Was ist Elektromyostimulation?

Die Elektromyostimulation (EMS) der quergestreiften Skelettmuskulatur stellt ein wichtiges Verfahren im Rahmen der Elektrotherapie, also der medizinischen Anwendung des elektrischen Stroms dar. Die Elektrotherapie arbeitet mit verschiedenen Stromarten und versucht, zahlreiche Nerven- und Muskelkrankheiten zu heilen beziehungsweise zu lindern. Um die Ursprünge dieser Therapieform zu finden, muss man weit in die menschliche Stammesgeschichte zurückzublicken. Schon in der Medizin der Antike nutzte man Zitterrochen und -aale in der Behandlung von schmerzhaften Zuständen des Muskel- Skelett-Systems. Grundlegend für die Elektromyostimulation ist die so genannte Elektrodiagnostik. Hierbei kommt unter anderem die Elektromyographie zum Einsatz. Diese nicht- oder minimalinvasive Methode der medizinischen Wissenschaft registriert bei Willkürinnervationen, so zum Beispiel beim bewussten Bewegen auftretende Aktionsströme beziehungsweise die elektrische Aktivität des Nerv-Muskel-Systems. Ähnlich zur Elektromyographie mit Oberflächenelektroden werden bei der Elektromyostimulation Elektroden verwendet, welche auf die Haut geklebt werden. Jedoch wird hierbei ihre Funktion umgekehrt. Folge dieses von außen angelegten Stromes ist die unwillkürliche Reizung des Muskels über seine versorgenden Nerven und die sich anschließende Muskelzuckung oder Muskelkontraktion.


Elektromyostimulation im Sport

Die therapeutischen Vorzüge künstlicher Muskelstimulationen sind schon seit längerem bekannt. Bereits 1902 konstruierte der Franzose Leduc ein auf elektromagnetischer Induktion beruhendes Stimulationsgerät und behandelte erfolgreich Muskellähmungen. Dies war Anlass für weitere Forschungsarbeiten und führte in den nachfolgenden 50 Jahren zur Begründung der Elektrotherapie. In dieser Zeit wurde eine Reihe von Verfahren entwickelt, welche bei den verschiedensten Krankheiten des Stütz- und Bewegungsapparates angewendet wurden. Zugleich führte man zahlreiche Tierversuche durch, um Möglichkeiten und Grenzen des therapeutischen Einsatzes von elektrischen Strömen auszuloten. So wurde zum Beispiel 1939 herausgefunden, dass niedere Säugetiere während einer künstlichen Stimulation der Skelettmuskulatur wesentlich höhere Kontraktionskräfte freisetzen, als sie mit Willkürkontraktionen überhaupt produzieren können. 1971 griffen die russischen Wissenschaftler Kotz und Chwilon diesen Ansatz auf und belegten dieses Phänomen am Menschen. Darüber hinaus führten sie Versuche mit gesunden Sportlern durch, um so ausgewählte und gut entwickelte Muskeln maximal zu kontrahieren. Nach ihren Experimenten stellten sie fest, dass alle ihre Probanden einen Kraftzuwachs von 30 bis 40 Prozent aufwiesen. Das Besondere hieran war, dass dies mit minimalen psychisch-physischen Anstrengungen in kürzester Zeit geschah. Folglich stellte sich die Elektromyostimulation als eine anerkannte Trainingsmethode heraus und wurde als zusätzliches Trainingsmittel für ausgewählte und wichtige Muskeln in Betracht gezogen.


Einfluss ausgewählter Stimulationsparameter auf die Muskelkontraktion:

Anhand verschiedener Experimente zeigt sich neben dem erfolgreichen leistungssteigemden Einsatz der EMS, dass es relativ schwierig ist, den elektrischen Strom im Interesse der Zielvorgabe (Steigerung der Maximalkraft, Steigerung der Kraftausdauer etc.) zu modellieren. So gibt es vielfältige Parameter, welche miteinander kombiniert werden können - wie Farben in einem Farbkasten. Folglich ist auch im Rahmen der Wirkung der zusammengestellten Stimulationsprogramme ein hohes Maß an Vielfältigkeit zu erwarten.


Impulsfrequenz:

Die Impulsfrequenz entspricht der Zahl der Einzelimpulse pro Sekunde. Ein Impuls führt jeweils zu einer Muskelzuckung (siehe Abbildung 1). Folglich wird im Fall der Impulsfrequenzerhöhung auch die Anzahl der Muskelzuckungen heraufgesetzt. Ab einer bestimmten Anzahl von Muskelzuckungen können jedoch keine Einzelbewegungen mehr unterschieden werden. Wissenschaftlich spricht man hierbei von einer tetanischen Kontraktion (Tetanisation), welche auf der Verschmelzung von vielen einzelnen Muskelzuckungen beruht. Wird nun die Impulsfrequenz sukzessive gesteigert, so ist ein Anstieg der von den Muskeifäsern entwickelten Muskelkraft festzustellen.

Kontraktionsdauer:

Als Kontraktionsdauer wird die Zeit bezeichnet, in der die von der Impulsfrequenz bestimmten elektrischen Stromimpulse wirken und den Muskel im verkürzten Zustand halten. Anhand von willkürlichen Kontraktionen ist abzuleiten, dass eine geringer ausgeprägte Tetanisation länger aufrechterhalten werden kann als eine stärker ausfällende. Zugleich wird ersichtlich, dass die Kontraktionsdauer während einer künstlichen Muskelstimulation in Bezug zur Impulsfrequenz gesetzt werden muss, da diese wiederum den Grad der Tetanisation beeinflusst. Folglich muss also die Kontraktionsdauer mit steigender Impulsfrequenz verkürzt werden, da sonst die so genannte "elektrische Ermüdung" zu schnell eintritt. Aufgrund dessen können die Muskelfasern bei zu langer Kontraktionsdauer nicht mehr im Rhythmus der Arbeitsleistung reagieren, die ihnen durch die Stimulation abverlangt wird. Die Kontraktion verliert mithin an Qualität im Hinblick auf das angestrebte Trainingsziel.

Pausendauer:

Die Pausendauer bestimmt im Wesentlichen den Grad der Erholung. Die Größe dieses Parameters ist von der Arbeitsart abhängig, welche hauptsächlich mittels Impulsfrequenz und Kontraktionsdauer den Muskelfasern auferlegt wird. Als Faustregel gilt, dass mit steigender Arbeit beziehungsweise zunehmender Höhe von Impulsfrequenz oder Kontraktionsdauer die Länge der Pause zunehmen soll.


Wiederholungszahl:

Mit diesem Parameter wird die Menge beziehungsweise Anzahl der Kontraktionszyklen programmiert. Darüber hinaus richtet sich die Zahl der Wiederholungen natürlich nach dem Trainingsziel. Richtwerte zur Einstellung der Wiederholungszahl:

    * aerobes Ausdauertraining:      200 - 400
    * anaerobes Ausdauertraining:    70 - 100
    * allgemeines Krafttraining:         30 -  50
    * Schnellkrafttraining:                   5 -  12


Impulsstärke:

Die Impulsstärke ist ein wichtiger Parameter zur Regelung der räumlichen Rekrutierung, das heißt der Anzahl der angeregten Muskelfasern. Je kleiner der in der Elektronik als Stromstärke bezeichnete Quotient aus elektrischer Ladung und Zeit eingestellt wird, umso geringer ist auch das Maß der in Erregung versetzten Muskelfasern. Die Erfahrung zeigt, dass zum Erreichen einer möglichst hohen Faseranzahl ein Wert zwischen 40 und 70 mA gewählt werden sollte. Hervorzuheben ist hierbei jedoch das allmähliche Herantasten an diese Zahl, da bei erstmaligen Anwendungen häufig die Schmerzschwelle unter 40 mA liegt.


EMS für Ausdauersportler:

Elektromyostimulation wird im Sport meist mit Muskelaufbautraining (Hypertrophietraining) in Verbindung gebracht. Auch diverse Medien stellen dies häufig in den Vordergrund der Anwendung. Insofern hat die EMS im Bereich des Ausdauersports nur wenig an Zuspruch erfähren. Gleichwohl kann der elektrische Strom so modelliert werden, dass auch die Trainingsziele von Ausdauersportlern erfüllt werden. Besonders vorteilhaft ist dabei die Steigerung des Trainingsumfängs ohne zusätzliche und zeitaufwändige Laufeinheiten. Zudem steht natürlich die gesamte Palette an Regenerations- und Erholungsprogrammen zur Verfügung, welche heutzutage bei fast jedem EMS - Gerät einen vorprogrammierten Standard bildet.


Fazit:

Die künstliche Muskelstimulation ist ein Trainingsmittel, welches erst in den letzten Jahren zunehmend im sportlichen Training zum gezielten Muskelaufbau beziehungsweise -umbau eingesetzt wird. Jedoch sollte man bei einem solchen Gebrauch von elektrischen Strömen und Feldstärken eine Reihe von Aspekten beachten. So sind die sorgfältige Abstimmung der Stimulationsparameter und die mit herkömmlichen Trainingsmitteln abgestimmte Anwendung besonders wichtig. Elektromyostimulations Training darf sicher nicht als Ersatz des traditionellen Trainings betrachtet werden - hierdurch würden zum Beispiel sensorische Anpassungsprozesse ausbleiben -, sondern vielmehr in die Palette der Trainingsmittel aufgenommen und als Bereicherung des Trainingsprozesses gesehen werden.