прогрессивного паралича. Нервные болезни. 2021;(3):44–48. Nikonov A.A., Maksimova M.Yu. Clinical case of late neurosyphilis with symptoms of dorsal taxus and progressive paralysis. Nervnye bolezni. 2021;(3):44–48. doi: 10.24412/2226–0757–2021–12354
  8. Silver J.R, Weiner M.F. Nerve-stretching in the 19th century. J. Med. Biogr. 2016;24(4):537–545. doi: 10.1177/0967772014565565
  9. Sugar O. Victor Horsley, John Marshall, nerve stretching, and the nervi nervorum. Surg Neurol. 1990;34(3):184–187. doi: 10.1016/0090-3019(90)90071-v
  10. Adams J.E., Inman V.T. Stretching of the sciatic nerve; a means of relieving postoperative pain following removal of ruptured lumbar intervertebral discs. Calif. Med. 1959;91(1):24–26.
  11. Schofield P.F. Femoral nerve injury as a complication of pelvic surgery. Colorectal Dis. 2002;4(4):264–265. doi: 10.1046/j.1463-1318.2002.00351.x
  12. Sengupta D.K., Grevitt M.P., Mehdian S.M. Hypoglossal nerve injury as a complication of anterior surgery to the upper cervical spine. Eur. Spine J. 1999;8(1):78–80. doi: 10.1007/s005860050131
  13. Abdalmageed O.S., Bedaiwy M.A., Falcone T. Nerve injuries in gynecologic laparoscopy. J. Minim. Invasive Gynecol. 2017;24(1):16–27. doi: 10.1016/j.jmig.2016.09.004
  14. Habib A., Haldane C.E., Ekhtiari S. et al. Pudendal nerve injury is a relatively common but transient complication of hip arthroscopy. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2018; 26(3): 969-975. doi: 10.1007/s00167-017-4783-4
  15. Lee S. Dictionary of National Biography: second supplement. London; 1901.
  16. Mahan M.A., Yeoh S., Monson K., Light A. Rapid stretch injury to peripheral nerves: biomechanical results. Neurosurgery. 2019;85(1):E137–E144. doi: 10.1093/neuros/nyy423
  17. Warner W.S., Yeoh S., Light A. et al. Rapid-stretch injury to peripheral nerves: histologic results. Neurosurgery. 2020;86(3):437–445. doi: 10.1093/neuros/nyz194
  18. Ottestad E., Orlovich D.S. History of peripheral nerve stimulation — update for the 21st century. Pain Med. 2020;21(Suppl. 1):S3–S5. doi: 10.1093/pm/pnaa165
  19. Tekieh T., Shahzadi S., Rafii-Tabar H., Sasanpour P. Are deformed neurons electrophysiologically altered? A simulation study. Current Applied Physics. 2016;16(10):1413–1417. DOI: 10.1016/ j.cap.2016.07.012.
  20. Фелтен Д.Л. О’Бэнион М.Л., Майда М.С. Неврология. Атлас с иллюстрациями Неттера. М.; 2018. 464 с. Felten D.L., O’Banion M.K., Maida M.S. Netter’s atlas of neuroscience. Moscow; 2018. 464 p.
  21. Николаев С.Г. Атлас по электромиографии. Иваново; 2015. 488 с. Nikolaev S.G. Atlas of electromyography. Ivanovo; 2015. 488 p.
  22. Гриньох В.О., Смоляр H.I., Ковалишин B.I. Ультраструктура слизової оболонки ясен підлітків, хворих на хронічний катаральний гінгівіт, після комплексного лікування із застосуванням лазерної терапії та діади-намофорезу. Український стоматологічний альманах. 2012;(1):97–99. Grinyoh V.O., Smolyar H.I., Kovalishyn B.I. Ultrastructure of the mucous membrane of the gums of adolescents with chronic catarrhal gingivitis after complex treatment with the use of laser therapy and diadynamophoresis. Ukrai’ns’kyj stomatologichnyj al’manah. 2012;(1):97–99.
  23. Быков В.Л. Цитология и общая гистология. СПб.; 2002. 237 с. Bykov V.L. Cytology and general histology. Saint Petersburg; 2002. 237 p.
  24. Сидоров А.В. Основы нейробиологии. Клетки и контакты нервной ткани. Минск; 2019. 139 с. Sidorov A.V. Fundamentals of neurobiology. Cells and contacts of nervous tissue. Minsk; 2019. 139 p.
  25. Никитин С.С., Муртазина А.Ф., Дружинин Д.С. Блок проведения возбуждения по периферическому нерву как электрофизиологический феномен: обзор литературы. Нервно-мышечные болезни. 2019;9(1):12–23. Nikitin S.S., Murtazina A.F., Druzhinin D.S. Conduction block of excitation along the peripheral nerve as an electrophysiological phenomenon: a review of the literature. Nervno-myshechnye bolezni. 2019;9(1):12–23. doi: 10.17650/2222-8721-2019-9-1-12-23
  26. Никитин С.С., Муртазина А.Ф., Дружинин Д.С. Блок проведения возбуждения по периферическому нерву как электрофизиологический феномен: обзор литературы. Нервно-мышечные болезни. 2019;9(1):12–23. Nikitin S.S., Murtazina A.F., Druzhinin D.S. Conduction block as an electrophysiological phenomenon: a review of the literature. Nervno-myshechnye bolezni. 2019;9(1):12–23. doi: 10.17650/2222-8721-2019-9-1-12-23
  27. Arroyo E.J., Scherer S.S. On the molecular architecture of myelinated fibers. Histochem. Cell Biol. 2000;113(1):1–18. doi: 10.1007/s004180050001
  28. Челнокова А.А. Функциональные особенности рефлекторных и моторных ответов скелетных мышц в покое у лиц разного возраста. Новые исследования. 2012;(4):13–22. Chelnokova A.A. Functional features of reflex and motor responses of skeletal muscles at rest in people of different ages. Novye issledovanija. 2012;(4):13–22.
  29. Афанасьев Ю.И., Юрина Н.А. Гистология, эмбриология, цитология. М.; 2012; 800 с. Afanasyev Y.I., Yurina N.A. Histology, embryology, cytology. Moscow; 2012. 800 p.
  30. Kidd G.J., Ohno N., Trapp B.D. Biology of Schwann cells. Handb Clin Neurol. 2013;115:55–79. doi: 10.1016/B978-0-444-52902-2.00005-9
  31. Birchmeier C. ErbB receptors and the development of the nervous system. Exp. Cell Res. 2009;315(4):611–618. doi: 10.1016/j.yexcr.2008.10.035
  32. Singh S., Dallenga T., Winkler A. et al. Relationship of acute axonal damage, Wallerian degeneration, and clinical disability in multiple sclerosis. J. Neuroinflammation. 2017;14(1):57. doi: 10.1186/s12974-017-0831-8
  33. Poduslo J.F., Low P.A., Nickander K.K., Dyck P.J. Mammalian endoneurial fluid: collection and protein analysis from normal and crushed nerves. Brain Res. 1985;332(1):91–102. doi: 10.1016/0006-8993(85)90392-0
  34. Lundborg G., Rydevik B. Effects of stretching the tibial nerve of the rabbit. A preliminary study of the intraneural circulation and the barrier function of the perineurium. J. Bone Joint Surg. Br. 1973;55(2):390–401. doi: 10.1302/0301-620x.55b2.390
  35. Ogata K., Naito M. Blood flow of peripheral nerve effects of dissection, stretching and compression. J. Hand. Surg. Br. 1986;11(1):10–14. doi: 10.1016/0266–7681(86)90003–3
  36. Rydevik B., Lundborg G., Bagge U. Effects of graded compression on intraneural blood blow. An in vivo study on rabbit tibial nerve. J. Hand Surg. 1981;6(1):3–12. doi: 10.1016/S0363–5023(81)80003-2
  37. O’Toole M., Miller K.E. The role of stretching in slow axonal transport. Biophys. J. 2011;100(2):351–360. doi: 10.1016/j.bpj.2010.12.3695
  38. Kamijo A., Saitoh Y., Ohno N. et al. Immunohistochemical study of mouse sciatic nerves under various stretching conditions with «in vivo cryotechnique». J. Neurosci. Methods. 2014;227:181–188. doi: 10.1016/j.jneumeth.2014.02.018
  39. Chen L., Wang T., Wang Y. et al. An X. Protein 4.1G regulates cell adhesion, spreading, and migration of mouse embryonic fibroblasts through the β1 integrin pathway. J. Biol. Chem. 2016;291(5):2170–2180. doi: 10.1074/jbc.M115.658591
  40. Baines A.J., Lu H.-C., Bennett P.M. The Protein 4.1 family: hub proteins in animals for organizing membrane proteins. Biochim. Biophys. Acta. 2014;1838(2):605–619. doi: 10.1016/j.bbamem.2013.05.030
  41. Tekieh T., Shahzadi S., Rafii-Tabar H., Sasanpour P. Are deformed neurons electrophysiologically altered? A simulation study. Current Appl. Physics. 2016;16(10):1413–1417. doi: 10.1016/j.cap.2016.07.012
  42. Theophilidis G., Kiartzis K. Stretching of an isolated part of the sciatic nerve of the frog (Rana rindibunda) causes excitation of its sensory nerve fibres. Neurosci. Lett. 1996;215(2):99–102.
  43. Jou I.M., Lai K.A., Shen C.L., Yamano Y. Changes in conduction, blood flow, histology, and neurological status following acute nerve–stretch injury induced by femoral lengthening. J. Orthop Res. 2000;18(1):149–155. doi: 10.1002/jor.1100180121
  44. Rickett T., Connell S., Bastijanic J. et al. Functional and mechanical evaluation of nerve stretch injury. J. Med. Syst. 2011;35(5):787–793. doi: 10.1007/s10916-010-9468-1
  45. Wall E.J., Massie J.B., Kwan M.K. et al. Experimental stretch neuropathy. Changes in nerve conduction under tension. J. Bone Joint Surg. Br. 1992;74(1):126–129. doi: 10.1302/0301–620X.74B1.1732240
  46. Kwan M.K., Wall E.J., Massie J., Garfin S.R. Strain, stress and stretch of peripheral nerve. Rabbit experiments in vitro and in vivo. Acta Orthop. Scand. 1992;63(3):267–272. doi: 10.3109/17453679209154780
  47. Ochs S., Pourmand R., Si K., Friedman R.N. Stretch of mammalian nerve in vitro: effect on compound action potentials. J. Peripher. Nerv. Syst. 2000;5(4):227–235. doi: 10.1046/j.1529–8027.2000.00025.x
  48. Markin V.S., Tanelian D.L., Jersild Jr R.A., Ochs S. Biomechanics of stretch-induced beading. Biophys. J. 1999;76(5):2852–2860. doi: 10.1016/S0006–3495(99)77439-4
  49. Yamada H. Studies of electrophysiological and morphological changes in the rabbit sciatic nerve under various types of stretch and relaxation. J. Jap. Orthop. Ass. 1987;61(2):217–231.
  50. Rydevik B.L., Kwan M.K., Myers R.R. et al. An in vitro mechanical and histological study of acute stretching on rabbit tibial nerve. J. Orthop. Res. 1990;8(5):694–701. doi: 10.1002/jor.1100080511
  51. Haftek J. Stretch injury of peripheral nerve. Acute effects of stretching on rabbit nerve. J. Bone Joint Surg. Br. 1970;52(2):354–365. doi: 10.1302/0301-620x.52b2.354
  52. Saijilafu, Nishiura Y., Hara Y. et al. Gradual stretching of the proximal nerve stump induces the growth of regenerating sprouts in rats. J. Orthop. Res. 2008;26(7):1012–1017. doi: 10.1002/jor.20587
  53. Sahar M.S.U., Barton M., Tansley G. Design and fabrication of a nerve–stretching device for in vivo mechanotransduction of peripheral nerve fibers. HardwareX. 2020;7:e00093. doi: 10.1016/j.ohx.2020.e00093
  54. Rao F., Wang Y., Zhang D. et al. Aligned chitosan nanofiber hydrogel grafted with peptides mimicking bioactive brain-derived neurotrophic factor and vascular endothelial growth factor repair long-distance sciatic nerve defects in rats. Theranostics. 2020;10(4):1590–1603. doi: 10.7150/thno.36272
  55. Szikszay T., Hall T., von Piekartz H. In vivo effects of limb movement on nerve stretch, strain, and tension: a systematic review. J. Back Musculoskelet Rehabil. 2017;30(6):1171–1186. doi: 10.3233/BMR-169720
  56. Thomas E., Bellafiore M., Petrigna L. et al. Peripheral nerve responses to muscle stretching: a systematic review. J. Sports Sci. Med. 2021;20(2):258–267. doi: 10.52082/jssm.2021.258
  57. Kerns J., Piponov H., Helder C. et al. Mechanical properties of the human tibial and peroneal nerves following stretch with histological correlations. Anat. Rec. (Hoboken). 2019;302(11):2030–2039. doi: 10.1002/ar.24250
  58. Freiwald J., Engelhardt M., Jäger M. et al. Stretching–do current explanatory models suffice? Sportverletz Sportschaden. 1998;12(2):54–59. (In German). doi: 10.1055/s–2007–993338
  59. Robinson L.R., Probyn L. How much sciatic nerve does hip flexion require? Can. J. Neurol. Sci. 2019;46(2):248–250. doi: 10.1017/cjn.2018.378
  60. Andrade R.J., Freitas S.R., Hug F. et al. The potential role of sciatic nerve stiffness in the limitation of maximal ankle range of motion. Sci. Rep. 2018;8(1):14532. doi: 10.1038/s41598-018-32873-6
  61. Andrade R.J., Freitas S.R, Hug F. et al. Chronic effects of muscle and nerve-directed stretching on tissue mechanics. J. Appl. Physiol (1985). 2020;129(5):1011–1023. doi: 10.1152/japplphysiol.00239.2019

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Борьба Иакова с ангелом, фрагмент. Роспись капеллы св. Ангела. Э. Делакруа, 1861 г.

Скачать (354KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Интегративная логическая схема механизмов развития стрейч-травмы нерва.

Скачать (730KB)
Метаданные

© Каракулова Ю.В., Клоян Г.З., Муравьев С.В., Шитоев И.Д., Никитин В.Н., Иванова М.Д., 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах