Fitnesstraining mit EMS

Hier wird die Muskelzelle direkt durch elektrische Reize erregt; diese Reize müssen dabei bedeutend größer und länger sein als bei der Stimulation von Nerven. In beiden Fällen kann die funktionelle Elektrostimulation mit Oberflächenelektroden über die Haut (als Regelfall bei Training und Rehabilitation) oder mit implantierten Elektroden erfolgen. Durch Änderung der EMS-Reizfrequenz können verschiedene Bereiche des  Muskelfaserspektrums unterschiedlich stark beansprucht werden. Die Impulse mit Reizstrom erfolgen jeweils im Wechsel mit kurzen Pausen. Während der Impulsphasen wird der Muskel über seine Reizschwelle gebracht und es kommt zur Muskelkontraktion. Die Intervalle ahmen die natürliche Muskelbewegung nach. Sobald sich der Mensch bewegt, sendet das Gehirn Impulse an die Muskeln. Durch die Verwendung von Reizstrom werden die Impulse nicht von innen, sondern von außen an die Muskeln gesendet, sodass sich diese während der Impulsphase zusammenziehen und während der Pausen entspannen. In Kombination mit Bewegungen verstärkt sich der Effekt und die Muskeln können schneller aufgebaut werden. Die Ausdauer kann durch Reizstrom nicht verbessert werden. Die elektrischen Impulse eignen sich lediglich zum Muskelaufbau. Diese Form der Stimulation wird auch als EMS-Training bezeichnet und mindestens seit den 70er Jahren sowohl auf ihre Einsatztauglichkeit bei Spitzensportlern als auch zur Rehabilitation hin untersucht. Da die Stimulation nicht über den physiologischen Weg (Nervensystem → Muskel) abläuft, sondern auf direkte Art erfolgt, ist die Elektromyostimulation nur begrenzt sinnvoll einsetzbar. Sie kann in Ruhe oder nur mit einfachen Bewegungen kombiniert erfolgen, sodass die Koordinationsfähigkeit nicht entsprechend verbessert wird. Die wissenschaftliche Datenlage zur Wirksamkeit ist insgesamt sehr dünn und zeigt keinen vergleichbaren Effekt zu körperlichem Training.

Bei der EMS führt die durch Strom induzierte Muskelkontraktion zu strukturellen Anpassungen der Muskulatur, welche die Grundlage einer messbar gesteigerten muskulären Leistungsfähigkeit darstellen. Ein systematischer Review der entsprechenden Literatur ergibt positive muskuläre Anpassungen im Bereich Faserquerschnitt, Faserzusammensetzung und Aktivität der oxidativen Enzyme. Des Weiteren wurden nervale Anpassungen im Sinne einer Verbesserung der neuronalen Aktivierung der Muskulatur gezeigt. Aufgrund der positiven Wirkung von EMS auf strukturelle und funktionelle Muskelparameter und insgesamt auf die muskuläre Leitungsfähigkeit findet diese Methode sowohl im Bereich Therapie als auch im Bereich Sport Anwendung. Bei der Elektromyostimulation muss man die lokale EMS von der Ganzkörper-Elektromyostimulation unterscheiden. Bei der lokalen EMS werden mit Elektroden einzelne Muskeln bzw. Muskelgruppen isoliert aktiviert. Bei der Ganzkörper-EMS werden über spezielle Manschetten und Westen mit eingearbeiteten Elektroden mehrere große Muskelgruppen gleichzeitig aktiviert, wobei Agonisten und Antagonisten im Sinne einer Kontraktion synchron aktiviert werden.

EMS kann passiv oder aktiv, sprich ohne oder mit zusätzlicher willentlicher Muskelaktivierung, erfolgen. Bei der aktiven EMS überlagern sich die strominduzierte und die willkürliche Aktivierung der Muskulatur, woraus eine höhere Kontraktionsstärke resultiert. Der Muskel kann willentlich isometrisch oder dynamisch aktiviert werden. Teils werden auch komplexere Trainingsübungen ausgeführt, deren muskuläre Wirkung durch EMS gesteigert wird. Eine Sonderform stellt die funktionelle EMS dar, bei der bei vorliegenden Muskellähmungen koordinierte Muskelkontraktionen generiert werden, die das Gehen erleichtern oder Radfahren ermöglichen (s. u.).

Bei den angewendeten EMS Protokollen herrscht eine große Vielfalt, wobei überwiegend biphasische Impulse mit einer Impulsdauer zwischen 100 und 500 μs und einer niederfrequenten Impulsfrequenz von 10–100 Hertz Anwendung finden (sog. TENS-Ströme). Weniger häufig kommen mittelfrequente Wechselströme (1000–4000 Hz), welche i. d. R. eine niederfrequente Modulationsfrequenz (häufig 50 Hz) aufweisen, zum Einsatz.

EMS Anwendungsgebiete

Sport

EMS wird im Bereich Sport eingesetzt, um die muskuläre Leistungsfähigkeit zu steigern und den systematischen Trainingsprozess zu unterstützen. Die wissenschaftliche Datenlage ist hier inzwischen sehr umfangreich. Ein umfassender systematischer Literaturüberblick, der 89 wissenschaftliche Studien mit untrainierten und trainierten gesunden Probanden einschloss, zeigte eine signifikante und meist ausgeprägte Wirkung von EMS auf Parameter der muskulären Leistungsfähigkeit (u. a. Maximalkraft, Schnellkraft). So zeigten die Studien z. B. bei Sportlern nach isometrischem EMS signifikante Steigerungen sowohl bezüglich isometrischer (im Mittel +32 +- 15,6%) als auch hinsichtlich dynamischer Maximalkraft ((im Mittel +34,1 +- 21,7%). Vergleichbare Effekte treten auch bei untrainierten und bei dynamischer EMS auf. Die Schnellkraft verbesserte sich bevorzugt durch ein dynamisches EMS Training. Die hohen Effekte auf die Schnellkraft werden darauf zurückgeführt, dass auf EMS Training bevorzugt die schnellzuckenden Muskelfasern ansprechen, welche bei willkürlichem Training erst bei maximalen Lasten oder Bewegungsgeschwindigkeiten rekrutiert werden.

Eine Analyse der Studienergebnisse ergab als Garanten für eine gute Wirksamkeit eine angemessene Trainingshäufigkeit und -dauer, eine ausreichende Muskelkontraktionsstärke (≥50% der maximal willentlichen Kontraktionsstärke), eine Impulsdauer von 200 bis 400 μs und eine Stimulationsfrequenz von 50 bis 100 Hz. Eine weitere Literaturanalyse mit der Fragestellung des optimalen Protokolls, welche die Stärke des sensiblen Diskomforts und die frequenzabhängige Ermüdung („high frequency fatique“) und damit reduzierte Ansprechbarkeit der Muskulatur mit einbezog, kam zum Ergebnis, dass eine Impulsdauer von 400 bis 600 μs und eine Frequenz von 30 bis 50 Hz ideal zum Muskeltraining sind.

Die Wirkung mittelfrequenter Ströme auf muskuläre Leistungsparameter ist weniger gut untersucht. Nur 4 der 89 Studien in dem o. g. Review von Filipovic et al. arbeiteten mit mittelfrequenten Strömen (<1000 Hz). Dass niederfrequente und mittelfrequente Ströme in ähnlicher Weise geeignet sind, die Muskulatur zu aktivieren, zeigte eine aktuelle Metaanalyse. Diese Metaanalyse ergab auch, dass hinsichtlich des sensiblen Diskomforts keine Unterschiede zwischen den Methoden bestehen. Die alte Lehrmeinung, dass mittelfrequente Ströme wegen der Verringerung des Hautwiderstandes sensorisch angenehmer sind, muss somit revidiert werden. Auch hinsichtlich resultierender Muskelschädigung und Muskelkater (CK, DOMS) existiert entgegen früheren Annahmen zwischen beiden Methoden kein Unterschied. Die Wirkung mittelfrequenter Ströme ist allerdings von der Stromform abhängig. So erwiesen sich die lange Zeit bevorzugten modulierten 2500Hz Ströme („Russian“) mit Blick auf die Aktivierung der Muskulatur und den sensiblen Diskomfort den modulierten 1000Hz Strömen („Aussie“) und niederfrequenten TENS Strömen unterlegen.

Vergleicht man die durch EMS erzielten Effekte mit denen die durch konventionelles Krafttraining generiert werden, so zeigen die wenigen Untersuchungen ein heterogenes Ergebnis mit teils Effekten zu Gunsten von EMS. teils zu Gunsten von Krafttraining.oder ohne Unterschied Hainault und Duchateau schlussfolgerten daher, dass „die Kraftzugewinne durch EMS vergleichbar, aber nicht größer sind, als durch willentliches Training“

Aber EMS scheint gerade wegen der Besonderheit der Reizsetzung und der Spezifität der Adaptionen, welche durch ein konventionelles willkürliches Training in dieser Form nicht realisiert werden können, eine sinnvolle Ergänzung zum Training zu sein und einen Beitrag zur Realisierung der Trainingsprinzipien Reizsteigerung und Reizvariation leisten zu können. Mit Blick auf die Studienergebnisse der o. g. Analyse schlussfolgern Filipovic et al., dass es sich bei EMS um einen vielversprechenden Ansatz zur Steigerung von muskulären Leistungsparametern handelt.

Kritikpunkt an EMS ist das mangelnde Training der Koordination, da die (Rückkopplungs-) Mechanismen der zentralnervösen Ansteuerung der Muskulatur nicht beansprucht werden. In diesem Zusammenhang ist jedoch festzuhalten, dass sich in Studien durchaus eine elektromyografisch messbare Verbesserung der neuronalen Aktivierung der Muskulatur nach einem EMS Training zeigte. welche eine zentralnervöse Anpassung belegt. Die EMS induzierte Verbesserung der Muskelansteuerung liegt vermutlich darin begründet, dass die Muskelaktivierung nicht nur direkt über periphere Nervenäste, sondern auch indirekt über eine Reflexaktivierung von Motoneuronen erfolgt. Des Weiteren wurde eine Aktivierung von motorischen Hirnarealen durch EMS beobachtet. Da allerdings die Bewegungssteuerung im Sinne der sensomotorischen Rückkopplungsmechanismen mit EMS nicht adäquat trainiert wird, sollte ein EMS Training idealerweise mit konventionellen funktionellen Übungen oder propriozeptivem Training kombiniert werden. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, bei der Durchführung entsprechender komplexer Übungen deren Wirkung auf die Muskulatur durch simultane Applikation von EMS zu erhöhen. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass es sich bei EMS Training um eine spezifische und spezielle Form des Muskeltrainings handelt, mit der man nicht alle Dimensionen der sportlichen Leistungsfähigkeit trainieren kann. Dementsprechend kann EMS ein sportliches Training ergänzen, nicht jedoch ersetzen.

Heinz Kleinöder vom Institut für Trainingswissenschaft und Sportinformatik der Deutschen Sporthochschule in Köln sieht in der Elektromyostimulation eine “sinnvolle Trainingsmethode (…) Vor allem für Menschen mit wenig Zeit und für Sportler, die große Muskelgruppen gleichzeitig ansteuern möchten.”.Das EMS-Training, welches ursprünglich aus der therapeutischen Anwendung kommt, spielt inzwischen eine bedeutende Rolle im Profi- und Breitensport. In Deutschland trainieren mittlerweile rund 140.000 Menschen bei rund 1.500 Ganzkörper-EMS Anbietern (Stand: Dezember 2015). Viele der Anbieter sind als sogenannte Microstudios organisiert.

Therapie

Zur Frage der medizinischen Anwendung von EMS adressiert ein aktueller umfassender Cochrane Review die Wirkung von EMS im Fall von Muskelschwäche bei Patienten mit fortgeschrittenen Erkrankungen (chronische Lungen-, Herzerkrankungen, Krebs). Basierend auf der Analyse von 18 Publikationen (933 Patientendaten) schlussfolgern die Autoren, dass EMS, welches sowohl die Kraft als auch die Muskelmasse sowie die Gehfähigkeit beim 6-Minuten Walking Test verbesserte, eine effektive Maßnahme gegen Muskelschwäche ist und als Behandlungsmaßnahme im Rahmen von Rehabilitationsprogrammen in Betracht gezogen werden sollte. In allen 18 Studien kamen niederfrequente TENS Ströme zum Einsatz (15 bis 75 Hz, 200 bis 700 μs).

Im orthopädischen Bereich konnten in Studien gute Ergebnisse durch EMS bei chronischen Rückenschmerzen bezogen auf Rückenkraft und Schmerzen erzielt werden. Die Wirkung bei Arthrose ist unklar, wobei eine neue Metaanalyse eine schmerzlindernde Wirkung bei Kniearthrose zeigte.

Im neurologischen Bereich findet EMS v. a. bei peripheren Nervenschädigungen Anwendung. Der Einsatz von EMS bei partieller Denervation peripherer Nerven war lange Zeit äußerst umstritten. Neuere Studien belegen allerdings eindeutig den Nutzen durch eine Verringerung der Atrophie der Muskulatur und eine Reinnervation, die vermutlich unter anderem durch die Ausschüttung neurotropher Faktoren hervorgerufen wird. Bei zentralnervösen neurologischen Erkrankungen ist die Anwendung von klassischem EMS weniger verbreitet und kaum erforscht. Bei entsprechenden Krankheitsbildern wie Hemiplegie oder Multipler Sklerose kommt funktionelle Elektromyostimulation (FES) zum Einsatz, deren Ziel es ist, die motorischen Defizite durch eine Aktivierung der Muskulatur zu reduzieren und so Greiffunktion oder Gehfunktion durch koordinierte Impulse zu verbessern. Bei kompletter Querschnittslähmung wird FES zur Koordinierung der Muskelaktivität auf einem Fahrradergometer oder an einer Beinpresse eingesetzt. Das Potential der FES im Rahmen der Rehabilitation verdeutlicht eine Studie, in der ein FES Training auf dem Fahrradergometer bei Querschnittspatienten zur positiven Beeinflussung der neurologischen Funktion, der Muskelmasse und -struktur, der funktionellen Fähigkeiten, der Spastizität und schließlich der Lebensqualität führte.

Gerade in der Therapie besitzt EMS Vorteile: (1) Erstens ist das Training subjektiv weniger anstrengend als konventionelles Krafttraining, wonach bei Patienten mit Erschöpfungssyndrom die Hemmschwelle zur Durchführung geringer ist. (2) Zweitens kann eine Muskelaktivierung bei gleichzeitig geringer Gelenkbelastung realisiert werden, was gerade in der Phase der Teilbelastung von Bedeutung ist. (3) Drittens wirken sich auch die bei EMS verwendeten Stromformen positiv auf die Schmerzwahrnehmung aus, wobei übrigens der schmerzlindernde Effekt bei niederfrequenten und Strömen im Kiloherzbereich vergleichbar sind.

Elektrostimulation durch Cochlea-Implantat

Ein weiteres Anwendungsgebiet der Elektrostimulation findet sich in der HNO. Hier wird das Cochleaimplantat verwendet, welches durch direkte Elektrostimulation des Hörnervs ein Hören bei starkem Hörverlust oder sogar bei Taubheit ermöglichen kann.

Die Elektrostimulation erfolgt dabei an unterschiedlichen Stellen der Scala tympani, wodurch verschiedene Abschnitte der Basilarmembran und der dazugehörigen Ganglienzellen des Hörorgans gereizt werden. Dadurch kommt es zu einer tonotopen Reizung und zur Nachbildung der Frequenz-Orts-Transformation des normalen Innenohrs. Des Weiteren wird über die Reizrate an jeder Elektrode die zeitliche Struktur der akustischen Informationen übertragen.

Patienten mit Cochleaimplantat können nach guter Anpassung des Sprachprozessors und mit genügend Übung nicht nur Sprache verstehen, sondern auch Musik hören oder telefonieren. Vor allem Kinder, die mit starker Hörminderung geboren wurden, brauchen jedoch sehr viel Hörtraining, um das Hören erlernen und damit auch eine Möglichkeit zur aktiven Sprache bekommen zu können.

Elektrostimulation komplett desertierter Muskulatur 

Die derzeit einzige effektive Möglichkeit, denervierte Muskulatur (permanent komplette periphere Lähmung) zu trainieren, ist der Einsatz von Elektrostimulation mit Impulsen von 40–300 ms Impulsbreite und Intensitäten bis zu 250 mA zur direkten Muskelstimulation. Damit kann ein Krafttraining mittels tetanischer Kontraktionen durchgeführt werden, welches zu strukturellen und funktionell messbaren Verbesserungen führt.

Quelle : Wikipedia