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Wie entsteht elektrische Aktivität im Muskel und welchen Zweck erfüllt hierbei die Elektromyografie?

Während uns die Teilnahme an einem Marathon körperlich einiges abverlangt, ist das Aufnehmen eines Bleistifts eine Alltagsbewegung, die wir ohne viel zu überlegen, einfach ausführen. Doch ungeachtet dessen, wieviel körperliche Kraft wir zur Verrichtung dieser Tätigkeiten aufwenden, führen diese gleichermaßen dazu, dass in unserem Körper unzählige Muskeln aktiviert werden.

 

Wie entsteht im Muskel elektrische Aktivität?

Der Wunsch nach motorischer Aktivität wird zunächst in dem Nerv, der vom Gehirn zum Muskel führt, durch einen elektrischen Impuls weitergeleitet. Am peripheren Ende ist der Nerv durch eine sogenannte neuromuskuläre Endplatte mit dem Zielmuskel verbunden. Durch die elektrische Erregung schüttet der Nerv an dieser Endplatte einen Botenstoff aus, wodurch die Ionenkanäle in der Muskelmembran geöffnet werden und positiv geladene Ionen in die Muskelzelle strömen. Dort entsteht eine elektrische Spannung, das sogenannte Aktionspotenzial, welches sich über einen Dominoeffekt im ganzen Muskel ausbreitet und eine Muskelzuckung verursacht.

 

Welchem Zweck dient die Elektromyografie?

Der Begriff Elektromyografie (EMG) beschreibt eine elektrophysiologische Methode in der neurologischen Diagnostik, durch die elektrische Aktivitäten von Muskeln untersucht werden können. Die Aktionspotenziale der Muskeln werden erfasst und nach digitaler Verstärkung, als elektrische Ströme auf dem Bildschirm angezeigt. Die elektrische Aktivität des Muskels wird bei der Durchführung eines EMGs im Ruhezustand oder in unterschiedlich stark kontrahiertem Zustand gemessen. Die Hauptanwendung der EMG-Methode ist die Unterscheidung von Myopathien oder Neuropathien, das heißt es wird festgestellt, ob eine Krankheit muskuläre oder nervliche Ursachen hat.

 

In welchen Bereichen wird Elektromyografie eingesetzt?

• Diagnostik und Unterscheidung von Nerven- und Muskelerkrankungen
• Diagnostik von Fehlfunktionen bestimmter Muskelgruppen, beispielsweise unbewusste Aktivierung der Kaumuskulatur mit nächtlichem Zähneknirschen
• Erfassung der Muskelfunktion bei akuten Verletzungen
• Neurodegenerative Erkrankungen des Bewegungsapparates, hier beispielsweise als Bewegungstherapie
• Bandscheibenvorfälle mit Nervenwurzelschädigungen
• Therapiekontrollen
• Sportberatung

 

Welche Arten der Elektromyografie gibt es?

Man unterscheidet die sogenannte Oberflächen-EMG, bei der Elektroden auf die Haut aufgeklebt werden, um so die elektrische Aktivität ganzer Muskeln oder Muskelgruppen zu messen.

Die zweite Methode ist die Nadel-EMG. Hierbei sticht der Arzt die Nadelelektroden direkt in den Muskel hinein, um so die Aktionspotenziale einzelner Muskelfasern zu bestimmen.

 

Die Oberflächen-EMG findet u.a. bei der mentastim-Therapie Anwendung. Bei der Behandlung wird zunächst über eine Elektrode das Ruhe-EMG des Patienten ermittelt. Dieser Wert dient als Grundlage für die nachfolgende elektrische Muskelstimulation. Auf diese Weise macht sich die mentastim-Therapie die Vorteile der EMG-Messungen zunutze und integriert das EMG-Signal in die Bewegungstherapie.

Basis dieser Rehabilitationstherapie ist die sogenannte Neuroplastizität, d. h. die Fähigkeit des Gehirns zur Umstrukturierung und Rekrutierung von Neuronen, die von der Schädigung nicht betroffen sind.

 

Die EMG-gesteuerte Elektrostimulation mit mentastim, kann Patienten mit Hirnschädigungen, wie Schlaganfall, Schädel-Hirn-Trauma oder Gehirnoperationen, dabei unterstützen, motorische Fähigkeiten wiederzuerlangen und verloren gegangene Bewegungen neu zu erlernen.

Wie leiten Nerven Signale weiter und welche Rolle spielen die Synapsen bei der Signalübertragung?

Wie leiten Nerven eigentlich Signale weiter?

 

Wer im Sommer nach Abkühlung und Erfrischung sucht, der greift gerne zu einem köstlich kalten Glas Limonade oder springt in den nächstgelegenen Badesee. Haben Sie sich dabei schon mal Gedanken gemacht, auf welche Weise Bewegungen, die für das Zugreifen oder Schwimmen nötig sind, eigentlich zu Stande kommen? 

 

Eines steht fest: In unserem Nervensystem geht ständig still und leise die Post ab!

Damit wir denken, fühlen oder handeln können, müssen ca. 86 Milliarden Neuronen ständig miteinander kommunizieren. In Millisekunden finden an tausenden Zellen unzählige chemische und elektrische Prozesse statt – für eine einzige Handlung. Bis es jedoch dazu kommt, läuft ein äußerst komplexer Kommunikationsfluss ab, der Millionen von Nervenzellen einbindet. Diese analysieren, hemmen oder verstärken Informationen über einen kombinierten elektrischen und chemischen Prozess und leiten das Ergebnis schließlich weiter.

 

Doch wie genau funktioniert dieser Prozess der Signalübertragung? 

 

Nervenzellen sind hoch spezialisierte, sehr sensible Zellen, die innerhalb des Nervensystems Informationen weiterleiten. In der Regel sind Nervenzellen nicht physisch miteinander verbunden. Doch wie gelangt die Information dann von einer Zelle zur nächsten? Hier kommen die sogenannten Synapsen ins Spiel (in unserem Gehirn gibt es ca. 100 Billionen davon). Das Wort "Synapse" stammt aus dem griechischen σύν syn "zusammen" und ἅπτειν haptein "greifen, fassen, tasten" und bezeichnet die Kontaktstelle zwischen zwei Neuronen oder zwischen einem Neuron und einer Muskelzelle.

Eine Synapse besteht aus

• dem Axon-Endknöpfchen der Senderzelle
• dem Dendriten der Empfängerzelle
• und dem synaptischen Spalt dazwischen. 

Um Informationen von einer Zelle zur anderen zu übertragen, muss dieser synaptische Spalt überwunden werden. Und das funktioniert so:

• Im sogenannten Axon-Endknöpfchen befinden sich kleine Bläschen (Vesikel). Diese enthalten chemische Botenstoffe, die sogenannten Neurotransmitter.
• Kommt ein elektrischer Impuls im Axon-Endknöpfchen an, verschmelzen die Versikel mit der Zellmembran und die Neurotransmitter werden in den synaptischen Spalt ausgeschüttet.
• So wird aus einem elektrischen Signal ein chemisches Signal.
• An der Zellmembran der Empfängerzelle sitzen spezielle "Andockstellen" (sogenannte Rezeptormoleküle) für Botenstoffe
• Gelangt ein Neurotransmitter an ein Rezeptormolekül, löst das wiederum an der Empfängerzelle ein elektrisches Signal aus, das sich entlang der Zelle fortpflanzen kann.
• Wie bei dem sprichwörtlichen Dominoeffekt werden die Nervenimpulse so von Zelle zu Zelle weitergegeben. 

Aber Achtung - Nicht immer kommt es zur Auslösung einer Aktion, denn die Signalübertragung funktioniert nach dem Alles-oder-Nichts-Prinzip: Neurotransmitter wirken nicht immer exzitatorisch (erregend), sondern können auch inhibitorisch (hemmend) agieren und so die Entstehung eines neuen Aktionspotenzials verhindern. 

 

In der Praxis bedeutet das: Wer einen Topf mit frisch gekochten Nudeln zum Esstisch tragen will und sich dabei die Finger verbrennt, müsste eigentlich den Topf fallen lassen. In vielen Fällen kommt aber im Gehirn gleichzeitig die Botschaft an, dass dann der Topf auf den Boden fallen würde und man jede Menge zu putzen hätte. Deshalb lautet das Signal, das vom Gehirn an das Rückenmark und die Motoneuronen gesendet wird "Topf festhalten".

Dabei sind Dutzende Neurone an diesem „Diskussionsvorgang“ von erregenden und hemmenden Prozessen beteiligt, an dessen Ende der Reflex, den Topf fallenzulassen, unterdrückt wird.

 

Eines wird in jedem Fall deutlich: Unser Nervensystem beherrscht das Orchester aus Billionen von Synapsen, Neuronen und Signalen hervorragend!

 

Wie entsteht Bewegung und weshalb liegt der Ursprung dafür im zentralen Nervensystem (ZNS)?

Egal ob Sie durch herbstliche Wälder spazieren, sich beim Hanteltraining austoben oder gemütlich Zuhause ein Buch lesen... immer kommen automatisierte Bewegungsabläufe zum Einsatz. Automatisiert deshalb, weil sich wahrscheinlich niemand Gedanken macht, wenn er einen Fuß vor den anderen setzt oder die Buchseiten umblättert. Müsste man sich jede Bewegung, die man ausführt, bis ins Detail vorstellen und bewusst ausführen, wären keine komplexen Bewegungsabläufe möglich. Doch eines ist klar: Alle motorischen Bewegungen müssen - wenn sie das erste Mal ausgeführt werden - erst erlernt, stabilisiert und automatisiert werden. 

 

Der Ursprung der Bewegung liegt im ZNS

Doch wie genau entsteht Bewegung eigentlich? Der Ursprung dafür liegt im Zentralen Nervensystem (ZNS), denn Bewegung entsteht immer zuerst im Gehirn!

 

Der Ablauf des motorischen Lernens wird in drei Phasen (Dreiphasenmodell nach Schnabel u. Meinel) unterteilt:

 

Phase der Grobkoordination Phase der Feinkoordination Phase der Feinstkoordination/Stabilisierung und variable Verfügbarkeit

Diese drei Phasen bauen aufeinander auf, sind nicht umkehrbar und gehen fließend ineinander über. 

 

Während der Phase der Grobkoordination erfolgt im ersten Schritt die Vorstellung der Bewegung. Das bedeutet, dass zumindest eine ungefähre, optische Vorstellung von der Bewegung exisitieren muss. Die Ausführung der Bewegung erfolgt dann unmittelbar im Anschluss an das Vorstellen der Bewegung. In dieser Phase des motorischen Lernens ist es noch nicht möglich, die Bewegung zu korrigieren oder anzupassen. Es geht nur um das reine Ausführen der Bewegung. Folglich kann es hier noch zu verschiedenen Fehlern kommen: Bewegungen werden beispielsweise mit dem falschen Krafteinsatz oder zu geringer Präzision ausgeführt. Auch neigen viele Menschen beim Neuerlernen von Bewegungen zum Verkrampfen oder die verschiedenen Phasen der Bewegung lassen sich noch nicht reibungslos aufeinander abstimmen.

 

Besonders wichtig in dieser Phase des motorischen Lernens:

• Beachtung des motorischen Ausgangsniveaus
• Präzise Stellung der Lernaufgabe (verbal und durch Demonstration)
• Nach möglichst wenigen Versuchen sollten erste gelungene Ergebnisse möglich sein
• Schaffung möglichst einfacher Bedingungen, sowie anbieten von Hilfestellungen
• Korrekturen sollten so sparsam wie möglich und so effektiv wie nötig erfolgen

Die darauf folgende Phase der Feinkoordination bezeichnet den Lernverlauf von der Grobkoordination bis zur annähernd fehlerfreien Ausführung der Bewegung. Es kommt zu einer kontinuierlichen Verbesserung sowie unter Umständen auch zu einer Stagnation. 

In dieser 2. Phase wird der Bewegungsablauf durch häufiges Wiederholen und Üben im Kleinhirn als Automatismus abgespeichert. Es entstehen zudem gewissermaßen "Bewegungsschablonen", die dem Soll- und Ist-Vergleich dienen. Weicht der Soll-Zustand vom Ist-Zustand ab, sind jetzt auch Korrekturen während des Bewegungsablaufes möglich. Das funktioniert, da die Bewegung in dieser Phase des motorischen Lernens nicht mehr bewusst, sondern subkortikal (= unabhängig von der Großhirnrinde) stattfindet. 

Die Bewegungen werden in dieser Phase meist fehlerfrei ausgeführt, es sei denn es herrschen erschwerte oder ungewohnte Bedingungen. 

 

Die letzte Phase der Feinstkoordination dient der Stabilisierung der erlernten Bewegung. Die Bewegung ist jetzt auf einem Niveau angelangt, in der auch schwierige oder ungewohnte Umstände keinen Einfluss mehr auf die korrekte Ausführung haben. Die Bewegung findet statt, ohne dass dieser noch Aufmerksamkeit geschenkt werden muss. Dennoch sollte auch in diesem Stadium der Bewegungsablauf immer weiter geübt werden, allerdings unter diesen Voraussetzungen:

• Variierende Bedingungen und Anforderungen
• Bewusste Fehlerkorrektur mit Zusatzinformationen
• Üben auch unter physischem und psychischem Belastungsdruck
• Ideomotorisches (=mentales) Training: Das Training basiert auf der Vorstellung von Bewegungen. Es findet also nur im Kopf - also in der Vorstellung statt. 

Die Ziele des ideomotorischen Trainings: Beschleunigung des Lernprozesses, Festigung und längerfristige Bewahrung von Bewegungen, Präzisierung durch wiederholtes Durchdenken und Erleben der Bewegung, Behebung von Schwachstellen und Fehlerquellen. 

 

Der Erste, der erkannte, dass die bloße Vorstellung einer Bewegung zu minimalen Muskelimpulsen führt, war übrigens William Carpenter (1813-1885). Nach ihm ist auch der Carpenter-Effekt benannt. Ein ganz einfaches Experiment belegt die Wirkung des Carpenter-Effekts. Dazu einfach aus einer Schnur und einem Gegenstand (z.B. ein Schlüssel) ein Pendel basteln. Das Pendel zuerst gerade und in Ruhe hängen lassen. Dann braucht man sich nur noch eine Bewegung vorstellen, z.B. dass das Pendel von links nach rechts schwingen soll. Und genau das passiert dann auch nach kurzer Zeit - wer's nicht glaubt, einfach mal selbst ausprobieren!

 

Unser Gehirn ist an lebenslanges Lernen angepasst. Es ermöglicht Nervenzellen sich zu reorganisieren und Ausfälle in gewissen Gehirnarealen zu kompensieren.

Ein Schlaganfall ist ein einschneidendes Ereignis, bei dem es zu einem plötzlich einsetzenden Ausfall bestimmter Funktionen des Gehirns und teilweise sogar Zerstörung des Gewebes kommt. In schweren Fällen können Bewegungsabläufe verloren gehen, in bestimmten Fällen können diese allerdings wieder erlernt werden. Denn unser Gehirn ist an das lebenslange Lernen angepasst. Es ermöglicht Nervenzellen sich zu reorganisieren, Ausfälle in gewissen Gehirnarealen zu kompensieren und sich in Abhängigkeit von ihrer Verwendung in ihren Eigenschaften zu verändern.

 

Diese Fähigkeit des Lernens und Anpassens nennt man Neuroplastizität. Das bedeutet, dass Synapsen, Nervenzellen oder auch ganze Bereiche im Gehirn sich so verändern können, dass neue Funktionen erlernt oder übernommen werden können. Bei einem Lernprozess entstehen neue Nervenbahnen oder bestehende werden mit Schichten von Myelin überzogen, was für eine erhöhte Leitungsgeschwindigkeit sorgt. So entsteht im Gehirn ein Netzwerk aus Bahnen, das bei häufigem Üben, d.h. „Benutzung“, zu einer besseren Ausführung der Bewegung oder Tätigkeit führt. Das Gehirn stellt also für Funktionen, die häufig ausgeführt werden, mehr Gewebe zur Verfügung, beispielsweise vergrößert sich so der Bereich für Fingerfertigkeit bei einem Klavierspieler.

 

Bei der Rehabilitation von Schlaganfall-Patienten kann die Neuroplastizität zum Wiedererlernen verloren gegangener Bewegungen genutzt werden. So wird bei der mentastim-Therapie die Fähigkeit des Gehirns genutzt sich neu zu strukturieren: Neuronen in gesunden Gehirnarealen können Funktionen des zerstörten Gewebes übernehmen, brauchen aber durch elektrische Stimulation eine Anregung. Gleichzeitig wird durch die Vorstellung der Bewegungsablauf wieder eingeübt. Der Patient/Betroffene kann so durch häufige Wiederholung und positive Rückmeldung mit der Zeit wieder lernen, den Muskel anzusteuern.

 

mentastim kombiniert das Prinzip des motorischen Lernens mit der Fähigkeit der Neuroplastizität, was beim Patienten zu mehr Beweglichkeit und Mobilität führen kann. 

Begriffe von A-Z erklärt

Aphasie - Sprachstörungen oder Sprachverlust

Erworbene Sprachstörungen oder Sprachverlust, welche meist nach einer Schädigung des Gehirns, insbesondere nach einem Schlaganfall auftreten. Auch ein Hirntrauma oder Gehirntumor kann eine Aphasie auslösen.

 

Apoplex - Plötzliche Durchblutungsstörung eines Organs oder einer Körperregion

Ein Apoplex ist der medizinischer Begriff für eine plötzliche Durchblutungsstörung eines Organs oder einer Körperregion. Synonym wird der Begriff oft für Schlaganfall gebraucht und beschreibt die plötzlich auftretende Erkrankung des Gehirns, die in den meisten Fällen zu einem anhaltenden Ausfall von Funktionen des zentralen Nervensystems führt und durch Störungen der Blutversorgung des Gehirns verursacht wird.

 

Ataxie - Störung der Bewegungskoordination

Der Begriff bezeichnet eine gestörte Bewegungskoordination, die zumeist als Folge von Erkrankungen des Kleinhirns auftritt. Grobmotorische Abläufe, wie das Gehen oder Stehen, können genauso betroffen sein, wie feinmotorische Abläufe. Je nach betroffener Körperregion unterscheidet man verschiedene Ataxieformen. 

 

Dysphagie - Schluckstörung

Schluckstörungen, die nach einem Schlaganfall auftreten und sich in unterschiedlicher Schwere zeigen können. 

 

Elektromyographie (EMG) - Messung elektrischer Muskelaktivität

Der Begriff „Elektromyographie“ bezeichnet eine elektrophysiologische Methode in der neurologischen Diagnostik, durch die elektrische Muskelaktivitäten untersucht werden können. Die Aktionspotenziale der Muskeln werden zunächst erfasst und nach digitaler Verstärkung, als elektrische Ströme auf einem Bildschirm angezeigt.

 

Hemiparese - Halbseitige Lähmung

Halbseitige Lähmung des Körpers, die oft nach einem Schlaganfallereignis eintritt.

 

Hirnblutung - Innere Gehirnblutungen

Der umgangssprachliche Begriff „Hirnblutung“ bezieht sich auf die Blutungen, die im Inneren des Hirnschädels, im Bereich des Gehirns und der Hirnhäute auftreten können. Die Hirnblutung im engeren Sinne beschreibt nur die intrazerebrale Blutung, welche meist bei Menschen mit Bluthochdruck entsteht und zum Schlaganfall führt. 

 

Hypertonie (arteriell) - Bluthochdruck

Bluthochdruck ist der gängige Begriff, der im Fachjargon „Hypertonie“ genannt wird.  Neben Schwindel und Kopfschmerzen versucht Bluthochdruck zumeist keine weiteren Symptome. Die Folgeerscheinungen können jedoch gravierend sein: Herzinfarkt und Schlaganfall sowie die Schädigung bestimmter Organe können aus einem unbehandelten Bluthochdruck resultieren.  

 

Hämorrhagischer Schlaganfall - Schlaganfall durch innere Blutung

Platzt durch einen Unfall oder durch ein Aneurysma ein Blutgefäß im Gehirn, dann kommt es durch die Einblutung ins Hirngewebe zu einem Schlaganfall. Dadurch werden nicht nur Zellen in der Umgebung, sondern unter Umständen auch lebenswichtige Zentren des Gehirns gequetscht und beeinträchtigt. Als Folge davon werden die Gehirnzellen, die von dem defekten Gefäß mit Blut versorgt werden sollten, nicht mehr ausreichend mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt. 

 

Ischämischer Schlaganfall - Hirninfarkt

Bei dieser Form des Schlaganfalls kommt es durch ein Blutgerinnsel zu einem Verschluss eines Blutgefäßes im Gehirn. Eine Unterversorgung des Gehirns ist die Folge, so dass es in dem betroffenen Gebiet zum Absterben von Nervenzellen und anderen Hirnzellen kommen kann. 

 

Lyse - Therapieform nach Schlaganfall

Die Lyse (wörtlich: Auflösung) bezeichnet eine Therapieform, mit der Patienten unmittelbar nach einem Schlaganfall behandelt werden können.  Ziel der Therapie ist es, das Blutgerinnsel durch die Gabe eines Medikaments aufzulösen. Die Verabreichung des Medikaments erfolgt entweder durch eine Infusion oder durch das Einführen eines Katheders. 

 

Neuroplastizität - Anpassungsfähigkeit des Gehirns

Beschreibt die Fähigkeit von Synapsen, Nervenzellen oder ganzen Hirnarealen, sich in Abhängigkeit von der Verwendung in ihren Eigenschaften zu verändern.

 

Schlaganfall - Siehe Apoplex

 

Schädel-Hirn-Trauma - Kopfverletzung nach äußerlicher Gewalteinwirkung

Ein Schädel-Hirn-Trauma ist eine Verletzung des Kopfes, die durch äußerliche Gewalteinwirkung verursacht wird und bei dem der Schädelknochen und das Gehirn betroffen sind. Das Schädel-Hirn-Trauma wird in drei Schweregrade eingeteilt, welche zum einen durch die Art und das Ausmaß der Verletzung und zum anderen durch die Dimension der neurologischen Störungen definiert werden. 

 

Spastik - Tonuserhöhung der Muskulatur

Eine Spastik wird durch eine Schädigung des zentralen Nervensystems hervorgerufen. Die damit einhergehende Tonuserhöhung der Muskulatur führt dazu, dass die Extremitäten in typische, oftmals schmerzhafte Haltungsmuster gezwungen werden. Die Verkrampfung ist oftmals mit Muskelsteifigkeit und einer eingeschränkten Beweglichkeit verbunden. 

 

Transitorische ischämische Attacke (TIA) - Durchblutungsstörung des Gehirns

„Stiller Schlaganfall“ wird die Transitorische ischämische Attacke genannt, die einen aus heiterem Himmel treffen kann. Die durch eine TIA ausgelösten Ausfallerscheinungen, die durch Durchblutungsstörungen des Gehirns hervorgerufen werden, bilden sich innerhalb von 24 Stunden vollständig zurück und hinterlassen keine bleibenden Schäden. Die TIA ist jedoch ein ernst zu nehmendes Ereignis, das ärztlicher Betreuung bedarf, da statistisch gesehen ein Drittel der Patienten mit TIA tatsächlich einen Schlaganfall erleidet. 

 

Vorhofflimmern - Form von Herzrhythmusstörung

Vorhofflimmern ist die häufigste Form einer Herzrhythmusstörung. Statt der Bildung eines elektrischen Signals im Sinusknoten des rechten Herzvorhofes, entstehen viele elektrische Erregungen, welche teilweise auch über das Leitungssystem zu den Kammern geleiten werden. Meist handelt es sich bei solch einer Herzrhythmusstörung um eine Tachyarrhytmie (zu schneller Rhythmus). Bei einem zu langsamen Rhythmus handelt es sich um eine Bradyarrhythmie. Vorhofflimmern entwickelt sich im Laufe des Lebens und tritt meistens zunächst anfallsartig auf, bevor es sich in ein chronisches entwickelt. Aufgrund der kreisenden elektrischen Signale wird es den Herzvorhöfen nicht ermöglicht sich vollständig mit Blut zu füllen, was zu einer Reduzierung der vom Herzen ausgeworfenen Blutmenge führt und zu einem daraus resultierenden abfallenden Blutdruck.