Changes in the Muscle Tension of Erector Spinae after the Application of the McKenzie Method in Patients with Chronic Low Back Pain

Abstract

Objective: Validation of the effect of the McKenzie method in patients with lumbar spine discopathy. Our aim was to objectively record derangement, according to McKenzie, by monitoring the centralization phenomenon, the sensory and affective dimensions of pain, reduction in the level of disability, and reduction of tension in the erector spinae muscle by means of surface EMG during static activities, in patients with chronic low back pain. The tension of the erector spinae muscle was also measured in healthy individuals in order to compare this to the changes observed in patients with chronic low back pain.

Sample: The research sample consisted of 31 patients with MRI diagnosed discopathy. The intervention group (Group 1) was treated with the McKenzie method alongside general physiotherapy. The control group consisted of healthy individuals (n=24) who didn’t receive any therapeutic intervention.

Methods: The McGill Pain Questionnaire was used to measure the intensity and type of pain. The Roland Morris Questionnaire (RMQ) was used to measure the degree of disability. The Schuhfried Biofeedback 2000 x-pert 2 channel surface electromyography (EMG) was used to measure the tension of the erector spinae muscle, paravertebrally at the L4 level. The centralization phenomenon was evaluated by means of 4-degree scale.

Results: The tension of erector spinae during static activities was found to be significantly lower (p<0.01) in healthy individuals, compared to those in the intervention group prior to treatment. One week after treatment, centralization phenomenon was recorded in 50% of patients, and after 1 month it was recorded in 100% of patients. After 3 months 70% of patients were without pain. One month after the treatment a significant reduction in disability was recorded (p<0.01), and there was a significant reduction in the tension of erector spinae in prone position (p<0.05). Three months after the treatment there was a significant reduction of pain perception (p<0.01), however the significant reduction in disability was not maintained. No significant differences were found in the tone of erector spinae in the intervention group compared to healthy individuals, in prone position. In standing, the erector spinae muscle tension in healthy subjects was consistently significantly higher.

Conclusion: An objective reduction of derangement was identified after 1 month and 3 months post treatment. This is based on the centralization phenomenon that occurred, as well as the reduction in the sensory and affective dimensions of pain, degree of disability and tone of erector spinae during static activities. Centralization leads to a continuous reduction in muscle tension. Dysfunction is an intermittent increase of muscle tone, and increases when the muscle is loaded e. g. in standing.

Zusammenfassung

Hintergrund: Das Ziel dieser Untersuchung ist die Validierung des Effekts der McKenzie-Me­thode für Patienten mit lumbalem Bandscheibenschaden. Unser Ziel war es, die Veränderung nach der McKenzie-Methode objektiv zu bewerten. Um dies zu erreichen, sollte das Zentralisations­phänomen, die sensorische und affektive Schmerzdimension, der Rückgang der körperlichen Einschränkung und die Abnahme des Muskeltonus des M. erector spinae durch Messung mittels Oberflächen-EMG während statischer Aktivität für Patienten mit chronischem unteren Rückenschmerz beobachtet werden. Die Spannung des M. erector spinae wurde zusätz­lich bei gesunden Probanden gemessen, um diese mit den Veränderungen der Patienten vergleichen zu können.

Stichprobe: Die Patientengruppe bestand aus 31 Patienten mit durch eine MRT-Untersuchung diagnostiziertem Bandscheibenschaden. Die Interventionsgruppe (Gruppe 1) wurde neben allgemeiner Physiotherapie mit der McKenzie-Methode behandelt. Die Kontrollgruppe, bestehend aus 24 gesunden Probanden, erhielt keine therapeutische Intervention.

Methode: Der McGill-Schmerzfragebogen wurde genutzt, um sowohl die Intensität als auch den Schmerztyp zu bestimmen. Der Roland-Morris-Fragebogen wurde verwendet, um den Grad der Einschränkung bzw. Behinderung zu messen. Die Messung der Muskelspannung erfolgte am M. erector spinae paravertebral auf Höhe des 4. Lendenwirbelkörpers durch den Schuhfried Biofeedback 2000 x-pert. Das Zentralisations­phänomen wurde anhand einer 4-Grad-Skala eingeschätzt.

Ergebnisse: Der Tonus des M. erecotr spinae während statischer Aktivität war signifikant ­niedriger (p<0.01) in der Gruppe der Gesunden verglichen mit der Interventionsgruppe vor der Behandlung. Eine Woche später wurde das ­Zentralisationsphänomen bei 50% der Patienten beobachtet und nach einem Monat sogar bei 100% der Patienten. Nach 3 Monaten waren 70% der Patienten schmerzfrei. Einen Monat nach der Therapie wurde eine signifikante Abnahme der Einschränkung (p<0,01) festgestellt und eine ebenfalls signifikante Reduzierung (p<0,05) des Muskeltonus des M. erector spinae in Bauchlage konnte gemessen werden. Drei Monate nach der Behandlung wurde eine signifikante Senkung der Schmerzwahrnehmung (p<0,01) nachgewiesen, jedoch wurde die signifikante Redu­zierung der Einschränkung nicht beibehalten. Es konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen Interventions- und Kontrollgruppe in Bauchlage bestätigt werden. In stehender Position war der Muskeltonus der gesunden Probanden stets signifikant höher.

Schlussfolgerung: Eine objektive Abnahme des Bandscheibenschadens konnte einen bzw. 3 Monate nach der Therapie beob­achtet werden. Dieses basiert sowohl auf dem Zentralisationsphänomen als auch auf der Verringerung der sensorischen und affektiven Schmerzen, auf dem Grad der Einschränkung bzw. Behinderung und dem Muskeltonus während statischer Aktivi­tät. Die Zentralisation führt zu einer kontinuierlichen Reduzie­rung der Muskelspannung. Die Dysfunktion entspricht einem zeitweiligen Anstieg des Muskeltonus und dieser erhöht sich, wenn Muskulatur belastet wird, z. B. im Stand.

Key words

low back pain - pain intensity - physiotherapy

Schlüsselwörter

Schmerzen am Bewegungs­apparat - Schmerz-Assessment - Physiotherapie

• References

• 1 Adams MA, Mannion AF, Dolan P. Personal risk factors for first-time low back pain. In: Spine ISSN: 0362–2436 1999; 24: 2497-2505
• 2 Aina A, May S, Clare H. The centralization phenomenon of spinal symptom – a systematic rewiew. In: Manual Therapy ISSN 1356-689X 2004; 9: 134-143
• 3 Al-Obaidi SM, Nowall AA, Nakhi HB et al. Evaluation of the McKenzie intervention for chronic low back pain by using selected physical and bio-behavioral outcome measures. In: Phys Med Rehab ISSN 0894-9115 2011; 22: 637-646
• 4 Albert HB, Hauge E, Manniche C. Centralization in patients with sciatica: are pain responses to repeated movement and positioning associated with outcome or types of disc lesions?. In: European Spine Journal ISSN 0940-6719 2012; 21: 1676-1677
• 5 Brault JS, Driscolli DM, Laakso LL et al. Quantification of lumbar intradiscal deformation during flexion and extension, by mathematical analysis of MRI pixel intensity profiles. In: Spine ISSN 0362–2436 1997; 22: 2066-2072
• 6 Croft PR, Macfarlane GJ, Papageorgiu AC et al. Outcome of low back pain in general practice: a prospective study. In: BMJ ISSN 2044-6055 1998; 316: 1356-1359
• 7 Gombatto SP, Norton BJ, Scholtes SA et al. Differences in symmetry of lumbar region passive tissue charakteristics between people with and people without low back pain?. Clin Biomech (BristolAvon) ISSN: 0268-0033 2008; 23: 986-995
• 8 Hagovská M, Takáč P. Návrh hodnotenia sily svalov panvového dna u pacientok inkontinentných aj bez inkontinencie. In: Rehabilitace a fyzikální lékařství ISSN 1211-2658 2010; 17: 87-94
• 9 Hu Y, Mak JNF, Luk KDK. Visualization of lumbar muscle contraction synergy using surface electromyography (sEMG) streaming topography Engineering in Medicine and Biology Society, 2004. IEMBS '04. 26^th Annual International Conference of the IEEE. ISBN 1-4244-0792-3
• 10 Hupka J. Fyzikálna terapia. Martin: Osveta; 1993. 10 s. ISBN 80-217-0568-X
• 11 Janda V. Svalové funkční testy. Praha: Grada; 2004. s. 34, 41, 76–83. ISBN 80-247-0722-5
• 12 Klein AB, Snyder-Mackler L, Roy SH et al. Comparison of spinal mobility and isometric trunk extensor forces with electromyographic spectral analysis in identifying low back pain. In. Phys Ther ISSN 0031-9023 1991; 71: 445-454
• 13 Mannion A, Connolly B, Wood K et al. The use of surface EMG power spectral analysis in the evaluation of back muscle function. In: Journal of Rehabilitation Research and Development ISSN 0748-7711 1997; 34: 427-439
• 14 Machado LAC, ChG Maher, Herbert RD et al. The effectiveness of the McKenzie method in addition to first-line care for acute low back pain: a randomized controlled trial. In: BMC Med ISSN 1741-7015 2010; 8-10
• 15 McKenzie R, May S. The Lumbar Spine. Mechanical diagnosis and therapy. Vol. 1. New Zealand: Spinal Publications Ltd; 2003. 374 s. ISBN 0-9583647-6-1
• 16 McKenzie R, May S. The Lumbar Spine. Mechanical Diagnosis and Therapy. Vol. II. New Zealand: Waikanae, Spinal publications Ltd.; 2003. 731 s. ISBN 0-9583647-6-1
• 17 McKenzie R. Léčíme si záda sami. 7. Vydanie. 2010 124 s. ISBN 978-80-904693-1-0
• 18 Melzack R. The McGill Pain Questionnaire: major properties and scoringmethods. In: Pain ISSN 0304-3959 1975; 1: 277-299
• 19 Nováková E, Mališka L, Illiašová M. Terapie bederní páteře přístupem Robina McKenzie. 2001 68 s. ISBN 80-238-7047-5
• 20 Petty NJ, Moore AP. Principles of Neuromusculoskeletal Treatment and Management. Churchill Livingstone 2004 174 ISBN 0443070628.190
• 21 Pullman SL, Goodin DS, Marquinez AI et al. Clinical utility of surface EMG Report of the Therapeutics and Technology Assessment, Subcommittee of the American Academy of Neurology. In: Neurology ISSN 0893-0341 2000; 55: 171-177
• 22 Richardson C, Hodges P, Hides J. Therapeutic excercise for lumbopelvic stabilization. Elsevier, CHurchill Livingstone; Second edition 2004. 175 s. ISBN 0443-07293- 0
• 23 Roland M, Morris R. A study of the natural history of back pain: part I: development of a reliable and sensitive measure of disability in low-back pain. In: Spine ISSN 1528-1159 1983; 8: 141-144
• 24 Roy SH, De Luca CJ, Emley M et al. Spectral electromyographic assessment of back muscles in patients with low back pain undergoing rehabilitation. In: Spine ISSN 1528-1159 1995; 20: 38-48
• 25 Smíšek R, Smíšková K, Smíšková Z. Spirální stabilizace páteře, 3. rozšířené vydání. Praha: MUDr. Richard Smíšek; 2011. 156 s., ISBN 978-80-904292-0-8
• 26 Stein C, Mendl G. The German counterpart to McGill Pain Questionnaire. In: Pain ISSN 0304-3959 1988; 32: 251-255
• 27 Waddell G, McCulloch J, Kummel E et al. Nonorganic Physical Signs in Low-Back Pain. In: Spine ISSN 0940-6719 1980; 5: 117-125
• 28 Watson P, Booker C, Main C et al. Surface electromyography in the identification of chronic low back pain patients: the development of the flexion relaxation ratio. In Clin Biomech (Bristol, Avon) ISSN 0268-0033 1997; 12: 165-171