Russische Stimulation und Burst Mode Alternating Current (BMAC)

Russische Stimulation und Burst Mode Alternating Current (BMAC)

Russische Stimulation – Geschichte
Zusammenfassung

Überblick

Es herrscht eine gewisse Verwirrung in Bezug auf diesen Eingriff, die hauptsächlich dadurch entsteht, dass es mehrere „Namen“ oder Beschreibungen für denselben Eingriff gibt.

Im Wesentlichen wird bei dieser Art von elektrischer Stimulation ein so genannter mittelfrequenter Wechselstrom (im niedrigen kHz-Bereich – Tausende von Zyklen pro Sekunde) verwendet, der in einer gepulsten (oder stoßweisen oder unterbrochenen) Ausgabe abgegeben wird. Das Pulsieren oder Bursting erfolgt mit einer „niedrigen“ Frequenz, so dass die Nerven darauf reagieren. Sie wird in erster Linie als Mittel zur Erzeugung einer motorischen Reaktion eingesetzt, obwohl sie, wie weiter unten zu sehen sein wird, auch als elektroanalgetische Intervention untersucht wurde.

Russische Stimulation war wahrscheinlich die früheste Bezeichnung für diese Stimulationsart. Mehrere multimodale Stimulationsgeräte bieten sie als eine ihrer Optionen an. Burst Mode Alternating Current (BMAC) ist ein allgemeinerer und in jüngerer Zeit verwendeter Begriff, der wahrscheinlich vorzuziehen ist. Aussie Stimulation (siehe unten) ist eine Anspielung auf die ursprüngliche Russische Stimulation und ist als Beschreibung nicht besonders aufschlussreich. BMAC ist wahrscheinlich der Begriff, der verwendet werden könnte und auch beibehalten werden sollte.

Russische Stimulation – Geschichte

Das Verdienst für die frühen Arbeiten auf diesem Gebiet wird dem in Russland ansässigen Kotz zugeschrieben. Der Zugang zu den Arbeiten ist etwas schwierig, und einige der wichtigsten Forschungsergebnisse wurden nicht in die veröffentlichte Arbeit aufgenommen. Ward und Shkuratova (2002) haben die frühen Veröffentlichungen in russischer Sprache übersetzt und die angesprochenen Themen zusammengefasst. Diese Zusammenfassung ist weitgehend aus ihrer Arbeit abgeleitet, die wir an dieser Stelle würdigen. Wenn Sie an der Originalarbeit interessiert sind, empfehlen wir Ihnen dringend, die Arbeit von Ward und Shkuratova (2002) zu lesen. Selkowitz (1989) hat ebenfalls einen sehr nützlichen Überblick über die Hintergrundforschung gegeben.

Sowohl die Arbeiten von Ward und Shkuratova (2002) als auch die von Selkowitz (1989) unterstützen das Grundkonzept und stimmen weitgehend darin überein, dass es für diese Intervention unterstützende Belege gibt. In der Übersichtsarbeit von Selkowitz wird darauf hingewiesen, dass es zwar Belege dafür gibt, dass die Russische Stimulation (im Folgenden RStim) eine erhöhte Muskelkraft erzeugt, dass es aber kaum Belege dafür gibt, dass sie wirksamer ist als Übungen allein, und dass sie besser ist als andere Formen der Stimulation. Das soll nicht heißen, dass sie als unwirksam angesehen wurde – nur, dass sie zum Zeitpunkt der Überprüfung anderen Interventionen nicht den Rang ablief.

Ward und Shkuratova beziehen in ihre Überprüfung zwei frühe Arbeiten (russisch) und mehrere Arbeiten ein, die seither in englischer Sprache veröffentlicht wurden.

Das russische Experiment von 1971 zielte darauf ab, das Grundprinzip dieser Stimulationsmethode festzulegen. Die Protokolle zur zeitlichen Abstimmung (Stimulation/Ruhe/Wiederholungen) wurden ebenso berücksichtigt wie die Frage der Behandlungsfrequenz. Das als 10/50/10-Protokoll bekannt gewordene Verfahren (d. h. 10 Sekunden Stimulation, 50 Sekunden Pause und 10 Minuten Wiederholung dieser Abfolge, also 10 Stimulations-/Ruhezyklen) erwies sich als wirksam.

Es wurde festgestellt, dass die Stimulation Ermüdungserscheinungen hervorruft, wenn sie länger als 10 Sekunden andauert (bei maximal tolerierbarer Intensität). Es wurden verschiedene Ruhephasen zwischen den Impulsen getestet, die von 10 bis zu 50 Sekunden reichten. Sowohl die 40- als auch die 50-Sekunden-Phase wurden als wirksam eingestuft, obwohl einige Probanden bei der 40-Sekunden-Phase Ermüdungserscheinungen zu zeigen schienen, so dass anschließend die 50-Sekunden-Phase gewählt wurde.

Es wurden auch Stimulationszeiträume (9 oder 19 Tage) und eine tägliche Stimulation oder eine Stimulation an abwechselnden Tagen in Betracht gezogen, wobei sich herausstellte, dass die tägliche Stimulation wirksamer war. Der RStim erwies sich als wirksamer als die willentliche Kontraktion allein (d. h. ohne unterstützende Stimulation).

Der Mechanismus der erhöhten Kraftgenerierungskapazität des stimulierten Muskels wurde sowohl auf eine kurzfristige ZNS-Anpassung als auch auf eine Zunahme des Muskelgewebsvolumens zurückgeführt (was mit einem Großteil der in jüngerer Zeit durchgeführten NMES-Arbeiten übereinstimmen würde).

Die zweite der beiden Arbeiten (Andrianova et al, 1971) – Kots ist Mitautorin – untersuchte die sinusförmige Stimulation im Kilohertz-Bereich bei verschiedenen Frequenzen, im Dauer- und Burst-Modus über dem Muskelbauch und als Mittel zur Stimulation des Nervenstamms.

Die Stimulation wurde bei einer Reihe „mittlerer“ Frequenzen (100-500-1000-2500-3000-5000Hz) angewandt, und es wurde festgestellt, dass mit zunehmender Stimulationsfrequenz ein größerer Komfort für den Empfänger gegeben war, und es wurde daher (vorhersehbar) festgestellt, dass mit höheren Frequenzen ein größerer Strom an den Muskel abgegeben werden konnte.

Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass 2500Hz (2,5kHz) die wirksamste Frequenz für die Stimulation des Muskelgewebes ist (1000Hz oder 1kHz sind wirksamer für die Stimulation des Nervenstamms), wobei die Stimulation 10 Sekunden lang dauert. Eine Stimulation mit 2500 Hz bei einer Dauer von 10 Millisekunden bedeutet, dass die effektive Muskelstimulation bei 50 Hz liegt.

Bewertet wurden die Protokolle für die kontinuierliche Stimulation im Vergleich zur Burst-Stimulation (d. h. kontinuierliche Stimulation mit 2500 Hz oder Burst-Stimulation mit 2500 Hz in 10 ms-Intervallen). Es wurde kein signifikanter Unterschied in der maximal erzeugten Kraft festgestellt, aber der Burst-Modus erzielte das gleiche Ergebnis, obwohl weniger Strom angewendet wurde (50 % weniger). Die Empfehlung lautet daher, dass die Stimulation mit einem mittelfrequenten sinusförmigen 2500Hz-Trägerwechselstrom, Burst mit 50 Hz (10ms ON : 10ms OFF) bei einem maximal tolerierbaren Pegel erfolgen sollte.

Das sich aus dieser Arbeit ergebende Stimulationsmuster (und man nimmt an, dass es einige zufällige Forschungen gibt, die in diesen 2 Veröffentlichungen nicht berichtet wurden!) ist:

Grundfrequenz : 2500Hz (2.5kHz)

Burst @ 50Hz

10ms ON : 10 ms AUS (50% Duty Cycle)

Stimulation für 10 Sekunden

Ruhezeit von 50 Sekunden

Wiederholung von 10 Zyklen

Täglich

Maximal tolerierbare Intensität

Es wurden viele kritische Kommentare zu dieser Arbeit abgegeben. Offensichtlich hatten viele Leute Schwierigkeiten, an die Originalarbeiten heranzukommen, obwohl die Übersichtsarbeit von Ward und Shkuratova (2002) hilfreich sein dürfte. In die Arbeit wurden keine Placebos aufgenommen. Die Probanden waren alle junge (15-17 Jahre), sehr fitte und gesunde Athleten (Olympiahoffnungen). Dies kann daher nicht automatisch auf den klinischen Bereich übertragen werden, ohne dass eine Garantie besteht, dass es bei Patienten ebenso wirksam ist. Ward liefert eine gut durchdachte Diskussion, die für alle, die sich für dieses Gebiet interessieren, eine wichtige Lektüre sein sollte.

Als abschließende Bemerkung zu den frühen Arbeiten ist es vernünftig, zu dem Schluss zu kommen, dass diese Art der elektrischen Stimulation zu einer Steigerung der Muskelkraft (Drehmoment, Stärke) führt, insbesondere wenn sie mit freiwilliger Bewegung kombiniert wird. Es wird argumentiert, dass eine Person, die sowohl die Stimulation als auch ein freiwilliges Trainingsprogramm durchführt, zumindest ein größeres Arbeitspensum absolviert, so dass bessere Ergebnisse erwartet werden können. Es wird auch vermutet, dass die RStim-Komponente wahrscheinlich eine größere Wirkung auf die Fasern des Typs II (schnell) hat, während die freiwillige Übungskomponente ihre dominante Wirkung auf die langsameren Fasern (Typ I) haben könnte, was zu einem besseren Gesamtergebnis führt.

von Ward (2009)

von Ward et al (2006)

Die Abbildungen oben und links (von Ward, 2009 und Ward et al, 2006) veranschaulichen die angewandte Stimulation. Bei der klassischen russischen Stimulation werden die 2500 Hz mit 50 Hz moduliert (oder gepulst), wobei 10 ms EIN- und 10 ms AUS-Perioden verwendet werden (Abbildung C in der oberen Abbildung).

In der Übersichtsarbeit von Ward und Shkuratova (2002) werden auch mehrere andere, relativ frühe Arbeiten (d. h. vor 2002) erwähnt, in denen die Wirksamkeit der Stimulation bewertet wurde.

Delitto et al. (1989) berichten über eine Fallstudie, in der ein Elite-Gewichtheber mit dieser Stimulation behandelt wurde und signifikante Kraftverbesserungen erzielte, die über die durch Training allein erzielten hinausgingen. In den Studien von Delitto et al. (1988) und Snyder-Mackler et al. (1994 und 1995) wurde RStim nach einer ACL-Operation eingesetzt. Das RStim wurde mit freiwilligen Trainingsprogrammen verglichen, und mit dem RStim-Protokoll wurden signifikant höhere Kraftzuwächse erzielt. In der Arbeit von 1994 wurde das RStim mit einem NMES-Protokoll (Heimanwendung) verglichen. Das klinische RStim-Programm wies signifikante Vorteile auf. Snyder-Mackler et al. (1989) verglichen RStim mit Interferenztherapie (IFT) und einem NMES-Protokoll (Muskelstimulation). Die IFT führte zu einer deutlich geringeren Muskelkraftentwicklung als Reaktion auf die Stimulation. Die höchsten durchschnittlichen Kraftergebnisse wurden mit RStim erzielt, aber sie unterschieden sich nicht signifikant von denen, die mit der NMES-Stimulation erzielt wurden. Schließlich wurde in dieser Gruppe in der Studie von Snyder-Mackler et al. aus dem Jahr 1988 ein elektrisches Stimulationsprotokoll mit einem freiwilligen Übungsprotokoll nach einer ACL-Operation verglichen. Die Stimulation erfolgte mit 2500 Hz und einem 50 Hz-Burst (d. h. RStim). Quadrizeps- und Kniesehnen-Ko-Kontraktionen wurden durchgeführt (Übungs- und Stim-Gruppe) mit einer 15-sekündigen Halte-/Stim-Phase, gefolgt von 50 Sekunden Ruhe. Die Ergebnisse (Kraftzuwachs) der RStim-Gruppe waren signifikant besser als die der Trainingsgruppe.

Laufer et al. (2001) verglichen drei Stimulationsmodi: 50Hz, moduliert von 2,5kHz : 50Hz monophasische NMES : 50Hz biphasische NMES. Alle Probanden (gesunde Freiwillige, keine Patienten) wurden nach dem Zufallsprinzip mit allen Stimulationsmodi behandelt. Beide NMES-Stimulationsarten brachten einen Vorteil gegenüber der 2,5-kHz-Stimulation. Interessanterweise lieferte die biphasische NMES in diesem Fall das stärkste Ergebnis. Die 2,5-kHz-AC-Stimulation (effektiv RStim) erzeugte nicht nur die geringste Muskelkraft, sondern führte auch zu einer schnelleren Ermüdungsreaktion. Es handelte sich um ein sorgfältig kontrolliertes Experiment, das anspruchsvolle Ergebnisse lieferte.

Die Selkowitz-Forschung umfasst eine Arbeit aus dem Jahr 1985, in der ein RStim-Protokoll (nur) mit einem freiwilligen Training (nur) für die Quads verglichen wurde. Der Stim wurde dreimal wöchentlich über einen Zeitraum von 4 Wochen verabreicht und führte zu einer signifikanten Steigerung der isometrischen Kraft im Vergleich zur reinen Trainingsgruppe. Die jüngste Arbeit von Selkowitz et al. (2009), in der eine Stimulation mit einer Trägerfrequenz von 2500 und 5000 Hz verglichen wurde, zeigte einen eindeutigen und signifikanten Vorteil für die Verwendung der 2500-Hz-Stimulation.

Neben der bedeutenden Übersichtsarbeit und den experimentellen Arbeiten von Selkowitz (Referenzen am Ende dieser Arbeit) haben Ward und sein Team in Australien wahrscheinlich die am meisten veröffentlichten Untersuchungsreihen in diesem Bereich durchgeführt. Eine Liste einschlägiger Arbeiten findet sich in den Referenzen am Ende dieses Materials. Was hier enthalten ist, ist eine sehr kurze Zusammenfassung eines umfangreichen Forschungsprogramms und einer Literaturübersicht, die dem Leser dringend empfohlen wird, die Originale zu lesen.

Ward et al. haben nicht nur eine nützliche Reihe von experimentellen und Übersichtsarbeiten durchgeführt, sondern auch den Ansatz modifiziert, indem sie den allgemeineren Begriff BMAC – Burst Mode Alternating Current (Wechselstrom im Burst-Modus) verwendet haben, um diese Stimulation zu beschreiben, und in jüngerer Zeit den Begriff „Aussie Stimulation“ geprägt haben. Das Papier umfasst die Jahre 1998 bis heute, und um dem Umfang der Arbeit gerecht zu werden, werden hier nur die wichtigsten Punkte hervorgehoben. Es wird eine vollständige Referenzliste zur Verfügung gestellt, die der Leser unbedingt konsultieren sollte, um die Einzelheiten der Forschung und die aufschlussreichen und ausführlichen Diskussionen, die darin enthalten sind, zu verstehen.

In einer der frühen Arbeiten (Ward und Robertson, 1998) wurde die Wirkung der Stimulationsträgerfrequenz im Hinblick auf sensorische, motorische und Schmerzschwellen bewertet. Dabei ging es vor allem darum, die Trägerfrequenz (zwischen 1 und 35 kHz) zu ermitteln, die die wirksamste motorische Reaktion mit der geringsten sensorischen Unannehmlichkeit hervorrufen konnte. Die Ergebnisse zeigen, dass alle drei Schwellenwerte von 1 bis 10 kHz sinken und danach wieder ansteigen. Die wirksamste Trägerfrequenz für die motorische Stimulation mit der geringsten sensorischen Stimulation und den geringsten Schmerzen lag bei 10 kHz, was daher als vorteilhaft angesehen wurde, wenn die Muskelaktivität bei minimalen Beschwerden im Vordergrund stand. Alle Stimulationen erfolgten mit 50 Hz (wie bei der auf RStim basierenden Stimulation).

Eine Erweiterung dieser Arbeit wird berichtet (Ward und Robertson, 1998), in der die Trägerfrequenz betrachtet wurde, die das größte Drehmoment erzeugte (Bereich von 1 bis 15 kHz, alle Bursts mit 50 Hz). Während festgestellt wurde, dass die Trägerfrequenz von 10 kHz die Muskelkontraktion erzeugte, die mit dem geringsten Unbehagen einherging, zeigte diese Arbeit, dass die Verwendung einer Trägerfrequenz von 1 kHz das größte Drehmoment ergab und dass Trägerfrequenzen von 2 – 4 kHz wahrscheinlich den besten Kompromiss zwischen hohem Drehmoment und Unbehagen darstellten. Diese Arbeit wurde weiter verfeinert (Ward und Robertson, 2001), als verschiedene Stimulationen verglichen wurden, und bestätigte unter anderem, dass Trägerfrequenzen von mehr als 10 kHz in der klinischen Rehabilitation nicht sinnvoll sind.

Die Arbeit von Ward et al. (2006) verglich Drehmoment und Beschwerden mit vier verschiedenen Arten von Stimulationen – zwei davon waren kHz-Bursts mit 50 Hz (RStim: 2500 Hz und Aussie Stim mit 1000 Hz). Bei den beiden anderen Strömen handelte es sich um NMES-Stimulationen (eine mit einer Impulsdauer von 200 Mikrosekunden und einem Interpulsintervall von 20 ms, die andere mit einem Impuls von 500 Mikrosekunden und einem Interpulsintervall von 20 ms). Kurz gesagt, der RStim erzeugte ein geringeres Drehmoment als die anderen drei Stimulationsarten. Der RStim und der Aussie Stim verursachten weniger Beschwerden als die (monophasischen) gepulsten NMES-Modi. Es wurde vermutet, dass der Aussie Stim am effektivsten war, wenn sowohl die Drehmomenterzeugung als auch das Unbehagen berücksichtigt wurden.

In neueren Arbeiten aus diesem Stall wurden diese Konzepte und Nachweise noch erweitert. Die Arbeit von Ward und Oliver (2007) befasst sich mit hypoalgetischen Effekten (kalte Schmerzschwelle) und vergleicht eine NMES-Stimulation bei 50 Hz mit einer 1-kHz-AC-Stimulation bei 50 Hz (Aussie Stim – jetzt korrekter BMAC genannt). Beide erwiesen sich als wirksam bei der Anhebung der Kälteschmerzschwelle, obwohl es keinen signifikanten Unterschied zwischen ihnen gab. Ward und Lucas (2007) untersuchten Variationen der Burst-Dauer mit Stimulationen vom Typ BMAC mit 1 und 4 kHz. Die kürzeren Bursts (2-4 ms) schienen wirksamer zu sein, und die Autoren schlagen vor, dass diese in der klinischen Praxis wahrscheinlich wirksamer sind als die Interferenztherapie oder die Russische Stimulation, obwohl dies noch durch klinische Studien bestätigt werden muss. Dieses Szenario wird in einer großartigen Zusammenfassung und Übersichtsarbeit (Ward, 2009) bewertet.

Schließlich verglichen Ward et al. (2009) die Wirksamkeit von BMAC und TENS bei experimentellen Auswirkungen von Kälteschmerzen. Beide erzeugten signifikante Veränderungen, obwohl sie sich nicht signifikant voneinander unterschieden. Die Autoren weisen jedoch darauf hin, dass die BMAC-Stimulation weniger Beschwerden verursacht als die TENS, so dass ihre Anwendung einen klinischen Vorteil darstellen könnte. In der Arbeit von Ward und Chuen (2009) wird eine weitere Bewertung der Auswirkungen der Stimulationsdauer mit BMAC vorgenommen, wobei bestätigt wird, dass Stimulationsstöße von kurzer Dauer (1-4msec) am wirksamsten zu sein scheinen. Es wird noch einmal darauf hingewiesen, dass dies kürzer ist als die Burst-Dauern, die bei der Interferenztherapie oder der RStim-Therapie verwendet werden, und daher sollte BMAC als klinische Option in Betracht gezogen werden.

Zusammenfassung

Verschiedene Formen der elektrischen Stimulation mit „mittlerer Frequenz“ (kHz-Bereich) wurden für motorische Stimulationseffekte und in jüngerer Zeit für Hypoalgesie befürwortet. Die russische Stimulation (mit 2500 Hz oder 2,5 kHz) hat sich bei der Steigerung der Muskelkraft und der Erzeugung von Drehmoment als wirksam erwiesen. Die Modifizierung zur Verwendung anderer Trägerfrequenzen hat zu einer Variante geführt – BMAC, die im klinischen Umfeld nützlicher werden könnte, da sie sowohl wirksamer zu sein scheint als auch weniger Beschwerden verursacht.

Hintergrundinformationen und Übersichtsarbeiten

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