Was uns EMG Messungen über Hypertrophie & Muskelwachstum sagen

Was uns EMG Messungen über Hypertrophie & Muskelwachstum sagen

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Von Dan Ogborn (Strengtheory.com) |

In den letzten paar Jahren hat sich die Datenlage darüber, ob niedrige Intensitäten im Training ebenso wie schwere Gewichte zum Muskelaufbau führen können (vorausgesetzt, die Sätze werden bis zum Muskelversagen ausgeführt), enorm verdichtet. Immer mehr Studien, sowohl an trainierten als auch an untrainierten Probanden, betrachten das gesamte Muskelwachstum und das Wachstum spezifischer Fasern und zeigen, dass verschiedene Intensitäten gleichermaßen effektiv sein können, um einen Hypertrophieeffekt zu erzeugen [1][2][3][4][5][6].

Aber obwohl es eine steigende Anzahl an Studien gibt, die diese Idee bestätigen, zweifeln noch immer einige daran, dass niedrige Trainingsintensitäten (~30% vom 1RM) gleichermaßen effektiv für den Muskelaufbau sein können wie hohe Intensitäten (>65% vom 1RM) – siehe z.B. Menno’s Artikel über die Teststärke von Studien. Und während es durchaus Untersuchungen gibt, die zeigen, dass geringe Intensitäten hierbei den Kürzeren ziehen [7][8], stammt der Großteil dieses Widerstands wohl von der Idee ab, dass leichte Gewichte nicht so viele Muskelfasern aktivieren wie schwere Gewichte [9].

Sollte die Idee, dass eine Muskelfaser erst rekrutiert werden muss, um dann auch an das Training adaptieren zu können, stimmen, dann würde jeder Reiz, der nicht mindestens einen sehr großen Teil der motorischen Einheiten in einem Muskel aktiviert, auch weniger Muskelwachstum erzeugen als einer, der viele Einheiten anspricht.

Also ein klare Sache für schwere Gewichte, oder?

Nicht so schnell.

Was uns EMG Messungen über Hypertrophie & Muskelwachstum sagen

Ein kurzer Überblick über Oberflächen-EMG

Ziel des Artikels ist es nicht, einen umfassenden Einblick in die Methodik und die technischen Aspekte der EMG Messung in der Experimentalforschung zu geben. Allen, die mehr darüber wissen wollen, empfehle ich Chris Beardsley’s Artikel zu  EMG in seiner Enzyklopädie „Strength and Conditioning Research“ [20].

Ganz einfach ausgedrückt wird bei einer EMG die elektrische Aktivität im Muskel gemessen [10]. In der Sportwissenschaft wird das oft eingesetzt, um herauszufinden, ob ein Muskel zu einer bestimmten Bewegung/Übung beiträgt und aktiv ist, wie aktiv er relativ zu seiner maximalen Aktivierung ist und wie die Beziehung zwischen der Aktivierung unterschiedlicher Muskeln während menschlicher Bewegung aussieht [10].

In Folge auf einen Reiz durch ein innervierendes Alpha-Motor-Neuron kommt es zu einer Kontraktion des Muskels durch eine Depolarisierung entlang der Zellmembran der Muskelfaser. EMG Elektroden, die auf der Haut an der Oberfläche des Muskels befestigt werden, erkennen Veränderungen in der elektrischen Spannung und können somit auch auf die elektrische Aktivität im Muskel hindeuten [11].

Die „Aktivität“ in diesen Elektroden ist allerdings auf eine bestimmte Anzahl an Muskelfasern in naher Umgebung limitiert (das sogenannte „rezeptive Feld“) und trotzdem wird anhand dieser Messungen oft auf die Aktivität des gesamten Muskels geschlossen.

Es gibt zwei aktuelle Studien, die EMG falsch angewendet haben, um anzudeuten, schwereres Training bis zum Muskelversagen rekrutiere mehr motorische Einheiten als leichtes Training bis zum Versagen.

Aber vorab, lasst uns einen kurzen Blick auf eine Analogie werfen, um zu verstehen, was uns die gemessenen Amplituden durch eine Oberfächen EMG bzgl. der Aktivierung motorischer Einheiten eigentlich sagen.

Was EMG Werte aussagen

Stell‘ dir vor, du bist gerade im Nebenzimmer einer Party und hörst den anderen Gästen beim Reden durch die Tür zu. Ich sage dir nicht, wie viele Leute in dem Zimmer sind, aber ich sage den Gästen, dass sie alle gleichzeitig so laut schreien sollen wie möglich – das entspricht der maximalen, willkürlichen Kontraktion, die in einem EMG Experiment gemessen wird.

Nachdem du jetzt eine Vorstellung von der maximalen Lautstärke hast, sage ich jetzt nur ein paar Leuten, dass sie sprechen sollen. Aber wieder sage ich dir nicht, wie viele genau es sind. Könntest du mir sagen, wie laut das Gespräch dieser paar Leute im Vergleich zum Schreien der ganzen Truppe vorher war? Möglich. Du könntest mir wahrscheinlich nicht sagen, dass 50/100 Leuten gerade geredet haben, aber du könntest vermutlich sagen, dass das, was du eben gehört hast, ungefähr 50% der maximalen Lautstärke von vorhin entsprach.

Jetzt nehmen wir an, dass du eine längere Zeit dabei zuhörst, wie einige Leute sprechen, manche zwischendurch aufhören und manche zur Diskussion dazustoßen. Könntest du mir jetzt sagen, wie viele Leute relativ zum Maximum gesprochen haben? Wieder ist es wahrscheinlich, dass du mir sagen könntest, wie hoch die Lautstärke im Vergleich zum Maximum vom Anfang war.

Was wäre aber, wenn ich dich anschließend in den Raum lassen würde und du mir jetzt sagen müsstest, wer genau von den ganzen Gästen vorhin gesprochen hat? Oder wenn du mir sagen müsstest, wie viele der Gäste zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Diskussion gesprochen haben? Ich bin mir relativ sicher, dass du das nicht könntest.

Das ist genau das, was die gemessenen EMG Amplituden über die Rekrutierung motorischer Einheiten aussagen. Du kannst die EMG Amplituden während einer Aktivität im Verhältnis zum Maximum beschreiben, wie es üblicherweise auch getan wird. Also ähnlich wie bei unser Party Analogie (nur ein bisschen genauer).

Während es kompliziertere Methoden gibt, um die Rekrutierung von motorischen Einheiten in bestimmten Bewegung genauer zu spezifizieren, so kann uns eine Oberflächen EMG allerdings nicht sagen, welche oder wie viele motorischen Einheiten zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Messung aktiv waren (= dein Versuch zu identifizieren, wer genau auf der Party geredet hat).

Der Vergleich von EMG Werten während Training mit hohen und niedrigen Intensitäten

Zwei neuere Studien haben versucht anhand von EMG Messungen herauszufinden, ob niedrige Intensitäten effektiv für den Muskelaufbau sind. In der ersten von Looney et al. [9] haben 10 trainierte, männliche Probanden Kniebeugen an der Multipresse durchgeführt (Tiefe der Kniebeuge: bis zur Parallelen). Dabei wurde eine Oberflächen EMG am Vastus lateralis und Vastus medialis durchgeführt und die Probanden teilten ihr subjektives Belastungsempfinden mit (RPE – Rate of Perceived Exertion).

Insgesamt wurden zwei Protokolle absolviert:

  • Im ersten führten die Probanden zunächst einen submaximalen Satz mit jeweils 50 und 70% aus, gefolgt von einem Dropsatz bis zum Muskelversagen (90%, 70%, 50%).
  • Das zweite Protokoll sah wieder zwei submaximale Sätze mit jeweils 50 und 70% vor, dieses Mal allerdings gefolgt von einem Satz mit 50% bis zum Versagen.

Im Ergebnis wurden in beiden Muskeln durchschnittlich geringere EMG Amplituden bei den submaximalen Sätzen gemessen, als bei den Sätzen bis zum Muskelversagen, auch bei gleichen Intensitäten (sprich, 50% bis zum Muskelversagen bewirkte einen höheren EMG Wert als ein submaximaler Satz mit 50%).

Was die Intensität angeht, so waren die EMG Werte in beiden Muskeln bei höheren Intensitäten größer. Die abgegebenen RPE Werte waren bei allen Intensitäten ähnlich, wenn bis zum Muskelversagen trainiert wurde. Nur beim submaximalen Satz mit 50% und beim letzten Dropsatz mit 50% wurden geringere Werte notiert.

In der Diskussion schreiben Looney et al.:

“The results of this investigation indicate that using higher external resistance is a more effective means of maximizing muscle activation than increasing the number of repetitions performed. Accordingly, previous recommendations for the use of heavier loads during resistance training programs emphasizing strength and hypertrophy are further supported.” (emphasis mine).“ – [9]

In der zweiten Studie von Jenkins et al. [12] haben 18 Teilnehmer zwei Trainingsprotokolle absolviert, in denen sie jeweils drei Sätze am Beinstrecker mit entweder 80% oder 30% vom 1RM bis zum Muskelversagen ausführten. Neben der Messung der Oberflächen-EMG wurde Ultraschall benutzt, um die Muskelschwellung (Muskelquerschnitt, Echo Intensität) nach jedem Protokoll zu erforschen.

Wenig überraschend war im 30% Protokoll das Volumen höher und die Zeit unter Anspannung (TUT – Time Under Tension) länger als beim 80% Protokoll. Die EMG Amplituden waren bei allen 3 Sätzen mit 80% gleich hoch. Bei 30% stieg der EMG Wert im Laufe der 3 Sätze an, war aber immer noch niedriger als der Wert, der bei den Sätzen mit 80% gemessen wurde.

Der Muskelquerschnitt vergrößerte sich beim Training mit 30% mehr, aber in der Echo Intensität (oft genutzt als ein Marker für eine durch Training hervorgerufene Schwellung (Ödem)) wurden keine Unterschiede zwischen den beiden Konditionen festgestellt.

Jenkins et al.vermitteln eine wesentlich konservativere Botschaft und erwähnen in ihrer Diskussion, dass in der Literatur beide Konditionen (hohe und niedrige Intensitäten) für effektiv befunden wurden, um ein ähnliches Muskelwachstum zu erreichen. Weil die Forscher außerdem andere Variablen untersucht haben, die in beiden Konditionen anders ausfielen, schlagen die Autoren vor, dass sowohl niedrige als auch hohe Intensitäten für ein ähnliches Wachstum sorgen können, allerdings auf Grund unterschiedlicher zellulärer Reize:

“Our results demonstrated that muscle activation was 38–62 % lower for the superficial quadriceps femoris muscles during resistance exercise at 30% than at 80% 1RM, despite fatigue- induced increases in EMG AMP (amplitude) at both 80 and 30% 1RM. However, the cumulative volume and muscle activation, time under load, and increases in mCSA from pre- to post- exercise (i.e., muscle swelling) were greater, while the decreases in EMG MPF were more pronounced for 30% 1RM. These fundamental differences in fatigue manifestations may help explain the unexpected chronic adaptations in hypertrophy vs. strength observed in previous studies.” – [12]

Die unterschiedliche Wortwahl zwischen den beiden Gruppen der beiden Studien ist wichtig: nach der ersten Studie scheint schweres Training besser zu sein [9], während die zweite versucht, ihre Ergebnisse in die vorhandene Literatur zum Thema zu integrieren, die darauf hindeutet, dass es keinen unterschiedlichen Hypertrophie-Effekt zwischen hohen und niedrigen Intensitäten gibt.

Der Kontext zählt – Wieso wir keine voreiligen Schlüsse ziehen sollten

Vor einigen Monaten wurde ich kontaktiert und gefragt, ob ich Andrew Vigotsky – einen aktiven, aufstrebenden Forscher in der Gesundheits- und Fitnessindustrie, dabei unterstützen wolle, beide Studien in einem Leserbrief aufzugreifen. Dieser „letter to the editor“ ist ein wichtiger Teil wissenschaftlicher Forschung, denn hier können andere Wissenschaftler (konstruktive) Kritik an der Arbeit anderer üben, in der Hoffnung, dass es dadurch zu einem besseren Verständnis zur jeweiligen Thematik kommt.

Leider werden diese Briefe oft erst Monate nach der Studie veröffentlicht und erhalten meist nicht die Aufmerksamkeit, die sie verdienen. Aber an diejenigen unter euch, die daran interessiert sind, die Briefe an Looney et al. (9) findet ihr hier [13] und die Briefe an Jeninks et al. hier [14]. Andrew hat auf Bret Contreras Webseite außerdem noch mehr dazu geschrieben [21].

Wir hatten einige Bedenken, wie diese Studien dazu benutzt werden könnten, um zu argumentieren, dass hohe Gewichte notwendig seien, um eine Hypertrophie zu erreichen oder dass hohe Gewichte eindeutig besser dazu geeignet seien als niedrige Gewichte. Diese Bedenken kann man in folgende Fragen herunterbrechen:

Ist eine Oberflächen EMG eine valide Methode, um die Rekrutierung von motorischen Einheiten zu messen?

Die Normalisierung und die Interpretation von EMG Werten ist eine komplizierte Geschichte und eine, die selbst Wissenschaftler oft nicht ganz verstehen [15]. Dieses Problem führte dazu, dass Carlo De Luca [16], ein bekannter Forscher auf dem Feld der neuromuskulären Physiologie, folgendes Statement abgab:

To its detriment, electromyography is too easy to use and consequently too easy to abuse.”

Die Oberflächen EMG Signale beinhalten mehrere Komponenten, die es erschweren herauszufinden, was auf der Ebene der motorischen Einheiten passiert. Die Signale repräsentieren sowohl neurale als auch periphere (muskuläre) Komponenten, die sich alle während dynamischen, erschöpfenden Muskelkontraktionen verändern könnten [17] – eben solchen, wie sie auch bei Jenkins et al. und Looney et al. zum Einsatz kommen.

Wie von Vigotsky et al. [13][14] aufgegriffen haben, können Veränderungen in den Eigenschaften intrazellulärer Aktionspotentiale während erschöpfenden Muskelkontraktionen dazu führen, dass sich auch die Oberflächen EMG Signale verändern [17]. Und das unabhängig davon, ob es zu irgendwelchen Änderungen in der Rekrutierung motorischer Einheiten kommt.

Es gibt noch weitere, striktere EMG Methoden, die uns mehr über die Rekrutierung motorischer Einheiten sagen, allerdings kommen diese Methoden in der Sportwissenschaft nur selten zum Einsatz.

Es reicht wohl zu sagen, dass viele Forscher auf Nummer sicher gehen wollen und deshalb von „Aktivierung“ und nicht von „Rekrutierung“ sprechen. Trotzdem wird es oft so verstanden, dass eine stärkere „Aktivierung“ gleichzeitig eine stärkere „Rekrutierung“ und folglich einen stärkeren Wachstumsreiz bedeute.

Sollten sich EMG Amplituden bei hohen und niedrigen Intensitäten gleich verhalten wie die Erschöpfung?

Die Beziehung zwischen der Rekrutierung motorischer Einheiten und Erschöpfung ist komplex und unser Verständnis auf diesem Gebiet wächst kontinuierlich. Es wird vermutet, dass das ähnliche Muskelwachstum bei niedrigen und hohen Intensitäten auf eine zyklische Rekrutierung motorischer Einheiten zurückzuführen ist [18][19].

Motorische Einheiten haben unterschiedliche Schwellen, die überschritten werden müssen, damit sie aktiv werden. Und diese Schwellen werden unter Erschöpfung herabgesetzt. Es ist zwar wahrscheinlich, dass hochintensives Training mehr motorische Einheiten simultan aktiviert (weil mehr Kraft aufgebracht werden muss), aber es könnte sein, dass auch bei geringeren Intensitäten gleich viele Einheiten rekrutiert werden – lediglich zu anderen Zeitpunkten.

Während einer ermüdenden Kontraktion bleiben manche motorische Einheiten aktiv, andere hören auf zu arbeiten und wieder andere fangen erst später an aktiv zu werden. Durch die lange Spannungsdauer bei niedrigen Intensitäten könnte es sein, dass es eine zyklische Rekrutierung motorischer Einheiten erlaubt, ähnliche Populationen motorischer Einheiten während einer bestimmten Bewegung zu rekrutieren, allerdings mit insgesamt weniger rekrutierten Einheiten zur selben Zeit.

Bei hohen Intensitäten beginnt die Rekrutierung motorischer Einheiten vermutlich früher als bei niedrigeren Intensitäten, um den nötigen Kraftoutput zu ermöglichen. Ansonsten könntest du das Gewicht nicht heben. Es ergibt auch absolut Sinn, dass eine größere Anzahl an motorischen Einheiten zu einem einzelnen Zeitpunkt rekrutiert wird, sodass genug Kraft aufgebracht werden kann, um die Aufgabe zu bewältigen. Diese größere, simultane Rekrutierung, könnte die erhöhten EMG Werte zu Beginn der Kontraktion erklären, die Jenkins et al. und Looney et al. im Vergleich zur niedrigeren Intensitäten observiert haben. Bei Letzteren wird einfach weniger Kraft benötigt und damit müssen auch weniger motorische Einheiten simultan aktiviert werden.

Wenn hochintensives Training also notwendig ist, um mehr motorische Einheiten gleichzeitig zu rekrutieren und wenn niedrigintensives Training auf einer zyklischen Rekrutierung basiert, dann wäre es durchaus plausibel, wenn zumindest ein paar Unterschiede in den EMG Werten zwischen den beiden Konditionen auftreten, die dann mit zunehmender Erschöpfung abnehmen.

Trotz der Differenzen ist es auch plausibel, dass die exakt selbe Anzahl motorischer Einheiten während der Bewegung rekrutiert wurde, nur, dass die bei hohen Gewichten simultan aktiv waren.

Sollten Daten von akuten Experimentalforschungen höher gewichtet werden als Messungen, die direkt das zu untersuchende Merkmal (Hypertrophie) in Langzeitstudien erforschen?

Das ist vermutlich das wichtigste Argument, weil es ein großes Problem in der Gesundheits- und Fitnessindustrie darstellt. Wir verwenden oft Proxy-Variablen der Variablen, die wir eigentlich erforschen wollen, um herauszufinden, wie effektiv ein bestimmtes Trainingsprogramm ist. In Folge ignorieren wir oftmals Daten von Studien mit sehr gutem Design.

Wenn wir Daten mehrerer Studien zur Verfügung haben, die direkt ein Muskelwachstum messen (Muskelquerschnitt, Dicke) oder zumindest die fettfreie Körpermasse, dann sollte das höher bewertet werden als akut gemessene, sekundäre Variablen.

Der Versuch, andere Messungen einzusetzen, um ein Muskelwachstum vorherzusagen, setzt eine ordentliche Last der Beweisführung voraus, um einen vorhersagenden Wert ausfindig machen zu können.

Ich sage nicht, dass wir Messungen zur akuten Proteinsynthese, EMG oder zu Signalproteinen ignorieren sollten. Aber wenn es nicht mit Daten unserer primären, relevanten Messungen des Ergebnisses übereinstimmt, sollte die Entscheidung, die du fällst, klar sein.

In diesem Fall haben wir also zwei Studien [9][12], die einen Unterschied in EMG Werten zeigen. Und beide Studien wurden von manchen verwendet, um zu zeigen, dass die Rekrutierung motorischer Einheiten bei schwerem Training größer und somit auch der Wachstumsreiz besserer ist als beim Training mit geringeren Intensitäten.

Aber wenn man sich Studien in dem Bereich und die direkten Messungen des Muskelwachstums anschaut, dann zeigt sich, dass das nicht der Fall ist [1][2][3][4][5][6].

Abschließende Worte

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Wenn du dir nicht sicher bist, wie effektiv niedrige Intensitäten im Training für das Muskelwachstum sind, würde ich behaupten, dass du die falsche Frage stellst. Die Frage sollte eher lauten, was uns akute Studien, die die Oberflächen EMG messen, eigentlich über Hypertrophie sagen.

Ich stelle die Unterschiede zwischen den Konditionen in den beiden Studien von Jenkins et al. und Looney et al.  nicht in Frage, aber durch die Daten, die zeigen, dass hohe und niedrige Intensitäten zu einem ähnlichen Wachstum des gesamten Muskels und spezifischer Fasern führen können, würde ich behaupten, dass uns diese Studien nicht sonderlich viel über das Muskelwachstum sagen.

Zusammenfassung

  • Oberflächen-EMG wird oft als Messung eingesetzt, um die Rekrutierung motorischer Einheiten zu bestimmen. Allerdings ermöglichen EMG Werte keine klare Aussage über die Rekrutierung spezifischer Populationen motorischer Einheiten. Das bedeutet nicht, dass wird EMG nicht verwenden sollten, wir sollten uns bei der Interpretation der Ergebnisse lediglich der Limitationen bewusst sein.
  • Zwei aktuelle Studien [9][12] haben niedrigere EMG Amplituden bei einem Training mit geringeren Intensitäten gemessen als bei einem Training mit höheren Intensitäten. Diese Studien werden oft dazu genutzt, um zu behaupten, niedrige Intensitäten würden weniger effektiv sein, um Muskeln aufzubauen als hohe Intensitäten.
  • Trotz akuter Unterschiede in den EMG Werten haben zahlreiche Studien gezeigt, dass beide Konditionen zu einem ähnlichen Muskelwachstum führen können – und das sowohl im gesamten Muskel als auch in spezifischen Fasern und egal ob trainierte oder untrainierte Sportler. Daten zu unserem primären Ergebnis sind immer bedeutender als indirekte physiologische Argumente.
  • Es gibt keine Belege dafür, dass die simultane Aktivierung einer großen Anzahl motorischer Einheiten effektiver für ein Muskelwachstum ist als eine zeitintensivere, graduelle Rekrutierung. Beim Planen eines Hypertrophie-Trainingsprogramms besteht keine Notwendigkeit dafür, bestimmte Parameter neben der Übungsauswahl (Intensität, Tempo usw.) zu variieren, um die Oberflächen-EMG Amplitude zu maximieren.


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Über den Autor – Dan Ogborn

Dan Ogborn (PhD, CSCS) hat bereits in allen Facetten der Fitness-Industrie gearbeitet. Kürzlich arbeitete er als Muskel-Physiologe um die optimale Kombination von Trainingsparametern zur Maximierung von Muskelwachstum herauszufinden. Im Zuge seiner Physiotherapie hält Dan noch freie Plätze für Patienten bin seiner Klinik in Winnipeg (Manitoba/Kanada) bereit.

Quellen & Referenzen

Bildquelle Titelbild: Fotolia / Viacheslav Iakobchuck


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