Electrical muscle stimulator

by Paul McLaughlin

Sprinter Angella Taylor believes it strengthens her awesome, record-breaking legs; Montreal Expos relief pitcher Woodie Fryman says it saved his heroic but aging shoulder from career-ending surgery; Soviet gymnast Olga Korbut claims it was responsible for her gold medal sweep at the 1972 Munich Olympics; and the late sports journalist Doug Gilbert, writing in the Montreal Gazette, called it an electronic miracle.

The recipient of these — and other — impressive accolades is the electrical muscle stimulator, that enigmatic machine which tantalizes athletes, coaches, and physiotherapists with promises of everything from the ability to relieve pain to increasing the strength and size of healthy muscles to curing flat feet.

To its fervent disciples, it is an almost magical contraption, a technological faith healer which uses science rather than spiritualism to mend and develop the human body; to its detractors, it is an unproven boaster, more placebo than panacea, and unethical to boot, another nudge along the assembly line to bionic athletes. But to the majority within those extremes, it is a machine with tremendous potential about which we know very little but which has shown us enough to make us want to know more.

Although electrical muscle stimulators of some ilk have existed for several decades, it was not until the middle 1970’s that North America paid much attention to them. The reason for the sudden interest was the Soviet claim that they had a machine which could increase muscle strength by 30-50 per cent after a few weeks of treatment, a claim which had to be looked at seriously considering who it came from — Dr. Yakov Kots, world-famous neurophysiologist and chairman of Moscow’s Central Institute of Physical Culture — and the humbling fact that Soviet and other eastern European countries were so successful in many international sporting events.

As well as producing phenomenal increases in muscle strength, the Soviets said their machine could affect almost miracle cures on injured athletés, speeding up the rehabilitation process or relieving crippling pain — particularly back pain — significantly enough to allow the athlete to perform in competition. A few weeks on the machine, they also said, and sagging stomach or other muscles could be ironed out as flat as a cheque book. A virtual deus ex machina.

Initial attempts to duplicate these findings, however, fell far short. So in 1977, after a decathlon of red tape games, it was arranged for Dr. Kots and his machine to come to Canada, to Concordia University in Montréal, and furnish direct proof.

Among the invited group of observers was Doug Gilbert, then of the Montreal Gazette. Gilbert suffered from torturous back pain, pain so agonizing, “I would have dropped down the outhouse hole and hung suspended for hours if someone had suggested it would take away the tension in my back. Pain of the sort that can bring on muscle cramps and chest constrictions that make you fear you are having a heart attack.” Gilbert agreed to be the guinea pig for one of the demonstrations and reported “astonishing” results after a week of treatments.

“Before we started I was able to reach about mid-thigh in an attempt to touch my toes. Now I can almost get down to my ankles. The back muscles, among the hardest to exercise in the entire body, are now as taut as a jockey’s. And my waistline has been reduced three and a half inches without a weight loss, just through finer muscle tone,” he reported enthusiastically.

Other experiments conducted by Dr. Kots also had positive results, including apparent biochemical changes in the muscle fibres of a group of Concordia students who underwent ten days of stimulation on their thigh muscles. If Dr. Kots had been a missionary, the Church of the Electrical Muscle Stimulator would have done a bumper business in converts.

“Lately, when scientists, doctors, therapists, and coaches speak of electrical muscle stimulation, there is disillusionment, disappointment and confusion,” wrote David Wise, chief physiotherapist at the Clarke Institute of Physiotherapy in Toronto, in the 1979/80 Coaching Science Update. Wise was also one of the observers at Concordia in 1977. His skepticism comes from the fact that despite all efforts, it still hasn’t been possible to achieve the results the Soviets seem capable of reaching with the flick of a dial.

Dr. Ed Enos, director of the International Institute of Comparative Physical Education at Concordia, who was also present at the 1977 demonstrations, agrees that the west has failed to duplicate the Soviet results.

“But I believe in it,” he says, qualifying his endorsement by admitting that much research has yet to be done, but with a proselytizing optimism in his voice.

When you unscramble the scientific jargon, the theory governing the electrical muscle stimulator seems relatively straightforward. Positive and negative electrodes running from the machine (there are various models of differing sizes, currents, and price tags) are attached to the muscle(s). An electrical current passes through the skin and causes the muscle fibres to fire, or contract. Because of the direct stimulation of the fibres, massive contractions can occur.

“It’s like a severe cramp,” says Angella Taylor. “It gets the muscle so hard you can knock on it and hear it.”

The standard workout for a muscle is a series of ten repetitions. For each of the ten, the muscle is stimulated for ten seconds followed by a 50- second rest. During training, Taylor spends as much as two and a half hours a day on the machine, using it on alternate months. As in lifting weights, the load is gradually increased. The more it’s cranked, the harder the contraction. Unlike lifting weights, there is no danger of direct injury and no psychological barbell to confront.

The controversy surrounding the machine focuses primarily on the question of whether or not it increases muscle strength and size. Most experts, such as Wise and Dr. Michael Houston, an associate professor of kinesiology at the University of Waterloo, feel the machine has tremendous application as a therapeutic device.

“At Dalhousie, they have taken people who have been casted, who’ve had ligament surgery, cut holes in the cast and stimulated the immobilized muscles,” says Houston. “In a cast, muscles atrophy terribly. There was far less atrophy with the use of the machine. It can also alleviate pain and hasten the healing of bones. But I have absolutely no faith in a lot of the claims being made about increases in strength. It is also said that if you stop training, the strength maintains. This happens with no other form of training so why should it happen with this?”

Wise echoes those pros and cons.

“It’s so befuddled right now,” he says. “Everyone is using muscle stimulation to mean all kinds of things. People are making pretty wild claims. To hear a coach talk, it’s the be-all and the end-all.”

But Charlie Francis, who coaches Angella Taylor, and Taylor herself, don’t view the machine as a panacea.

“It’s just one small factor,” says Francis. “You don’t just take one little item and say this is the be-all. There’s reason to believe that you’re better off with it than without it. I’m going on the assumption there is a strength gain and there’s no question about it — there is a gain.”

Despite spending up to two and a half hours a day on the machine, Taylor points out that it is but a small portion of her daily workouts. Her training regimen makes Vince Lombardi’s pre-season drill look as strenuous as a fitness class at the local ‘Y’.

“Some people think I do nothing but sit and get zapped,” she says. “But it’s a very small part of my workout.” Phil Ashcroft, chief physiotherapist at the Sports Medicine Clinic at Carleton University in Ottawa, has one of the top models on the market. He uses it almost exclusively for therapy and sees it “as an adjunct to the rest of the treatment. It’s not a treatment in itself.”

“I feel good about the machine,” he says. “I can’t really remember one patient who has gone through the course and taken the current as well as they possibly could and come out at the end and said it was no better. Most of the time they find the strength improved.”

The most vexing question is why North Americans are unable to match the Soviet results. Answers cut across a wide range of possibilities: we haven’t been able to come up with a machine similar to the one the Soviets use; Dr. Kots has some almost mystical power of application that no North American scientist has; faulty translation of Russian research; or, as David Wise has even suggested, “we are the punchline of a Soviet joke, ‘Did you hear about the Canadian?”’

Enos prefers to think that it’s more a case of Canadians being unable to understand the Soviet machine and methodology rather than some kind of international practical joke. Perhaps our chauvinism leads us to conclude that if we cannot do it, it cannot be done.

On top of all this confusion, even more questions are piled. There are fears that unless the user is religiously careful about following a balanced training schedule with the machine, some muscles could be developed more than others, with injuries possibly resulting from the imbalance; there is the seemingly whimsical, but quite serious, chance of an athlete becoming hooked — psychologically and/or physiologically — to the machine.

“I think it is addictive with some people,” says Phil Ashcroft. “Some patients, although it is uncomfortable for them, still look forward to using it.”

And there’s the even more difficult question of whether building up our bodies electrically is any different from blood doping or taking steroids.

“I think there’s definitely a question of ethics,” says Richard Hewson, a marathon runner and colleague of Dr. Houston’s in the department of kinesiology at Waterloo. “I think an athlete should be able to go out and perform on the basis of what he or she is capable of doing, not on what some sport physician is capable of asking him to do.”

That charge, first brought up by Hewson in Champion, August 1980, in which he referred indirectly to Angella Taylor as a “bionic athlete” is “just sour grapes on the part of Richard L. Hewson,” says Charlie Francis. “His idea of Angella being a bionic woman is a disservice to her.” (See page 5).

As the arguments volley back and forth, the machines continue to be used for both therapy and muscle building. If the proponents are right about its potential, it could mean the end of misery for people racked with pain, a means of strengthening geriatric or handicapped people, and perhaps a way to create an electronic Michaelangelo to sculpt powerful and beautiful bodies for fitness and competition. If the proponents are wrong, then it is just as important to know whether the machine is harmful and what precisely are its limitations.

Until there is a substantive, authoritative body of research which can do the convincing, the believers are going to continue to use it. Since the questions raised are so fascinating — and the answers so important — more research has to be done as soon as possible. If we are embracing the age of the bionic athlete, we should be able to decide from knowledge, not from fear or ignorance, whether or not we want to push in or pull out the plug.

Le stimulateur… une controverse

par Paul McLaughlin

La sprinteuse Angella Taylor est convaincue qu’il lui renforcit les jambes, déjà impressionnantes de vitesse; le lanceur de relève des Expos de Montréal, Woodie Fryman affirme qu’il lui a épargné une opération chirurgicale à l’épaule, ce qui aurait mis fin à sa carrière; la gymnaste soviétique Olga Korbut lui accorde le crédit de ses médailles d’or aux Jeux Olympiques de 1972; et le regretté journaliste sportif Doug Gilbert, dans un article écrit pour la Gazette de Montréal, le définit comme un miracle de l’électronique.

L’objet de ces enthousiastes et flatteuses marques d’approbation est le stimulateur musculaire électrique, appareil mystérieux qui a fasciné athlètes, entraîneurs et physiothérapeutes avec ses promesses illimitées, sa réputation de soulager la douleur, d’augmenter la force et la masse de muscles sains, et même de guérir les pieds plats. Pour ses fervents disciples, c’est un phénomène presque magique, un guérisseur technologique qui utilise la science plutôt que le spiritualisme pour guérir et développer le corps humain; pour ses détracteurs, c’est une exagération jamais prouvée, une fausse représentation, immorale en plus, une autre publicité en faveur d’une ligne de production d’athlètes bioniques. Mais pour la plupart des personnes aux opinions plus modérées, il s’agit d’une machine dotée d’un potentiel fantastique, dont nous savons très peu de chose, mais qui a fait suffisamment de preuves pour nous pousser à en apprendre davantage.

Bien qu’il existe depuis plusieurs décennies des stimulateurs musculaires électriques de toute description, ce n’est que vers le milieu des années 1970 que l’Amérique du Nord s’y attarda un peu. Ce soudain intérêt a été provoqué surtout lorsque les Soviétiques ont déclaré posséder un appareil pouvant augmenter de 30 à 50 pour cent la force musculaire après quelques semaines de traitement, déclaration que l’on se devait de prendre au sérieux compte tenu de son initiateur: le docteur Yakov Kots, neurophysiologue de réputation mondiale et président de l’Institut Central d’Education Physique de Moscou. Convaincant également était l’humiliation des succès incontestés de l’Union Soviétique et d’autres pays de l’Est européen dans l’arène des compétitions sportives internationales.

Les Soviétiques affirmèrent qu’en plus d’augmenter la force musculaire de façon phénoménale, leur appareil pouvait pour ainsi dire effectuer des cures miracles pour les athlètes blessés, accélérer le processus de réhabilitation ou soulager les douleurs intolérables, surtout les maux de dos, de façon suffisamment dramatique pour permettre à l’athlète à réussir en compétition. De plus, ils déclarèrent qu’après quelques semaines de traitement, les abdomens ou autres muscles flasques reprenaient leur tonicité. En fait, un véritable deus ex machina.

Les tentatives de copier ces résultats se soldèrent toutefois en échec. En 1977, après un véritable décathlon de jeux bureaucratiques, le docteur Kots et son appareil arrivèrent au Canada, à l’Université Concordia, pour fournir des preuves irréfutables.

L’un des observateurs invités à assister à la performance du docteur Kots et de son spectacle ambulant de médecine sportive fut Doug Gilbert, qui travaillait à cette époque pour la Gazette de Montréal. Gilbert était affligé de douleurs au dos tellement atroces, qu’il “se serait jeté par la fenêtre et serait resté accroché au bord pendant des heures si quelqu’un avait suggéré que cela pourrait soulager la tension dans le dos. C’était ce genre de douleur qui provoque des crampes musculaires et des constrictions thoraciques telles que vous craignez de faire une attaque cardiaque”. Gilbert accepta de servir de cobaye pour l’une des démonstrations et reconnut des résultats “étonnants” après une semaine de traitements.

“Avant, j’arrivais tout juste à atteindre la mi-cuisse lorsque j’essayais de me toucher les orteils. Maintenant, je touche presque les chevilles. Les muscles dorsaux, parmi les plus difficiles de tout le corps à conditionner, sont maintenant en pleine forme. J’ai même réduit mon tour de taille de trois pouces et demie, sans perdre de poids, mais grâce à une meilleure tonicité musculaire,” déclarait-il, enthousiasmé.

Les expériences entreprises par le docteur Kots démontrèrent d’autres résultats positifs, dont des modifications biochimiques évidentes des fibres musculaires chez un groupe d’étudiants de l’université Concordia qui s’étaient soumis pendant dix jours à la stimulation des muscles de la cuisse. Si le docteur Kots avait été missionnaire, l’Eglise du Stimulateur Musculaire Electrique aurait fait une foule de convertis.

David Wise, physiothérapeute en chef de l’Institut Clarke de Physiothérapie de Toronto, écrivait dans le Coaching Science Update, édition 1979-80: “Récemment, lorsque les hommes de science, médecins, thérapeutes et entraîneurs discutent de la stimulation musculaire électrique, on dénote des sentiments de désenchantement, de déception et de confusion.” Wise était également l’un des observateurs à Concordia en 1977. Son scepticisme provient du fait que malgré tous les efforts, les Nord-Américains demeurent incapables d’obtenir les résultats que les Soviétiques semblent atteindre avec un tour de cadran.

Le docteur Ed Enos, directeur de l’Institut International d’Education Physique Comparée à Concordia, témoin également des démonstrations de 1977, reconnaît que l’Ouest n’a pas réussi à répéter les résultats des Soviétiques, professeur-associé de kinésiologie à l’Université de Waterloo, sont d’avis que l’appareil démontre des possibilités extraordinaires en tant que mécanisme thérapeutique.

“A Dalhousie, ils ont expérimenté avec des personnes dans le plâtre, après avoir subi une opération chirurgicale des ligaments; ils ont percé le plâtre et stimulé les muscles immobilisés,” explique Houston. “Dans un plâtre, les muscles s’atrophient énormément. L’atrophie était réduite de beaucoup après utilisation de l’appareil. Elle peut également soulager la douleur et accélérer la guérison osseuse. Mais je ne crois absolument pas en certaines revendications concernant des augmentations de force. On affirme également que si on cesse l’entraînement, la force se maintient. Ceci ne se produit avec aucune autre forme d’entraînement, alors pourquoi avec celle-ci?”

Wise partage ces avis pour et contre.

“C’est tellement embrouillé pour l’instant,” avoue-t-il. “Tout le monde accorde à la stimulation musculaire des tas de propriétés. On fait des revendications assez poussées. Selon certains entraîneurs, c’est la réponse à tout.”

Mais selon Charlie Francis, l’entraîneur d’Angella Taylor, et selon Taylor elle-même, l’appareil n’est pas un remède universel.

“Ça n’est qu’un facteur parmi tant d’autres,” de dire Francis. “Vous n’adoptez pas un item quelconque comme miraculeux. Certains faits portent à croire qu’il est plus profitable de s’en servir que pas. Je pars du principe qu’il y a une amélioration de la force, et je n’ai aucun doute à ce sujet.”

En plus de passer deux heures et demie par jour sur l’appareil, Taylor fait remarquer que ça n’est qu’une partie limitée de ses entraînements quotidiens. Comparés à son régime d’entraînement, les exercices pré-saison de Vince Lombardi semblent aussi exigeants qu’une classe de conditionnement au “Y” local!

“Certaines personnes pensent que je ne fais rien d’autre que de m’asseoir et laisser la machine faire le travail,” dit-elle. “Mais ça n’est qu’une petite partie de mon entraînement.”

Phil Ashcroft, physiothérapeute en chef à la Clinique de Médecine Sportive de l’Université Carleton à Ottawa, possède l’un des meilleurs modèles sur le marché. Il s’en sert presqu’exclusivement pour fins thérapeutiques et le considère comme “un complément au reste du traitement. Ça n’est pas un traitement en soi.”

“J’ai confiance en cet appareil,” dit-il. “Je ne puis penser à aucun patient qui ait suivi le cours et absorbé le courant aussi bien qu’il le pouvait, et s’en soit sorti sans amélioration. La plupart du temps, ils constatent une amélioration de la force.”

Le plus contrariant est d’arriver à comprendre pourquoi les Nord-Américains ne réussissent pas à répéter les résultats obtenus par les Soviétiques. Les raisons évoquées couvrent une grande variété de possibilités: nous n’avons pas réussi à trouver un appareil similaire à celui utilisé par les Soviétiques; le docteur Kots possède des pouvoirs d’application presque mystiques qu’aucun homme de science nord-américain ne possède; une traduction erronnée des documents de recherche russes; ou encore, comme l’a suggéré David Wise, nous sommes le fin mot de la plaisanterie soviétique: “Avez-vous entendu parler du Canadien?”.

Le docteur Enos préfère croire que c’est plutôt parce que les Canadiens n’ont pas réussi à comprendre l’appareil et la méthodologie soviétique et non pas à une plaisanterie internationale. Notre chauvinisme nous porte peut-être à penser que si nous ne pouvons pas le faire, c’est que c’est impossible.

Par-dessus toute cette confusion, on empile d’autres questions. On craint que si l’utilisateur ne suit pas religieusement un horaire d’entraînement bien calculé sur l’appareil, certains muscles se développeront plus que d’autres, et que le déséquilibre résulterait possiblement en lésions; il existerait certains risques, saugrenus mais sérieux, que l’athlète devienne dépendant, psychologiquement et/ou physiologiquement, de l’appareil.

“Je crois que cela peut créer une certaine dépendance chez certaines personnes,” affirme Phil Ashcroft. “Certains patients, bien que les traitements soient désagréables, anticipent avec plaisir de l’utiliser.”

Sans oublier le délicat sujet à savoir si le développement électrique du corps humain diffère tellement du doping sanguin ou de l’absorption de stéroïdes.

“Je crois que c’est définitivement une question d’éthique,” de dire Richard Hewson, un coureur de marathon, et collègue du Dr. Houston au Département de Kinésiologie de Waterloo. “Je crois qu’un ahtlète devrait pouvoir arriver à une performance basée sur ce qu’il ou elle est capable d’accomplir, et non sur ce qu’un physicien sportif peut lui faire faire.”

Cette accusation, portée par Hewson dans Champion, août 1980, où il mentionnait indirectement Angella Taylor comme une “athlète bionique”, n’est “rien de plus que du dépit de la part de Richard L. Hewson”, de dire Charlie Francis. “Son impression d’Angella comme d’une femme bionique n’est qu’un mauvais service qu’il lui rend” (voir page 5).

A mesure que les arguments fusent de part et d’autre, les appareils sont utilisés pour fins de thérapie et de développement musculaire. Si les promoteurs en ont justement évalué le potentiel, cela pourrait signifier une fin aux misères des personnes affligées de douleurs, un moyen de redonner de la force aux personnes âgées ou handicapées, peut-être même un moyen de créer un Michelangelo électronique qui sculperait des corps puissants et merveilleux pour le conditionnement et la compétition. S’ils ont tort, il devient tout aussi important de découvrir si l’appareil peut causer des dommages, et quelles en sont les limites exactes.

Jusqu’à ce qu’un groupe de recherche puisse établir des preuves substantielles et reconnues, ceux qui y croient continueront de l’utiliser. A cause de la fascination des questions soulevées, et de l’importance des réponses, on se doit d’effectuer davantage de recherches le plus tôt possible. Si nous nous trouvons au seuil de l’ère de l’ “athlète bionique”, nous devrions être en mesure de décider, à partir de la connaissance, et non de la crainte ou de l’ignorance, si nous voulons aller de l’avant ou nous arrêter là.