Effect of High Intensity Interval Exercise on Pain, Disability and Autonomic Balance in Patients with Nonspecific Chronic Low Back Pain
Date
2019
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Imam Abdulrahman Bin Faisal University
Abstract
Description
الأهداف: تقييم تأثير التمارين المتقطعة عالية الشدة لمدة 6 أسابيع على شدة الألم والعجز وتوازن الجهاز العصبي اللاإرادي لدى مرضى ألم أسفل الظهر الغير محدد. المقدمة: ألم أسفل الظهر المزمن مشكلة مرضية ذات تأثير اقتصادي واجتماعي. حوالي 80% من الأشخاص يعانون من ألم أسفل الظهر في فترة ما من حياتهم. تكون أسباب ألم أسفل الظهر المزمن غير محددة لدى ما يقارب 90% من المرضى ويطلق على هذه الحالة ألم أسفل الظهر المزمن غير المحدد. مرضى ألم أسفل الظهر المزمن يعانون من قلة اللياقة والنشاط الحركي مما قد يؤدي إلى تغير في الأمور اليومية بمقياس الاوسويستري (ODI) وتم كذلك قياس اختبار توازن الجهاز العصبي اللاإرادي من خلال قياس التغير في نبضات القلب (HRV)و حساسية مستقبلات ضغط الدم(BRS) تحت تأثير عوامل مختلفة. أجريت جميع القياسات عند البدء بالدراسة وبعد الانتهاء منها. تم أيضا إدخال البيانات من خلال برنامج الإكسل وتم عمل المقارنات والعلاقات الحسابية من خلال البرنامج الإحصائي SPSS الإصدار 20 وتم أيضا اختبار البيانات لمعرفة نوعيتها بواسطة اختبار شابيرو ويلكنسون. تكون النتيجة ذات أهمية إحصائيا عندما تكون P<0.05. طريقة البحث: بعد موافقة لجنة أخلاقيات البحث العلمي بجامعة الإمام عبد الرحمن بن فيصل في الدمام بالمملكة العربية السعودية، تم اختيار عينة مكونة من 80 مريضا من كلا الجنسين يعانون من ألم أسفل الظهر المزمن غير المحدد تتراوح أعمارهم بين 18 إلى 60 سنة. تم تحويل المرضى ممن يعانون من ألم/عجز خفيف إلى متوسطة بحسب مقياس أوسويستري من عيادات العظام إلى قسم العلاج الطبيعي بمستشفى الملك فهد الجامعي بالخبر في الفترة ما بين شهري مايو2018 ويناير2019. تم شرح كامل البرنامج للمرضى وتم أخذ التواقيع منهم بالعلم والموافقة. بعد ذلك تم تقسيم المرضى عشوائيا إلى مجموعتين. المجموعة الأولى تحوي 40 مريضا لتأدية التمارين المتقطعة عالية الشدة بالإضافة إلى العلاج الطبيعي الروتيني والمجموعة الثانية وتحوي 40 مريضا أدوا فقط العلاج الطبيعي الروتيني. تم استبعاد من لديهم ضعف القلب والأوعية الدموية اللاإرادي عن طريق إجراء اختبار التنفس العميق لمعرفة نسبة الزفير إلى الشهيق واختبار مقدار تحمل انخفاض ضغط الدم أثناء الوقوف قبل البدء بالدراسة وبعدها. بالإضافة إلى ذلك تم قياس شدة الألمNRS) ) بمقياس رقمي (1-10) ومدى العجز عن القيام بالأمور اليومية بمقياس الاوسويستري (ODI) وتم كذلك قياس اختبار توازن الجهاز العصبي اللاإرادي من خلال قياس التغير في نبضات القلب(HRV) و حساسية مستقبلات ضغط الدم (BRS) تحت تأثير عوامل مختلفة. أجريت جميع القياسات عند البدء بالدراسة وبعد الانتهاءمنها. تم أيضا إدخال البيانات من خلال برنامج الإكسل وتم عمل المقارنات والعلاقات الحسابية من خلال البرنامج الإحصائي SPSS الإصدار 20 وتم أيضا اختبار البيانات لمعرفة نوعيتها بواسطة اختبار شابيرو ويلكنسون. تكون النتيجة ذات أهمية إحصائيا عندما تكون P<0.05. النتائج: بالنسبة لاختبار التنفس العميق لمعرفة نسبة الزفير إلى الشهيق واختبار مقدار تحمل انخفاض ضغط الدم أثناء الوقوف عن طريق قياس نسبة نبض القلب عند 30 ثانية إلى 15 ثانية بعد الوقوف فإنه لم تبين أي تغيير ذو أهمية إحصائية بين المجموعتين أو ماقبل إجراء الدراسة وبعدها في المجموعة الواحدة. وأظهرت النتائج تحسنا ذا أهمية إحصائية في مقاييس كل من الألم ((p=0.0005 والعجز(p=0.0001) في كلا المجموعتين ولكن التحسن كان ملحوظا بشكل أكبر في المجموعة التي أدت التمارين المتقطعة عالية الشدة مقارنة بالمجموعة الثانية التي أدت فقط العلاج الطبيعي الروتيني في مقياس شدة الألم (p=0.001) والعجز (p=0.002).ارتبط مقياس شدة الألم ارتباطا إيجابيا مع مقياس أوسويستري لقياس العجز (ρ=0.383, p=0.001) لكن ليس هناك أي علاقة ذات أهمية إحصائية بين كل من مقياس شدة الألم و/أو مقياس أوسويستري لقياس العجز مع مقاييس التغير في نبضات القلب أو حساسية مستقبلات ضغط الدم التي قيست عند بدء التجربة. بالإضافة إلى ذلك فإن مقاييس التغير في نبضات القلب و حساسية مستقبلات ضغط الدم كانت ضمن المدى الطبيعي في كلا المجموعتين سواء عند بدء الدراسة و بعد ستة أسابيع من الانتهاء منها. بالإضافة إلى ذلك، لم تظهر النتائج أي تغيرات ذات أهمية إحصائية في مقاييس التغير في نبضات القلب التالية(SDNN,RMSSD,pNN50,LF,LF(nu),HF(nu),LF/HF ماعداHF الذي انخفض انخفاضا ذا أهمية إحصائية لدى المجموعة التي أدت فقط العلاج الطبيعي الروتيني بعد ستة أسابيع من الانتهاء من الدراسة. بالنسبة LFnu and LF/HF فقد انخفضا انخفاضا ذا أهمية إحصائية بعد دقيقة من وضع الإمالة لدى المجموعة التي أدت التمارين المتقطعة عالية الشدة بعد ستة أسابيع من الإنتهاء من الدراسة. أظهرت النتائج انخفاضا ذا أهمية إحصائية في مقاييس حساسية مستقبلات ضغط الدم لدى المجموعة التي أدت التمارين المتقطعة عالية الشدة بعد ستة أسابيع من الانتهاء من الدراسة.وأوضحت الدراسة أيضا انه بعد 6 أسابيع من الانتهاء منها كان هناك زيادة ذات أهمية إحصائية في رجوع نبضات القلب إلى وضعها الطبيعي (HRR)في الدقيقتين الثانية والثالثة لدى المجموعة الأولى التي أدت التمارين المتقطعة عالية الشدة مقارنة بالمجموعة الثانية التي أدت فقط العلاج الطبيعي الروتيني. لم تحدث أيضا أي تغيرات ذات أهمية إحصائية في كل من نبضات القلب وضغط الدم الانبساطي والانقباضي بعد دقيقة من وضع الإمالة سواء في نفس المجموعة أو بين المجموعتين. الخاتمة: أثبتت الدراسة أن التمارين المتقطعة عالية الشدة بالتزامن مع العلاج الطبيعي الروتيني لمدة 6 أسابيع أدت إلى تقليص الشعور بالألم والعجزبنسبة ذات أهمية إحصائية أعلى من مجرد العلاج الطبيعي الروتيني لدى المرضى الذين يعانون من ألم أسفل الظهر المزمن غير المحدد الخفيف والمتوسط الشدة..نتائج اختبارات الجهاز العصبي اللاإرادي كانت في المدى الطبيعي مما يدل على سلامة وظائف القلب والأوعية الدموية اللاإرادية لدى المجموعتين. بالإضافة إلى ذلك فإن مقاييس التغير في نبضات القلب و حساسية مستقبلات ضغط الدم كانت أيضا في المدى الطبيعي ولم تظهر أي تغيرات ذات أهمية إحصائية على مدى فترة الدراسة. الزيادة ذات الأهمية الإحصائية التي حصلت في رجوع نبضات القلبHR recovery إلى وضعها الطبيعي لدى المجموعة الأولى التي أدت التمارين المتقطعة عالية الشدة بعد 6 أسابيع من الدراسة تدل على التطور الملحوظ في الجهاز العصبي اللاإرادي ال parasympathetic لدى هذه المجموعة بعد أداء هذه التمارين. نستنتج من هذه الدراسة أن التمارين المتقطعة عالية الشدة ممكن أن تكون إضافة ذات أهمية في عيادة العلاج الطبيعي لدى مرضى ألم أسفل الظهر المزمن غير المحدد.
Background: Chronic low back pain (CLBP) is a clinical problem of large magnitude with great socio-economical effect. About 80% of people may complain of low back pain in their life. In about 90% of patients the cause of CLBP cannot be ascertained and is termed as nonspecific CLBP (NSCLBP). Patients with low back pain (LBP) often report an overall reduced physical activity and fitness that could consequently lead to an altered autonomic balance. Dysregulation of autonomic nervous system (ANS) is also implicated to be an underlying cause in the initiation and persistence of chronic muscle pain. Different types of exercises can be prescribed to patients with CLBP to improve pain, disability and physical fitness. High intensity interval exercise (HIIE) is a newer modality where short bursts of high intensity exercise are interspersed with rest intervals. HIIE is more time efficient, enjoyable, and superior to mild or moderate intensity continuous exercise in improving the physical fitness, peak performance, autonomic balance, muscle strength and coordination in athletes. HIIE might prove more useful and effective for individuals with nonspecific CLBP and could have a better adherence rate in the long run. Objectives: To evaluate the effect of 6 weeks HIIE training program along with the standard physiotherapy on pain, disability and autonomic balance in patients with NSCLBP. Methods: After the ethical approval of Imam Abdurrahman Bin Faisal University, Dammam, KSA, eighty (80) patients with NSCLBP (either sex, age: 18-65 years) were recruited. These patients, with mild to moderate disability/pain according to Oswestry index, were referred from relevant clinics to the physiotherapy department of King Fahd Hospital of the University, AlKhobar (KFHU). After full explanation of the study, the patients were required to sign an informed consent form and then they were randomly assigned to one of the two groups: Experimental Group (HIIE: n= 40) was assigned for HIIE in addition to standard regular physiotherapy, and standard regular physiotherapy group was designated as control group (Control n=40). Deep breathing test to obtain expiratory to inspiratory ratio (E:I) and orthostatic tolerance test to obtain 30:15 ratio were performed at the beginning of the study to exclude cardiovagal autonomic dysfunction and repeated at the end of the study for comparison. Pre and post intervention assessment included pain intensity through Numerical Rating Scale (NRS), disability through Oswestry Disability Index (ODI) and autonomic balance through heart rate variability (HRV) and baroreflex sensitivity (BRS) at rest and in response to an orthostatic challenge. Time domain parameters included SDRR (standard deviation of R-R interval) RMSSD (root mean square of successive differences of RR interval), pNN50 (percentage of successive intervals greater than 50 ms), and frequency domain parameters included LF (low frequency), LFnu (LF in normalized units), HF (high frequency), HFnu (HF in normalized units) and LF/HF ratio. Data was entered in Microsoft excel and comparisons and correlations were done using SPSS version 20. Normality of data was tested with Shapiro Wilkinson test and appropriate parametric and nonparametric tests were applied to see the differences. Level of significance was set at p<0.05. Results: The E:I ratio and 30:15 ratio were within normal limits for both groups and did not show any significant differences between the groups and between the baseline and post intervention in both groups. There was significant improvement in pain (p=0.0005) as well as disability (p=0.0001) in both groups, but HIIE group exhibited significantly greater improvement in pain (p=0.001) as well as ODI (0.002) compared to control group. NRS was positively correlated with ODI (p=0.383, p=0.001) but neither NRS nor ODI exhibited any significant correlation with HRV parameters or BRS at baseline. The HRV parameters and BRS in both groups were within the normal ranges at baseline as well as at 6 weeks post intervention. There were no significant differences in HRV parameters (SDNN, RMSSD, pNN50, LF, LFnu, HF, HFnu, LF/HF), between HIIE and control group at baseline and after 6 weeks of intervention except for HF that was reduced significantly at 6 weeks compared to baseline only in control group. In response to orthostatic challenge the rise in LFnu ad LF/HF ratio was significantly lower in HIIE group compared to control group after 6 weeks of intervention. BRS showed a significant reduction at 6 weeks compared to baseline only in the HIIE group. HR recovery was significantly faster after 6 weeks compared to baseline in HIIE group in the 2nd and 3rd minute but there was no significant difference in the control. There were no significant changes in resting HR, SBP, and DBP in response to orthostatic challenge within group and between the two groups (HIIE and control). Conclusions: The HIIE intervention with standard physiotherapy for 6 weeks led to a significantly greater improvement in pain and disability compared to standard physiotherapy alone in the patients suffering from mild to moderate NSCLBP. The classical autonomic tests were normal for both groups indicating normal cardiovagal regulation. HRV parameters and BRS were also within normal limits and did not show significant changes over the period of intervention in this group of patients. A better reactivity to orthostatic stress and a faster HR recovery in HIIE group after 6 weeks of treatment indicated an improved sympathovagal balance and a faster reactivation of parasympathetic system in HIIE group compared to control. Thus HIIE can be a useful addition to the exercise regimens in practice for appropriate patients of CLBP
Background: Chronic low back pain (CLBP) is a clinical problem of large magnitude with great socio-economical effect. About 80% of people may complain of low back pain in their life. In about 90% of patients the cause of CLBP cannot be ascertained and is termed as nonspecific CLBP (NSCLBP). Patients with low back pain (LBP) often report an overall reduced physical activity and fitness that could consequently lead to an altered autonomic balance. Dysregulation of autonomic nervous system (ANS) is also implicated to be an underlying cause in the initiation and persistence of chronic muscle pain. Different types of exercises can be prescribed to patients with CLBP to improve pain, disability and physical fitness. High intensity interval exercise (HIIE) is a newer modality where short bursts of high intensity exercise are interspersed with rest intervals. HIIE is more time efficient, enjoyable, and superior to mild or moderate intensity continuous exercise in improving the physical fitness, peak performance, autonomic balance, muscle strength and coordination in athletes. HIIE might prove more useful and effective for individuals with nonspecific CLBP and could have a better adherence rate in the long run. Objectives: To evaluate the effect of 6 weeks HIIE training program along with the standard physiotherapy on pain, disability and autonomic balance in patients with NSCLBP. Methods: After the ethical approval of Imam Abdurrahman Bin Faisal University, Dammam, KSA, eighty (80) patients with NSCLBP (either sex, age: 18-65 years) were recruited. These patients, with mild to moderate disability/pain according to Oswestry index, were referred from relevant clinics to the physiotherapy department of King Fahd Hospital of the University, AlKhobar (KFHU). After full explanation of the study, the patients were required to sign an informed consent form and then they were randomly assigned to one of the two groups: Experimental Group (HIIE: n= 40) was assigned for HIIE in addition to standard regular physiotherapy, and standard regular physiotherapy group was designated as control group (Control n=40). Deep breathing test to obtain expiratory to inspiratory ratio (E:I) and orthostatic tolerance test to obtain 30:15 ratio were performed at the beginning of the study to exclude cardiovagal autonomic dysfunction and repeated at the end of the study for comparison. Pre and post intervention assessment included pain intensity through Numerical Rating Scale (NRS), disability through Oswestry Disability Index (ODI) and autonomic balance through heart rate variability (HRV) and baroreflex sensitivity (BRS) at rest and in response to an orthostatic challenge. Time domain parameters included SDRR (standard deviation of R-R interval) RMSSD (root mean square of successive differences of RR interval), pNN50 (percentage of successive intervals greater than 50 ms), and frequency domain parameters included LF (low frequency), LFnu (LF in normalized units), HF (high frequency), HFnu (HF in normalized units) and LF/HF ratio. Data was entered in Microsoft excel and comparisons and correlations were done using SPSS version 20. Normality of data was tested with Shapiro Wilkinson test and appropriate parametric and nonparametric tests were applied to see the differences. Level of significance was set at p<0.05. Results: The E:I ratio and 30:15 ratio were within normal limits for both groups and did not show any significant differences between the groups and between the baseline and post intervention in both groups. There was significant improvement in pain (p=0.0005) as well as disability (p=0.0001) in both groups, but HIIE group exhibited significantly greater improvement in pain (p=0.001) as well as ODI (0.002) compared to control group. NRS was positively correlated with ODI (p=0.383, p=0.001) but neither NRS nor ODI exhibited any significant correlation with HRV parameters or BRS at baseline. The HRV parameters and BRS in both groups were within the normal ranges at baseline as well as at 6 weeks post intervention. There were no significant differences in HRV parameters (SDNN, RMSSD, pNN50, LF, LFnu, HF, HFnu, LF/HF), between HIIE and control group at baseline and after 6 weeks of intervention except for HF that was reduced significantly at 6 weeks compared to baseline only in control group. In response to orthostatic challenge the rise in LFnu ad LF/HF ratio was significantly lower in HIIE group compared to control group after 6 weeks of intervention. BRS showed a significant reduction at 6 weeks compared to baseline only in the HIIE group. HR recovery was significantly faster after 6 weeks compared to baseline in HIIE group in the 2nd and 3rd minute but there was no significant difference in the control. There were no significant changes in resting HR, SBP, and DBP in response to orthostatic challenge within group and between the two groups (HIIE and control). Conclusions: The HIIE intervention with standard physiotherapy for 6 weeks led to a significantly greater improvement in pain and disability compared to standard physiotherapy alone in the patients suffering from mild to moderate NSCLBP. The classical autonomic tests were normal for both groups indicating normal cardiovagal regulation. HRV parameters and BRS were also within normal limits and did not show significant changes over the period of intervention in this group of patients. A better reactivity to orthostatic stress and a faster HR recovery in HIIE group after 6 weeks of treatment indicated an improved sympathovagal balance and a faster reactivation of parasympathetic system in HIIE group compared to control. Thus HIIE can be a useful addition to the exercise regimens in practice for appropriate patients of CLBP
Keywords
Chronic low back pain (CLBP), Oswestry Disability Index (ODI), disability, numerical rating scale for pain (NRS), autonomic balance, heart rate variability (HRV), root of mean of square of successive differences (RMSSD) in RR intervals, high frequency (HF), low frequency (LF), low frequency to high frequency ratio (LF/HF), baroreceptor sensitivity (BRS)