post

גירוי שרירים חשמלי (EMS) – אימון חשמל?

בשנים האחרונות אנחנו עדים לטרנד של אימונים שמשלבים גירוי שרירים חשמלי. מה המדע (נכון לכתיבת מאמר זה) אומר לגבי זה?

לפני שמתחילים…

זו הכתבה הארוכה ביותר שכתבתי עד כה-1500 מילים. היא מבוססת על הרצאה שהעברתי בכנס "תזונה, מאמץ גופני ואימון" השנה ולכן קיימים בה מושגים מקצועיים.

בנוסף, היות וזה נושא "רגיש" השתדלתי לקשר כל תמונה למאמר שממנה נלקחה ולא להיכנס לדיון של מי ראוי לאמן עם מכשירים אלה.

איך זה עובד?

הגירוי החשמלי גורם לכיווץ שריר ע"י של העצבים מתחת לאלקטרודות המונחות על העור, כביכול, ללא מעורבות של מערכת העצבים המרכזית.  

עצמת זרם

כאשר מניחים את האלקטרודות וממתחילים להגביר את הזרם, תחילה לא חשים כלום (מיקרו), לאחר מכן, מרגישים זרם (טנס) בגלל הפעלה של סיבי עצב שמעבירים תחושה, לאחר מכן, נראה כיווץ של השריר ותנועה בגלל הפעלה של סיבי עצב מוטוריים

(NMES-NeuroMuscular Electric Stimulation או EMS – Electrical Muscle Stimulation)

ואם נמשיך להגביר את הזרם, עוצמת הכיווץ תגבר עד שנחוש תחושת זרם בלתי נסבלת. 

בכתבה אתמקד בחלק השמאלי של הגרף.

השימוש בגירוי חשמלי שרירי אינו חדש

רק אדם ממש חזק יכול להרשות לעצמו תלבושת כזו

רק אדם ממש חזק יכול להרשות לעצמו תלבושת כזו

באולימפיאדת מוטריאול ב1976 שלטה הנבחרת הרוסית בהרמת משקולות בטבלת המדליות. האמריקאים הגישו תלונה נגד הרוסים בטענה שהתאמנו בצורה לא חוקית – ע"י זרם חשמלי.

יעקב קוץ, אחד המדענים-מאמנים הרוסים טען שהצליח לחזק משמעותית מרימי משקולות מאומנים ושבעזרת הזרם החשמלי הצליח להפיק כיווץ חזק יותר מאשר הכיווץ הרצוני.

מאז, כמעט אף אחד לא הצליח לשחזר את ההצלחה – מה שמטיל ספק בכל הסיפור.

אבל עוד נחזור לזה.

כמה מילים על המחקר:

מחקר של NMES

ככה נראים, בגדול, רוב המחקרים בגירוי חשמלי שרירי-הנבדק יושב על מכשיר איזוקינטי, נמדד הכיווץ הרצוני המירבי, עושים פרוטוקול אימון ע"י זרם חשמלי ובודקים שוב. השריר הכי שכיח לבדיקה הוא הארבע ראשי.

במחשב רואים את יכולת הכיווץ הרצונית המירבית (MVC-maximum voluntary contraction), ובאחוזים ממנה את הכוח שהצליחו להפעיל ע"י הEMS:

דוגמא למחקר-עוצמת כיווץ רצוני מירבי (MVC) ועוצמת כיווץ שהגיעו אליה בעזרת EMS

דוגמא למחקר-עוצמת כיווץ רצוני מירבי (MVC) ועוצמת כיווץ שהגיעו אליה בעזרת גירוי חשמלי   Maffiuletti, 2010

 

ולמה באחוזים מתוך הכיווץ המירבי?

כי כמו שהצגתי בגרף הראשון, בשלב מסויים הזרם גורם לתחושת זרם בלתי נסבלת והנבדק לא מוכן להעלות את העוצמה.

ד"ר יעקב קוץ אמנם דיבר על כיווץ חשמלי יותר חזק מכיווץ רצוני, אבל ממחקרים רבים אנחנו רואים שעוצמות הכיווץ שהצליחו להשיג הן נמוכות הרבה יותר.

החוקר ליבר מסכם שנדיר להצליח לגרום לכיווץ של מעל ל50% ומאוד נדיר לגרום לכיווץ של מעל 70%

ורואים את זה בבירור בגרפים:

עוצמת כיווץ מירבי ע''י חשמל בתנאים שונים. Lieber, R. L., & Kelly, M. J. (1991)

עוצמת כיווץ מירבי ע"י חשמל בתנאים שונים. כל סימון הוא נחקר אחד Lieber, R. L., & Kelly, M. J. 1991

עוצמת כיווץ ע''י EMS באחוזים מהכיווץ הרצוני המירבי במחקרים שונים Vanderthommen et al, 2007

עוצמת כיווץ ע"י EMS באחוזים מהכיווץ הרצוני המירבי במחקרים שונים Vanderthommen et al, 2007

זה למעשה אחד ההבדלים המשמעותיים בכל הסיפור -הקושי להגיע לכיווץ משמעותי.

כעת נכנס לתוך השריר ונמשיך לדבר על ההבדלים.

קיימים הבדלים בכיווץ שריר ע"י חשמל במרחב, בזמן, בסדר גיוס הסיבים ועוד. וכל ההבדלים הללו גורמים לכך שתהיה עייפות מוקדמת כאשר השריר מתכווץ כתוצאה מזרם חשמלי. 

הבדלים בין כיווץ שריר רצוני לכיווץ שריר חשמלי

הבדלים בין כיווץ שריר רצוני לכיווץ שריר חשמלי

נתחיל מהגיוס המרחבי של השריר.

בכיווץ רצוני הגיוס הוא מפושט, לרוחב כל השריר.

בכיווץ ע"י גירוי חשמלי מופעלים הנוירונים המוטוריים שקרובים לאלקטרודות.

להלן שתי דוגמאות מניסויים שונים:

חתך של הארבע ראשי. בשחור-האזורים שהתכווצו בעצמות שונות של כיווץ מתוך היכולת המירבית. Adams, 1993

חתך של הארבע ראשי. בשחור-האזורים שהתכווצו בעצמות שונות של כיווץ מתוך היכולת המירבית. Adams, 1993

דוגמא שניה – בניסוי הזה מדדו זרימת דם בכיווץ חשמלי וראו את שקיימת זרימת דם מוגברת קרוב לאלקטרודות. ככל שמתרחקים מהאלקטרודות זורם פחות דם.

חתך רוחב של הארבע ראשי שמראה זרימת דם בכיווץ חשמלי.Vanderthommen et al, 2000

חתך רוחב של הארבע ראשי שמראה זרימת דם בכיווץ חשמלי.Vanderthommen et al, 2000

 

זרימת דם כפונקציה של המרחק מהאלקטרודות .Vanderthommen et al, 2000

זרימת דם כפונקציה של המרחק מהאלקטרודות .Vanderthommen et al, 2000

ככל שהזרם חזק יותר, אחוז גבוה יותר של השריר מתכווץ.

שטח שריר שהתכווץ כפונקציה של עוצמת הזרם. Adams, 1993

שטח שריר שהתכווץ כפונקציה של עוצמת הזרם. Adams, 1993

כיווץ חלק מהשריר כדי להשיג כיווץ חזק יחסית גורם לעייפות מוקדמת.

כיווץ אותם הסיבים ללא רוטציה גורם לעייפות מוקדמת.

ההבדל הבא הוא השינוי בגיוס היחידות המוטורית.

עפ"י עיקרון הגודל של הנמן, בכיווץ רצוני, קיים דרוג בכיווץ היחידות המוטוריות. יחידות מוטוריות קטנות שמורכבות בעיקר מסיבים איטיים יתכווצו לפני יחידות מוטוריות גדולות שמורכבות בעיקר מסיבים מהירים. לשיטה זו יש הגיון של חיסכון באנרגיה.

עיקרון הגודל של הנמן

עיקרון הגודל של הנמן

בכיווץ ע"י חשמל גיוס הסיבים הוא אקראי. פעם חשבו שסדר הכיווץ הפוך לסדר של הנמן וכיום הגיעו למסקנה שהסדר אקראי.

סדר הגיוס האקראי הוא פחות יעיל ומוביל לעייפות מוקדמת

להלן דוגמא לניסיון לפתרון לעייפות המוקדמת בגלל מאפייני הכיווץ השונים – מספר אלקטרטרודות שקיימת רוטציה בינהן וככה מתכווצים אזורים שונים של השריר. אולי התפתחויות טכנולוגיות מסוג זה יצליחו לעקוף את ההבדלים בין כיווץ רצוני לחשמלי. בנתיים אנחנו עוד לא שם.

שיפור טכנולוגי (מימן) לNMES הקלאסי (משמאל) Maffiuletti et al, 2014

שיפור טכנולוגי (מימן) לNMES הקלאסי (משמאל) Maffiuletti et al, 2014

 

ואיך זה משפיע על ההסתגלות סיבי השריר?

הממצאים שונים בניסויים שונים, אבל הממצא הכי עיקבי הוא מעבר מהסיבים המהירים והמתעייפים 2X לסיבים יותר חימצוניים 2a וזה נראה גם ברמת פעילות האנזימים האנזימים .

שינויים בסיבי השריר לאחר אימוני EMS אצל פעילים ויושבניים Maffiuletti et al, 2011

לדוגמא, זה ניסוי בהשתתפות 8 מתנדבים, 4 פעילים ו4 יושבניים שעברו ביופסיות לפני ואחרי האימון בחשמל. מהביופסיות עשו ניתוח של אחוזי myosin heavy chain מסוגי הסביבים השונים.

האדפטציות הללו אינן טיפוסיות כי יש שילוב של שינויים שמאפיינים אימוני כח (שיפור בכוח מירבי) ושינויים שמאפיינים אימוני סבלת (סיבי שריר). זה כנראה בגלל מאפייני הכיווץ השונים.

אם אנחנו כבר בתוך השריר אז נדבר על כאב לאחר אימון ונזק שרירי

מצאתי תיאור מקרה מ2004 ובו אדם שהגיע למיון רבדומיאליזיס, הרס משמעותי של תאי שריר, שעלול לסכן את הבריאות אחרי שהשתמש כנראה בצורה כפייתית במכשיר חשמלי לשרירי הבטן. גם ב-YNET הייתה כתבה בנושא

אילוסטרציה? :)

אילוסטרציה? 🙂

מחקר בנושא בדק מה קורה לאחר אימון איזומטרי ראשון בגירוי חשמלי בעצימות נמוכה (5%-10% מיכולת הכיווץ המירבית):

כאב בפונקציה של זמן לאחר אימון ראשן בגירוי חשמלי. Mackey et al, 2008

כאב בפונקציה של זמן לאחר אימון ראשון בגירוי חשמלי. Mackey et al, 2008

משמאל: כאב בפונקציה של זמן לאחר אימון ראשן בגירוי חשמלי. מימין: רמות CPK כפונקציה של זמן לאחר אימון בגירוי חשמלי. Mackey et al, 2008

משמאל: כאב בפונקציה של זמן לאחר אימון ראשן בגירוי חשמלי. מימין: רמות CPK כפונקציה של זמן לאחר אימון בגירוי חשמלי. Mackey et al, 2008

מצאו שהכאב בשריר בתגובה למישוש, מתיחה והפעלה עולה ומגיע לשיא באזור היום השלישי. וגם הפעילות של הקריאטין קינאז (שהוא אנזים שבמידה מסויימת מייצג נזק שרירי) עולה במשך 4 ימים. ומה זה מזכיר לנו? כאבי שרירים מושהים- DOMS.

כאבי שרירים מושהים מופיעים בדרך כלל אחרי אימון אקצנטרי, אימון בעצימות גבוהה מהרגיל או אימון שונה מהרגיל, והם אינם מעידים על טיב האימון. באימון ראשון עם גירוי חשמלי מקבלים כאבי שרירים אלה גם עם כיווץ חלש יחסית.

הם גם מצאו קשר ישיר בין עצימות האימון החשמלי הראשון להרס של קווי הZ. תגובה כזו אינה אופטימלית מבחינת פיתוח כח:

נזק לקווי ה-Z לאחר אימון ראשון בגירוי חשמלח

נזק לקווי ה-Z לאחר אימון ראשון בגירוי חשמלי

הCPK הוא מדד (בעייתי) של נזק שרירי. יש ספורטאים שמגיעים לרמות של פי 5-10 מהנורמה והכל בסדר כי הגוף שלהם יודע לפנות את האנזים ותוצרי פירוק השריר, אבל  צריך לזכור שערכים גבוהים של CPK (ופה יש חילוקי דעות לגבי הכמות) עלולים להיות מסוכנים אצל אוכלוסיות עם בעיות בכליות.

אבל תופעה זו מתרחשת באימונים הראשונים בחשמל ובאימונים הבאים הערכים מתנרמלים.

אז מבחינת השריר, אנחנו רואים מאפייני כיווץ שונים שעיקר המשמעות שלהם היא עייפות מוקדמת ועוצמת כיווץ מופחתת יחסית לכיווץ רצוני.

כמובן שמה שקורה בשריר זה רק חלק מה הסיפור. מה קורה במערכת העצבים?

אנחנו יודעים שבאימון רצוני הרבה מהשיפור בכח מגיע ממערכת העצבים.

במחשבה ראשונה, אפשר אולי לשער שמערכת העצבים המרכזית אינה מעורבת כי האלקטרודות מונחות על עצבים סופיים והזרם עובר דרכם. אבל, מחקרים מראים שאימון קצר טווח של 3-5 שבועות ע"י זרם חשמלי מוביל לחיזוק. בפרק זמן זה אין היפרטרופיה, אין שינויים אנזימטיים משמעותיים או שינוייים ברמת סיב השריר. כלומר, החיזוק מגיע משינויים במערכת העצבים.

בנוסף לזה גם הגפה השניה מתחזקת (cross education), מה שמעיד על כך שהחיזוק מגיע ממערכת העצבים, ככל הנראה ברמה הסופרא-ספינלית.

אחוז החיזוק בגפה שלא אומנה כפונקציה של אחוז החיזוק בגפה שאומנה. באדום: מחקרים עם גירוי חשמלי . enoka 1988

אחוז החיזוק בגפה שלא אומנה כפונקציה של אחוז החיזוק בגפה שאומנה. באדום: מחקרים עם גירוי חשמלי . Enoka 1988

הגרף הזה מציג מחקרים שונים שמראים עד כמה חיזוק של גפה אחת השפיע על השניה. באדום מסומנים הניסויים שנעשו עם גירוי חשמלי. כאמור, ראיה שיש השפעה על מערכת העצבים מעבר למה שנמצא מתחת לאלקטרודות.

אז אחרי שדיברנו על ההבדלים בין סוגי הכיווץ השונים בואו נחזור לדבר על כח וביצועים.

האם באמת אפשר להתחזק בעזרת אימון ע"י זרם חשמלי? האם זה יותר טוב מאימון רגיל?

במטא אנליזה הבאה הבדילו בין שני סוגים של אימונים חשמליים: עצמאיים וביחד עם כיווץ רצוני.

אימון ע''י חשמל מול בטלה. כל שם מייצג מחקר.

אימון ע"י חשמל מול בטלה. כל שם מייצג מחקר.

רואים שהאימון החשמלי אכן יכול לחזק- יש לו עדיפות על פני בטלה, אבל כשמשווים אותו לאימון רגיל הוא נופל ממנו:

אימון ע''י חשמל מול תרגילים. כל שם מייצג מחקר

אימון ע"י חשמל מול תרגילים. כל שם מייצג מחקר

החוקרים מציינים את האיכות הנמוכה של המחקרים ואת העובדה שקיימים פרוטוקולי אימון רבים.

סקירה יותר מודרנית מראה את התמונה הבאה:

Filipovic, A., Kleinöder, H., Dörmann, U., & Mester, J. (2012). Electromyostimulation—a systematic review of the effects of different electromyostimulation methods on selected strength parameters in trained and elite athletes. The Journal of Strength & Conditioning Research, 26(9), 2600-2614.

……..25%+                     7%-                          67%+                     40%+                   29%+               74%+            79%+            58%+

כלומר, שיטות שונות של אימון ע"י גירוי חשמלי אצל אוכלוסיות שונות הביאו לשיפור במאפיינים רבים שקשורים בכח. אבל המאמר מסכם שלא ניתן להסיק שאימונים מסוג זה יעילים יותר מאימון רצוני.

מה לגבי היפרטרופיה?

שימוש בזרם חשמלי יכול להביא לשיפור של 6%-16% באוכלוסיות חולות ובריאות.

אוכלוסיות מיוחדות

המחקר תומך בשימוש בגירוי חשמלי באוכלוסיות מיוחדות, שהמשותף להן הוא יכולת נמוכה לכיווץ שרירים רצוני: חולים קריטיים, אנשים לאחר ניתוח אורטופדי ומטופלים לאחר קיבוע ממושך.

סיכום

יכולת כיווץ השריר ע"י גירוי חשמלי תלויה מאוד במוטיבציה של המתאמן לסבול את הזרם, ונדיר להגיע לכיווץ מעל 75% מהכיווץ הרצוני גם אצל ספורטאים.

לכיווץ שריר ע"י גירוי חשמלי יש מאפיינים שונים מכיווץ רצוני. ההבדלים האלה מביאים לעייפות מוקדמת, יחסית, של השריר.

ניתן לשפר מדדי כוח וביצועים ע"י אימון עם זרם חשמלי, אבל אצל אוכלוסיה בריאה השיפור יהיה פחות לעומת שיפור באימונים רגילים (גם אם משלבים את החישמול באימון הרגיל).

אוכלוסיות מיוחדות יכולות להנות מאוד מאימון ע"י גירוי חשמלי.

ניתן להשתמש באימון ע"י גירוי חשמלי בתוספת לאימונים הרגילים אך לא כחלופה להם.

טרם האימון ע"י גירוי שירים חשמלי צריך לוודא שלא קיימות בעיות בבלוטת התריס ובכליות, להזהיר מפני סימנים של תמס שריר (כאבי שרירים משמעותיים, חולשה ושתן כהה)

 

בהצלחה!

 

תודה לשמואל שפרינגר PhD שעזר בהכנת ההרצאה.

 

Google+Email to someoneShare on FacebookTweet about this on Twitter
איגור מינץ
עקבו אחרי:

איגור מינץ

-
פיזיותרפיסט מוסמך, בעל תעודת מדריך חדר כושר ומדריך ריצות ארוכות.
איגור מינץ
עקבו אחרי:

Comments

comments