Photobiomodulation in Distal Radius Fracture : A study of pain and function after wrist fracture
Abstract
Sammendrag på norsk
Bakgrunn: Distal radiusfraktur (DRF) er en vanlig håndleddskade og behandles i hovedsak ikke-kirurgisk hos voksne. Bruddet blir stabiliseres med gips i flere uker. Prosessene for vevstilheling og gjenoppretting av normal håndleddsfunksjon etter DRF fortsetter i flere uker etter at gipsen er seponert. Mange pasienter har langvarige smerter og reduser funksjon i flere måneder etter DRF. Effektiv behandlings- og reliable målemetoder er viktig for bedre progresjonen og evaluering av rehabiliteringsprosessen. Dette vil være av stor betydning for pasienten – både individuelt og sosialt.
Hensikt: Photobiomodulation behandling (PBMT) har vist å gi effekt på tilheling av beinbrudd og bløtvev, men er lite undersøket på håndleddsbrudd. Energien fra PBMT påvirker prosessene for vevstilheling. Den overordnede hensikten med denne avhandlingen var å undersøke effekten av PBMT på voksne pasienter med den mest vanlige ikke-kirurgisk behandlede DRF. I tillegg, trykkalgometri er en målemetode som er mye brukt for å kvantifisere pasientenes smerteterskel ved muskel- og skjelettlidelser, men smertetersekel ved trykk (PPT) var ikke reliabilitettestet hos pasienter med DRF. PPT er en av våre smertemålingsmetoder for å evaluere effecten av PBMT. Det var nødvendig å sikre kvaliteten til PPT-metoden når den ble brukt som et smerteutfallsmål.
Målet med artikkel I var å undersøke intra- og interrater reliabiliteten til PPT med et håndholdt trykkalgometer på ikke-kirurgisk behandlet DRF etter seponering av gips.
Målet med artikkel II var å undersøke effekten av PBMT utført under immobiliseringsfasen med gips. Vår hypotese var at tidlig intervensjon med PBMT gjennom et hull i gipsen, vil redusere pasientens smerte og funksjonsnedsettelse.
Etter gipsseponering får pasienter med DRF fysioterapi i form av informasjon og hjemmebaserte øvelser. Målet med artikkel III var å undersøke effekten av PBMT som et tillegg til øvelser i denne rehabiliteringsfasen etter DRF. Vår hypotese var PBMT vil redusere pasientens smerte og funksjonshemming.
Deltakere: I perioden juni 2015 til juni 2020 ble 179 pasienter med ikke-kirurgisk behandlet DRF rekruttert fra Bergen legevakt/Skadepoliklinikken til tre separte studier. De inkluderte pasientene var i alderen 18 til 97 år: Artikkel I inkluderte 75 pasienter; artikkel II inkluderte 53 pasienter; og artikkel III inkluderte 51 pasienter (en utligger ble funnet og ekskludert i artikkel III, det resulterte i n = 50).
Metode: Artikkel I er en tverrsnittsstudie. Raterne gjennomførte to PPT-målinger på hver av pasientens håndledd med et trykkalgometer. Intra-rater reliabilitet ble analysert for rater A, B og C (henholdsvis, n=75, n=50, n=25). Inter-rater reliabilitet ble analysert for rater par A-B (n=50) og A-C (n=25). Intraclass correlation coefficient (ICC1.1) ble brukt til å beregne relativ reliabilitet og within-subject standard deviation (Sw) ble brukt til å beregne absolutt reliabilitet.
Artikkel II er en dobbeltblindet randomisert placebokontrollert studie. Et hull ble laget i gipsen over bruddstedet for å kunne utføre PBMT. Pasientene ble randomisert til enten aktiv PBMT eller placebo PBMT. I begge gruppene besto intervensjonen av 9 økter med PBMT i tre påfølgende ukene under gipseperioden. Primære utfallsmål var Patients Rated Wrist and Hand Evaluation (PRWHE), nattsmerte (NP) og forbruk av smertestillende medisiner (AM). Disse målingene ble utført seks ganger: Baseline (1-3 dager etter skade), 3 (etter avsluttet PBMT), 4 (gipsseponering), 8, 12 og 26 uker etter skade. Sekundære utfallsmål var Active-Range-Of-Motion (AROM), gripe- og pinsettstyrke, hevelse håndledd og tommel, og PPT. Disse målingene ble utført fire ganger: 4, 8, 12 og 26 uker etter DRF.
Paper III er en trippelblindet randomisert placebokontrollert studie. Etter seponering av gipsen ble pasientene introdusert for et hjemmebasert treningsprogram. Pasientene ble deretter randomisert til enten aktiv PBMT eller placebo PMBT. Begge gruppene fikk intervensjon på 9 økter med PBMT i tre påfølgende ukene etter gipsseponering. Primære utfallsmål PRWHE, NP og AM ble utført fem ganger: 4 (gipsseponering= baseline), 7 (etter avsluttet PBMT), 8, 12 og 26 uker etter skade.
I begge RCT’ene ble pasientkarakteristikk, AM and NP analysert med Chi-Square, Mann-Whitney U test eller student t-test. Forskjell mellom gruppene ble analysert ved å bruke Welch’s test og intention-to-treat prinsippet ble benyttet.
Resultater: I artikkel I var intra-raterreliabiliteten moderat til høy og inter-raterreliabiliteten (skadet håndledd) var høyere for raterpar A-C enn for A-B. Høy Sw mellom raterne resulterte i relativt høy minimal detectable change (MDC). I tillegg fant vi 29% lavere PPT i de skadde håndleddene sammenlignet med de ikke-skadde håndleddene, denne forskjellen mellom sidene var statistisk signifikant (P < 0.0001).
I artikkel II fant vi ingen signifikant forskjell mellom gruppene i PRWHE og AM. Tre uker etter skade hadde derimot signifikant færre pasienter NP (P = 0.041) i den aktive PBMT-gruppen. Etter gipsseponering hadde pasienter i den aktive PBMT-gruppen signifikant bedre AROM og gripestryke (P < 0.05). Ingen signifikant forskjell ble funnet mellom gruppen i hevelse og PPT.
I artikkel III fant vi at den aktive PBMT-gruppen hadde signifikant bedre PRWHE Totalscore ved 8, 12 og 26 uker etter DRF (P < 0.05). I tillegg hadde den aktive PBMT-gruppen mindre NP og brukte færre AM totalt fra 3 til 26 uker etter skaden.
Konklusjon: Den kliniske verdien av denne avhandlingen er at PBMT etter en DRF har positiv effekt på smerte og funksjon og kan anbefales både under og etter gips immobilisering perioden som supplement til hjemmebaserte øvelser. PBMT utført i immobiliseringsperioden gir pasientene et forsprang med mindre nattsmerter og økt fysisk funksjon. PBMT under gipseperioden krever imidlertid tidkrevende gipstilpasninger, og klinikerne må avgjøre om effektene oppveier ressursbruken. PPT-algometri har dessuten akseptabel reliabilitet og kan dermed brukes til å monitorere og kvantifisere smerte hos personer med ikke-kirurgisk behandlet DRF, fortrinnsvis når det utføres av samme rater hver gang.
PPT-algometri og PBMT er begge trygge å bruke. Abstract in English
Background: Distal radius fracture (DRF) is a common wrist injury and primary treatment in adults is non-surgical with stabilization of the fracture in a cast for weeks. The processes of tissue healing and recovery of normal wrist function after DRF goes on for additional weeks after cast removal. Many patients have long lasting pain and disability for several months after DRF. Effective treatment and reliable measurement methods are essential to progression and in evaluation of the rehabilitation process, and indeed plays a significant role for the patient – both individually and socially.
Objectives: Photobiomodulation therapy (PBMT) has proven effect on healing of bone fracture and soft tissues but is sparsely investigated when applied to wrist fractures. The energy from PBMT interacts with the processes of tissue healing. The overall aim of this thesis was to investigate the effects of PBMT in adult patients with the most common type of non-surgical managed DRF. In addition, pressure algometry is a measurement method widely used to quantify patients’ pain threshold in musculoskeletal disorder conditions, but pain pressure threshold (PPT) reliability had not been tested in patients with DRF. PPT is one of our pain outcome measures in evaluating effect of PBMT. It was necessary to ensure the measurement properties of the algometry PPT method when using it as a pain measure outcome.
The aim of Paper I was to investigate the intra- and inter-rater reliability of PPT with a hand-held pressure algometry on non-surgical managed DRF after cast removal.
The aim of Paper II was to investigate the effects of PBMT applied in the cast immobilization phase on the fracture area. We hypothesized that early intervention with PBMT through a hole in the cast, would reduce patients’ pain and disability.
After cast removal, DRF patients mainly receives physical therapy in form of information and home-based exercises. The aim of Paper III was to investigate the effect of PBMT as an add-on to exercises in the rehabilitation phase after DRF. We hypothesized that PBMT would reduce patients’ pain and disability.
Participants: During the period from June 2015 to June 2020 in total 179 patients with non-surgical treated DRF were recruited from Bergen Accident and Emergency Hospital/Minor Injury Department to participate in three separate studies. Patients were of age 18 to 97 years: Paper I included 75 patients; Paper II included 53 patients; and Paper III included 51 patients (one outlier was found and excluded in Paper III, resulting in n=50).
Methods: Paper I is a cross-sectional study. Raters conducted two PPT measurements on each of patients’ wrists with a pressure algometer. Intra-rater reliability was analyzed for rater A, B and C, (n=75, n=50, n=25, respectively). Inter-rater reliability was analyzed for rater pairs A-B (n=50) and A-C (n=25). Intraclass correlation coefficient (ICC1.1) was used to calculate relative reliability, and within-subject standard deviation (Sw) was used to calculate absolute reliability.
Paper II is a double blinded randomised placebo-controlled trial. A hole was drilled in the cast over the fracture area for PBMT irradiation. Patients were randomized to either active PBMT or placebo PBMT. In both groups the intervention consisted of 9 sessions with PBMT during three of the weeks with cast. Primary outcome measures were Patients Rated Wrist and Hand Evaluation (PRWHE), night pain (NP) and consumption of pain medication (AM). These measurements were conducted six times: At baseline (1-3 days after injury), and 3 (after end of PBMT), 4 (cast removal), 8, 12, and 26 weeks after injury. Secondary outcome measures were Active-Range-Of-Motion (AROM), grip- and pinch strength, oedema wrist and thumb, and PPT. These measurements were conducted four times: At 4, 8, 12, and 26 weeks after DRF.
Paper III is a triple blinded randomised placebo-controlled trial. After cast removal, patients were introduced to a home-based exercise program. Patients were then randomized to either active PBMT or placebo PMBT. Both groups received an intervention of 9 sessions with PBMT over a period of three weeks after cast removal. The primary outcome measures PRWHE, NP and AM were conducted five times: At 4 (cast removal = baseline), 7 (after end of PBMT), 8, 12, and 26 weeks after injury.
Patient’s characteristic, AM and NP in both RCTs were analyzed with Chi-Square, Mann-Whitney U test or student t-test. Difference in mean between the two groups were analyzed using Welch’s test and intention-to-treat principle was used.
Results: In Paper I, the intra-rater reliability was moderate to high and inter-rater reliability (injured wrist) was higher for rater pair A-C than for A-B. High Sw between raters resulted in relatively high minimal detectable change (MDC). We also found 29% lower PPT in the injured wrists compared to the non-injured wrists, and this between-sides difference was statistically significant (P < 0.0001).
In Paper II, we found no significant differences between groups in PRWHE and AM. However, 3 weeks after injury significantly fewer patients had NP (P = 0.041) in the active PBMT group. After cast removal, patients in the active PBMT group had significant better AROM and grip strength (P < 0.05). No significant differences between groups were found in oedema and PPT.
In Paper III, the active PBMT group had significantly better PRWHE Total Score at 8, 12 and 26 weeks after DRF (P < 0.05). In addition, the active PBMT group had reduced NP and used less AM in total from 3 to 26 weeks after the injury.
Conclusion: The clinical value of this thesis is that PBMT after a DRF has positive effect in pain and function and can be recommended both during and after cast immobilization as supplement to home-based exercises. PBMT applied in the immobilization period gives patients an a-head-start with less night pain and increased physical function. However, PBMT during the cast immobilization period requires time consuming cast adjustments, and the clinicians must determine whether the effects outweigh the use of resources. Furthermore, PPT algometry has acceptable reliability and thus can be used for monitoring and quantifying pain in persons with non-surgical managed DRF, preferably when performed by the same rater every time.
The PPT algometry and PBMT are both safe to use.
Has parts
Paper I: Sæbø H., Naterstad I.F., Stausholm M.B., Bjordal J.M., Joensen J. Reliability of pain pressure threshold algometry in persons with conservatively managed wrist fractures. Physiother Res Int. 2019 Jun 18:e1797. The article is available in the thesis file. The article is also available at: https://doi.org/10.1002/pri.1797Paper II: Saebø H., Naterstad I.F., Bjordal J.M., Stausholm M.B., Joensen J. (2021). Treatment of distal radius fracture during immobilization with an orthopaedic cast: A double-blinded randomised controlled trial of Photobiomodulation Therapy. Photobiomodul Photomed Laser Surg, 2021 Apr; 39(4), 280-288. The article is not available in the archive due to publisher restrictions. The published version is available at: https://doi.org/10.1089/photob.2020.4964
Paper III: Sæbø H., Naterstad, I.F., Joensen J., Stausholm M.B., Bjordal J.M., Pain and disability of distal radius fracture- A tripel-blind randomised placebocontrolled trial of photobiomodulation therapy. Photobiomodul Photomed Laser Surg, 2022 Jan; 40(1), 33-41. The article is not available in the archive due to publisher restrictions. The published version is available at: https://doi.org/10.1089/photob.2021.0125