Lumbar spine segmental instability in degenerative spine conditions

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

12–40% of people with low back pain have spinal instability in degenerative-dystrophic diseases of the spine. The paper highlights the biomechanical basis for the development of segmental instability and discusses various hypotheses for the development of this condition. The authors describe the modern methods of neuroimaging used in the diagnosis of segmental instability, such as radiography, functional spondylography, CT, functional CT, MRI.

Further, the paper presents provocative tests used in the diagnosis of instability: passive extension of the lumbar spine, standing, sitting, pron-instability, "scissors", compression of spinous processes, forward lean in standing position, and some others.

The authors shared their experience in diagnosing segmental instability.

However, the discrepancy between the data of instrumental examinations and patient complaints, poorly studied rotational and lateral instability in osteochondrosis indicate the need for a more detailed study of the instability of the spine as a whole.

About the authors

Aleksandr P. Fraerman

City Clinical Hospital No. 39

Email: anton-yarikov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5476-7069

PhD, Professor, neurosurgeon, leading researcher of the group "Microneurosurgery"

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Anton V. Yarikov

Privolzhsky District Medical Center FMBA; City Clinical Hospital No. 39

Author for correspondence.
Email: anton-yarikov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4437-4480

PhD, neurosurgeon

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Aleksandr O. Kotelnikov

National Ilizarov Medical Research Center for Traumatology and Ortopedics

Email: anton-yarikov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8879-1462

orthopedic traumatologist

Russian Federation, Kurgan

Igor I. Smirnov

City Clinical Hospital No. 39

Email: anton-yarikov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1766-9515

neurosurgeon

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Vasilii A. Leonov

City Clinical Hospital No. 39

Email: anton-yarikov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6228-4879

neurosurgeon

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Maksim V. Khomchenkov

National Ilizarov Medical Research Center for Traumatology and Ortopedics

Email: anton-yarikov@mail.ru

orthopedic traumatologist

Russian Federation, Kurgan

Olga A. Perlmutter

City Clinical Hospital No. 39

Email: anton-yarikov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2894-4110

PhD, Professor, neurosurgeon

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Andrei G. Sosnin

Privolzhsky District Medical Center FMBA

Email: anton-yarikov@mail.ru

orthopedic traumatologist

Russian Federation, Nizhny Novgorod

References

  1. Nikitin AS, Grin AA. Diagnosis of instability in degenerative disease of the lumbosacral spine. Nejrohirurgiya. 2017;3:102–111.(In Russ.). [Никитин А.С., Гринь А.А. Диагностика нестабильности при дегенеративной болезни пояснично-крестцового отдела позвоночника. Нейрохирургия. 2017;3:102–111].
  2. Davydov EA, Nazarov AS, Tyulkin ON, et al. The use of interspinous distractor from nitinol in the surgical treatment of segmental instability in the lumbar spine. Hirurgiya pozvonochnika. 2015;12(1):76–82. (In Russ.). [Давыдов Е.А., Назаров А.С., Тюлькин О.Н. и др. Применение межостистого дистрактора из нитинола при хирургическом лечении сегментарной нестабильности в поясничном отделе позвоночника. Хирургия позвоночника. 2015;12(1):76–82]. doi.org/10.14531/ss2015.1.76-82
  3. Konovalov NA, Nazarenko AG, Krutko AV, et al. The results of surgical treatment of instability of the spinal motor segment of the lumbar spine. Voprosy nejrohirurgii im. N.N. Burdenko. 2017;81(6):69–80.(In Russ.). [Коновалов Н.А., Назаренко А.Г., Крутько А.В. и др. Результаты хирургического лечения нестабильности позвоночно-двигательного сегмента поясничного отдела позвоночника. Вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. 2017;81(6): 69–80].
  4. Murabi Z, Ptashnikov DA, Masevnin SV, et al. Segmental instability of the lumbar spine. Review of foreign literature. Vestnik Severo-Zapadnogo gosudarstvennogo medicinskogo universiteta im. I.I. Mechnikova. 2017;9(4):59–65. (In Russ.). [Мураби З., Пташников Д.А., Масевнин С.В. и др. Сегментарная нестабильность поясничного отдела позвоночника. Обзор зарубежной литературы. Вестник Северо-Западного государственного медицинского университета им. И.И. Мечникова. 2017;9(4):59–65].
  5. Pozdeeva NA, Sorokovikov VA, Nemarov AA. Diagnosis of instability of the spinal motor segment in osteochondrosis of the lumbar spine. Acta Biomedica Scientifica. 2007;1(53):36–39. (In Russ.). [Поздеева Н.А., Сороковиков В.А., Немаров А.А. Диагностика нестабильности позвоночно-двигательного сегмента при остеохондрозе поясничного отдела позвоночника. Acta Biomedica Scientifica. 2007;1(53):36–39].
  6. Vissarionov SV, Popov IV. On the issue of spinal instability: terminological disputes. Travmatologiya i ortopediya Rossii. 2007;2(44):94–97. (In Russ.). [Виссарионов С.В., Попов И.В. К вопросу о нестабильности позвоночника: терминологические споры. Травматология и ортопедия России. 2007;2(44):94–97].
  7. Krutko AV, Bajkov ES, Konovalov NA, Nazarenko AG. Segmental instability of the spine: unresolved issues. Hirurgiya pozvonochnika. 2017;14(3):74–83.(In Russ.). [Крутько А.В., Байков Е.С., Коновалов Н.А., Назаренко А.Г.Сегментарная нестабильность позвоночника: нерешенные вопросы. Хирургия позвоночника. 2017;14(3):74–83].
  8. Kirkaldy-Willis WH, Farfan HF. Instability of the lumbar spine. Clin Orthop Relat Res. 1982;(165):110–123.
  9. Schneider G, Pearcy MJ, Bogduk N. Abnormal motion in spondylolytic spondylolisthesis. Spine. 2005;30:1159–1164. doi: 10.1097/01.brs.0000162400.06685.37
  10. Beazell1 J, Mullins1 M, Grindstaff T. Lumbar instability: an evolving and challenging concept. Journal of Manual and Manipulative Therapy. 2010;18(1):9–14.
  11. Wilke HJ, Wolf S, Claes LE, Arand M, Wiesend A. Stability increase of the lumbar Spine with different muscle groups. A biomechanical in vitro study. Spine. 1995;20:192–198.
  12. Pozdeeva NA, Sorokovikov VA. The effectiveness of traditional methods for diagnosing instability of the spinal motor segment in the lumbosacral spine. Acta Biomedica Scientifica. 2006;4(50):268–271. (In Russ.). [Поздеева Н.А., Сороковиков В.А. Эффективность традиционных методов диагностики нестабильности позвоночно-двигательного сегмента в пояснично-крестцовом отделе позвоночника. Acta Biomedica Scientifica. 2006;4(50):268–271].
  13. Panjabi M. The stabilizing system of the spine. Part II. Neutral zone and instability hypothesis. J Spinal Disord. 1992;5:390–396.
  14. Zhao F, Pollintine P, Hole BD, Dolan P, Adams MA. Discogenic origins of spinal instability. Spine. 2005;30:2621–2630. doi: 10.1097/01.brs.0000188203.71182.c0
  15. Cinotti G, Postacchini F, Fassari F, Urso S. Predisposing factors in degenerative spondylolisthesis. A radiographic and CT study. Int Orthop. 1997;21:337–342.
  16. Byvalcev VA, Kalinin AA, Belyh EG, et al. Optimization of treatment results for patients with segmental instability of the lumbar spine using a minimally invasive spinal fusion technique. Voprosy nejrohirurgii im. N.N. Burdenko. 2015;79(3):45–54.(In Russ.). [Бывальцев В.А., Калинин А.А., Белых Е.Г. и др. Оптимизация результатов лечения пациентов с сегментарной нестабильностью поясничного отдела позвоночника при использовании малоинвазивной методики спондилодеза. Вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. 2015;79(3):45–54].
  17. O'Sullivan P. Lumbar segmental 'instability': clinical presentation and specific stabilizing exercise management. Manual Therapy. 2000;5(1):2–12.
  18. Gopinath P. Lumbar segmental instability: Points to ponder. J Orthop. 2015;12:165–167. doi: 10.1016/j.jor.2015.09.005
  19. Hayashi T, Daubs MD, Suzuki A, et al. Motion characteristics and related factors of Modic changes in the lumbar spine. J Neurosurg Spine. 2015;22:511–517. doi: 10.3171/2014.10.SPINE14496
  20. Cabraja M, Mohamed E, Koeppen D, Kroppenstedt S. The analysis of segmental mobility with different lumbar radiographs in symptomatic patients with a spondylolisthesis. Eur Spine J. 2012;21(2):256–261.
  21. Pieper C, Groetz S, Nadal J, et al. Radiographic evaluation of ventral instability in lumbar spondylolisthesis: do we need extension radiographs in routine exams? Eur Spine J. 2014;23(1):96–101.
  22. Friberg O. Lumbar instability: a dynamic approach by traction-compression radiography. Spine. 1987;12:119–129.
  23. doi: 10.1097/00007632-198703000-00007
  24. Kerimbaev TT, Alejnikov VG, Sypabekov SZh, et al. Minimally invasive surgery for instability of the spinal segment with degenerative diseases of the lumbar spine. Nejrohirurgiya I nevrologiya Kazahstana. 2014;2(35):13–17.(In Russ.). [Керимбаев Т.Т., Алейников В.Г., Сыпабеков С.Ж. и др. Малоинвазивная хирургия при нестабильности позвоночного сегмента при дегенеративных заболеваниях поясничного отдела позвоночника. Нейрохирургия и неврология Казахстана. 2014;2(35):13–17].
  25. Ochia RS, Inoue N, Renner SM, et al. Three-dimensional in vivo measurement of lumbar Spine segmental motion. Spine. 2006;31:2073–2078. doi: 10.1097/01.brs.0000231435.55842.9e
  26. Konovalov NA, Shevelev IN, Kornienko VN, Nazarenko AG. Clinical and diagnostic assessment of the severity of degenerative lesions of the lumbosacral spine. Annaly klinicheskoj i eksperimentalnoj nevrologii. 2009;3(3):17–20. (In Russ.). [Коновалов Н.А., Шевелев И.Н., Корниенко В.Н., Назаренко А.Г. Клинико-диагностическая оценка выраженности дегенеративного поражения пояснично-крестцового отдела позвоночника. Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2009;3(3):17–20].
  27. Sheng-yun L, Letu S, Jian C, et al. Comparison of Modic changes in the lumbar and cervical spine, in 3167 Patients with and without spinal pain. PLOS ONE. 2014;9(12):e114993.
  28. Toyone T, Takahashi K, Kitahara H, et al. Vertebral bone-marrow changes in degenerative lumbar disc disease an MRI study of 74 patients with low back pain. J Bone Joint Surg. 1994;76:757–764.
  29. Kim KT, Park SW, Kim YB. Disc height and segmental motion as risk factors for recurrent lumbar disc herniation. Spine. 2009;34(24):2674–2678.
  30. Kravcov MN, Mirzametov SD, Zavyalov DM, et al. Relapse of herniated discs after lumbar microdisectomy: general information, analysis of risk factors. Rossijskij nejrohirurgicheskij zhurnal im. professora A.L. Polenova. 2018;10(1):34–41. (In Russ.). [Кравцов М.Н., Мирзаметов С.Д., Завьялов Д.М. и др. Рецидивы грыж межпозвонковых дисков после поясничной микродискэктомии: общие сведения, анализ факторов риска. Российский нейрохирургический журнал им. профессора А.Л. Поленова. 2018;10(1):34–41].
  31. Nadulich KA, Teremshonok AV, Nagornyj EB, Stadnichenko SYu. Assessment of MR signs of segmental spinal instability in lumbar degenerative spondylolisthesis. In book: Medicinskaya pomoshch' pri travmah mirnogo I voennogo vremeni. novoe v organizacii I tekhnologiyah. 2018:196–197. (In Russ.). [Надулич К.А., Теремшонок А.В., Нагорный Е.Б., Стадниченко С.Ю. Оценка МР-признаков сегментарной нестабильности позвоночника при поясничном дегенеративном спондилолистезе. В книге: Медицинская помощь при травмах мирного и военного времени. Новое в организации и технологиях. 2018:196–197].
  32. Hominec VV, Nadulich KA, Nagornyj EB, et al. Features of surgical tactics in the treatment of patients with lumbar degenerative spondylolisthesis. Genij ortopedii. 2018;24(2):221–228. (In Russ.). [Хоминец В.В., Надулич К.А., Нагорный Е.Б. и др. Особенности хирургической тактики при лечении больных с поясничным дегенеративным спондилолистезом. Гений ортопедии. 2018;24(2):221–228].

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. Lumbar spine functional spondylography. A sagittal translation of more than 4 mm visualizes in segments L4-5.

Download (209KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. Lumbar spine functional spondylography. The patient had previously undergone spondylodesis of segments L4-5. In the long-term postoperative period, the adjacent segment disease developed in the form of instability in segments L3-4. A sagittal translation of more than 4 mm and lateral angulation are visualized in spinal-motor segments.

Download (296KB)
Indexing metadata
4. Figure 3. Lumbar spine MRI. There is instability in segments L3-4 according to functional spondylography data. According to MRI data, the height of intervertebral disc L3-4 is preserved and the grade II degeneration according to Pfirrmann is noted.

Download (255KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2020 Fraerman A.P., Yarikov A.V., Kotelnikov A.O., Smirnov I.I., Leonov V.A., Khomchenkov M.V., Perlmutter O.A., Sosnin A.G.

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».