medicalsports network Die WM in England hat es wieder beweisen: Rugby ist eine der härtesten Sportarten der Welt

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1 medicalsports network Prävention, Diagnostik, Therapie, Rehabilitation & Medizintechnik ZKZ , Die WM in England hat es wieder beweisen: Rugby ist eine der härtesten Sportarten der Welt. Fachmagazin für die Sportmedizin Skapuladyskinesie PD Dr. med. Karsten Labs Elektrische Muskelstimulation Nicolas Wirtz, Dr. Heinz Kleinöder Schwimmen men und Sportmedizin Dr. med. Kathrin Stelzer, PD Dr. med. Felix Post

2 Forschung Elektrische Muskelstimulation Kombinierte Trainingsmethoden Nicolas Wirtz und Dr. Heinz Kleinöder Institut für Trainingswissenschaft und Sportinformatik, Deutsche Sporthochschule Köln Abb. 1: Biofeedback zur Standardisierung von Bewegungsausmaß und geschwindigkeit Die elektrische Muskelstimulation (EMS) ist als effektiver Reiz etabliert, um Kraft-, Sprint- und Sprungfähigkeiten von Athleten zu verbessern [Filipovic 2011, 2012]. Die größten Effekte werden EMS in der aufeinander - folgenden Kombination mit konventionellem oder plyo metrischem Training zugesprochen. Doch auch die simultane Applikation von EMS während konventionellen Krafttrainings kann Vorteile auf unterschiedlichen Leistungsebenen bieten. Abb. 2: Trainingsbegleitende Spirometrie 8 medicalsportsnetwork 08.15

3 Dynamisches Krafttraining mit simultaner EMS Die Ergebnisse bisheriger Untersuchungen basieren auf EMS-Interventionen mit zumeist hochintensiver Stimulation in isometrischen oder rein konzentrischen Kontraktionsphasen. Maximale EMS im Sinne einer Stimulation an der maximalen Schmerztoleranz des Athleten lässt allerdings nur eine stark eingeschränkte, willkürliche Bewegungsregulation zu. Der fehlende Anteil koordinativer Steuerungsprozesse ist ein oft genannter Kritikpunkt an dieser Methode. Im Gegensatz dazu können in der Kombination von konventionellen (mechanischen) Kraftbelastungen und simultaner submaximaler EMS die Vorteile beider Methoden genutzt werden. Effekte intensiver mechanischer Reize sind neuronale und strukturelle Anpassungen der Muskulatur. EMS-spezifische Anpassungen sind insbesondere auf eine höhere Aktivierung schneller Muskelfasern und erhöhte Anforderungen an anaerobe Stoffwechselfunktionen zurückzuführen. Diese erhöhte Aktivierung und Kraftentfaltung wird bei dynamischem Training über das gesamte Bewegungsausmaß in unterschiedlichen Gelenkwinkelstellungen erreicht. Um dynamisches Training zu ermöglichen, muss die elektrische Reizintensität (Stromstärke) angepasst werden. Die Quantifizierung der Reizintensität orientiert sich dabei aufgrund unterschiedlicher Widerstände von Geweben und unterschiedlicher Körperzusammensetzung der Trainierenden an der maximal tolerierbaren Intensität. Pilotstudien haben gezeigt, dass submaximale Reizintensitäten von 70 % der maximalen Schmerztoleranz bei gegebenen Stimulationsparametern (Impulsfrequenz 85 HZ; Impulsbreite 350 µs) eine Kombination der Methoden möglich machen und EMS dennoch zu einer subjektiven Intensivierung führt. Auf diese Weise könnten, effektiver als durch die Stimulation eines einzelnen Muskels bei einer bestimmten Länge, die dynamische Leistungsfähigkeit der Muskulatur und somit funktionell sportmotorische Fähigkeiten verbessert werden. Zusätzlich zur submaximalen Stimulation der Muskulatur bei dynamischen Kontraktionsformen können moderne Ganzkörper-EMS Geräte (Gk-EMS) außerdem mehrere Muskelgruppen simultan ansteuern und so Muskelketten unterstützend stimulieren (z. B. bei der Kniebeuge). Darüber hinaus werden Agonisten und Antagonisten simultan stimuliert, wodurch eine größere Körper- und Gelenksstabilisation erreicht wird. Eine Intensivierung des mechanischen Reizes durch erhöhte Zusatzlasten stellt die willkürliche Muskelkontraktion in den Vordergrund. Das Verhältnis zwischen Stimulationsdauer und -pause sollte dabei an die Bewegungsfrequenz der Übung angepasst sein. Die Anpassungen an eine solche erfolgsversprechende Belastungskonstellation wurden bisher noch nicht untersucht. Intervention Zur Untersuchung einer simultanen Belastungskonstellation von konventionellem Krafttraining und EMS wurde die Kniebeuge mit Zusatzlast als klassische Ganzkörperübung gewählt. Insgesamt 20 krafttrainierte Athleten mittleren Niveaus (>2 Trainingseinheiten/Woche) absolvierten vier Sätze mit jeweils zehn ausbelastenden Wiederholungen (10 RM) zweimal pro Woche über einen Zeitraum von sechs Wochen. Das Gewicht wurde von Satz zu Satz und von Woche zu Woche angepasst, um eine Ausbelastung zu gewährleisten. Eine aktive Kontrollgruppe führte dieses Programm ohne EMS durch (Kontrollgruppe; n=10). Bei einer zweiten Gruppe wurde simultan zu diesem Trainingsprogramm großflächig EMS auf Hauptmuskelgruppen an Rumpf, Gesäß, Oberschenkel und Unterschenkel appliziert (EMS-Gruppe; n=10). Das Bewegungsausmaß und die Bewegungsgeschwindigkeit wurden durch ein Biofeedback-System standardisiert (Kniegelenkswinkel ; 2 s exzentrisch, 1 s isometrisch, 2 s konzentrisch, 1 s Stand). Die Impulszeit wurde an die Wiederholungen angepasst (5 s Impulszeit, 1 s Impulspause). Stimulationsparameter orientieren sich an der gängigen Praxis und an Voruntersuchungen (Stromstärke: 70 % der maximalen Schmerztoleranz; Impulsfrequenz 85 HZ; Impulsbreite 350 µs) medicalsportsnetwork 9

4 Forschung Nicolas Wirtz Studium der Sportwissenschaft Seit 2009 wissenschaftlicher Mitarbeiter im Institut für Trainingswissenschaft und Sportinformatik an der DSHS-Köln Forschungsschwerpunkte: Untersuchung akuter und langfristiger physiologischer Reaktionen bei Krafttrainingsstimuli Diagnostik Vor, während und nach der 1. und der 12. Trainingseinheit wurden metabolische (Sauerstoffaufnahme, Laktatkonzentrationen), hormonelle (hgh, Testosteron, Cortisol) und enzymatische (CK) Parameter erhoben und das muskuläre Schmerzempfinden bis zwei Tage nach der Belastung abgefragt (visual analouge scale: VAS). Eine Woche vor sowie eine und drei Wochen nach der Trainingsintervention wurde eine komplexe Leistungsdiagnostik durch geführt. Diese beinhaltete eine differenzielle Kraftdiagnostik der Beinstrecker-, Beinbeuger-, Bauchund Rückenmuskulatur (Maximalkraft und maximale Leistung), Linear- und Pendelsprints (Zeiten), Sprünge (Höhen, Kontakt zeiten), einen Stufentest (maximale Sauerstoffaufnahme, Laktatschwellen) und einen Wingate anaerobic-test (Peak-Power; 30 s Mean Power). Ergebnisse Das Trainingsgewicht von zehn ausbelastenden Wiederholungen erhöhte sich innerhalb des Interventionszeitraumes für beide Trainingsgruppen ohne signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen (EMS-Gruppe: +16 %; Kontrollgruppe: +15 %). Die elektrische Reizintensität erhöhte sich für die EMS-Gruppe im Mittel um 20 %. Beide Interventionsgruppen erreichten unabhängig von der zusätzlichen Stimulation Verbesserungen von Kraftfähigkeiten der Beinstreckmuskulatur (Knie- und Hüftstrecker). Außerdem konnte durch den Transfer der gewonnenen Kraftfähigkeiten die Kleinoeder Heinz Studium der Sportwissenschaft und Promotion; Studium der Anglistik Leiter der Abteilung Kraftdiagnostik und Bewegungsforschung im Institut für Trainingswissenschaft und Sportinformatik an der DSHS-Köln Forschungsschwerpunkte: Untersuchung verschiedener Krafttrainingsformen und deren Anpassungen sportmotorische Leistungsfähigkeit gesteigert werden. Dies zeigen nach der Intervention signifikant kürzere Zeiten bei Pendelsprints, größere Sprunghöhen und höhere Peak- und Mean-Power beim Wingate-Test. Die Zeiten beim Linearsprint sowie die aeroben und anaeroben Anteile des Stoffwechsels beim Stufentest waren durch das Trainings programm unbeeinflusst. Simultane EMS zeichnete sich dadurch aus, dass signifikante Verbesserungen in der Kraft- und Leistungsfähigkeit der Beinbeuger und des Rückenstreckers ausschließlich in der EMS-Gruppe auftraten. Hinsichtlich der während oder nach dem Training akut erhöhten metabolischen und hormonellen Parameter gibt es wenige signifikante Unterschiede zwischen beiden Gruppen. Die Sauerstoffaufnahme während und nach dem Training war in der EMS-Gruppe tendenziell höher mit signifikant höheren Laktatkonzentrationen als in der Kontrollgruppe (+27 %). Eine erhöhte Hormonausschüttung konnte im Blut sowohl bei den Belastungen mit als auch ohne EMS gefunden werden, auch hier ohne signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen. In der subjektiven Empfindung der Probanden traten nach der Belastung Unterschiede in der Empfindung muskulärer Schmerzen mit signifikant höheren Ratings (VAS) ein bis zwei Tage nach dem Training mit zusätzlicher EMS auf. Diese Muskelkatersymptome regulierten sich im Laufe der sechswöchigen Trainingsperiode. Praxisrelevanz und Ausblick Die gefundenen Steigerungen der Kraft- und Leistungsfähigkeit der Knie- und Hüftstreckung, sowie ein Übertrag in Sprünge und Richtungswechsel nach Kniebeugeninterventionen wurden in der Literatur schon mehrfach dokumentiert. Aus den Ergebnissen lässt sich schließen, dass ein hoch gewählter mechanischer Reiz über die Zusatzlast die Belastung dominiert und Anpassungserscheinungen der Übung limitiert. Durch simultane EMS konnte darüber hinaus die Kraft- und Leistungsfähigkeit der antagonistisch arbeitenden Muskulatur (Beinbeuger) verbessert werden. Im Sprint sind die Kraftfähigkeiten der Beinbeuger leistungslimitierend. Außerdem stellen sie die verletzungsanfälligste Muskelgruppe in Spiel- und Sprintsportarten dar. Daher scheint die Methode aus Sicht der Verletzungsprophylaxe wie auch aus Sicht der Leistungssteigerung eine vielversprechende Alternative zu bieten. Spezifische Verbesserungen dieser sprintrelevanten Muskulatur brachten zwar keine weiteren Verbesserungen der Linearsprintleistung, jedoch wurden neben dem Krafttrainingsprogramm auch keine Übungen zum Übertrag der gewonnenen Fähigkeiten in sprintspezifische Bewegungsformen durchgeführt. Weiterführende Untersuchungen sollten Reizkonstellationen entwickeln, welche die spezifisch gefundenen Kraftanpassungen der Methode in die Bewegungsspezifik übertragen können. Hierunter fallen typische Kraftbelastungen mit simultaner EMS und anschließender Utilisation. Weitere vielversprechende Kombinationen von Trainingsmethoden bieten sprint- oder sprungspezifische Bewegungsformen (Lauf-ABC etc.) mit simultaner EMS. Solche Trainingsformen könnten aufgrund veränderter Aktivierungsmuster und der vermehrten Aktivierung schneller Muskelfasern durch EMS ein kraftorientiertes Techniktraining in Sportarten darstellen. Fazit Die messbaren Effekte einer stärkeren Beinbeugemuskulatur können aus präventiver und leistungssteigernder Perspektive genutzt werden. Nach unserer Einschätzung bietet Gk-EMS darüber hinaus auch Ungeübten eine gute Hilfestellung bei der Erlernung komplexer Kraftbelastungen mit mehreren Freiheitsgraden. Als Gründe sehen wir die Aktivierung von limitierenden Schwachstellen wie z. B. Hüft-, Knie- und Rückenstreckung und die erhöhte Rumpf- und Gelenksstabilisierung. Aufgrund der größeren Muskelkatersymptome durch EMS sollte in den ersten Einheiten eine Gewöhnungsphase mit geringer Stimulationsintensität (<70 % der maximalen Schmerztoleranz) stattfinden. Bild istockphoto.com Cappan 10 medicalsportsnetwork 08.15

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