Elektrostimulation

{{#if: beschäftigt sich mit der medizinischen Elektrostimulation. Zu einer Beschreibung der gleichnamigen erotischen Elektrostimulation siehe Erotische Elektrostimulation.

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Unter Elektrostimulation versteht man allgemein die Reizung des menschlichen Körpers durch elektrische Felder.

Geschichte

Im Jahr 1819 hatte Giovanni Aldini erstmals Elektrostimulationen bei Herzen enthaupteter Menschen durchgeführt und galvanische Ströme zur Behandlung von Synkopen empfohlen. Der Franzose Duchenne wandte 1870 galvanischen Strom bei einem Patienten mit Diphtherie zur Behandlung eines verlangsamten Pulses an. In Sydney hatte Gould 1929 ein Gerät entwickelt, mit dem er durch Elektrostimulation einen Säugling mit Pulsverlust wiederbelebte. Der Mediziner W. H. Sweet behandelte 1947 einen intraoperativen Herzstillstand erfolgreich durch Reizung des Sinuatrialknotens. Mittels externer (transthorakaler) Elektrostimulation behob Paul Maurice Zoll 1952 einen Herzstillstand bei einem Menschen.<ref>Friedrich Wilhelm Hehrlein: Herz und große Gefäße. In: Franz Xaver Sailer, Friedrich Wilhelm Gierhake (Hrsg.): Chirurgie historisch gesehen: Anfang – Entwicklung – Differenzierung. Dustri-Verlag, Deisenhofen bei München 1973, ISBN 3-87185-021-7, S. 164–185, hier: S. 178–182.</ref>

Medizinische Elektrostimulation – Elektrotherapie

Vorlage:Hinweisbaustein Beim Ausfall von Nerven in der Peripherie des Körpers, also besonders an Armen und Beinen, kommt es zum Abbau von Muskelzellen des vom gelähmten Nerv versorgten Muskels. Um dies zu vermeiden, wird während einer Therapiesitzung mit Hilfe von angebrachten Elektroden mit geringen Stromstößen die Ansteuerung des betroffenen Nervs simuliert. Dadurch wird der bedrohte Muskel stimuliert, bewegt sich also wieder und soll nicht atrophieren.

Die Muskeln reagieren auf verschiedene Modulationsarten des Stromes unterschiedlich ausgeprägt.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> Im Allgemeinen werden mit exponentiellen Spannungsverläufen die besten Ergebnisse erzielt.

Die Elektrostimulation wird auch in der Humanmedizin bei Männern mit Anejakulation und in der Veterinärmedizin zur Gewinnung von Ejakulat bei Zuchttieren genutzt.

Gefahren

Vorlage:Hinweisbaustein Der menschliche Körper reagiert auf elektrische Ströme. Elektrische Spannungen (< 40 V) können unter ungünstigen Bedingungen (z. B. bei starker Schweißbildung und damit guter elektrischer Leitfähigkeit) zu Verletzungen (Verbrennungen, Funktionseinschränkung peripherer Nerven u. a.) führen; auch kann die Erregungsleitung zwischen den Herzmuskelzellen gestört werden, sodass es eventuell zu lebensbedrohlichen Herzrhythmusstörungen kommt.

Funktionelle Elektrostimulation

Als Funktionelle Elektrostimulation (FES) wird die elektrische Stimulation eines Muskels direkt oder indirekt über die Motornerven zur Durchführung einer Muskelkontraktion bezeichnet, die auf zweierlei Arten durchgeführt werden kann.

Die wohl erfolgreichste und bekannteste Anwendung von implantierter FES ist der Herzschrittmacher. Je nach Schädigung wird auch hier der Herzmuskel meist im rechten Vorhof oder in der rechten Kammer (vgl. Herz) elektrisch erregt.

Weitere FES-Implantate: Atemschrittmacher (Phrenikusstimulator), Darmschrittmacher, Blasenschrittmacher.

Nervenstimulation

Bei der Nervenstimulation wird eine elektrische Feldstärke mit genügend starken Gradienten angelegt, die im Nerv die Auslösung von Aktionspotentialen bewirkt, welche entlang der Motoneurone zu den Endplatten im innervierten Muskel gelangen. Dort lösen sie Aktionspotentiale aus, die in weiterer Folge eine Kontraktion des Muskels bewirkt.

{{#invoke:Vorlage:Anker|f |errCat=Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:Anker |errHide=1}} Elektrische Muskelstimulation oder Elektromyostimulation (EMS)

Fitnesstraining mit EMS

Das Gehirn sendet ein elektrisches Signal über das zentrale Nervensystem an den Muskel, damit dieser sich zusammenzieht. Dieser Effekt wird beim EMS-Training gezielt genutzt. Über eine geeignet positionierte Elektrode wird der Strom – der üblicherweise vom Gehirn kommt – simuliert und gelangt über die motorische Endplatte zum Muskel. Durch Änderung der EMS-Reizfrequenz können verschiedene Bereiche des Muskelfaserspektrums unterschiedlich stark beansprucht werden. Die zwei bis vier Sekunden dauernden Impulse mit Reizstrom wechseln sich mit Pausen zwischen null und sechs Sekunden ab. Während der Impulsphasen wird der Muskel über seine Reizschwelle gebracht, und es kommt zur Muskelkontraktion. Die Intervalle ahmen die natürliche Muskelbewegung nach.

Durch die Verwendung von Reizstrom werden die Impulse beim EMS-Training nicht von innen, sondern von außen über die Nerven an die Muskeln gesendet, sodass sich diese während der Impulsphase zusammenziehen und während der Pausen entspannen. In Kombination mit Bewegungen kann dieser Effekt verstärkt werden, und die Muskeln können schneller aufgebaut werden. Die Herz-/Kreislauf-Ausdauer kann durch diese Form des Trainings nicht verbessert werden. Durch verschiedene Frequenzen können jedoch verschiedene Muskelgruppen aktiviert werden.

Impulse im Bereich von 5 bis 30 Hz aktivieren die rote Ausdauermuskulatur, wohingegen Ströme mit Impulsen von 50 bis 80 Hz eher die großflächige, weiße Muskulatur aktiveren, was für den Aufbau der großen sichtbaren Muskeln genutzt wird. Diese Form der Stimulation wird auch als EMS-Training bezeichnet und mindestens seit den 1970er Jahren sowohl auf ihre Einsatztauglichkeit bei Spitzensportlern als auch zur Rehabilitation hin untersucht. Da die Stimulation nicht über den physiologischen Weg (Nervensystem → Muskel), sondern auf direkte Art abläuft, ist die Elektromyostimulation nur begrenzt sinnvoll einsetzbar. Sie kann in Ruhe oder nur mit einfachen Bewegungen kombiniert werden, sodass die Koordinationsfähigkeit nicht entsprechend verbessert wird.<ref>G. Schnabel u. a.: Trainingslehre – Trainingswissenschaft: Leistung-Training-Wettkampf. Meyer & Meyer Verlag, 2009, ISBN 978-3-89899-332-6, S. 328. (online)</ref><ref>E. Senn: Elektrotherapie. Thieme, 1990, ISBN 3-13-743701-6, S. 89.</ref><ref>V. M. Zatsiorsky u. a.: Krafttraining. Praxis und Wissenschaft. Meyer & Meyer Verlag, 2008, ISBN 978-3-89899-358-6, S. 90 und 178 ff. (online)</ref> Vorlage:Hinweisbaustein {{#invoke:Vorlage:Anker|f |errCat=Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:Anker |errHide=1}}Beim EMS-Training führt die durch Strom induzierte Muskelkontraktion zu strukturellen Anpassungen der Muskulatur, welche die Grundlage einer messbar gesteigerten muskulären Leistungsfähigkeit darstellen. Eine systematische Überprüfung der entsprechenden Literatur ergab positive muskuläre Anpassungen bei Faserquerschnitt, Faserzusammensetzung und Aktivität der oxidativen Enzyme.<ref>M. J. Sillen, F. M. Franssen, H. R. Gosker, E. F. Wouters, M. A. Spruit: Metabolic and structural changes in lower-limb skeletal muscle following neuromuscular electrical stimulation: a systematic review. In: PLoS One, 2013, 8(9), S. e69391. doi:10.1371/journal.pone.0069391</ref> Des Weiteren wurden nervale Anpassungen im Sinne einer Verbesserung der neuronalen Aktivierung der Muskulatur gezeigt.<ref name="architecture">J. Gondin, M. Guette, Y. Ballay, A. Martin: Electromyostimulation training effects on neural drive and muscle architecture. In: Med Sci Sports Exerc., 2005, 37(8), S. 1291–1299.</ref><ref name="japplphysiol.00914.2010">J. Gondin, L. Brocca, E. Bellinzona u. a.: Neuromuscular electrical stimulation training induces atypical adaptations of the human skeletal muscle phenotype: a functional and proteomic analysis. In: J Appl Physiol., 1985, Band 110. Nr. 2, S. 433–450. doi:10.1152/japplphysiol.00914.2010</ref><ref name="japplphysiol.00884.2001">N. A. Maffiuletti, M. Pensini, A. Martin: Activation of human plantar flexor muscles increases after electromyostimulation training. In: J Appl Physiol., 1985, Band 92, Nr. 4, 2002, S. 1383–1392. doi:10.1152/japplphysiol.00884.2001</ref>

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. Beim Ganzkörper-EMS-Training werden über spezielle Manschetten und Westen oder Ganzkörperanzüge mit eingearbeiteten Elektroden mehrere große Muskelgruppen gleichzeitig aktiviert. Dabei ist es bei manchen Systemen möglich, Agonisten und Antagonisten gezielt einzeln oder unterschiedlich stark zu aktivieren.

EMS kann passiv oder aktiv ablaufen, also ohne oder mit zusätzlicher willentlicher Muskelaktivierung. 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.

Bei den angewendeten EMS-Protokollen herrscht eine große Vielfalt, wobei überwiegend biphasische Impulse mit einer Impulsdauer zwischen 100 und 500 μs und einer niedrigen Impulsfrequenz von 10–100 Hertz Anwendung finden (sog. TENS-Ströme).

Elektrische Muskelaktivierung (EMA)

Vorlage:Hinweisbaustein Bem EMA-Training wird das gleiche System wie beim EMS-Training verwendet. Der signifikante Unterschied liegt darin, dass die Frequenzen wesentlich höher sind und der Strom nicht durch das Nervensystem zum Muskel gelangt, sondern direkt. Dies ist einerseits interessant, da die Effekte wesentlich stärker sein können, andererseits birgt diese Art des Reizstroms auch gewisse Risiken, da der Nerv nicht wie beim EMS-Training durch die motorische Endplatte vor einer zu starken Aktivierung geschützt ist. Beim EMA-Training hat der Muskel quasi keine Chance, er muss den „Befehl“ von außen ausführen und noch stärker kontrahieren, was unter Umständen auch zu Muskelfaserrissen und weiteren Verletzungen führen kann. Die Frequenz beim EMA-Triaining liegt bei 1.000 bis 10.000 Hz. In den 1970ern wurden insbesondere verschiedene Hochleistungsathleten mit dieser Art des Reizstroms trainiert, was sehr große Erfolge zu einem noch höheren Preis mit sich brachte.

EMS-Anwendungsgebiete

Sport

EMS wird im Sport eingesetzt, um die muskuläre Kraft 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).<ref name="JSC.0b013e31823f2cd1">A. Filipovic, H. Kleinoder, U. Dormann, J. Mester: Electromyostimulation – a systematic review of the effects of different electromyostimulation methods on selected strength parameters in trained and elite athletes. In: J Strength Cond Res., 2012, 26(9), S. 2600–2614. doi:10.1519/JSC.0b013e31823f2cd1</ref> 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.<ref>S. Colson, A. Martin, J. Van Hoecke: Re-examination of training effects by electrostimulation in the human elbow musculoskeletal system. In: Int J Sports Med., 2000, 21(4), S. 281–288. doi:10.1055/s-2000-8882</ref>

Eine Analyse der Studienergebnisse ergab als Bedingungen 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.<ref>A. Filipovic, H. Kleinoder, U. Dormann, J. Mester: Electromyostimulation – a systematic review of the influence of training regimens and stimulation parameters on effectiveness in electromyostimulation training of selected strength parameters. In: J Strength Cond Res., 2011, 25(11), S. 3218–3238. doi:10.1519/JSC.0b013e318212e3ce</ref> Eine weitere Literaturanalyse mit der Fragestellung des optimalen Protokolls, welche die Stärke des sensiblen Diskomforts und die frequenzabhängige Ermüdung („high frequency fatigue“) 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.<ref>N. R. Glaviano, S. Saliba: Can the Use of Neuromuscular Electrical Stimulation Be Improved to Optimize Quadriceps Strengthening? In: Sports Health, 2016, 8(1), S. 79–85. doi:10.1177/1941738115618174</ref>

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.<ref>V. Z. da Silva, J. L. Durigan, R. Arena, M. de Noronha, B. Gurney, G. Cipriano, Jr.: Current evidence demonstrates similar effects of kilohertz-frequency and low-frequency current on quadriceps evoked torque and discomfort in healthy individuals: a systematic review with meta-analysis. In: Physiother Theory Pract., 2015, 31(8), S. 533–539. doi:10.3109/09593985.2015.1064191</ref> Diese ergab auch, dass hinsichtlich des sensiblen Diskomforts keine Unterschiede zwischen beiden 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.<ref>K. Nosaka, A. Aldayel, M. Jubeau, T. C. Chen: Muscle damage induced by electrical stimulation. In: Eur J Appl Physiol., 2011, 111(10), S. 2427–2437. doi:10.1007/s00421-011-2086-x</ref> Die Wirkung mittelfrequenter Ströme ist allerdings von der Stromform abhängig. So erwiesen sich die lange Zeit bevorzugten modulierten 2500 Hz-Ströme („Russian“) mit Blick auf die Aktivierung der Muskulatur und den sensiblen Diskomfort den modulierten 1000-Hz-Strömen („Aussie“) und niederfrequenten TENS Strömen unterlegen.<ref>L. O. Dantas, A. Vieira, A. L. Siqueira, Jr., T. F. Salvini, J. L. Durigan: Comparison between the effects of 4 different electrical stimulation current waveforms on isometric knee extension torque and perceived discomfort in healthy women. In: Muscle Nerve., 2015, 51(1), S. 76–82. doi:10.1002/mus.24280</ref><ref>M. A. Vaz, F. A. Aragao, E. S. Boschi, R. Fortuna, O. Melo Mde: Effects of Russian current and low-frequency pulsed current on discomfort level and current amplitude at 10 % maximal knee extensor torque. In: Physiother Theory Pract., 2012, 28(8), S. 617–623. doi:10.3109/09593985.2012.665984</ref><ref>A. R. Ward: Electrical stimulation using kilohertz-frequency alternating current. In: Phys Ther., 2009,89(2), S. 181–190. doi:10.2522/ptj.20080060</ref><ref>A. R. Ward, W. G. Oliver, D. Buccella: Wrist extensor torque production and discomfort associated with low-frequency and burst-modulated kilohertz-frequency currents. In: Phys Ther., 2006, 86(10), S. 1360–1367. doi:10.2522/ptj.20050300</ref>

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 zugunsten von EMS,<ref>G. Alon, S. A. McCombe, S. Koutsantonis, L. J. Stumphauzer, K. C. Burgwin, M. M. Parent, R. A. Bosworth: Comparison of the effects of electrical stimulation and exercise on abdominal musculature. In: J Orthop Sports Phys Ther., 1987, 8(12), S. 567–573.</ref> teils zu Gunsten von Krafttraining<ref>J. W. Halbach, D. Straus: Comparison of Electro-Myostimulation to isokinetic power in increasing power of the knee extensormechanism. In: JOSPT, 1980, 2(1), S. 20–24.</ref> oder ohne Unterschied.<ref>D. P. Currier, R. Mann: Muscular strength development by electrical stimulation in healthy individuals. In: Phys Ther., 1983, 63(6), S. 915–921.</ref><ref>R. J. Kubiak, K. M. Whitman, R. M. Johnston: Changes in quadriceps femoris muscle strength using isometric exercise versus electrical stimulation. In: J Orthop Sports Phys Ther., 1987, 8(11), S. 537–541.</ref><ref>H. Matsuse, N. Shiba, Y. Umezu, T. Nago, Y. Tagawa, T. Kakuma u. a.: Muscle training by means of combined electrical stimulation and volitional contraction. In: Aviat Space Environ Med., 2006, 77(6), S. 581–585.</ref> Hainault und Duchateau schlussfolgerten daher, dass „die Kraftzugewinne durch EMS vergleichbar, aber nicht größer sind, als durch willentliches Training“.<ref>K. Hainaut, J. Duchateau: Neuromuscular electrical stimulation and voluntary exercise. In: Sports Med., 1992, 14(2), S. 100–113.</ref>

Aber EMS scheint gerade wegen der Besonderheit der Reizsetzung<ref>R. M. Crameri, P. Aagaard, K. Qvortrup, H. Langberg, J. Olesen, M. Kjaer: Myofibre damage in human skeletal muscle: effects of electrical stimulation versus voluntary contraction. In: J Physiol. 583(Pt 1), 2007, S. 365–380. doi:10.1113/jphysiol.2007.128827</ref> und der Spezifität der Adaptionen<ref>J. Gondin, L. Brocca, E. Bellinzona, G. D’Antona, N. A. Maffiuletti u. a.: Neuromuscular electrical stimulation training induces atypical adaptations of the human skeletal muscle phenotype: a functional and proteomic analysis. In: J Appl Physiol., 1985, 110(2), 2011, S. 433–450. doi:10.1152/japplphysiol.00914.2010</ref>, 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.<ref name="JSC.0b013e31823f2cd1" /> 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,<ref name="architecture" /><ref name="japplphysiol.00914.2010" /><ref name="japplphysiol.00884.2001" /> 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.<ref>D. F. Collins, D. Burke, S. C. Gandevia: Sustained contractions produced by plateau-like behaviour in human motoneurones. In: J Physiol., 2002, 538(Pt 1), S. 289–301.</ref> Des Weiteren wurde eine Aktivierung von motorischen Hirnarealen durch EMS beobachtet.<ref>G. V. Smith, G. Alon, S. R. Roys, R. P. Gullapalli: Functional MRI determination of a dose-response relationship to lower extremity neuromuscular electrical stimulation in healthy subjects. In: Exp Brain Res., 2003, 150(1), S. 33–39. doi:10.1007/s00221-003-1405-9</ref> 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.

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).<ref>fitogram.de</ref> 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.<ref>S. Jones, W. D. Man, W. Gao, I. J. Higginson, A. Wilcock, M. Maddocks: Neuromuscular electrical stimulation for muscle weakness in adults with advanced disease. In: Cochrane Database Syst Rev., 2016, 10, CD009419. doi:10.1002/14651858.CD009419.pub3</ref> 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.<ref>L. R. Akhmadeeva, N. M. Setchenkova, R. V. Magzhanov, E. V. Abdrashitova, A. Z. Bulgakova: [Randomized blind placebo-controlled study of the effectiveness of transcutaneous adaptive electrostimulation in the treatment of nonspecific low back pain]. In: Zh Nevrol Psikhiatr Im S S Korsakova., 2010, 110(4), S. 57–62.</ref><ref>D. Durmus, Y. Akyol, G. Alayli, B. Tander, Y. Zahiroglu, F. Canturk: Effects of electrical stimulation program on trunk muscle strength, functional capacity, quality of life, and depression in the patients with low back pain: a randomized controlled trial. In: Rheumatol Int., 2009, 29(8), S. 947–954. doi:10.1007/s00296-008-0819-x</ref><ref>D. Durmus, Y. Durmaz, F. Canturk: Effects of therapeutic ultrasound and electrical stimulation program on pain, trunk muscle strength, disability, walking performance, quality of life, and depression in patients with low back pain: a randomized-controlled trial. In: Rheumatol Int., 2010, 30(7), S. 901–910. doi:10.1007/s00296-009-1072-7</ref><ref>L. M. Facci, J. P. Nowotny, F. Tormem, V. F. Trevisani: Effects of transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS) and interferential currents (IFC) in patients with nonspecific chronic low back pain: randomized clinical trial. In: Sao Paulo Med J., 2011, 129(4), S. 206–216.</ref><ref>E. A. Keskin, O. Onur, H. L. Keskin, I. I. Gumus, H. Kafali, N. Turhan: Transcutaneous electrical nerve stimulation improves low back pain during pregnancy. In: Gynecol Obstet Invest., 2012, 74(1), S. 76–83. doi:10.1159/000337720</ref> Die Wirkung bei Arthrose ist unklar, wobei eine neue Metaanalyse eine schmerzlindernde Wirkung bei Kniearthrose zeigte.<ref>L. X. Chen, Z. R. Zhou, Y. L. Li, G. Z. Ning, Y. Li, X. B. Wang, S. Q. Feng: Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation in Patients With Knee Osteoarthritis: Evidence From Randomized-controlled Trials. In: Clin J Pain., 2016, 32(2), S. 146–154. doi:10.1097/AJP.0000000000000233</ref>

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.<ref>K. Elzinga, N. Tyreman, A. Ladak, B. Savaryn, J. Olson, T. Gordon: Brief electrical stimulation improves nerve regeneration after delayed repair in Sprague Dawley rats. In: Exp Neurol., 2015, 269, S. 142–153. doi:10.1016/j.expneurol.2015.03.022</ref><ref>M. P. Willand: Electrical Stimulation Enhances Reinnervation After Nerve Injury. In: Eur J Transl Myol. 25(4), 2015, S. 243–248. doi:10.4081/ejtm.2015.5243</ref><ref>M. P. Willand, C. D. Chiang, J. J. Zhang, S. W. Kemp, G. H. Borschel, T. Gordon: Daily Electrical Muscle Stimulation Enhances Functional Recovery Following Nerve Transection and Repair in Rats. In: Neurorehabil Neural Repair., 2015, 29(7), S. 690–700. doi:10.1177/1545968314562117</ref> 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.<ref>J. S. Knutson, M. J. Fu, L. R. Sheffler, J. Chae: Neuromuscular Electrical Stimulation for Motor Restoration in Hemiplegia. In: Phys Med Rehabil Clin N Am. 26(4), 2015, S. 729–745. doi:10.1016/j.pmr.2015.06.002</ref><ref>L. Mayer, T. Warring, S. Agrella, H. L. Rogers, E. J. Fox: Effects of functional electrical stimulation on gait function and quality of life for people with multiple sclerosis taking dalfampridine. In: Int J MS Care., 2015, 17(1), S. 35–41. doi:10.7224/1537-2073.2013-033</ref> 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.<ref>C. L. Sadowsky, E. R. Hammond, A. B. Strohl, P. K. Commean, S. A. Eby, D. L. Damiano u. a.: Lower extremity functional electrical stimulation cycling promotes physical and functional recovery in chronic spinal cord injury. In: J Spinal Cord Med., 2013, 36(6), S. 623–631. doi:10.1179/2045772313Y.0000000101</ref>

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 der schmerzlindernde Effekt bei niederfrequenten und Strömen im Kiloherzbereich vergleichbar sind.<ref>A. R. Ward, S. Lucas-Toumbourou, B McCarthy: A comparison of the analgesic efficacy of medium-frequency alternating current and TENS. In: Physiotherapy. 95(4), 2009, S. 280–288. doi:10.1016/j.physio.2009.06.005</ref><ref>A. R. Ward, W. G. Oliver: Comparison of the hypoalgesic efficacy of low-frequency and burst-modulated kilohertz frequency currents. In: Phys Ther., 2007, 87(8), S. 1056–1063. doi:10.2522/ptj.20060203</ref>

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 Anpassung des Sprachprozessors und mit genügend Übung nicht nur Sprache verstehen, sondern auch telefonieren oder Musik hören. Vor allem Kinder, die mit starker Hörminderung geboren wurden, brauchen jedoch sehr viel Hörtraining, um das Hören zu erlernen und damit auch eine Möglichkeit zur aktiven Sprache zu bekommen.<ref>Lenarz Boenninghaus: HNO. 13. Auflage. Springer Verlag, Heidelberg 2007</ref>

Elektrostimulation komplett denervierter Muskulatur

Die 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.<ref>Helmut Kern, Christian Hofer, Winfried Mayr, Simona Boncompagni, Ugo Carraro, Feliciano Protasi, Michaela Mödlin, Claudia Straub, Michael Vogelauer, Stefan Löfler: Elektrostimulation komplett denervierter Muskulatur. In: Veronika Fialka-Moser (Hrsg.): Kompendium Physikalische Medizin und Rehabilitation (Diagnostische und therapeutische Konzepte). 2012, ISBN 978-3-7091-0466-8, S. 445–456</ref>

Siehe auch

• Transkutane elektrische Nervenstimulation (TENS)
• Transkranielle Gleichstromstimulation

Einzelnachweise

<references />

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