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Das Gehirn sendet ein elektrisches Signal über das zentrale Nervensystem an den Muskel, damit dieser sich kontrahiert (zusammenzieht). Dieser Effekt wird beim EMS-Training gezielt genutzt. Über eine geeignet positionierte Elektrode wird der Strom – der üblicherweise vom Gehirn kommt – simuliert und gelangt über die motorische Endplatte zum Muskel. Durch Änderung der EMS-Reizfrequenz können verschiedene Bereiche des Muskelfaserspektrums unterschiedlich stark beansprucht werden. Die 2–4 Sekunden dauernden Impulse mit Reizstrom wechseln sich mit Pausen zwischen 0 und 6 Sekunden ab. Während der Impulsphasen wird der Muskel über seine Reizschwelle gebracht und es kommt zur Muskelkontraktion. Die Intervalle ahmen die natürliche Muskelbewegung nach. Damit die Muskeln des Menschen aktiviert werden können, sendet das Gehirn üblicherweise Impulse an die Muskeln. Durch die Verwendung von Reizstrom werden die Impulse beim EMS-Training nicht von innen, sondern von außen über die Nerven an die Muskeln gesendet, sodass sich diese während der Impulsphase zusammenziehen und während der Pausen entspannen. In Kombination mit Bewegungen kann dieser Effekt verstärkt werden und die Muskeln können schneller aufgebaut werden. Die Herz/Kreislauf-Ausdauer kann durch diese Form des Trainings nicht verbessert werden. Durch verschiedene Frequenzen können jedoch verschiedene Muskelgruppen aktiviert werden. Impulse im Bereich von 5 bis 30 Hz aktivieren die rote Ausdauermuskulatur, wohingegen Ströme mit Impulsen von 50 bis 80 Hz eher die großflächige, weiße Muskulatur aktiveren, was für den Aufbau der großen, sichtbaren Muskeln genutzt wird. Diese Form der Stimulation wird auch als EMS-Training bezeichnet und mindestens seit den 1970er Jahren sowohl auf ihre Einsatztauglichkeit bei Spitzensportlern als auch zur Rehabilitation hin untersucht. Da die Stimulation nicht über den physiologischen Weg (Nervensystem → Muskel), sondern auf direkte Art abläuft, ist die Elektromyostimulation nur begrenzt sinnvoll einsetzbar. Sie kann in Ruhe oder nur mit einfachen Bewegungen kombiniert werden, sodass die Koordinationsfähigkeit nicht entsprechend verbessert wird.^[1][2][3]

Beim EMS-Training führt die durch Strom induzierte Muskelkontraktion zu strukturellen Anpassungen der Muskulatur, welche die Grundlage einer messbar gesteigerten muskulären Leistungsfähigkeit darstellen. Eine systematische Überprüfung der entsprechenden Literatur ergab positive muskuläre Anpassungen bei Faserquerschnitt, Faserzusammensetzung und Aktivität der oxidativen Enzyme.^[4] Des Weiteren wurden nervale Anpassungen im Sinne einer Verbesserung der neuronalen Aktivierung der Muskulatur gezeigt.^[5][6][7] Aufgrund der positiven Wirkung von EMS auf strukturelle und funktionelle Muskelparameter und insgesamt auf die muskuläre Leitungsfähigkeit findet diese Methode sowohl im Bereich Therapie als auch im Bereich Sport Anwendung. Bei der Elektromyostimulation muss man die lokale EMS von der Ganzkörper-Elektromyostimulation unterscheiden. Bei der lokalen EMS werden mit Elektroden einzelne Muskeln bzw. Muskelgruppen isoliert aktiviert. Beim Ganzkörper-EMS-Training werden über spezielle Manschetten und Westen oder Ganzkörperanzüge mit eingearbeiteten Elektroden mehrere große Muskelgruppen gleichzeitig aktiviert. Dabei ist es bei manchen Systemen möglich, Agonisten und Antagonisten gezielt einzeln oder unterschiedlich stark zu aktivieren.

EMS kann passiv oder aktiv ablaufen, sprich ohne oder mit zusätzlicher willentlicher Muskelaktivierung. Bei der aktiven EMS überlagern sich die strominduzierte und die willkürliche Aktivierung der Muskulatur, woraus eine höhere Kontraktionsstärke resultiert. Der Muskel kann willentlich isometrisch oder dynamisch aktiviert werden. Teils werden auch komplexere Trainingsübungen ausgeführt, deren muskuläre Wirkung durch EMS gesteigert wird. Eine Sonderform stellt die funktionelle EMS dar, bei der bei vorliegenden Muskellähmungen koordinierte Muskelkontraktionen generiert werden, die das Gehen erleichtern oder Radfahren ermöglichen (s. u.).

Bei den angewendeten EMS-Protokollen herrscht eine große Vielfalt, wobei überwiegend biphasische Impulse mit einer Impulsdauer zwischen 100 und 500 μs und einer niedrigen Impulsfrequenz von 10–100 Hertz Anwendung finden (sog. TENS-Ströme).