Validation Study for a Model of Acute Muscle Pain

Abstract

Purpose:

Eccentric exercise causes delayed onset muscle soreness (DOMS) with pain peaking 24–48 h after exercise. An acute inflammatory reaction is considered one of the underlying mechanisms of DOMS. Most models to induce DOMS use equipment based exercise programs which are not necessarily reflective of muscle pain acquired in daily life. This study investigated pain induced by walking down stairs as an alternative DOMS model.

Materials and Methods:

This randomized, subject and observer blinded, placebo-controlled study investigated muscle pain induced by walking down stairs in 80 volunteers (40 per group). Eccentric exercise consisted of walking down stairs with a total altitude of 460–600 m depending on body weight. Due to the potential contribution of inflammatory processes, 200 mg Celecoxib bid (CE) given for 7 days was used as control. Pain scoring was performed separate for the calf and quadriceps using an 11 point numerical analog scale. Rating was performed at rest and during walking down 20 stairs (contraction) at 12, 24, 36, 48, 60, 72, 96, 120 and 144 h after exercise. In addition, surface temperature (infrared thermometer) at trigger points and leg volumetry was evaluated as clinical surrogate markers for an inflammatory response.

Results and Discussion:

Maximum pain was observed during contraction in the calf at 24, 36 and 48 h after exercise (4.2±1.9, 4.8±2.2, 4.2±2.5). Pain was reduced for the CE group (3.7±1.6, 4.4±2.0, 3.8±1.9) with maximum numerical reduction after 72 h (2.7±2.4 vs. 2.0±1.6). The sum pain score was reduced by about 15% for the CE group (26.7 vs. 23.2). In general, substantially less pain was observed for the thigh and during rest. Surface temperature and volumetry did not show model or treatment induced changes.

Conclusion:

Walking down stairs induces reproducible, moderate, acute pain in the calf. CE showed modest treatment effects.

Zusammenfassung

Ziel:

Exzentrische Muskelkontraktion führt zum Muskelkatersyndrom mit einem Beschwerdegipfel 24–48 Stunden nach Belastung. Eine akute Entzündungsreaktion wird als ein möglicher Entstehungsmechanismus für Muskelkater diskutiert. Die meisten verwendeten Modelle zur Erzeugung des Muskelkatersyndroms sind gerätebezogen und bilden die alltäglichen Belastungen der Muskulatur nicht ab. Als Alternative wurde in dieser Studie das „Treppe abgehen“ als praxisrelevantes Modell zur Erzeugung von Muskelkater untersucht.

Material und Methoden:

Diese randomisierte, probanden- und untersucherverblindete, placebo-kontrollierte Studie untersuchte an 80 Probanden Muskelkater-schmerzprovoziert durch exzentrische Muskelbelastung mittels „Treppe abgehen“. Abhängig vom Körpergewicht mussten die Probanden dazu einmalig 460–600 m Höhenunterschied überwinden. Wegen der möglichen Beteiligung entzündlicher Prozesse, erhielten die Probanden 200 mg Celecoxib 1× täglich über 7 Tage als Kontrolle. Der Schmerz wurde mittels 11-stufiger numerischer Analogskala separat für Waden- und Quadrizepsmuskel in Ruhe sowie nach Absteigen von 20 Treppen (exzentrische Kontraktion) zu den Zeitpunkten 12, 24, 36, 48, 60, 72, 96, 120 und 144 Stunden nach Belastung erfasst. Als Surrogatmarker für entzündliche Veränderungen wurden zudem die Oberflächentemperatur über Muskelsehnenansätzen mittels Infrarot-Thermografie und das Bein-Volumen gemessen.

Ergebnisse und Diskussion:

Das Schmerzmaximum während Kontraktion der Wadenmuskulatur wurde 24, 36 und 48 h nach Belastung erreicht (4,2±1,9, 4,8±2,2, 4,2±2,5). In der Celecoxib-Gruppe war der Schmerz (3,7±1,6, 4,4±2,0, 3,8±1,9) reduziert, mit einem maximalen Effekt 72 h nach Belastung (2,7±2,4 vs. 2,0±1,6). Der Schmerz-Summenscore war in der Celecoxib Gruppe um 15% (26,7 vs. 23,2) verringert. Insgesamt deutlich weniger Schmerz wurde für den Oberschenkels und den Ruheschmerz berichtet. Die Oberflächentemperatur und die Volumetrie der unteren Extremität zeigten keine modell- oder behandlungsbedingten Veränderungen.

Schlussfolgerung:

„Treppe absteigen“ eignet sich als zuverlässiges reproduzierbares Modell zur Erzeugung von moderaten Akutschmerz in der Wadenmuskulatur. Celecoxib zeigte dabei moderate Behandlungseffekte.

Key words

muscle soreness - eccentric exercise - pain - celecoxib - model

Schlüsselwörter

Muskelkater - exzentrisches Training - Schmerz - Celecoxib - Modell

• References

• 1 Clarkson PM, Hubal MJ. Exercise-induced muscle damage in humans. Am J Phys Med Rehabil Nov 2002; 81 (Suppl. 11) S52-S69
• 2 MacIntyre DL, Reid WD, McKenzie DC. Delayed muscle soreness. The inflammatory response to muscle injury and its clinical implications. Sports Med 1995; 20: 24-40
• 3 Miles MP, Clarkson PM. Exercise-induced muscle pain, soreness, and cramps. J Sports Med Phys Fitness 1994; 34: 203-216
• 4 Smith LL. Acute inflammation: the underlying mechanism in delayed onset muscle soreness?. Med Sci Sports Exerc 1991; 23: 542-551
• 5 Friden J, Sjostrom M, Ekblom B. Myofibrillar damage following intense eccentric exercise in man. International journal of sports medicine 1983; 4: 170-176
• 6 Malm C, Sjödin B, Sjöberg B et al. Leucocytes, cytokines, growth factors and hormones in human skeletal muscle and blood after uphill or downhill running. J Physiol 2004; 556 (03) 983-1000
• 7 Paulsen G, Egner IM, Drange M et al. A COX-2 inhibitor reduces muscle soreness, but does not influence recovery and adaptation after eccentric exercise. Scand J Med Sci Sports Feb 2010; 20 (01) e195-e207 Epub 2009 Jun 3
• 8 Cannavino CR, Abrams J, Palinkas LA et al. Efficacy of transdermal ketoprofen for delayed onset muscle soreness. Clin J Sport Med 2003; 13: 200-208
• 9 Karges JR, Mark BE, Stikeleather SJ et al. Concurrent validity of upper-extremity volume estimates: Comparison of calculated volume derived from girth measurements and water displacement volume. Phys Ther 2003; 83: 134-145
• 10 Almekinders LC. Anti-inflammatory treatment of muscular injuries in sport. Sports Med 1999; 28 (06) 363-366
• 11 Seidel EJ, Rother M, Hartmann J et al. Eccentric Exercise and Delayed Onset of Muscle Soreness (DOMS). An overview. Phys Med Rehab Kuror 2012; 22: 57-63
• 12 Loram LC, Mitchell D, Fuller A. Rofecoxib and tramadol do not attenuate delayed-onset muscle soreness or ischaemic pain in human volunteers. Can J Physiol Pharmacol Dec 2005; 83 (12) 1137-1145
• 13 Baker SJ, Kelly NM, Eston RG. Pressure pain tolerance at different sites on the quadriceps femoris prior to and following eccentric exercise. Eur J Pain 1997; 1 (03) 229-233