STEADY BETTERMENT
23.03.17 ems 관련 리서치 본문
ems : electrical muscle stimulation , 100hz 미만의 저주파를 근육에 전달해 근력을 강화하는 운동법
무중력 상태에 있는 우주 비행사들의 근육손실을 막기 위한 용도로 개발되었음
1831년에, 마이클 패러데이(Michael Faraday)영국의 화학,물리학자는 이 시기에 전자 감응 현상을 발견하여 발전기의 발명을 유도했을 뿐만 아니라, 운동마비(Motor paralysis)를 위한 치료적용도로 사용되기 시작하였다.
패러데이의 연구덕분에 현재 우리가 사용하는 물리치료 기구인 TENS의 개발을 유도하였고, 현재까지도 병원에서 환자치료 목적으로 널리 사용되어오고 있다.1840년도에는 런던의 Guys'Hospital 에서 운동마비환자를 위해서 전기자극 치료를 사용하기 시작하였다고 한다.
1840년도에는 런던의 Guys'Hospital 에서 운동마비환자를 위해서 전기자극 치료를 사용하기 시작하였다고 한다.
1976년 Yakov kots는 몬트리얼 올림픽 당시 러시아선수들에게 최초로 전기자극 트레이닝을 적용한 스포츠 과학자이다. 그는 1977년에 EMS트레이닝이 선수들의 근력이 증대된다는 증거를 제시했다.
Kots박사의 이론하에 많은 스포츠과학자 들과 의학자들은 운동수행능력과 관련된 연구들이 활발하게 진행되기 시작하였다.
우리가 흔히 알고 있는, EMS장비를 운동용으로 처음 사용하게 된 시기는 Kots의 시기와 항공우주분야에서의 시기와
거의 일치한다. 하지만, 항공우주분야에서 먼저 쓰여졌다고 할 수 없다.
항공 우주분야에서 EMS를 활용한 근육의 효과에 대한 연구는 사실 1975년도에 시작되었고 이 연구는 러시아 항공프로그램을 기반으로 시작되었다. 이 후 실질적인 무중력상태에서의 EMS 트레이닝의 효과의 증거를 제시한 시기는 1977년도이며, 이 때 근위축과 관련된 무중력상태에서 우주인들의 생명력과 관계있는 운동과학 연구가 본격적으로 시작되었다.
NASA의 EMS활용은 사실상 최근 들어서 EMS장비를 활용한 Hybrid Training으로 신개념 운동프로그램을 연구중이며, 이는 일본항공우주국인 JAXA의 연구원이 NASA에 대부분 연구활동을 가담해오고있다. 최근 2015년도까지도 진행되는 연구중 하나이며, 지구상과 우주할 것 없이 EMS트레이닝의 효능효과는 이미 검증된 사실이다.
Russian electrical stimulation: The early experiments.
Ward, AR; Shkuratova, N (2002). Physical therapy 82 (10): 1019–30.
Effect of the Hybrid Training Method on the Disuse Atrophy of the Musculoskeletal System of the Astronauts Staying in the International Space Station for a Long Term-initial verification in ISS (Hybrid Training)
- 02.25.15 NASA NEWS http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/163.html
The following content was provided by Naoto Shiba, M.D., Ph.D., and is maintained in a database by the ISS Program Science Office.
Information provided courtesy of the Japan Aerospace and Exploration Agency (JAXA)
Collagenase during Burn Wound Healing. 《Plastic and Reconstructive Surgery》
94 (3): 518–24. doi:10.1097/00006534-199409000-00015. PMID 8047605. Ågren, Magnus S.; Engel, Marc A.; Mertz, Patricia M. (1994).
Effects of muscle electrostimulation during simulated weightlessness.
Kakurin LI1, Yegorov BB, Il'ina YI, Cherepakhin MA. Acta Astronaut. 1975 Mar-Apr;2(3-4):241-6.
Evaluation of the effectiveness of muscular electrostimulation for prevention of disorders related to prolonged restriction of motor activity in man.
Cherapakhin, M. A., L. I. Kakurin, Y. Il'ina-Kakueva, and G. T. Federenko. Kosm. Biol. Aviakosm. Med. 11(2):64-68, 1977.
Characteristics and preliminary observations of the influence of electromyostimulation on the size and function of human skeletal muscle during 30 days of simulated gravity.
Duvoisin, M. R., V. A. Convertino, P. Buchanan, P. D. Gollnick, and G. A. Dudley. Aviat. Space Environ. Med. 60:671-678, 1989.
Exercise stimulation in Exercise Training
walter kroll, Ph.D. Department of Exercise Science University of Massashusetts Amherst, Massachusetts
EMS의 활용/ (EMS트레이닝 효과)
-EMS장비는 트레이닝 용도로 나온 장비만 있는 것이아닌, 미용의 목적으로도 사용되는 장비도 있다. (2),(3)
-EMS는 근 골격계의 부상을 입은 사람들이 근육을 사용하지 않으면서 일어나는 근육의 위축을 예방하기 위한 치료목적으로 사용됨(4)
-EMS는 통증치료의 목적으로 활용되는 경피적 전기 신경자극(TENS: Transcutaneous electrical nerve stimulation)장비로 물리치료 용도로도 사용되어옴
1. EMS 트레이닝을 활용한 임상적 사례 (EMS 트레이닝 효과)
(1) 말초혈관질환 환자에게 상당한 질병개선 효과가 있다.
-> 보행에 문제가 있는 파행성 환자에게 4주간의 EMS운동과 TENS치료를 평행하였을 때 최대 보행거리가 늘어나고 파행으로 인한 통증발생빈도가 상당히 늦춰진 것으로 연구되었다. (5)
(2) 폐질환 특히 만성폐쇄성 폐질환 환자에게서도 EMS트레이닝의 효과를 기대 할 수 있었다.
-> COPD(만성폐쇄성 폐질환)환자 중 산소마스크를 끼고 있는 병동 환자들을 대상으로 오랫동안 사용하지 않아서 생기는 근 위축 증상에 EMS 장비를 활용하여 말초근육 트레이닝을 적용한 결과 60%이상의 환자가 산소마스크를 벗고, 근력의 상당한 증대효과를 보였다고 한다. 결과적으로, EMS를 활용한 근력증대가 확실 하진 않지만 병적 호흡빈도(RR:Respiratory rate)를 감소시킨다는 것을 야기하므로, COPD환자들의 회복에 상당한 효과가 있을 것이라고 본다. (6)
(3) 제 2형 당뇨병을 개선하는데 도움을 줄 수 있다.
-> EMS운동을 통해서 인슐린자극된 포도당 수송체 전달율이 운동 후 3시간 동안 지속적으로 증다된다는 연구가 있다. 즉, 말초혈당의 혈당장애를 개선할 수 있다.(7)
하지만, 이를 조절하지 못하면 오히려 지방세포의 분화가 유도되어 체중 증가가 생길 수 도 있다. 따라서 적절한 운동강도로 혈당관리와 함께 운동을 조절해야 하고, 앞으로의 많은 연구가 필요한 실정인것으로 파악된다.
(4) 근. 골격계 수술 후 재활에 효과적이다. (8)
(5) 에너지소비율을 높여 체지방감량에 효과적이다. (BMI,체중,체지방량의 변화가 크게 나타남)
->EMS장비를 착용하고 운동하면 착용하지 않은 경우보다 에너지 소비량이 크게 증가하고 체지방 감량에 효과적이지만, EMS장비만 착용한체로 운동을 하지 않을 시에는 그 효과가 나타나지 않았다. (9),(10)
(6) 심폐지구력과 근지구력 증대에 효과적이다. (11),(12),(13)
(7) 근육의 수축력이 증가되어 근 비대와 근력증진에 효과적이다. (13),(14)
(8) 근력,근지구력의 증대 뿐만 아니라 근육의 토닝(긴장도)를 높여주는데 도움을 주는데, 이는 몸을 만드는 빌더와 아마추어 웨이트트레이닝 매니아들에게까지 미적인 부분에서 근육의 강도 높은 이미지 구사가 가능 할 것 같다. (15),(16)
(참고문헌)
1. "Electrical stimulation for neuromuscular testing and training: State-of-the art and unresolved issues".
,Maffiuletti, Nicola A.; Minetto, Marco A.; Farina, Dario; Bottinelli, Roberto (2011). European Journal of Applied Physiology 111 (10): 2391–7. doi:10.1007/s00421-011-2133-7.
2. “Effects of electronic stimulation of the VII nerve. I. On senescent changes of the face”. 《Annals of Otology, Rhinology, and Laryngology》 72: 289–306. Currier, WD (1963).
3. “Collagenase during Burn Wound Healing”. 《Plastic and Reconstructive Surgery》
94 (3): 518–24. doi:10.1097/00006534-199409000-00015. PMID 8047605. Ågren, Magnus S.; Engel, Marc A.; Mertz, Patricia M. (1994).
4. Effect of Muscle Architecture on Muscle Function
Muscle force is proportional to physiologic cross-sectional area (PCSA)...; quoted from National Skeletal Muscle Research Center; UCSD, Muscle Physiology Home Page - Skeletal Muscle Architecture,
5. Chronic muscle stimulation improves ischaemic muscle performance in patients with peripheral vascular disease.
Tsang GM1, Green MA, Crow AJ, Smith FC, Beck S, Hudlicka O, Shearman CP. Eur J Vasc Surg. 1994 Jul;8(4):419-22.
6. Peripheral Muscle Strength Training in Bed-Bound Patients With COPD Receiving Mechanical Ventilation*
Effect of Electrical Stimulation
Ercole Zanotti, MD; Guido Felicetti, MD; Maurizio Maini, MD; and Claudio Fracchia, MD CHEST 2003; 124:292–296
7. In vivo exercise followed by in vitro contraction additively elevates subsequent insulin-stimulated glucose transport by rat skeletal muscle.
Funai K1, Schweitzer GG, Castorena CM, Kanzaki M, Cartee GD. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2010 May;298(5):E999-1010. doi: 10.1152/ajpendo.00758.2009. Epub 2010 Feb 23.
8. Use of Electrical Stimulation to Enhance Recovery of Quadriceps Femoris Muscle Force Production in Patients Following Anterior Cruciate Ligament Reconstruction
Lynn Snyder-Mackler, Anthony Delitto, Susan W Stralka and Sherri L Bailey PHYS THER. 1994; 74:901-907.
9. Use of Electrical Stimulation to Enhance Recovery of Quadriceps Femoris Muscle Force Production in Patients Following Anterior Cruciate Ligament Reconstruction
Lynn Snyder-Mackler, Anthony Delitto, Susan W Stralka and Sherri L Bailey PHYS THER. 1994; 74:901-907.
10. Effect of neuromuscular electrical muscle stimulation on energy expenditure in healthy adults.
Hsu MJ1, Wei SH, Chang YJ. Sensors (Basel). 2011;11(2):1932-42. doi: 10.3390/s110201932. Epub 2011 Feb 1.
11. Prolonged electrical muscle stimulation exercise improves strength and aerobic capacity in healthy Sedentary adults
Prithwish Banerjee, Brian Caulfield, Louis Crowe and Andrew Clark
J Appl Physiol 99:2307-2311, 2005. First published 4 August 2005; doi:10.1152/japplphysiol.00891.2004
12. Improvement in Isometric Strength of the Quadriceps Femoris Muscle After Training with Electrical Stimulation
DAVID M. SELKOWITZ
13. Muscular Strength Development by Electrical Stimulation in Healthy Individuals
D P Currier and Ralph Mann PHYS THER. 1983; 63:915-921.
14. Effect of Electrical Muscle Stimulation on the Strength and Composition of the Biceps and Quadriceps
Sena, Ed; Porcari, John P. FACSM; Foster, Carl FACSM; Kernozek, Tom; Foster, Ian A. Medicine & Science in Sports & Exercise . 36(5) Supplement:S351–S352, May 2004.
15. The Effects Of Electrical Muscle Stimulation On Thigh And Gluteal Strength, Endurance, And Muscle Tone
: 1334 Board #189 3:30 PM ‐ 5:00 PM Porcari, John P. FACSM; Miller, Jennifer; Mach, Chris; Kernozek, Tom; Foster, Carl FACSM Medicine & Science in Sports & Exercise . 37(5) Supplement:S260, May 2005.
16. TONING AND STRENGTHENING PREDOMINANT MUSCLE GROUPS THROUGH ELECTRICAL MUSCLE STIMULATION
940 Abendroth-Smith, J.; Sword, K. Medicine & Science in Sports & Exercise . 29(5) Supplement:165, May 1997.
위의 과학적 이야기들을 간단히 정리해보면
인간의 근육은 뇌로부터 전기적 신호를 받아 수축하며 움직이게 되는데요.
뇌의 신호와 유사한 전기적신호에도 근육을 수축시킬수있다는거에요.
EMS트레이닝은 이를 활용해서!
EMS장비와 슈트에서, 뇌에서 보내는 신호와 유사한
전기적 신호를 흘려보내 근육을 수축하게 만들어주는 것이죠.
다시 예를 들어볼까요?
무거운 중량의 기구를 드는 일반적인 상황이라고 가정해봐요.
손에 느껴지는 중량에 대한 정보를 뇌에 전기적신호를 보내고,
받은 신호를 토대로해서 뇌는 근육을 수축하라는 전기적 신호를 보냅니다.
뇌의 신호를 받은 근육이 한번 수축하고,
또 뇌의 신호를 받은 근육이 한번 이완하고.
이렇게 한번의 수축과 한번의 이완이 되는것인데요.
더더~~~~~ 쉽게 풀어서 설명해보면,
이러한 일반적인 움직임, 일반적인 웨이트트레이닝을 통해서는
대략 1~2초에 한번의 수축, 이완 밖에 못하지만
EMS트레이닝을 하면,
단순히 한번의 수축이완을 넘어서!!
뇌 대신 EMS장비가 전기신호를 근육에 흘려보내서
여러번의, 강한 수축, 근육 깊숙한 곳까지의 수축을 이끌어낼수있어요.
뇌가 근육수축이완 명령을 내리지않아도,
기계의 도움을 받아 수축 이완을 한다는거죠.
즉 EMS트레이닝은
뇌 신호 대신, 미세 전류를 통해 직접 근육을 자극해서 운동효과를 극대화 시키는 운동이랍니다.
뇌에서 보내는 신호와 유사하기때문에
걱정하시는것처럼 감전?과 같은?ㅎㅎ 부작용이 없답니다.
물리치료실에서 쓰는 FES랑 가정용 저주파치료기의 차이가 궁금합니다.
FES는 저주파 치료기가 아니며 근육에 작용하는 신경의 되먹임 기능을 자극해서
손상된 신경-근육의 기능을 향상시키는 원리입니다.
FES는 정식 등록되어 처방이 되는 의료기기입니다.
물리치료실에서 쓰는 FES는 엄밀히 말하면 NMES를 말하고 전기로 근육의 수축을 유도하는 기구입니다. 뇌나 척수, 신경의 문제로 근력이 떨어진 사람에게 적용하는 치료입니다.
아마 작성자분께서 헷갈리신 기구는 TENS 치료로 생각되고 통증을 줄여주는 치료입니다. 똑같이 전기를 이용하고 치료할때 근육이 수축하기 때문에 헷갈리기 쉽습니다. 가정용으로 쿨룩같은 제품들이 있는데 주파수, 강도, 빈도가 의료용과는 다릅니다. 효과의 차이가 있습니다.
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