Macrocurrent and microcurrent Electrostimulation in Sports
10 min. lezen

Macrostroom- en microstroom-elektrostimulatie in de sport

Het gebruik van elektrische stroom op het menselijk lichaam is grotendeels beperkt gebleven tot fysiotherapeuten om de genezing van musculoskeletale blessures te bevorderen en pijn te beheersen . Het wordt vrij willekeurig toegepast in twee brede categorieën:
  • Macrostroomstimulatie (stromen van meer dan ongeveer 1 milliampère)
  • Microstroomstimulatie (stromen onder ongeveer 1 milliampère)
De eerste verwijst meestal naar faradische, interferentie-, galvanische en TENS-apparaten (Transcutane Elektrische Zenuwstimulatie), terwijl de laatste verwijst naar gespecialiseerde microstroomapparaten voor toepassing op het bewegingsapparaat of als een niet-invasieve vorm van elektro-acupunctuur via de acupunctuurpunten van het lichaam of de auriculaire punten van de oren. De verschillen tussen deze toepassingen worden later in dit artikel besproken.

Het concept van elektrostimulatie voor fysieke conditionering is niet nieuw en wordt al jaren door fysiotherapeuten gebruikt voor klinische toepassingen zoals spierrevalidatie, verlichting van spierspasmen, vermindering van zwelling en pijnbestrijding. Binnen de krachttraining vallen de mogelijke toepassingen van elektrostimulatie in de volgende brede categorieën:

  • Het opleggen van lokale fysieke stress om supercompensatie te stimuleren
  • Lokale restauratie na inspanning of blessure
  • Algemeen herstel van het centrale zenuwstelsel en het endocriene systeem na inspanning of een blessure
  • Neuromusculaire stimulatie voor pijnbestrijding of bewegingspatronen

Elektrostimulatie houdt meestal in dat de spieren worden gevoed met lage elektrische impulsen via vochtige elektroden die stevig op de huid worden geplaatst . De effectiviteit, het comfort en de diepte van de stimulatie hangen af ​​van factoren zoals pulsvorm, frequentie, duur, intensiteit en modulatiepatroon. Het resulterende aantal mogelijke stimulatiecombinaties benadrukt meteen hoe moeilijk het is om de optimale balans tussen variabelen te bepalen en de resultaten van verschillende onderzoekers te vergelijken.

De typische klinische machine levert pulserende gelijkstroom (galvanische stroom) en/of wisselstroom (faradische stroom) in de vorm van korte pulsen. De frequentie van faradische stroom wordt meestal gekozen in het bereik van ongeveer 50-100 Hz, terwijl de pulsduur (breedte) varieert van ongeveer 100 microseconden tot enkele honderden milliseconden. Deze korte pulsduur is belangrijk om huidirritatie en weefselschade te minimaliseren. De duur van faradische stimulatie bij een bepaalde intensiteit mag echter niet te kort zijn. Hoewel ze geschikt kunnen zijn om pijn te verminderen, leveren te korte pulsen onvoldoende energie om een ​​volledige, tetanische spiercontractie te veroorzaken.

Apparaten zijn ontworpen om wisselstroom direct toe te passen op een vooraf ingestelde of geselecteerde frequentie (conventioneel faradisme), of in de vorm van laagfrequente stromen gesuperponeerd op een middenfrequente (2000 tot 5000 Hz) draaggolf. Een variatie op deze laatste methode, waarbij twee paar elektroden worden gebruikt die elk middenfrequente golven leveren met laagfrequente golven die licht in frequentie verschillen, vormt de basis van wat interferentiestimulatie wordt genoemd. Een groot voordeel van het gebruik van een hogerfrequente draaggolf is dat de impedantie tussen de elektroden en de huid wordt verlaagd, wat het comfort en de effectiviteit verbetert.
De Amerikaanse interesse in elektrostimulatie als hulpmiddel bij training werd gewekt in 1971, toen Kots in Rusland melding maakte van een toename van meer dan 20% in spierkracht, snelheid en vermogen na enkele weken elektrotraining. Omdat hij geen vergelijkbare resultaten kon leveren, nodigden de Canadezen hem in 1977 uit om een ​​lezing te geven aan de Concordia Universiteit. Gewapend met de nieuwe informatie dat Kots een sinusvormig gemoduleerde stroombron van 2500 Hz gebruikte, toegepast in een reeks van 10 seconden contractie gevolgd door 50 seconden ontspanning, probeerden ze opnieuw de Russische beweringen te dupliceren.

Toepassingen van macrostroomstimulatie

Uit een literatuuronderzoek blijkt dat macrostroomstimulatie de volgende belangrijke therapeutische toepassingen kent. Een meer gedetailleerde bespreking of de citaten worden hier niet vermeld.
  1. Toename van spierkracht
  2. Heropvoeding van spieractie
  3. Vergemakkelijking van spiercontractie in disfunctionele of ongebruikte spieren
  4. Toename van spier- en algemeen uithoudingsvermogen
  5. Toename van de snelheid van spiercontractie
  6. Toename van de lokale bloedtoevoer
  7. Het verstrekken van massages
  8. Verlichting van pijn
  9. Vermindering van spierspasmen
  10. Bevordering van ontspanning en herstel
  11. Toename van het bewegingsbereik
  12. Vermindering van zwelling
  13. Vermindering van musculoskeletale afwijkingen
  14. Voorkeurswerving van specifieke spiergroepen
  15. Acute toename van kracht
  16. Verbetering van de metabolische efficiëntie

De opkomst van microstroomstimulatie

Uit recent onderzoek en klinische ervaring is gebleken dat elektrische stromen die tot wel 1000 keer kleiner zijn dan die van alle traditionele fysiotherapievormen , veel succesvoller kunnen zijn dan de laatstgenoemde bij het bereiken van veel van de voordelen die in het vorige hoofdstuk zijn beschreven.

Stroomsterktes van slechts 10 microampère (miljoenste van een ampère) die pulseren tussen 0,1 en 400 Hz zijn te zwak om spiercontracties te veroorzaken, pijnsignalen te blokkeren of plaatselijke verhitting te veroorzaken. Toch zijn ze in veel toepassingen effectiever en veiliger dan faradisme, interferentialisme en conventionele TENS (Matteson & Eberhardt, 1985).

De stappen om het bestaande paradigma voor elektrostimulatie (ES) op bevredigende wijze aan te passen, kunnen worden gevonden in de onderzoeksresultaten die eerder in de sectie 'Redenen voor tegenstrijdig onderzoek' zijn aangehaald. Daar werd ontdekt dat cellulaire en subcellulaire processen die geen celontlading, voortgeplante elektrische impulsen of spiercontractie met zich meebrengen, betrokken lijken te zijn bij celgroei en -herstel.

Sommige studies hebben bevindingen opgeleverd die gedeeltelijke antwoorden bieden op de vragen die microstimulatie oproept. Zo suggereert het werk van Becker en anderen dat kleine, constante of langzaam variërende stroomsterktes sub-drempelmodulatie van de elektrische velden in zenuw- en gliacellen kunnen veroorzaken, waardoor celgroei en -communicatie direct worden gereguleerd (Becker, 1974; Becker & Marino, 1982). Beckers toepassingen in dit opzicht omvatten onder meer de versnelling van wondgenezing, gedeeltelijke regeneratie van ledematen van amfibieën en ratten, en inductie van narcose met transcraniële stroomsterktes. Nordenström stelt dat deze elektrische stroomsterktes de ionenstroom langs de bloedvaten en door de celmembranen kunnen stimuleren, die de gesloten elektrische circuits van het lichaam vormen die door zijn theorie worden verondersteld (Nordenström, 1983).

Pilla (1974) heeft bijzondere aandacht besteed aan elektrochemische informatieoverdracht via celmembranen. Het model in dit geval veronderstelt dat de moleculaire structuur van het celmembraan de huidige genetische activiteit ervan weerspiegelt. Hierbij wordt de functie van een cel op elk moment bepaald door feedback tussen DNA in de celkern en een macromoleculaire inductor die vrijkomt uit het membraan door middel van een eiwit (enzym)regulator die is afgeleid van de activiteit van messenger RNA in de cel. De activiteit van deze membraangebonden eiwitten wordt sterk gemoduleerd door veranderingen in de concentratie van tweewaardige ionen (zoals calcium Ca++) die op het membraan worden geabsorbeerd. ES kan deze ionische veranderingen teweegbrengen en daardoor de celfunctie beïnvloeden.

Aangetoond is dat ES bij 5 Hz de DNA-synthese in kraakbeencellen van kippen en rattenbotten met maar liefst 27% stimuleert, maar niet in fibroblasten van kippenhuid of lymfocyten van rattenmilt (Rodan et al., 1978). Niet alleen lijkt het effect van ES weefselspecifiek te zijn, maar de toename in DNA-synthese vindt ook 4-6 uur na 15 minuten ES plaats. Het proces van membraandepolarisatie, uitgevoerd door natriumionen, lijkt te worden gevolgd door een toename van de intracellulaire Ca++-concentratie, waardoor DNA-synthese wordt geactiveerd in cellen die gevoelig zijn voor de specifieke stimulus. Verder onderzoek van Pilla (1981) heeft het bestaan ​​bevestigd van cellulaire 'vensters' die zich het meest effectief openen voor bepaalde frequenties, pulsbreedtes en pulsamplitudes. Om het ES-signaal op deze parameters af te stemmen, verdient het de voorkeur om de weefselimpedantie te monitoren, een systeem dat wordt gebruikt door zogenaamde 'Intelligent TENS'-apparaten.

Bovendien hebben Cheng et al. (1982) aangetoond dat stimulatie met stroomsterktes van 50-1000 microampère de ATP-concentratie in weefsel bij ratten met 300-500% kan verhogen en het aminozuurtransport door het celmembraan en de daaropvolgende eiwitsynthese met maar liefst 40% kan verbeteren. Interessant genoeg meldde dezelfde studie dat een verhoging van de stroomsterkte boven slechts één milliampère voldoende was om de ATP- en eiwitsynthese in weefsel te verlagen - en traditionele ES past meestal stroomsterktes toe van meer dan 20 milliampère, waarbij deze verlaging bijna 50% bedraagt.

Een geïntegreerde theorie van elektrostimulatie

Het lijkt er dus op dat macrostroomstimulatie (MACS - stromen van meer dan één milliampère) werkt als een fysiologische stressor, die op korte termijn de typische alarmreactie veroorzaakt die beschreven is door Selye (1975). Dit wordt ondersteund door het werk van Eriksson et al. (1981), die ontdekten dat de acute effecten van traditionele ES vergelijkbaar zijn met die van intensieve vrijwillige training. Bovendien hebben Gambke et al. (1985) in dierstudies ontdekt dat langdurige MACS ervoor zorgt dat sommige spiervezels degenereren en vervangen worden door nieuw gevormde vezels door proliferatie van satellietcellen. Deze vezelnecrose treedt enkele dagen na toediening van ES op en lijkt voornamelijk de FT-vezels te treffen. Het feit dat de verschillende spiervezels niet tegelijkertijd transformeren, kan te wijten zijn aan verschillende drempelwaarden van elke vezel voor de stimulus die de transformatie opwekt. Mogelijk kunnen de eerdere veranderingen latere veranderingen veroorzaken.

Als Selye's General Adaptation Syndrome-model wordt toegepast op MACS-achtige stimulatie, zou het lichaam zijn oppervlakkige adaptatie-energievoorraden moeten aanspreken en zich moeten aanpassen aan de door ES opgelegde stress door kracht of uithoudingsvermogen te vergroten, of door transformatie van spiervezeltypen te initiëren. Als de ES te intens, te langdurig of ongepast wordt gebruikt ter aanvulling van een krachttrainingsprogramma, kan er mogelijk geen adaptatie plaatsvinden of kan het aandeel langzame spiervezels toenemen en daardoor de kracht verminderen. Dit zou een aantal van de eerder besproken negatieve onderzoeksresultaten kunnen verklaren.

Bovendien kan een te zware MACS-training ertoe leiden dat het lichaam zijn diepe adaptatie-energie aanspreekt, wat kan leiden tot permanente weefselschade. Sporters die daadwerkelijke prestatievoordelen uit MACS kunnen halen, moeten er daarom niet van uitgaan dat een hogere dosering tot verdere verbetering zal leiden. Het tegendeel zou wel eens waar kunnen zijn.

Microstroomstimulatie (MICS - stroomsterktes onder één milliampère) daarentegen zou geen stressfactor vormen. In plaats daarvan suggereren de gegevens dat het biochemische veranderingen teweegbrengt die gepaard gaan met verbeterde adaptatie, groei en herstel. Omdat MICS meer lijkt te werken op basis van resonante afstemming van de stimulus op cellulaire en subcellulaire processen, worden de specifieke therapeutische effecten bepaald door hoe efficiënt de stimulatieparameters aansluiten bij de elektrische eigenschappen van de verschillende cellen, met name hun impedantie bij verschillende frequenties. MICS kan op verschillende manieren worden toegepast om herstel te vergemakkelijken:

  • lokaal over specifieke zachte weefsels
  • transcraniaal via elektroden op de oorlellen of op plaatsen op het oppervlak van de schedel
  • op acupunctuurpunten op het lichaam, de handen of de oren.

Het is over het algemeen volkomen veilig om MICS overal op het lichaam toe te passen, omdat de overgedragen stroomsterkte en energie te laag zijn om thermische of elektrolytische effecten op vitale weefsels te veroorzaken. MACS mag in geen geval in de hersenen worden toegepast, aangezien dit ernstige schade kan veroorzaken. Het is over het algemeen niet raadzaam om ES in welke vorm dan ook toe te passen bij epileptici, zwangere vrouwen, hartpatiënten of personen met een pacemaker.

De geldigheid van microstroomtoepassing?

Er is veel discussie geweest over de waarde van microstroom (kleine elektrische stroompjes van minder dan 1 ampère) in de fysiotherapie. Voorstanders beweren consistent goede resultaten, terwijl tegenstanders beweren dat eventuele voordelen waarschijnlijk te danken zijn aan een placebo-effect. Sommige therapeuten stellen dat er nauwelijks bewijs is van onderzoek en praktisch bewijs voor de waarde van microstroom. Om hun interesse en die van anderen die onderzoek doen naar microstroomtherapie te wekken, hebben we een lange, maar onvolledige lijst samengesteld met Engelstalige referenties die betrekking hebben op de theoretische grondslagen en klinische toepassingen van microstroom. Deze is hier te vinden.