Alai

Der Autor berichtet über 10 Jahre klinische Evidenz für den Einsatz der Oberflächen-Elektromyographie zur Wiederherstellung eines gesunden und funktionellen Bewegungsumfangs – am Beispiel der Schulter.

Das Schultergelenk

Für Ärzte der Physikalischen Medizin und Rehabilitation (PM&Rs) ist das Schultergelenk eines der komplexesten Gelenke des Körpers. Neunzehn verschiedene Muskeln teilen sich verschiedene Komponenten und sind gemeinsam an jeder Bewegung beteiligt. Das Schultergelenk und die Muskeln gehen von der Vierfüßlerposition in die Zweifüßlerposition über, wobei sie im Stehen, in der Bauchlage oder in der Rückenlage locker hängen. In der aufrechten Position modulieren die Schultermuskeln die neutrale Position von Hals und Kopf und halten sie aufrecht. Obwohl die Schultern weitgehend unabhängig voneinander sind, arbeiten sie in der Regel im Tandem. Allerdings kann jede Schulter gleichzeitig eine unabhängige Aktion ausführen. Sie unterstützen die Ellenbogenmuskulatur und geben Impulse an die distalen myotatischen Einheiten des Handgelenks und der Hand weiter.1

Das Schultergelenk hat mehrere anatomische Komponenten. Während diese Komponenten in der vierfüßigen Position vorhanden sind, wechseln sie in der zweibeinigen Position ihre Funktion. Eine Reihe von Muskeln umschließen das Schultergelenk, und einige Muskeln überlappen die strenge anatomische Definition der Schulterposition:

• der obere Bereich: Levator scapulae, Supraspinatus, mittlerer Deltamuskel, oberer Trapezius, Coracobrachialis
• der vordere Bereich: vorderer Deltamuskel, Pectoralis major und minor
• der hintere Bereich: Subscapularis, hinterer Deltamuskel, mittlerer und unterer Trapezius
• der hintere Bereich, seitlicher Aspekt: Infraspinatus, Teres major und minor, Latissimus dorsi
• der hintere Bereich, medialer Aspekt: Rhomboid major und minor
• der untere Bereich: Serratus anterior.

Klassischerweise hat das Schultergelenk mehrere Bewegungssegmente, die zusammen den Bewegungsumfang (ROM) ausmachen:

• Abduktion
• Adduktion
• Anteriorflexion
• Lateralflexion
• Posteriorflexion
• Innendrehung
• Außendrehung.

Ein angemessenes Verständnis der physikalischen Prinzipien von Impuls, Trägheit und vektorieller Aktivität ist für das Verständnis des ROM von größter Bedeutung. Das Phänomen der Koaktivierung oder Ko-Kontraktion wird durch das Vorhandensein niedriger aktiver Potenziale im ruhenden Muskel veranschaulicht, während der homologe kontralaterale Muskel aktiv ist und sich bewegt.2 Bei einer gesunden Person treffen aktive Bewegungsamplitudenpotenziale während der Bewegung eines Muskels einer Gliedmaße nicht auf aktive Potenziale im homologen Muskel der anderen Gliedmaße, während sich diese Gliedmaße in Ruhe befindet. Ein ausgewogenes Verhältnis zwischen den Muskeln eines Gelenks ist für eine normale Funktion förderlich, wie z. B. die Fähigkeit, Bewegungen über einen langen Zeitraum ohne Ermüdung und Schmerzen auszuführen.

Ist auch nur ein Muskel eines Gelenks dysfunktional, beeinträchtigt dieser Muskel die Funktion des gesamten Gelenks, indem er die Bewegung, die Nutzung der Energie, den Widerstand und die Kraft begrenzt. Folglich kann dieses Gelenk freiwillig oder unfreiwillig unterbeansprucht („geschient“) werden, während das kontralaterale Gelenk eine Schutzfunktion ausübt und überbeansprucht wird. Liegt ein größeres Ungleichgewicht vor, kann das überbeanspruchte Gelenk schließlich dysfunktional werden und Ermüdung, Triggerpunkte und Schmerzen entwickeln.

Dieser Beitrag befasst sich mit der Frage, wie ein PM&R-Anbieter eine gesunde Funktion und ROM bei einem Patienten wiederherstellen kann, der eine myofasziale Verletzung erlitten hat, die zu Muskelschmerzen und Triggerpunkten geführt hat. Ein weiterer Schwerpunkt ist der Einsatz der Oberflächen-Elektromyographie (SEMG) bei der Schmerzbehandlung von myofaszialen Dysfunktionen sowie akuten und chronischen Schmerzen aufgrund von Verletzungen, basierend auf der klinischen Erfahrung des Autors über einen Zeitraum von 10 Jahren.1-9

Wiederherstellung der gesunden Funktion mit SEMG

Methoden

Schultermuskeln können innerhalb weniger Tage nach der Operation trainiert werden, nachdem die Nähte entfernt wurden oder wenn die Muskeln nicht mehr reißgefährdet sind. Die physikalische Therapie sollte schrittweise begonnen werden: zunächst mit Muskeln und Bewegungen, die weniger Energie erfordern, und dann schrittweise mit allen Bewegungen. Das Training muss zunächst ohne zusätzlichen Widerstand (außer der Schwerkraft) durchgeführt werden. Je nach Verträglichkeit kann der Widerstand erhöht werden, bis er schließlich den ergonomischen oder sportlichen Anforderungen entspricht.

Dynamische REMG-Tests, d. h. Tests eines Gelenks im klassischen ROM, bestehen aus wiederholten Muskelbewegungen, die mit minimalem Kraftaufwand (Aktivität und Ruhe) im klassischen ROM eines beliebigen Gelenks durchgeführt werden. Die Daten werden in der Regel in Einheiten von Mikrovolt Root Mean Square (RMS) erhoben und nur dann berücksichtigt, wenn die Variationskoeffizienten (CV) während der Bewegung und in Ruhe 10 % oder weniger betragen.6 Die Verwendung von SEMG-Dynamiktests ermöglicht nicht nur die Ermittlung von Amplitudenpotenzialen, die dem Konzept zugrunde liegen, sondern auch die Ermittlung des statistischen Korrelationskoeffizienten.6 Die Ergebnisse, sowohl positive als auch negative, bilden die Grundlage für agonistische und antagonistische Werte und Beziehungen (siehe die Seitenleiste „Klinische Auffrischung: Agonismus vs. Antagonismus und die Schulter“).5

Das Training kann mit SEMG-Biofeedback allein beginnen und dann in Kombination mit anderen Modalitäten durchgeführt werden, wobei immer von „leicht“ zu „schwer“ übergegangen wird. Das Endziel ist die optimale Funktion des Patienten.3-5

Die dynamische SEMG-Testung ist nicht invasiv, ermüdend oder schmerzhaft. Die Tests sind in der Regel in weniger als 15 Minuten abgeschlossen; in der Schulter gibt es sieben Bewegungen, und der Test für jede Bewegung dauert normalerweise 90 Sekunden.7 Die Tests werden am besten von einem qualifizierten Kliniker oder unter dessen Aufsicht durchgeführt, wobei eine SEMG-Ausrüstung mit einem Statistikpaket verwendet wird. Das Statistikpaket muss die Möglichkeit bieten, den Mittelwert (oder die durchschnittliche Amplitude) bei Muskelaktivität und in Ruhe sowie die Parameter Standardabweichung, Variationskoeffizient und Regressionsanalyse auszuwerten. Alle diese Parameter sind erforderlich, um die dem Amplitudenbereich zugrunde liegenden Statistiken zu bewerten. Die Tests können auch im Frequenzbereich durchgeführt werden, wobei die Medianfrequenz der Parameter der Wahl ist. Die Tests, die dem vorliegenden Artikel zugrunde liegen, wurden im Amplitudenbereich durchgeführt.

Die meisten Statistikpakete ermöglichen es, die Ergebnisse in einem positiven Merkmal zu lesen (nicht in rohem SEMG), das das Ergebnis der Fourier-Transformation von positiven und negativen Amplitudenergebnissen auf ausschließlich positive Werte ist. Nur Tests, die die Parameter des Mittelwerts, des Variationskoeffizienten, der Standardabweichung und gegebenenfalls der Regressionsanalyse anzeigen können, sind mit den Anforderungen der Daubert-Beweisregel vereinbar, die für die Überprüfung der Gültigkeit und des wissenschaftlichen Werts von Tests erforderlich sind.

Klinische Evidenz

Die Studien des Autors zu dynamischen SEMG-Tests basieren auf ca. 6.800 Schultermuskeln von ca. 850 Patienten, die anhand der oben erwähnten klassischen ROM-Bewegungssegmente und nach festgelegten Protokollen getestet wurden.2,5-7 Zwei der 19 Schultermuskeln, der Subscapularis und der Coracobrachialis, konnten jedoch aufgrund ihrer tiefen Lage nicht getestet werden (derzeit zeigen die SEMG-Elektroden keine konsistenten Messwerte an, wenn die getesteten Muskeln tiefer als 1,5 cm liegen). Die Daten wurden von einwilligenden Patienten erhoben, wobei die Anzahl der männlichen und weiblichen Patienten ähnlich hoch war. Das Alter lag zwischen 21 und 75 Jahren, und die Daten unterschieden sich weder nach Geschlecht noch nach Alter.2,5,6

Die Daten spiegeln nur die Ergebnisse von asymptomatischen Muskeln wider. Die Amplitudenpotentialwerte (Mikrovolt RMS) wurden statistisch auf Korrelationskoeffizienten untersucht. Die positiven Korrelationskoeffizienten stehen für agonistische Beziehungen und die negativen Werte für antagonistische Beziehungen.5 Diese Studien haben gezeigt, dass die Muskeln während jedes Bewegungssegments aktiv sind; es scheint während keiner Bewegung einen „stummen“ Muskel zu geben.

Die durchschnittliche Gesamtaktivität, die als Amplitudenpotenziale dargestellt wird, betrug 29,2 uV RMS. Diese Amplitude markiert das höchste Aktivitätspotenzial für alle Gelenke und durchschnittlichen Bewegungssegmente, die mit SEMG bei minimalen freiwilligen Kontraktionen (MVC) getestet wurden (siehe unten). Daraus lässt sich schließen, dass das Schultergelenk das Gelenk mit dem höchsten Energieverbrauch der Muskeln, dem frühzeitigen Ermüdungspotenzial bei Überlastung und den daraus resultierenden Schmerzen ist.6

In absteigender Reihenfolge des Energieverbrauchs führen die Muskeln des Schultergelenks folgende Aufgaben aus:

• Zucken
• Abduktion
• Lateralflexion
• Außenrotation
• Posteriorflexion
• Innenrotation
• Anteriorflexion
• Adduktion.6

Das allgemeine homöostatische Prinzip besagt, dass je weniger Energie die Muskeln für eine Aufgabe verbrauchen, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie bei wiederholter oder übermäßiger Beanspruchung ermüden, Schmerzen und/oder Funktionsstörungen entwickeln. Im Schultergelenk tragen die 19 Muskeln direkt zu jeder Bewegung bei, so dass die Wahrscheinlichkeit einer Ermüdung geringer ist als in anderen Gelenken.

Die Daten der dynamischen SEMG-Studie des Autors haben durchweg ergeben, dass alle Muskeln, die ein bestimmtes Gelenk untergreifen, während jeder vektoriellen Bewegung dieses Gelenks aktiv sind. Die Aktivität wird durch das Vorhandensein von Amplitudenpotentialen dokumentiert, die von Muskel zu Muskel und von Bewegung zu Bewegung variieren.6 Bei einer beliebigen Sequenz der sieben Bewegungen sind Muskeln, die sich während der Sequenz durchweg in dieselbe vektorielle Richtung bewegen, als agonistisch oder synergistisch zu betrachten. Wenn sie dazu neigen, in die entgegengesetzte Richtung aktiv zu sein, gelten sie als antagonistisch.

Die Gesamtberechnungen der intermuskulären Beziehungen der Schultermuskeln sind in Tabelle I dargestellt. Eine Zusammenfassung der Wechselbeziehungen zeigt, dass 137 agonistisch und 102 antagonistisch sind. Die ungleichen Zahlen ergeben sich aus der Tatsache, dass einige Regressionswerte zu nahe bei Null lagen, um als positiv oder negativ gezählt zu werden.6

Minimal Voluntary Contractions

Die dynamische SEMG-Testung des Autors durch ROM wurde auf dem kleinsten gemeinsamen Nenner der Anstrengung, der MVC, durchgeführt.7 Ein solcher Einsatz von minimaler Energie ist nicht förderlich für eine muskuläre Überbeanspruchung mit Ergebnissen wie Ermüdung und Schmerzen. Die Ergebnisse der Korrelationskoeffizienten zwischen den Schultermuskeln auf der MVC-Ebene können unterschiedlich ausfallen, wenn für eine bestimmte Bewegung eine bestimmte Anstrengung erforderlich ist. Wenn die Bewegungen jedoch optimiert werden, wird die Muskelanstrengung geringer und die optimale Auslastung der Schultermuskulatur kann der ursprünglichen MVC ähneln.

Das Gesamtengramm oder eine hypothetische permanente Veränderung im Gehirn, die das Vorhandensein eines Gedächtnisses (einer Spur) belegt, wird für jede Schulterfunktion unterschiedlich sein und unterschiedliche Korrelationskoeffizienten aufweisen. Ziel ist es, Engramme zu formatieren, um die Gesamtanstrengung der Handlung zu verringern und somit Ermüdung und Schmerzen zu vermeiden.

Schlussfolgerung

Physikalische Mediziner und Rehabilitationskliniker befassen sich mit einzelnen Muskeln, die verletzt und dysfunktional sind. Die Leistungserbringer müssen die erwarteten „normalen“ Werte und Beziehungen verstehen, um mit dem Rehabilitationsprozess fortfahren zu können. Der Prozess des optimalen Funktionierens, sei es für die Ergonomie oder für den Sport, erfordert möglicherweise eine weitere Feinabstimmung und kann sogar noch mehr von der Quantifizierung der erwarteten SEMG-Werte abhängen. Ein Verständnis jedes Muskels in Bezug auf seine Agonisten- und Antagonistenbeziehung, wie links beschrieben, kann als notwendig für die Abbildung dieses Feinabstimmungsprozesses angesehen werden.

A Clinical Refresher: Agonismus vs. Antagonismus und die Schulter

Agonismus oder Synergismus bezieht sich auf ein positives Verhältnis bei der Kontraktion (konzentrisch oder exzentrisch) von zwei oder mehr Muskeln, die sich auf ein bestimmtes Gelenk beziehen, und zwar über eine bestimmte Reihe von Bewegungen, wie z. B. den Bewegungsumfang. Der Antagonismus bezieht sich auf die umgekehrte Beziehung. Ein Antagonistenmuskel kann die Bewegung des Agonisten stabilisieren oder modifizieren, und ein Antagonistenmuskel ruht nicht, während sich der Agonist zusammenzieht. Diese Beziehungen werden in den 17 getesteten Schultermuskeln wie folgt dargestellt:*

• Der vordere Deltamuskel:
  • agonistisch: mittlerer Deltamuskel, unterer Trapezius, Pectoralis major, Pectoralis minor, Serratus anterior, Teres minor, Infraspinatus, Rhomboid minor, Supraspinatus, oberer Trapezius
  • antagonistisch: Latissimus dorsi, mittlerer Trapezius, Teres major, hinterer Deltoid, Levator scapulae, Rhomboid major
• Der mittlere Deltoid:
  • agonistisch: unterer Trapezius, mittlerer Trapezius, Levator scapulae, Rhomboid minor, Supraspinatus, oberer Trapezius
  • antagonistisch: Latissimus dorsi, Pectoralis major, Pectoralis minor, Serratus anterior, Teres major, Teres minor, posteriorer Deltoid, Rhomboid major
• Der posteriore Deltoid:
  • agonistisch: Latissimus dorsi, mittlerer Trapezius, Serratus anterior, Rhomboid major, oberer Trapezius
  • antagonistisch: Vorderer Deltamuskel, Mittlerer Deltamuskel, Unterer Trapezius, Pectoralis major, Pectoralis minor, Infraspinatus, Levator scapulae, Rhomboid minor, Supraspinatus
• Der Pectoralis major:
  • agonistisch: vorderer Deltamuskel, Latissimus dorsi, Teres minor, Infraspinatus, Pectoralis minor, Serratus anterior
  • antagonistisch: Mittlerer Deltamuskel, unterer Trapezius, mittlerer Trapezius, hinterer Deltamuskel, Levator scapulae, Rhomboid major, Rhomboid minor, Supraspinatus, oberer Trapezius
• Der Pectoralis minor:
  • agonistisch: Teres minor, Infraspinatus, Serratus anterior
  • antagonistisch: Deltoid posterior, Levator scapulae, Rhomboid major, Supraspinatus, oberer Trapezius, Teres major
• Der obere Trapezius:
  • agonistisch: vorderer Deltoid, mittlerer Deltoid, Latissimus dorsi, unterer Trapezius, mittlerer Trapezius, Serratus anterior, Teres minor, hinterer Deltoid, Levator scapulae, Supraspinatus
  • antagonistisch: Pectoralis major, Pectoralis minor, Infraspinatus, Rhomboideus major, Rhomboideus minor
• Der mittlere Trapezius:
  • agonistisch: mittlerer Deltamuskel, Latissimus dorsi, unterer Trapezius, hinterer Deltamuskel, Levator scapulae, Rhomboid major, Supraspinatus, oberer Trapezius
  • antagonistisch: Vorderer Deltamuskel, Latissimus dorsi, Teres minor, Infraspinatus, Rhomboid minor
• Der untere Trapezius:
  • agonistisch: vorderer Deltamuskel, mittlerer Deltamuskel, teres minor, infraspinatus, levator scapulae, rhomboid major, rhomboid minor, supraspinatus, oberer Trapezius, mittlerer Trapezius, serratus anterior, teres major
  • antagonistisch: Latissimus dorsi, hinterer Deltamuskel, Pectoralis major, Pectoralis minor
• Der Supraspinatus:
  • agonistisch: vorderer Deltamuskel, mittlerer Deltamuskel, unterer Trapezius, mittlerer Trapezius, teres minor, levator scapulae
  • antagonistisch: Latissimus dorsi, Pectoralis major, Pectoralis minor, Serratus anterior, Deltoideus posterior, Infraspinatus, Rhomboideus major, Rhomboideus minor
• Der Infraspinatus:
  • agonistisch: Vorderer Deltamuskel, Latissimus dorsi, Unterer Trapezius, Pectoralis major, Pectoralis minor, Serratus anterior, Teres minor
  • antagonistisch: Mittlerer Deltamuskel, Mittlerer Trapezius, Hinterer Deltamuskel
• Der große Rhomboid:
  • agonistisch: Latissimus dorsi, Unterer Trapezius, Mittlerer Trapezius, Teres minor, Hinterer Deltamuskel
  • antagonistisch: Vorderer Deltoid, mittlerer Deltoid, Pectoralis major, Pectoralis minor, Infraspinatus, Levator scapulae
• Der Rhomboid minor:
  • agonistisch: Teres minor, Rhomboid major, Infraspinatus, vorderer Deltoid, mittlerer Deltoid, unterer Trapezius, mittlerer Trapezius, Serratus anterior
  • antagonistisch: Hinterer Deltamuskel, Levator scapulae, Latissimus dorsi, Pectoralis major, Pectoralis minor
• Der Teres major:
  • agonistisch: Latissimus dorsi, Unterer Trapezius, Pectoralis major, Serratus anterior
  • antagonistisch: Vorderer Deltamuskel, Mittlerer Deltamuskel, Mittlerer Trapezius, Pectoralis minor
• Der Teres minor:
  • agonistisch: vorderer Deltoid, Latissimus dorsi, unterer Trapezius, Pectoralis major, Pectoralis minor, hinterer Deltoid, Infraspinatus, Rhomboid major, Rhomboid minor, Supraspinatus oberer Trapezius
  • antagonistisch: Mittlerer Deltamuskel, Mittlerer Trapezius, Serratus anterior, Levator scapulae
• Der Latissimus dorsi:
  • agonistisch: teres minor, hinterer Deltamuskel, Infraspinatus, rhomboid major, oberer Trapezius, pectoralis major, pectoralis minor, serratus anterior, teres major
  • antagonistisch: Vorderer Deltamuskel, Mittlerer Deltamuskel, Levator scapulae, Rhomboid minor, Supraspinatus, Unterer Trapezius, Mittlerer Trapezius
• Der Serratus anterior:
  • agonistisch: teres major, teres minor, hinterer Deltamuskel, Infraspinatus, rhomboid minor, oberer Trapezius, vorderer Deltamuskel, latissimus dorsi, unterer Trapezius, pectoralis major, pectoralis minor
  • antagonistisch: Levator scapulae, Supraspinatus, mittlerer Deltamuskel, mittlerer Trapezius
• Der Levator scapulae:
  • agonistisch: mittlerer Deltamuskel, unterer Trapezius, mittlerer Trapezius
  • antagonistisch: vorderer Deltamuskel, Latissimus dorsi, großer Brustmuskel, kleiner Brustmuskel, vorderer Serratus, kleiner Brustmuskel, hinterer Deltamuskel, Infraspinatus

*Korrelationskoeffizienten für jeden Muskel finden sich in Referenz 6.

1. Sella GE, Finn RE. Myofasziales Schmerzsyndrom: Manuelle Triggerpunkt- und SEMG-Biofeedback-Therapiemethoden. Martins Ferry, OH: GENMED Publishing. 2001.
2. Sella GE. SEMG: objektive Methodik zur Untersuchung und Rehabilitation muskulärer Dysfunktionen. In: MV Boswell, BE Cole, eds. Weiner’s pain management: a practical guide for clinicians. 7. Auflage. CRC Press: Boca Raton, FL. 2006:645-662.
3. Sella GE. Behandlung von muskulären Dysfunktionen der oberen Gliedmaßen. Pract Pain Manage. 2005;5(6):54-62.
4. Sella GE. Schulter-SEMG-Tests und Biofeedback/Redukation: ein segmentaler Bewegungs- und regionaler Ansatz. Biofeedback. 2003;32:33-36.
5. Sella GE. Richtlinien für die neuromuskuläre Re-Edukation mit SEMG-Biofeedback. Martins Ferry, OH: GENMED Publishing. 2000.
6. Sella GE. Muskeldynamik: elektromyographische Bewertung der Energie & der Bewegung. Martins Ferry, OH: GENMED Publishing. 2000.
7. Sella GE. Muskeln in Bewegung: die SEMG des ROM des menschlichen Körpers. 3rd ed. Martins Ferry, OH: GENMED Publishing. 2002.
8. Sella GE. Surface EMG analysis of the shoulder range of motion. Disability. 1998;7(2):19-36.
9. Sella GE. Muskelaktivität des Bewegungsumfangs der Schulter: Oberflächen-EMG-Analyse. Eura Medicophys. 1998;34(4):19-36.