Effect of Botulinum Toxin on Pressure Pain Threshold and EMG Power Spectrum of Masseter Muscle during Sustained Fatiguing Contraction

Abstract

-ABSTRACT-

Effect of Botulinum Toxin on Pressure Pain Threshold and EMG Power Spectrum of Masseter Muscle during Sustained Fatiguing Contraction

Cheul Kim, D.D.S., M.S.D.

Program in Oral Medicine and Oral Diagnosis, Dept. of Dentistry, Graduate School, Seoul National University

(Directed by Professor Jin-Woo Chung, D.D.S., M.S.D., Ph.D.)

The aims of this study were to test the effect of botulinum toxin on an experimental pain in human masseter muscle as measured by the pressure pain threshold (PPT) and on muscle fatigue as measured by the median frequency (MF) of the EMG power spectrum, both caused by a sustained clench. Thirty-five women without symptoms in the temporomandibular joints and masticatory muscles participated. Masseter muscles of 19 subjects were injected with botulinum toxin and 16 subjects with isotonic saline. We assessed EMG activity and PPT of masseter muscles before and after sustained fatiguing contraction at the level of 70% of maximum voluntary contraction (MVC), and measured MF and the slope of MF shift during endurance time. These measurements were done at baseline and at 1, 2, and 3 months after the injection of botulinum toxin or isotonic saline.

The obtained results were as follows: 1. MVC level of masseter muscle was decreased from the 1 month after the botulinum toxin injection (p<0.001), and the MVC began recovering toward the baseline level at 2 and 3 months after the injection (p<0.001). 2. MF of EMG power spectrum of masseter muscle measured at both the beginning and the end of sustained clench were significantly decreased at 1, 2, and 3 months after the botulinum toxin injection (p<0.001). 3. MF of EMG power spectrum was significantly decreased in both groups during the sustained clench, so the slopes of the MF shift were negative. The change in MF and negative slope of MF shift during sustained clench did not differ between groups or among sessions. 4. Endurance time did not differ significantly between groups or among sessions. 5. There was no significant difference in PPT before the sustained clench between groups at all sessions, and PPT was significantly decreased after sustained clench in both groups at all sessions (p<0.001). However, the change of PPT during the sustained clench significantly decreased in the botulinum toxin group after the injection, and persisted for 3 months (p<0.01).

Botulinum toxin injection on masseter muscle affect neither the PPT of pain-free masseter muscle nor fatigability caused by the sustained clench, however, it reduces the change of PPT caused by experimentally induced muscle pain. These results support the hypothesis that botulinum toxin reduces the release of algogenic substances in the sensory nerve ending and reduces the peripheral sensitization, and therefore, may alleviate the myogenous pain.

Key words : Botulinum toxin, Electromyography, Median frequency, Pressure pain threshold, Masticatory muscle

국문초록

보툴리눔 톡신이 지속적 근피로수축시 나타나는 교근의 근전도 power spectrum과 압력통각역치에 미치는 영향

서울대학교 대학원 치의학과 구강내과•진단학 전공 (지도교수 정 진 우)

김 철

본 연구의 목적은 보툴리눔 톡신이 저작근의 지속적인 근피로 수축시 나타나는 근전도 power spectrum과 압력통각역치에 미치는 영향을 평가하는데 있다. 턱관절장애와 근육 통증이 없는 건강한 성인 여성 35명을 대상으로 실험군 19명의 양측 교근에 보툴리눔 톡신, 대조군 16명에게는 같은 부위에 동량의 등장성 식염수를 주사하였다. 모든 피험자에서 주사 전과 주사 후 1, 2, 3 개월에 최대 수의적 등척성 수축의 70% 수준으로 더 이상 그 수준을 유지할 수 없는 인내시간까지 지속적인 이악물기를 하게하여, 근피로 수축 전과 후에 최대 수의적 수축시 근전도 활성과 압력통각역치를 측정하였으며 지속적인 근피로 수축 동안 근전도 power spectrum의 중간주파수 및 기울기를 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 최대 수의적 수축시 교근의 근전도활성은 보툴리눔 톡신군이 대조군에 비하여 주사 후 1 개월부터 통계적으로 유의하게 감소하였으며 (p<0.001) 주사 후 2, 3개월에서 주사 전의 수준으로 회복되는 양상을 보였다 (p<0.001). 2. 지속적인 이악물기 시작 및 종료시 근전도 power spectrum의 중간주파수는 보툴리눔 톡신군이 주사 후 1, 2, 3 개월에서 모두 대조군보다 유의하게 낮았다 (p<0.001). 3. 지속적인 이악물기 동안 근전도 power spectrum의 중간주파수는 두 군 모두에서 감소하였으며, 중간주파수의 변화와 중간주파수 변화의 기울기는 두 군간 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않아 두 군의 근피로 양상은 차이가 없었다. 4. 지속적인 이악물기의 인내시간은 주사 전, 주사 후 1, 2, 3 개월에서 두 군간 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 5. 지속적인 이악물기 전의 압력통각역치는 주사 전, 주사 후 1, 2, 3 개월에서 두 군간의 유의한 차이가 존재하지 않았으며, 두 군 모두 지속적인 이악물기 후 감소하였다 (p<0.001). 그러나 지속적인 이악물기 전후 압력통각역치의 변화량은 보툴리눔 톡신군에서 주사 1개월 후부터 통계적으로 유의하게 감소하여 3개월 동안 지속되었다 (p<0.01).

이러한 결과를 종합하여 볼 때 교근 부위의 보툴리눔 톡신의 주사는 통증이 없는 안정 상태의 근육의 압력통각역치에는 영향을 미치지 않았으나 지속적인 근피로 수축시 실험적으로 유발된 근육통증으로 인한 압력통각역치의 감소를 억제시켰고, 지속적인 이악물기로 인한 근피로 양상에는 영향을 미치지 않으면서 근육 수축시 근전도 power spectrum 의 중간주파수를 감소시켰다. 이는 보툴리눔 톡신이 감각신경말단에서 통증유발물질의 분비를 억제하고 말초감작을 감소시켜 근육기원성 통증을 완화시킬 수 있다는 가설을 뒷받침한다.

주요어 : 보툴리눔 톡신, 근전도, 중간주파수, 압력통각역치, 저작근