Cold as an adjunctive therapy for headache

Cold as an adjunctive therapy 

for headache 

Seymour Diamond, MD    Frederick G. Freltag, DO 

Headache  has  been  a  common  complaint  of  humanity  for  centuries.  Writings  of  the  ancient  Greeks  and  Egyptians  indicate  that  physicians  of  that  time  were  concerned  with  this  condition.  In  some  cases,  rather  drastic  measures,  including  bloodletting  and  craniotomy,  were  reportedly practiced in the  treatment  of  acute  headache.  With  the  evaluation  of  medical  practice  over  the  centuries,  a  variety  of  medicinal,  surgical,  and  physical  therapies  have  been  used  to  treat  headaches. 

Today,  patients  frequently  report  during  history  taking  that  they  have  used  physical  therapies,  such  as  application  of  heat  or  cold,  to  treat  their  headaches.  However,  scientific evaluation of the  potential benefits of cold 

application  in  headache  treatment  has  not  yet  been performed. 

After  a  through  search  of  the  literature,  one  of  us  (S.D)  recently  found  a  single  reference  to  cold  application  in  headache  treatment,  a  treatise  of  clinical  observations  by  James  Arnott,  MD,  published  in  1849.  Arnott  reported  using  cold  “to  such  a  degree  as  will  immediately  benumb  the  part  to  which  the  mixture  is  applied,  arrest  the  circulation  of  blood  through  it,  and  even  congeal  the  fluids  contained  within  it.” 1  He  reviewed several cases of  headache  in  which  cold,  or  “congelation,”  therapy  greatly  improved  the  condition  or  at  least  relieved  an  acute  attack.  Arnott’s  patients  had  a  variety of conditions, such  as  “nervous”  headaches  and hemicrania. 

Arnott  attributed  the  success  of  congelation  therapy  to  its  actions  on  the  pathophysiology  of  the  headache.  He  stated  that  “A  morbid  irritability  or  inflammatory  condition  of  nerves  and  often  of  bloodvessels,  at  a  certain  distance from the surface,  has  to  be  removed.  The  severe  cold  penetrates  to  the  depth  required;  it  immediately  benumbs  the  painful  nerves;  it  permanently  lessens  their  sensibility;  it  produces  a  lasting  depression  of  the  vascular  system  of  the  vascular  system  of  the  part;  and  probably  otherwise  modifies  the  vital  actions.  By  the  time  that  this  depressing  or  sedative  influence  of  the  cold  has  ceased,  the  morbid  condition  will  be  removed,  or  so  much  lessened,  as  to  require  only  a  few  repetitions  of  the  same  remedy  to  complete the cure.” 2 

The  cooling  agent  described in Arnott’s book  is  significantly  different  from the cold compresses  and ice packs currently in  use. The mixture he used  was  prepared  by  dissolving  salts  in  ice,  which  dropped  the  freezing  point  of  the  mixture  to  –17  to  –23 0 C  (1.4 to –9.2 0 F). Extended 

Preview 

Patients  with  acute  headache  are  often  so  vexed  by  pain  that  they  seek  out  numerous  physicians  and  headache clinics in search of a cure. For some, drugs  do  not  provide  adequate  relief  and  thus  nondrug  remedies  are  appealing.  In  the  following  article,  Drs  Diamond  and  Freitag  report  the  findings  of  a  study  conducted  recently  at  the  Diamond  Headache  Clinic,  Chicago,  of  one  nondrug  regimen  that  may  be  worth  considering in conjunction with standard medication. 

application  of  cold  this  degree  could  lead  to  freezing  of  skin  structures,  which  generally occurs at –13 0 C  (8.6 0 F).  Damage  may  occur  at  –1 0 C  (30.2 0 F).  The  potential  for  injury  prohibits  safe  use  of  this  type of concoction. 

A  commercial  gel  pack  (Cold Comfort)* was  used  for  application  of  cold  in  the  study  that  we  report  here.  The  pack  is  self­  contained,  is  prepared  for  use  by  storing in a freezer, and is  applied  with  a  cover  to  protect the skin. 

In  a  separate  study,  skin/gel  pack  and  skin/ice  bag  interface  temperatures  were  examined  to  determine  the  temperature  curve  of  the gel pack  compared  to  that  of  the  ice  cubes  in  a  container similar to that of  the gel pack. 

The  gel  packs,  which measure 4 ½ *10 ¼  in. and contain 300  gm of  gel, were obtained from a  retail  store.  They  were  stored  in  a  freezer  at  ­  23.3 0  C  (­10 0  F)  and  slipped  into  spun,  nonwoven  polypropylene  protective  covers  before  use.  The  plastic  shells  used  in  the  manufacture  of  the  gel  packs  used  as  ice bags. They  were filled  with ice cubes from an ice  machine  (cubes  measure  ¼  *5/8*  *5/8  in.)  and  sealed with a flat, plastic 

ostomy  bag  clip;  total  weight  of  each  bag  was  300  gm.  No  protective  cover was used. 

The gel packs and  ice  bags  were  placed  on  the left calf of the subjects  while  they  were  seated.  Gel  packs  were  affixed  with  tape,  and  ice  bags  with elastic bands. Output  from  a  thermistor  located  on  the skin at the point of  interface  with  the  pack  or  bag  was  continuously  recorded  on  a  strip  chart,  and  the  data  were  converted  to  degrees  Fahrenheit  with  a  calibration curve. 

The  gel  packs  were  used  in  seven  trials  and  ice  bags  in  four,  and  average temperature time  curves  were  calculated.  The  ice  bag’s  bimodal  curve  was  sue  to  melting  and  resettling  of  the  cubes.  Clearly,  neither  system  posed  a  threat  of  freezing  tissue.  Because  gel  packs  produce  rapid  cooling  of  the  skin,  they  probably  are  more  efficacious  for  half­hour  treatments. 

The study 

In  1984,  we  studied  the  effectiveness  of  the  gel  pack  as  an  adjunctive  treatment  in  90  patients  with  acute  attacks  of  migraine,  cluster,  or  mixed  (migraine  plus  muscle  contraction)  headache.  We  compared  treatment with standard 

abortive  medication  (eg,  ergotamine,  oxygen  muscle  relaxants,  analgesics)  to  that  with  such  medication  plus  application  of  a  gel  pack  to  the  area of  pain. Since  use  of  the  gel  pack  was  made  to  include  another  physical  treatment  in  a  blind study. 

Methodology 

Patients  at  the  Diamond  Headache  Clinic,  Chicago,  were  divided  into  three  groups  by  headache  type;  each  group  consisted  of  30  clinic  outpatients  with  headache  frequency  of  at  least three times a month.  Patients  were  permitted  to  continue  using  any  prophylactic medication. 

A  crossover  design  was  used.  Patients  in  each  group  were  randomly  divided  into  two  subsets  of  15,  and  a  series  of  four  attacks  was  monitored.  Group  A  used  the  gel  pack  and  the  standard  abortive  medication  during  the  first  two  of  the  four  attacks.  For  the  last  two  attacks,  these  patients  used  only  the  standard  abortive  agent.  Group B used the reverse  sequence;  the  first  two  attacks  were  treated  with  medication  alone  and  the  last  two  with  medication  and  application  of  a  gel  pack. 

In the study of cold as an adjunctive therapy for 

Acute headache, 71% of patients found use 

Of a gel pack effective and intended to use it in 

the future. 

A  headache  calendar  was  used  to  facilitate monitoring of the  acute  attacks.  It  included  on  the  date,  time,  and  duration  of  the  attacks as  well  as  the  type  and  amount  of  medication  used  and  duration  of  treatment  with  the  gel  pack.  Headache  severity  was  measured on a scale  of  1  to  10  (1=no  pain,  10=severe pain), and pain  relief  was  measured  on  a  similar scale (1= complete  relief, 10 = no relief). 

Patients  returned  the  calendar  to  the  clinic  after  the  fourth  attack.  At  this  time,  an  exit  questionnaire  was  administered  to  evaluate  the  general  benefit  of  therapy  and  to  obtain  information  about  the  adjunctive  treatment.  The  questionnaire  particularly  focused  on  the  effectiveness  of  the  gel  pack; patients were asked  about  immediate  and  overall  decrease  of  the  pain with the gel pack and  whether  they  intended  to  use it in the future. 

Results 

Table  1  shows  the  result  of  questions  pertaining  to  effectiveness  of  the  gel  pack;  there  was  no  significance  difference  in  patient  response  by  headache  type.  Seventy­  one percent of all patients  and  80%of  those  with  migraine headache 

considered  the  gel  pack  effective.  Only  52%  of  all  patients  experienced  immediate  decreased  in  pain;  63%  had  overall  decrease  in  pain.  Seventy­one  percent  of  all  patients  intended  to  use  the  gel  pack  in  the  future.  Patients  with  migraine  headache  expressed  greater  overall  satisfaction  with  the  gel  pack  than  did  patients  with  mixed  or  cluster  headache. 

The  relationships  between  headache  duration, severity, or relief  and  treatment  or  headache  type  were  examined.  Simple  correlations  were  calculated,  and  analysis  of  covariance  was  used  for patients  who  compiled  with  the  protocol  and  whom  data  were  complete.  Mean  scores  are  summarized  din  table  2.  The  correlation  coefficient  for  duration  and  relief  was  0.23;  the  coefficient  for  severity  and  relief  was  0.3.  These  slight positive correlations  indicate that as headache  severity  and  duration  increased,  relief  with  the  treatment  protocol  decreased. 

Effectiveness  was  not  significantly  affected  by timing of use of the gel  pack  (ie,  use  during  first  two  attacks  versus  use  during  last  two  attacks).  In addition, there was no 

significant  difference  in  mean  scores  for  headache  relief  between  treatment  including  the  gel  pack  and  treatment  not including it. 

Discussion 

Use of gel packs is a safe  method  of  applying  cold  in  adjunctive  treatment  of  acute headache. Interface  temperature  with  such  packs  does  not  approach  the  range  in  which  skin  structures  may  be  damaged.  Gel  packs  reduce  temperature  more  quickly  than  wet  ice  and  therefore  are  more  expedient.  (A  double­  blind  study  cannot  be  easily  performed  with  a  physical  modality  such as  cold.) 

Our  study  consisted  of  patients  at  a  headache  clinic,  many  of  whom  have  endured  a  long  history  of  headache  not  readily  responsive  to  therapy.  These  patients  often  do  not  show  the  excellent  response  to  therapy that may be seen  in  the type of the  patients  with  headache  that  are  usually  encountered  by  primary  care  physicians.  We  suspect  that  cold  application  may  be  more  effective  in  the  latter  patients. 

Our  results  revealed  that  while  improvement in headache  pain for our patients    was  not statistically significant, 

In our study, patients with migraine headache 

expressed greater overall satisfaction with the gel 

pack than did patients with mixed or cluster 

headache. 

most  them  responded  favorably  to  use  of  a  gel  pack for pain reduction. 

We  conclude  that  cold  application  does  provide  some symptomatic relief 

of  headache  and  also  offers some psychological  alleviation of the pain.  Table 1. Results of study of cold gel pack in adjunctive treatment of acute headache  Benefit/future  use  Migraine  favorable  response  (%  patients)  Confidence  interval*  Total  response  (No.)  Mixed  Favorable  response  (%  patients)  Confidence  interval*  Total  responses  (No.)  Effective  80  66­94  30  62  44­80  29  Immediate  decrease in pain  53  35­71  30  53  35­71  30  Overall decrease  in pain  67  50­84  30  59  41­77  29  Intent to use in  the future  77  62­92  30  71  55­88  28 

*Ninety­five percent  confidence level for percent  favorable response (lower confidence limit to upper confidence  limit).  Cluster  Favorable  response  (%  patients)  Confidence  interval*  Total  responses  (No.)  All types  favorable  response  (%  patients)  Confidence  interval*  Total  responses  (No.)  Effective  70  54­86  30  71  61­81  89  Immediate  decrease  in  pain  48  30­67  29  52  41­62  89  Overall  decrease  in  pain  62  44­80  29  63  52­73  88  Intent to use  in the future  64  47­82  28  71  61­81  86 

We conclude that cold application does provide 

some symptomatic relief of headache and 

may also offer some psychological alleviation of 

the pain. 

Table  2.  Comparison  of  effectiveness  of  standard  headache  treatment  with  standard  treatment plus use of cold gel pack, by headache type  Characteristics  Headache  Type  Medication alone  Medication plus  cold gel pack  Mean  Square  Total  Responses  (No.)  Mean  Score  Total  Responses  (No.)  Relief*  Migraine  Mixed  Cluster  Overall  2.9  2.6  3.2  2.9  56  52  54  162  3.5  2.7  2.9  3.0  60  54  54  168  Severity+  Migraine  Mixed  Cluster  Overall  6.5  6.3  6.2  6.3  60  54  56  170  7.1  6.1  6.5  6.5  60  54  56  170  Duration(hr)  Migraine  Mixed  Cluster  Overall  6.6  5.8  2.3  4.9  56  52  56  164  7.1  6.2  1.8  5.0  58  52  56  166  *Relief score: 1= complete relief; 10 = no relief.  + Severity score: 1= no pain; 10 = severe pain.  Summary 

We  report  the  results  of  a  study  conducted  recently  at  Diamond  Headache  Clinic,  Chicago,  on  the  effectiveness  of  application  of  cold  as  an  adjunctive  therapy  for  acute  headache.  Ninety clinic outpatients  were divided evenly into  three  groups  according  to  headache  type­  migraine,  cluster,  and  mixed.  They  used  the  standard  headache  medication  for  two  attacks  and  the  standard  medication  plus  application  of  cold  with  a  reusable,  frozen  gel  pack  for  two 

attacks.  There  was  no  significant  difference  in  patient  response  to  the  gel  pack  by  headache  type.  Seventy­one  percent  of  patients  considered  the  pack  effective;  52%  reported  an  immediate  decrease  in  pain,  and  63%  reported  an  overall  decrease  in  pain.  Seventy­one  percent  of  patients intended to use  the  gel  pack  in  the  future. 

Use  of  such  gel  packs,  which  are  available  commercially,  does  not  damage  the  skin.  Our  study  indicates  that  cold  application  does  provide  some  symptomatic  relief  of 

headache;  it  may  also  offer  psychological  alleviation of the pain. 

John  Loperfido,  PhD,  of  3M  Personal  Products  Division,  St Paul, Minnesota, assisted  with the study reported here.  Address  reprint  request  to 

Seymour  Diamond,  MD, 

Diamond  Headache  Clinic, 

5252  N  Western  Ave, 

Chicago, IL  60625. 

References 

1.  Arnott  J.  Practical  illustrations  of  the  treatment  of  the  principal  varieties  of  headache  by  the  local  application  of  benumbing  cold:  with  remarks  on  the  remedial  and  anaesthetic  uses  of  congelation  in  disease  of  the  skin  and  surgical  operations.  London: J Churchill, 1849:3  2. Ibid, p 15