Elektrostimulation

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Dieser Artikel beschäftigt sich mit der medizinischen Elektrostimulation. Für eine Beschreibung der gleichnamigen erotischen Elektrostimulation siehe Erotische Elektrostimulation.

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

Medizinische Elektrostimulation – Elektrotherapie[Bearbeiten]

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 Nerven simuliert. Dadurch wird der bedrohte Muskel stimuliert, bewegt sich also wieder und atrophiert nicht.

Die Muskeln reagieren auf verschiedene Modulationsarten des Stromes unterschiedlich gut. Im Allgemeinen werden mit exponentiell verlaufenden 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[Bearbeiten]

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

Siehe auch: Stromunfall

Funktionelle Elektrostimulation[Bearbeiten]

Als Funktionelle Elektrostimulation (FES) wird die elektrische Stimulation eines Muskels direkt oder indirekt über den 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[Bearbeiten]

Bei der Nervenstimulation wird eine elektrische Feldstärke mit genügend starkem Gradienten angelegt, die im Nerv die Auslösung eines Aktionspotentials bewirkt, welches entlang des Motornerves zur motorischen Endplatte des adressierten Muskels gelangt, dort erneut ein Aktionspotential auslöst, welches in weiterer Folge eine Kontraktion des Muskels bewirkt.

Muskelstimulation – Elektromyostimulation (EMS)[Bearbeiten]

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. Bei Frequenzen zwischen 50 und 200 Hz werden mehr die schnellen Muskelfasern aktiviert, während Frequenzen zwischen 5 und 10 Hz eher zur Verbesserung der Ausdauerfähigkeit geeignet sind, für die die langsamen Muskelfasern zuständig sind. Diese Form der Stimulation wird auch als EMS-Training bezeichnet und mindestens seit den 1970ern 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 erfolgt, so daß die Koordinationsfähigkeit nicht entsprechend verbessert wird.[1][2][3] Die wissenschaftliche Datenlage zur Wirksamkeit ist insgesamt sehr dünn und zeigt keinen vergleichbaren Effekt zu körperlichem Training.[4]

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Auch zu bedenken ist, dass die direkte Muskelstimulation mit niederfrequentem Reizstrom äußerst schmerzhaft ist und daher von Personen wenig akzeptiert wird, bei denen noch eine Innervation vorliegt. Daher eignet sich für eine direkte Muskelstimulation mittelfrequenter Strom weitaus besser. Hier wird mit Frequenzen über 1000 Hz gearbeitet, was die sensible Belastung deutlich herabsetzt, weil der elektrische Widerstand der Haut gegenüber einem elektrischen Reiz umgekehrt proportional frequenzabhängig ist (hat die Haut bei 50 Hz einen Widerstand von 3.000 Ohm, so liegt dieser bei 5.000 Hz nur noch bei rund 30 Ohm.) Daher empfehlen sich für die direkte Muskelwirkung mittelfrequente Stromformen. Als besonders effektiv erwiesen sich hier Frequenzen um 2.000 Hz und modulierte Ströme. Besonders hervorzuheben ist hier die sog. Modulierte Mittelfrequenz (MMF), wie sie in einigen Therapiegeräten, aber auch in Trainingssystemen genutzt wird.

Elektrostimulation durch Cochlea-Implantat[Bearbeiten]

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.[5]

Elektrostimulation komplett denervierter Muskulatur[Bearbeiten]

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.[6]

Siehe auch[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. G. Schnabel e.a.: Trainingslehre – Trainingswissenschaft: Leistung-Training-Wettkampf. Meyer & Meyer Verlag, 2009, ISBN 3-89899-332-9, S. 328,hier online
  2. E. Senn, Elektrotherapie, Thieme 1990, ISBN 3-13-743701-6, S. 89
  3. V.M. Zatsiorsky e.a.: Krafttraining. Praxis und Wissenschaft. Meyer & Meyer Verlag, 2008, ISBN 3-89899-358-2, S. 90, 178ff., hier online
  4. F. M. Santos, R. G. Rodrigues, E. M. Trindade-Filho: [Physical exercise versus exercise program using electrical stimulation devices for home use]. In: Revista de saúde pública. Band 42, Nummer 1, Februar 2008, ISSN 0034-8910, S. 117–122, PMID 18200348.
  5. Boenninghaus, Lenarz: HNO. 13. Auflage. Springer Verlag, Heidelberg 2007
  6. 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 Kompendium Physikalische Medizin und Rehabilitation (Diagnostische und therapeutische Konzepte). 2012, Seite 445-456. Fialka-Moser, Veronika (Hrsg.). ISBN 978-3-7091-0466-8
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