Elektromyostimulation (EMS) auf dem Vormarsch

Im therapeutischen Alltag von beispielsweise Physiotherapeuten spielt die Stimulierung von Muskulatur mittels Strom schon lange eine zentrale Rolle. Nun nimmt sich auch die Fitnessindustrie dieser Muskelstimulierung an und kreiert auch für den nichttherapeutischen Bereich Geräte, die mithilfe von Strom die Muskulatur positiv beeinflussen sollen. body LIFE hat sich umgesehen, um Pro und Contra der Elektrostimulation herauszufinden.

Schon in der Antike nutzte die Medizin Zitterrochen und -aale, um schmerzhafte Zustände des muskuloskelettalen Systems zu behandeln. Geht man in die jüngere Vergangenheit zurück, hat Christian Heinrich Ernst Bischoff, Professor für Pharmakologie an der Universität Jena, schon um das Jahr 1801 erstmalig ein elektrotherapeutisches Verfahren angewandt. Im Jahr 1902 konstruierte der Franzose Leduc ein auf elektromagnetischer Induktion beruhendes Stimulationsgerät und behandelte erfolgreich Muskellähmungen. Heute ist die Anwendung von Strom vor allem zu therapeutischen Zwecken weit verbreitet: primär in Physiotherapiepraxen, Rehakliniken oder aber auch Krankenhäusern mit physikalischer Abteilung. Auch im Spitzen- bzw. Leistungssport hat sich der Ein- atz der Muskelstimulation nach Verletzungen, zur Behebung von muskulären Dysbalancen und zur Regeneration überbelasteter Muskelgruppen bewährt. Von diesen Effekten sollen nun auch die Kunden im Fitnessstudio profitieren, weswegen einige Unternehmen Geräte speziell für diesen Sektor entwickelten und auf den Markt brachten.

Grundlagen
Was aber ist unter Elektromyostimulation (EMS) zu verstehen? Bei der EMS steht die Erregung von Muskelfasern über einen von aussen einwirkenden elektrischen Impuls im Vordergrund. Im Falle eines natürlichen elektrischen Impulses gibt das zentrale Nervensystem (ZNS) einen Befehl für diesen Impuls an die herausführenden (efferenten) Nervenbahnen. Er pflanzt sich über den Rückenmarksnerv bis auf den motorischen Nerv fort und wird über die motorische Endplatte zum Muskel übertragen. Damit letztlich eine Kontraktion ausgelöst wird, muss dieser ankommende Impuls allerdings eine bestimmte Reizschwelle überschreiten. Ist der Reiz zu klein (unterschwellig), wird keine Kontraktion ausgelöst und damit auch kein Trainingseffekt erreicht. Bei der EMS werden die Skelettmuskeln nun extern durch Wechselströme gereizt und somit zur Kontraktion gebracht. Bei genügend hoher Stimulationsfrequenz (50 Hz) und Reizintensität können nahezu 100% aller motorischen Einheiten erreicht werden. Allerdings hat sich in verschiedenen wissenschaftlichen Studien herausgestellt, dass es bei EMS zu einer Rekrutierungsumkehr kommt. Dies bedeutet, dass entgegenge beisetzt der normalen physiologischen Willkürkontraktion zuerst die sogenannten Typ-II-Fasern (FT-Fasern mit hoher Kontraktionsgeschwindigkeit und schneller Ermüdung) und dann in der Folge erst die Typ-I-Fasern (ST-Fasern mit niedriger Kontraktionsgeschwindigkeit und hoher Ermüdungsresistenz) erregt werden. Dies entspricht somit nicht dem klassischen physiologischen Rekrutierungsmuster und hat den Vorteil, dass selektiv schnelle Muskelfasern trainiert werden können.

Zentrale Faktoren
Moderne EMS-Geräte regeln die kontrollierte Abgabe von elektrischen Impulsen über computergestützte Trainingsprogramme, wodurch eine gezielte Ansteuerung der Muskulatur gewährleistet ist. Als wichtige Faktoren für eine optimale Stimulierung gelten: 

• die Impulsfrequenz,
• die Kontraktionsdauer,
• die Pausendauer und
• die Impulsstärke

Die Impulsfrequenz
Eine zentrale Rolle bei der Ansteuerung der Muskelfasern spielt die Impulsfrequenz (in Hertz). Sie entspricht der Zahl der Einzelimpulse pro Sekunde. Durch eine Erhöhung der Impulsfrequenz kann somit die Anzahl der Muskelzuckungen gesteigert werden. Die Höhe der Frequenz richtet sich danach, ob es sich um langsame oder schnelle Muskelfasern handelt. Folgende Trainingsrichtwerte zur Einstellung der Impulsfrequenz können angenommen werden:

• < 40 Hz aerobes Ausdauertraining
• < 70 Hz anaerobes Ausdauertraining
• 80–85 Hz Idealfrequenz für das allgemeine Krafttraining
• bis zu 100 Hz Schnellkrafttraining

Die Kontraktionsdauer
Als Kontraktionsdauer oder auch Impulszeit wird die Zeitspanne bezeichnet, in der die von der Impulsfrequenz bestimmten elektrischen Stromimpulse wirken und den Muskel im verkürzten Zustand halten. Zu beachten ist, dass die Kontraktionsdauer mit steigender Impulsfrequenz verkürzt werden muss, da sonst die sogenannte elektrische Ermüdung zu schnell eintritt. Richtwerte für unterschiedliche Frequenzen:

• < 70 Hz 5–10 s
• 70–100 Hz 2–5 s
• > 100 Hz 1–2 s

Die Pausendauer
Die Pausendauer ist der Zeitabschnitt während des Trainings, in dem kein Strom fließt. Als ein optimales Impuls-Pausenbody Verhältnis (auch ON-OFF-Relation) wird eine Relation von 1:5 angesehen. Zu kurze Pausenzeiten führen zu rascher Muskelermüdung und mindern somit den Trainingseffekt. Die Pausenlänge sollte je nach Arbeitsart der Muskelfasern, die durch Impulsfrequenz und Kontraktionsdauer bestimmt wird, festgelegt werden.

Die Impulsstärke
Die Impulsstärke bestimmt den Grad der Rekrutierung der Nerven und Muskelfasern. Je höher dieser Wert, desto stärker wird der Muskel kontrahiert. Da jedoch der Hautwiderstand und das durchströmte Gewebe die Stärke verändern, können keine fixen, sondern nur individuell angepasste Angaben über die optimale Einstellung gemacht werden. So kontrahiert beispielsweise die Muskulatur bei Menschen mit einem hohen Unterhautfettgewebsanteil schwächer als bei „normalgewichtigen“ Personen. Die Erfahrung jedoch zeigt, dass zum Erreichen einer möglichst hohen Faseranzahl ein Wert zwischen 40 und 70 mA gewählt werden sollte. Um aber den bestmöglichen Effekt zu erzielen, sollte die Impulsstärke deutlich unterhalb der subjektiven Toleranzgrenze eingestellt werden.

Vorteile der EMS
Auch die Wissenschaft hat die Elektromyostimulation als ein interessantes Forschungsthema entdeckt. In zahlreichen Studien, hauptsächlich an der Sporthochschule Köln und der Universität Bayreuth, konnte eine Vielzahl an positiven Effekten nachgewiesen werden. Neben Schmerzlinderung und Durchblutungsförderung – Effekten, die schon lange aus der Elektrotherapie bekannt sind – wurden nun auch weitere Effekte wissenschaftlich überprüft und nachgewiesen:

• Eine der vielseitigsten Methoden, um die zahlreichen Risikoerkrankungen zu vermeiden, ist das Elektrostimulationstraining. (Boeckh-Behrens/Vatter, 2003)
• 82% der Teilnehmer konnten ihre Rückenschmerzen verringern, bei 30% waren sie ganz verschwunden. 40% der Probanden klagten vor dem Training über chronische Schmerzen, nur noch 9% nach dem Training. (Boeckh-Behrens/Vatter, 2003)
• Eine Verbesserung der Inkontinenzbeschwerden wurde bei 76% der Frauen festgestellt. 33% waren sogar beschwerdefrei. (Boeckh-Behrens/Vatter, 2003)
• Die Trainingsgruppe verbesserte ihre Maximalkraft um 12%, ihre Kraftausdauer um 70%. (Boeckh-Behrens/Vatter, 2003)
• Das Körpergefühl verbesserte sich bei 83% der Personen bezüglich ihrer Ver Verspanntheit, 89% fühlten sich strammer oder stabiler. (Boeckh-Behrens/Vatter, 2003)
• Der hohe Anstieg der Kreatinkinase (CK)-Werte deutet auf eine sehr hohe Trainingsintensität hin und bewirkt eine um ca. 40% stärkere Belastung des Muskelgewebes als bei einem intensiven konventionellen Krafttraining. (Boeckh-Behrens/ Bengel, 2005)
• Die geringe kardiale und laktale Belastung des EMS-Trainings kann zur Erschliessung neuer Zielgruppen des EMS-Trainings beitragen. Ein gezielter Einsatz im Gesundheits- und Alterssport ist zu erwägen. (Boeckh-Behrens/Erd, 2005)

(sportmedizinische Gutachten auszugsweise)

Neueste Studien an der Sporthochschule Köln haben zudem ergeben, dass eine Ganzkörper-Elektrostimulation in Kombination mit dynamischer Bewegungsausführung zu einer signifikanten Verbesserung der Bewegungsschnelligkeit führt. Die mögliche Erklärung dafür liegt wohl in der eingangs erwähnten direkten Stimulation von schnellen Muskelfasern durch den elektrischen Strom.

Kontraindikationen
Betrachtet man die aufgeführten Resultate, ist ersichtlich, dass ein Training mit EMS-Geräten wohl für eine breite Anwenderklientel in Frage kommen kann – angefangen beim Leistungssportler, der beisetzt spielsweise seine Schnelligkeit verbessern möchte, über viel beschäftigte Personen, die nur wenig Zeit für ein „herkömmliches“ Training im Fitnessstudio haben, sowie Frauen mit Figurproblemen, die ihren Körper formen wollen, bis hin zu Rehapatienten, die ihre Muskulatur schonend aufbauen wollen.
Es ist jedoch auch darauf hinzuweisen, dass verschiedene Kontraindikationen zu beachten sind, bei welchen ein Training mit EMS-Geräten absolut und kategorisch ausgeschlossen ist:

• Arteriosklerose in fortgeschrittenem Stadium,
• arterielle Durchblutungsstörungen,
• Blutungen und Blutgerinnungsstörungen,
• Diabetes mellitus,
• fieberhafte Erkrankungen,
• akute bakterielle oder virale Entzündungen,
• Hautunverträglichkeiten,
• Herzschrittmacher,
• schwere neurologische Erkrankungen,
• Tuberkulose,
• Tumore.

Hinzu kommen noch weitere relative Kontraindikationen, bei denen eine Anwendung im betroffenen Körperbereich ausgeschlossen, ein Training der übrigen Körperregionen allerdings erlaubt ist. Hierunter fallen etwa akute Neuralgien bzw. Arthritis, Metallimplantate, offene Hautverletzungen, Sonnenbrände, Thrombosen oder auch Schwangerschaften.

FAZIT
Insgesamt scheint das EMS-Training eine gute Möglichkeit zu sein, die Angebotspalette im Fitnessstudio zu erweitern und zu bereichern. Die bisherigen wissenschaftlichen Studien und deren Ergebnisse sprechen neben dem therapeutischen Nutzen auch für einen Einsatz im Fitnessbereich. Da es sich jedoch um eine Trainingsform handelt, bei der Elektroden appliziert werden und Strom den Körper durchfliesst, sind ein sorgsamer Umgang und eine sorgfältige Geräteauswahl absolut erforderlich. Auf den folgende Seiten finden Sie eine Übersicht über verschiedene Anbieter und Geräte, die für einen Einsatz im Fitnessstudio in Betracht kommen. Unterschieden haben wir in der Darstellung dabei zwischen Geräten für eine Ganzkörper- EMS und eine Teilkörper-EMS.

Klaus Springer

Hinweis: Ein zusätzliches Interview mit Dr. Heinz Kleinöder von der Sporthochschule Köln sowie eine Marktübersicht Geräte finden unsere Abonnenten im Download-Bereich.