institut balneologie medizinische klimatologie

Institut Balneologie Medizinische Klimatologie

für

und

Medizinische Hochschule Hannover

Recent Results in Experimental Balneology

Chr. Gutenbrunner

Univ.-Prof. Dr. med. Christoph Gutenbrunner, Institut für Balneologie und Medizinische Klimatologie in der Klinik für Physikalische Medizin und Rehabilitation der Medizinischen Hochschule Hannover,

Carl-Neuberg-Str. 1, D-30625 Hannover, [email protected]

Balneologic ScienceE

xper

imen

tal B

aln

eolo

gy


InstitutBalneologieMedizinische Klimatologie

für

und

Studies on balneologic agents or methods:

- Physiologic effects (healthy subjects)

acute effects long-term exffects (adaptation)

- Clinical effects (patients with defined health conditions; ICD)

acute effects long-term exffects (efficacy)

Studies on “complex” health resort treatments (patients

with defined functional deficits; ICF):

- Short-term effects (before vs. after treatment)

- Long-term-effects (e.g. 6, 12, 24 month after the treatment)

Co

ntro

lled

trials!

Recent StudiesE

xper

imen

tal B

aln

eolo

gy



für

und

Hanover balneological research group (Institute for Balneology and Medical Climatoology, Hanover Medical School; Institute

for Rehabilitation Medicine and Balneology, Bad Wildungen, Institute

for Balneology and Rehabilitation Research, Bad Nenndorf):

- Effects on the peripheral nervous system Pain perception (H2S)

Thermosensitivity (H2S, CO2)

- Effects on skeletal muscles (NaCl)

- Mineral absorption after drinking of medicinal mineral waters (Mg)

- Influence on the renal stone formation risk (HCO3,

Mg)

Pain Perception (Sensitivity)E

xper

imen

tal B

aln

eolo

gy



für

und

Design of the Study:

- Controlled study, cross-over-design

Patients:

- Healthy subjects (n=17)

Intervention:

- head-out water immersion, sulphuric water (20 mg/l, 36°C, 20 min, one arm excluded)

- cold-camber expositions (-76°C, 3 min, one arm thermo-isolated)

- rest (20 min)

Main Outcome Parameters:

- pressure pain threshold (styloideus radii, bilateral)- thermal pain thresholds (forearm, bilateral)

Pain Perception (Sensitivity)Medizinische Hochschule Hannover


für

und

-20

0

20

40

60

80

100

120

°°°

***

***

Leer- Schwefel- Kälte-versuch bad kammer

[%]

Druckchmerz-schwelle(Styloideusradii)

Pro

zent

des

Aus

gang

swer

tes

ANOVA: p=0,000 (Anwendungen) p=0,001 (Seiten)

ipsilateral [*] kontralateral [°]

je n=17 *** bzw. °°°=p<0,001

Pain Perception (Intensity)E

xper

imen

tal B

aln

eolo

gy



für

und



Patients:

- Patients suffering from fibromyalgia (ACR-criteria; n=17)

Intervention:



- rest (20 min)



Pain Perception (Intensity)Medizinische Hochschule Hannover


für

und

-4

-3

-2

-1

0

1

2

*

Ruhe- Bewegungs- Belastungs- Gesamt- Wohl-schmerz schmerz schmerz schmerz befinden

***

*****

***

***

******

******

***

[cm]

VisuelleAnalogskala

Änd

erun

g zu

m E

nde

der

Anw

endu

ng

Leerversuch Schwefelbad Kältekammer

je n=17 *=p<0,05 **=p<0,01 ***=p<0,001


xper

imen

tal B

aln

eolo

gy



für

und



Patients:

- Patients suffering from rheumatoid arthritis (n=17)

Intervention:

- head-out water immersion, sulphuric water (20 mg/l, 36°C, 20 min)

- head-out water immersion, plain water (36°C, 20 min)

Main Outcome Parameter:

- pain (Visual Analogue Scale)- microcirculation (laser-Doppler-flow, forearm)

Pain Perception (Intensity)Medizinische Hochschule Hannover


für

und

1 2 3 4

0

1

2

3

4

5

Meßzeitpunkt

***

Bad

[cm]

Schwefelbäder Leitungswaserbäder

je n=17***=p<0,001

VisuelleAnalogskala(Aktuelle Schmerzen)


xper

imen

tal B

aln

eolo

gy



für

und

Design of the study:

- Randomised controlled study, single blind, prospective

Patients:


Setting:

- serial bathing, 12 bathes within three weeks

Baths:

- head-out water immersion, sulphuric water (20 mg/l, 36°C, 20 min)

- head-out water immersion, plain water (36°C, 20 min)

Main outcome parameters:

- Pain, other complaints, well being- Pain thresholds


xper

imen

tal B

aln

eolo

gy



für

und

0 1 2 3 4

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

12 Vollbäder(thermoindifferent)

n.s.

p<0,001

SchmerzscorenachLautenschläger

[Score]

Schwefelbäder (n=19)

Leitungswasserbäder (n=13)

Diff

eren

z zu

m A

usga

ngsw

ert

Monate nach Therapiebeginn


xper

imen

tal B

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eolo

gy



für

und

Parameter Anfang-Ende Anfang-

Spätkontrolle

Gesamteffekt p = 0,003 p = 0,472

Schmerzscore n. Lautenschläger

p = 0,012 p = 0,170

Körperliche Beschwerden p = 0,011 --

Erschöpfungsgefühl p = 0,001 --

Thermische Schmerztoleranz

p = 0,040 p = 0,369

Druckschmerzschwelle p = 0,068 p = 0,203

Prospektive kontrollierte Studie; Patienten mit Fibromyalgiesyndrom; n= 19 (Studiengruppe), n = 13 (Kontrollgruppe); U1 = vor der Bäderserie, U2 = nach dem Bäderserie, U3 = 4 Monate nach der Bäderserie

Muscle TensionE

xper

imen

tal B

aln

eolo

gy



für

und

Study design:- Controlled study in cross-over design

Patients:- 21 patients with cLBP lasting at least for 6 weeks

(10 men, 11 women, age: 47,3 ± 2,9 years)

Intervention:- A single brine (6% NaCl, Solequelle Bad Münder) or

tap water plain bath (360C, 16 min) respectively

Outcome parameters:- IEMG activity on defined muscles (M. erector sp.

cervicales et lumbales, M. trapezius, M. ext. carpi radialis, M. rect. abd.)

- Pain intensity (VAS)

- Subjective muscle tension (Chromatic Analogue Scale)

Muscle TensionE

xper

imen

tal B

aln

eolo

gy



für

und

-1,0

-0,5

0,0

Difference M1-M3Difference M1-M2

Difference on pain intensity

Sca

le

1

2

3

p=0,003(both groups)

Bath (M2) After bath (M3)Before bath (M1)

Pain Intensity

Sca

le

Tap water Brine water

n=21

Muscle TensionMedizinische Hochschule Hannover


für

und

intervals 2-1 3-1 4-1 5-4

M. errect. spin. lumbalis () ()

M. rectus abdominis * ()

M. ext. carpi radialis ** * **

M. trapezius pars desc. ** ***

M. errect. spin. cervicalis *** ***

Periods: 1 = Lying before the bath, 2 = During immersion, 3 = Lying after the bath, 4 = Standing before the bath, 5 = standing after the bath, Significance: * = p<0,05; ** = p<0,01; *** = p<0,001

= under water surface

Thermal Comfort (H2S)E

xper

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tal B

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eolo

gy



für

und



Patients:


Intervention:



- rest (20 min)



Thermal Comfort (H2S)E

xper

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tal B

aln

eolo

gy



für

und

-1

0

1

2

3

4

5

[°C]

[°C]

***

**

Komfort-bereichs-änderung

Kom

fort

bere

ich

Kontrollen Schwefelbäder Kältekammer

(je n=17) *=p<0,05 **=p<0,01 ***=p<0,001

12

14

16

18

20

22

Kom

fort

bere

ich

nachvornachvornachvor

n.s.

***

*

ThermischerKomfort-bereich

Thermal Comfort (CO2)E

xper

imen

tal B

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gy



für

und


- controlled study, cross-over-design

Patients:

- healthy subjects (n=17)

Intervention:

- forearm baths with CO2-water (16 min, 18°C,

3.500 mg CO2/l)

- forearm bath with tap water (16 min, 18°C)

Main outcome parameters:

- Microcirculation of the skin- Pressure- and thermal pain thresholds- temperature perception, local thermal comfort


xper

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tal B

aln

eolo

gy



für

und

5 10 15 20 25 30 35 40 45

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

[log AU]

Time after start of experiment

Temperature: 18°CCO

2-content:

2.000 mg/l

Rep.-Mes.-ANOVA:Rep. mes. factor (during exp.): p=0.0000Group factor (during bath): ipsilateral: p=0.0017 contralateral: p=0.2224n=13 each

Tap water (ipsilateral) Tap water (contralateral) CO

2-water (ipsilateral)

CO2-water (contralateral)

calf bath

[min]

Lase

r-D

oppl

er-F

low


xper

imen

tal B

aln

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gy



für

und

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

[Score]K

omfo

rtno

te

[Score]

*

***

Änderung des lokalen termischenKomforts

Kom

fort

note

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

Leitungswasser CO2-Wasser

je n=17 t-Test: * = p<0,05 ** = p<0,01

DifferenzM1-M2.2

Differenz M1-M2.2

DifferenzM1-M2.1

Nach demBad (M3)

Mitte desBades (M2.1)

*

Ende desBades (M2.2)

Vor demBad (M1)

Lokaler termischer Komfort

Mineral AbsorptionE

xper

imen

tal B

aln

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gy



für

und


- Cross over-study, double blind

Patients:


Setting:

- Over-night-fasting, standardized breakfast

Intervention:

- 500 ml Mg-mineral water (281 mg Mg/l)- 500 ml Mg-mineral water (120 mg Mg/l) - 500 ml low-mineralized water (8 mg Mg/l)- magnesium tablet (150 mg Mg)

main outcome parameters:

- Magnesium in plasma and urine

Mineral AbsorptionMedizinische Hochschule Hannover


für

und

-0,01

0,00

0,01

0,02

0,03

p=0,189 p=0,338

p=0,009p=0,055p=0,086

[mmol/l]

Veränderung der Magnesiumkonzentrationim Serum(1.-4. Stunde nach Einnahme)

D

iffer

enz

zum

Aus

gang

swer

t

Kontrollwasser (8 mg Mg/l) Testwasser I (192 mg Mg/l) Testwasser II (281 mg Mg/l) Tablette (150 mg Mg)

je n=22p=0,03 (Varianzanalyse)



für

und

0,14

0,16

0,18

0,20

0,22

0,24

0,26

(°)

***

[mmol/l]

Magnesiumausscheidungim Urin(2.-4. Stunde nach Einnahme)

Kontrollwasser (8 mg Mg/l) Testwasser I (192 mg Mg/l) Testwasser II (281 mg Mg/l) Tablette (150 mg Mg)

je n=22p=0,026 (Varianzanalyse)t-Test (Vergleich mit Kontrollwasser):* = p<0,05; ** = p<0,01 t-Test (Vergleich mit Tablette):(°) = p<0,10

Mineral AbsorptionE

xper

imen

tal B

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eolo

gy



für

und


- Cross over-study, single blind

Patients:


Setting:

- Over-night-fasting, standardised breakfast

Intervention:

- 600 ml Mg mineral water (252,5 mg Mg/l)- 800 ml Mg mineral water (186,7 mg Mg/l) - magnesium tablet (150 mg Mg)

main outcome parameters:

- Magnesium in plasma and urine



für

und

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

[mmol/h]

Magnesiumausscheidungim Urin(2.-4. Stunde nach Einnahme)

Testwasser I (186,7 mg Mg/l) Testwasser II (252,5 mg Mg/l) Kapsel (150 mg Mg)

je n=10 p=0,311 (Varianzanalyse)

Renal Stone Formation RiskE

xper

imen

tal B

aln

eolo

gy



für

und



Patients:

- Patients with multi-episodic CaOx-urolithiasis (n=32)

Setting:

- Everyday activities, nutrition protocol

Intervention:

- 1,5 l/d bicarbonated water (2.673 mg HCO3/l)

- 1,5 l/d low-mineralized water (98 mg HCO3/l)


- urinary pH, magnesium- and citrate excretion- CaOx supersaturation


xper

imen

tal B

aln

eolo

gy



für

und

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

******

[l]

Patients with Recurrent Urolithiasisn = 34

UrinaryVolume

Baseline Controls Baseline Bicarbonate Water

5,5

6,0

6,5

7,0

***

*

UrinarypH

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

******

SupersaturationCaOx


xper

imen

tal B

aln

eolo

gy



für

und

4

5

6

7

8

***

Patients with Recurrent Urolithiasis (n = 34)

Calcium-Excretion

30

40

50

60

70

*

Oxalate-Excretion

3

4

5

6

7

***

Magnesium-Excretion

400

500

600

700

800

900

1000

1100

***

Citrate-Excretion


xper

imen

tal B

aln

eolo

gy



für

und

Super-saturation

CaOx

Super-saturation Uric acid

Super-saturation

CaPO4

ControlsBaseline 3,41 ± 0,31 1,22 ± 0,13 1,33 ± 0,19

Drinking 2,44 ± 0,28 0,70 ± 0,07 1,01 ± 0,15

Bicarbonate Water

Baseline 3,39 ± 0,34 1,03 ± 0,12 1,44 ± 0,23

Drinking 2,42 ± 0,29 0,24 ± 0,04 2,01 ± 0,24

p (controls vs. bicarbonate water)

0,958 0,000 0,001

p (baseline vs. Drinking)

Controls 0,001 0,000 0,014

Bi-carbonate Water

0,000 0,000 0,000

SummaryE

xper

imen

tal B

aln

eolo

gy



für

und

In experimental trials relevant physiological effects of

medicinal mineral waters can be shown, e.g.

- elevation of thermal thresholds (H2S)

increase of thermal tolerance (H2S, CO2)

- good absorbability of relevant electrolytes (Mg)

In experimental trials relevant clinical effects of medicinal

mineral waters can be shown, e.g.

- analgetic effects (H2S)

- Muscle relaxation (NaCl)

- Reduction of the renal stone formation risk

(HCO3, Mg) Thank you!

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