Einfluß von Eisbeutel, Kaltluft und N₂-Kaltgas auf die gelenknahe elektrische Schmerzschwelle

Summary

Objective: The treatment of musculosceletal pain is an important task of physical therapy, especially of cryotherapy. However, experimental models to quantify physiological effects in order to determine the optimal therapy are missing.

Subjective: An experimental model to quantify electrical induced pain in joint tissue will be presented. The analgetic effects of three characteristic cryotherapeutical treatments (ice bag, cold air stream, cold N₂-gas) will be demonstrated.

Design: Monopolar EMG needles were inserted 0,5-1 cm deep into the humeroradial joint tissue on both sides. They delivered (every 30 s; 1/min at each side) an increasing electrical stimulus (0,5 ms rectangular impulses; 285 Hz) up to a maximum of 10 mA. As soon as a painful sensation arises, the stimulus was interrupted by the test person. The attained value in mA was registered and defined as the pain threshold. Depending on needle position and individual factors, it ranged between 2,5 and 4 mA.

The study involved a test group of 10 healthy persons (6 females, 4 males), 20-45 years of age. In randomised sequence following treatments have been applicated (application time and -temperature in parenthesis) at the right humeroradial joint: a) ice bag (15 min/± 0 °C); b) cold air stream (10 min/- 11 °C; c) cold N₂-gas (10 min/- 17 °C). The left side served as control. In addition, a series without any application has been performed.

Results: After a 3-5 min delay, pain threshold increased to following maxima: cold air stream (10 min) + 4,02 mA ± 2,21 SD, p < 0,001; ice bag (15 min) + 2,13 mA ± 177 SD, p = 0,004; cold N₂-gas (16 min) + 1,4 mA ± 1,1 SD, p = 0,009. Within a few minutes, all values decreased to the same plateau of ca. + 0,8 mA above baseline, persisting until the end of observation (40 min). On the contralateral (left) side the pain threshold increased up to a more or less persisting level of ca. + 0,5 mA.

Conclusions: 1) The demonstrated method is capable to quantify physicotherapeutical effects on pain threshold in joint tissue. 2) The analgetic effect of cold air stream is superior to ice bag and cold N₂-gas for local cooling of joint tissue. 3) Soon after application, the elevated pain thresholds decrease again, presumably related to the local rewarming of the tissue. 4) Until the end of observation, pain thresholds remain on an elevated plateau above baseline on homolateral side as well as contralateral. Both maybe due to a longlasting central nervous component of cryotherapeutical analgetic effects.

Kurzfassung

Problemstellung: Die Behandlung akuter und chronischer Schmerzen am Bewegungsapparat gehört zu den wichtigsten Aufgaben der Physikalischen Therapie, insbesondere der Kryotherapie. Zur Gewinnung differentialdiagnostischer Erkenntnisse fehlt es jedoch an quantifizierenden experimentellen Modellen.

Gegenstand der Untersuchung: Ziel der Arbeit ist es, eine Methodik zur experimentellen, elektrischen Erzeugung adäquater Schmerzreize an gelenknahen Bindegewebsstrukturen gesunder Probanden zu entwickeln; exemplarisch wird hiermit die analgetische Potenz dreier kryotherapeutischer Anwendungsformen untersucht.

Design: Über monopolare EMG-Nadeln wird ein Reizstrom (0,5 s Rechteckimpuls; 285-Hz-Impulsfolgefrequenz) in ca. 0,5-1 cm Tiefe beidseits im Bereich der Articulatio humeroradialis appliziert. Der Reizstrom steigt je Seite lmal pro Minute (30 s zeitversetzt) nach einem akustischen Signal linear auf einen Maximalwert von 10 mA, wird jedoch vorher vom Probanden beim Auftreten eines Schmerzreizes unterbrochen. Der jeweils erreichte Wert in mA wird über Schreiber registriert und als Schmerzschwelle definiert. Er liegt - abhängig von Nadelposition und individuellen Faktoren - zwischen 2,5 und 4 mA. Die Versuche werden an 10 klinisch gesunden Probanden (6 weiblich, 4 männlich) im Alter zwischen 20 und 45 Jahren durchgeführt. Am rechten Ellbogen werden in wöchentlichen Abständen in randomisierter Reihenfolge folgende Anwendungen appliziert (Applikationszeit und -temperatur in Klammern): a) Eisbeutel (15 min; ± 0 °C); b) Kaltluft (10 min; -11 °C); c) N₂-Kaltgas (10 min; ca. -17 °C). Zusätzlich wird eine Versuchsreihe ohne Anwendungen durchgeführt.

Ergebnisse: Nach einer Verzögerung von ca. 3-5 min steigen die Schmerzschwellen linear auf folgende Maximalwerte an: Kaltluft (10 min): + 4,02 mA ± SD 2,21, p < 0,001; Eisbeutel (15 min): + 2,13 mA ± SD 1,77, p = 0,004; Kaltgas (16 min): + 1,40 mA ± SD 1,10; p = 0,009). Anschließend fallen die Werte innerhalb weniger Minuten auf ein konstant erhöhtes Niveau von ca. + 0,8 mA bis Versuchsende (40 min nach Anwendungsbeginn). Auf der kontralateralen Seite kommt es bei allen Formen zu einer tendenziellen, ebenfalls anhaltenden Anhebung bis ca. + 0,5 mA. Exemplarische Temperaturmessungen lassen darauf schließen, dass sich die physiologischen Reaktionen analog zu den Kälteleistungen der drei Verfahren verhalten.

Schlußfolgerungen: 1. Die dargestellte Methodik ist geeignet, quantitative Aussagen über Schmerzschwellenänderungen durch physikalische Therapeutika zu liefern. 2. Kaltluft ist zur direkten Abkühlung tieferer Gewebsschichten sowohl dem Eisbeutel als auch N₂-Kaltgas deutlich überlegen. 3. Nach den Kälteapplikationen fallen die verschieden erhöhten Schmerzschwellen unterschiedlich rasch auf einen gemeinsamen Plateauwert ab; dies wird als Reaktion auf die lokale Wiedererwärmung gedeutet. 4. Das bis Versuchsende fortbestehende, gegenüber dem Ausgangsweit erhöhte Plateau der Schmerzschwellen (homolateral ca. 0,8 mA, kontralateral ca. 0,5 mA) wird als zentralnervöse Komponente der Kryoanalgesie interpretiert.

Key words

Cryotherapy - ice bag - cold N₂ gas - cold air stream - pain threshold - skin temperature

Schlüsselwörter

Kryotherapie - Eisbeutel - N₂-Kaltgas - Kaltluft - Schmerzschwelle - Hauttemperatur