Die Elektrostimulation im Sport und in der Rehabilitation

Elektrostimulation im Sport und Rehabilitation
European Journal Translational Myology - Basic Applied Myology 2011; 21 (3&4): 123-174
Stimulationsfrequenz, Intensität und Arbeitszyklus
einer Elektrostimulation auf den M.rectus femoris von
Eishockey-Spielern. Die Konzentrationen der
Schlüsselenzyme des Energiemetabolismus Kreatinphosphat,
anorganisches Phosphat und ATP wurden
mittels NMR-Spektroskopie beurteilt.
Während kontinuierlicher Stimulation mit
zunehmender Frequenz zwischen 3 und 30 Hz kam es
zu einem Abfall des intrazellulären pH-Wertes sowie
des Verhältnisses anorganisches Phosphat zu
Kreatinphosphat.
Das Ausmaß der beobachteten Veränderungen stand in
Beziehung zur Stimulationsintensität sowie zu den
Stimulations- und Pausenverhältnissen. Oxidative
Phosphorylisation herrscht bei Stimulationsfrequenzen
unterhalb von 12 Hz vor, während der anaerobe
Metabolismus über 12 Hz stark zunimmt.
Die Studie unterstreicht auch die Wichtigkeit der
Stimulationsdauer/-pausen-Verhältnisse, um einen
adäquaten Blutfluß aufrecht zu erhalten und damit
intrazelluläre Azidose während der Stimulation zu
verhindern.
NMR-Spektroskopie wird in den letzten Jahren
zunehmend als nicht invasives Testverfahren beim
Studium der Auswirkungen der Elektrostimulation auf
den menschlichen Skelettmuskeln angewandt.
II/3/e Neurale Adaptation
Die Wirkung der Elektrostimulation zur
Muskelkraftsteigerung bei Gesunden und trainierten
Athleten, sowie in der Rehabilitation (und während der
Immobilisation) zur Verzögerung des Muskelmassenverlustes
und der Kraftabnahme sind aus der
Literatur bekannt. Viel weniger bekannt sind die der
Muskelaktivität zugrunde liegenden neuralen Effekte:
wie verbesserte intra- und intermuskuläre Koordination
sowie Synchronisation, Reaktionsfähigkeit etc [165-
168].
Im Sport ist jedoch bekannt, daß die Kraftsteigerung in
der ersten Phase des Krafttrainings durch eine
Verbesserung der äußeren und inneren Koordination
sowie Synchronisation der Muskelfasern bewirkt wird
(=neurale Phase).
Die zweite Phase der Anpassung, die physiologischerseits
zwar bereits nach 1-2 Tagen beginnt, aber
erst nach 3-6 Wochen zur vollen Ausdehnung gelangt,
ist durch die morphologische Strukturverbesserung und
die biochemisch-enzymatische Adaptierung der
Muskelzelle bedingt (=myogene Phase voll wirksam
nach 4-6 Wochen).
Die neurale Steuerung der Muskulatur beruht auf dem
Rekrutierungsprinzip nach Hennemann [80], das
besagt, daß zuerst bei niederen Kräften kleine
motorischen Einheiten und dann bei größeren Kräften
größere motorische Einheiten zum Einsatz kommen.
Auf die Fasertypen bezogen werden zuerst die Typ I
Fasern, dann die Typ IIa und bei sehr hohen Kräften
die Typ IIb Fasern rekrutiert. Für höhere Kräfte werden
immer mehr Fasern rekrutiert. Eine zusätzliche
physiologische Möglichkeit der Kraftvermehrung ist
die Frequenzsteigerung der Vorderhornzellen, sowohl
der Typ I Fasern (mit kleinen Vorderhornzellen, die
mit 10 Hz kontinuierlich feuern)als auch der Typ II
Fasern (mit großen Vorderhornzellen, die bursts mit 40
Hz abgeben). Die Frequenz der Vorderhornzelle ist je
nach Trainingszustand variabel. So beobachtet man bei
Willkürtraining und hoher motorischer Leistungsfähigkeit
eine Frequenzzunahme der kleinen
Vorderhornzellen (Typ I) von 10 bis max. ca 35 Hz,
während die großen Vorderhornzellen (Typ II) eine
Frequenzsteigerung von 40 auf max. 60 Hz erreichen
können. Je nach Muskel und nach Untersucher gibt es
jedoch unterschiedlichste Angaben. Das Phänomen der
plötzlichen Frequenz-Verdoppelung bei sehr kräftigen
Kontraktionen ist derzeit noch nicht geklärt.
Umgekehrt nimmt bei Immobilisation und Inaktivität
die maximale Entladungsfrequenz der Vorderhornzellen
ab, was zu einem Leistungsverlust der
Muskulatur führt [50].
Demnach werden drei unterschiedliche physiologische
Mechanismen zur neuralen Ansteuerung der
Muskulatur und somit zur Dosierung der Kraft
physiologisch eingesetzt. Der eine Mechanismus ist die
Zuschaltung immer mehr motorischer Einheiten, der
andere Mechanismus ist die Steuerung über die
Steigerung der Entladungsfrequenz.
Der dritte Mechanismus ist die Verbesserung der
inneren und äußeren Koordination, aber insbesondere
der Synchronisation der motorischen Einheiten für die
Muskelkraft. Bekanntlich wird die maximale elektrisch
induzierte Kraftentfaltung eines Muskels bei ca. 80 Hz
erreicht. Daher werden auch in den experimentellen
Untersuchungen für die Elektrostimulation neben der
Intensität (diese entspricht der Größe des elektrischen
Feldes und somit der vermehrten Rekrutierung von
motorischen Einheiten) auch die Ansteuerungsfrequenzen
beforscht. Die faserspezifische Stimulation,
wie sie von manchen Geräteherstellern mit 10 Hz und
40 Hz angegeben wird, ist demnach rein physiologisch
nicht haltbar, da keine Frequenzvariation stattfindet.
Zweifellos liegen der muskulären Leistung viele
neurale Leistungen zugrunde, die jedoch sehr komplex
und zum Teil noch nicht völlig bekannt sind. Die
Wirkung der Elektrostimulation auf dieser neuralen
Ebene kann in sämtlichen Studien nur indirekt beurteilt
werden. Einer der ersten wichtigen Hinweise auf
neurale Veränderungen war, daß in sämtlichen Studien
über Elektrostimulation, die max. 5- max. 6 Wochen
oder kürzer durchgeführt wurden, der erreichte
Kraftgewinn nicht durch morphologische
Veränderungen allein erklärt werden konnte
[44],57,162,188].
In anderen Studien konnte ein effektiver Kraftgewinn
mit nur wenigen Trainingseinheiten erreicht werden
[2,92] oder mit geringeren Intensitäten als bei
Willkürtraining [129,204]). Daraus kann man ebenfalls
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