Многоканальная функциональная электростимуляция: метод восстановления функции ходьбы у пациентов, перенёсших острое нарушение мозгового кровообращения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Многоканальная функциональная электростимуляция (МФЭС) представляет собой перспективный метод реабилитации постинсультных больных, направленный на восстановление функции ходьбы в различные периоды после острого нарушения мозгового кровообращения. Обзор систематизирует современные представления о применении МФЭС у пациентов с последствиями церебрального инсульта, анализируя технические параметры стимуляции, методические подходы к проведению процедур и клиническую эффективность метода. Анализ литературных данных демонстрирует значительную вариабельность протоколов МФЭС: частота стимуляции варьирует от 20 до 100 Гц, длительность процедур составляет от 15 до 60 минут, курс лечения может продолжаться от 3 до 30 недель. Основными мишенями воздействия являются четыре группы мышц нижних конечностей — передняя большеберцовая мышца, подошвенные сгибатели, четырёхглавая мышца бедра и группа мышц задней поверхности бедра. Синхронизация стимуляции с циклом ходьбы осуществляется преимущественно посредством контактных датчиков, акселерометров и электромиографических сигналов; современные разработки включают инерциальные системы навигации и алгоритмы машинного обучения. В обзоре представлен комплексный анализ технических аспектов МФЭС с позиций этапности двигательного обучения и индивидуализации параметров стимуляции. Особое внимание уделено интеграции МФЭС с робототехническими устройствами, включая экзоскелеты, что представляет новое направление в реабилитации. Наряду с отсутствием единых критериев выбора параметров стимуляции следует отметить необходимость дифференцированного подхода в зависимости от типа двигательных нарушений, периода заболевания и когнитивных возможностей пациента. Представленный анализ обосновывает необходимость разработки персонализированных протоколов МФЭС и проведения масштабных исследований для оптимизации параметров стимуляции в реабилитации постинсультных больных.

Об авторах

Дмитрий Владимирович Скворцов

Федеральный центр мозга и нейротехнологий; Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова; Федеральный научно-клинический центр специализированных видов медицинской помощи и медицинских технологий

Автор, ответственный за переписку.
Email: dskvorts63@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2794-4912
SPIN-код: 6274-4448

д-р мед. наук, профессор

Россия, 117513, Москва, ул. Островитянова, д. 1, стр. 10; Москва; Москва

Леонид Владимирович Климов

Федеральный центр мозга и нейротехнологий

Email: dr.klimov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1314-3388
SPIN-код: 5618-0734

канд. мед. наук

Россия, 117513, Москва, ул. Островитянова, д. 1, стр. 10

Данила Александрович Лобунько

Федеральный центр мозга и нейротехнологий

Email: doctorlobunko@gmail.com
ORCID iD: 0009-0009-7741-2904
SPIN-код: 6226-5283
Россия, 117513, Москва, ул. Островитянова, д. 1, стр. 10

Галина Евгеньевна Иванова

Федеральный центр мозга и нейротехнологий; Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова

Email: reabilivanova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3180-5525
SPIN-код: 4049-4581

д-р мед. наук, профессор

Россия, 117513, Москва, ул. Островитянова, д. 1, стр. 10; Москва

Список литературы

  1. Maeda A, Yuasa T, Nakamura K, et al. Physical performance tests after stroke: Reliability and validity. Am J Phys Med Rehabil. 2000;79(6):519–525. doi: 10.1097/00002060-200011000-00008
  2. Langhammer B, Stanghelle JK, Lindmark B. Exercise and health-related quality of life during the first year following acute stroke. A randomized controlled trial. Brain Inj. 2008;22(2):135–145. doi: 10.1080/02699050801895423
  3. Lewek MD, Bradley CE, Wutzke CJ, Zinder SM. The relationship between spatiotemporal gait asymmetry and balance in individuals with chronic stroke. J Appl Biomech. 2014;30(1):31–36. doi: 10.1123/jab.2012-0208
  4. Awad LN, Palmer JA, Pohlig RT, et al. Walking speed and step length asymmetry modify the energy cost of walking after stroke. Neurorehabil Neural Repair. 2015;29(5):416–423. doi: 10.1177/1545968314552528
  5. Perry J, Burnfield JM. Gait analysis: Normal and pathological function. Slack Incorporated: West Deptford, NJ, USA; 2010.
  6. Wang Y, Mukaino M, Ohtsuka K, et al. Gait characteristics of post-stroke hemiparetic patients with different walking speeds. Int J Rehabil Res. 2020;43(1):69–75. doi: 10.1097/MRR.0000000000000391
  7. Skvortsov DV, Kaurkin SN, Grebenkina NV, Ivanova GE. Typical changes in gait biomechanics in patients with subacute ischemic stroke. Diagnostics (Basel). 2025;15(5):511. doi: 10.3390/diagnostics15050511
  8. Do A, Soares S, Almeida C, et al. Late physiotherapy rehabilitation changes gait patterns in post-stroke patients. Biomed Hum Kinet. 2017;9(1):14–18. doi: 10.1515/bhk-2017-0003
  9. Veerbeek JM, van Wegen E, van Peppen R, et al. What is the evidence for physical therapy poststroke? A systematic review and meta-analysis. PLoS One. 2014;9(2):e87987. doi: 10.1371/journal.pone.0087987
  10. Moe JH, Post HW. Functional electrical stimulation for ambulation in hemiplegia. Lancet. 1962;82:285–288.
  11. Kesar TM, Perumal R, Jancosko A, et al. Novel patterns of functional electrical stimulation have an immediate effect on dorsiflexor muscle function during gait for people poststroke. Phys Ther. 2010;90(1):55–66. doi: 10.2522/ptj.20090140
  12. Santos GF, Jakubowitz E, Pronost N, et al. Predictive simulation of post-stroke gait with functional electrical stimulation. Sci Rep. 2021;11(1):21351. doi: 10.1038/s41598-021-00658-z
  13. Liberson WT, Holmquest HJ, Scot D, Dow M. Functional electrotherapy: Stimulation of the peroneal nerve synchronized with the swing phase of the gait of hemiplegic patients. Arch Phys Med Rehabil. 1961;42:101–105.
  14. Sabut SK, Sikdar C, Mondal R, et al. Restoration of gait and motor recovery by functional electrical stimulation therapy in persons with stroke. Dis Rehab. 2010;32(19):1594–1603. doi: 10.3109/09638281003599596
  15. Sabut SK, Sikdar C, Kumar R, Mahadevappa M. Functional electrical stimulation of dorsiflexor muscle: Effects on dorsiflexor strength, plantarflexor spasticity, and motor recovery in stroke patients. NeuroRehab. 2011;29(4):393–400. doi: 10.3233/NRE-2011-0717
  16. Tan Z, Liu H, Yan T, et al. The effectiveness of functional electrical stimulation based on a normal gait pattern on subjects with early stroke: A randomized controlled trial. Biomed Res Int. 2014;2014:545408. doi: 10.1155/2014/545408
  17. Yan T, Hui-Chan CW, Li LS. Functional electrical stimulation improves motor recovery of the lower extremity and walking ability of subjects with first acute stroke: A randomized placebo-controlled trial. Stroke. 2005;36(1):80–85. doi: 10.1161/01.STR.0000149623.24906.63
  18. Yang CY, Kim TJ, Lee JH, et al. The effect of functional electrical stimulation on the motor function of lower limb in hemiplegic patients. J Korean Acad Rehab Med. 2009;33(1):29–35.
  19. Mercer VS, Chang SH, Williams CD, et al. Effects of an exercise program to increase hip abductor muscle strength and improve lateral stability following stroke: A single subject design. J Geriatr Phys Ther. 2009;32(2):50–59.
  20. Allen JL, Ting LH, Kesar TM. Gait rehabilitation using functional electrical stimulation induces changes in ankle muscle coordination in stroke survivors: A preliminary study. Front Neurol. 2018;9:1127. doi: 10.3389/fneur.2018.01127
  21. Aout T, Begon M, Jegou B, et al. Effects of functional electrical stimulation on gait characteristics in healthy individuals: A systematic review. Sensors. 2023;23(21):8684. doi: 10.3390/s23218684
  22. Hakansson NA, Kesar T, Reisman D, et al. Effects of fast functional electrical stimulation gait training on mechanical recovery in poststroke gait. Artif Organs. 2011;35(3):217–220. doi: 10.1111/j.1525-1594.2011.01215.x
  23. Tenniglo MJ, Buurke JH, Prinsen EC, et al. Effect of reduced afferent feedback on adaptation of walking pattern in functional electrical stimulation. J Rehabil Med. 2018;50(8):719–724. doi: 10.2340/16501977-2367
  24. Purohit R, Varas-Diaz G, Bhatt T. Functional electrical stimulation to enhance reactive balance among people with hemiparetic stroke. Exp Brain Res. 2024;242(3):559–570. doi: 10.1007/s00221-023-06729-z
  25. Shin HE, Kim M, Lee D, et al. Therapeutic effects of functional electrical stimulation on physical performance and muscle strength in post-stroke older adults: A review. Ann Geriatr Med Res. 2022;26(1):16–24. doi: 10.4235/agmr.22.0006
  26. Van Bloemendaal M, Bus SA, de Boer CE, et al. Gait training assisted by multi-channel functional electrical stimulation early after stroke: Study protocol for a randomized controlled trial. Trials. 2016;17(1):477. doi: 10.1186/s13063-016-1604-x
  27. Kojović J, Djurić-Jovicić M, Dosen S, et al. Sensor-driven four-channel stimulation of paretic leg: Functional electrical walking therapy. J Neurosci Methods. 2009;181(1):100–105. doi: 10.1016/j.jneumeth.2009.04.005
  28. Cheng JS, Yang YR, Cheng SJ, et al. Effects of combining electric stimulation with active ankle dorsiflexion while standing on a rocker board: A pilot study for subjects with spastic foot after stroke. Arch Phys Med Rehabil. 2010;91(4):505–512. doi: 10.1016/j.apmr.2009.11.022
  29. Hong Z, Sui M, Zhuang Z, et al. Effectiveness of neuromuscular electrical stimulation on lower limbs of patients with hemiplegia after chronic stroke: A systematic review. Arch Phys Med Rehabil. 2018;99(5):1011–1022.e1. doi: 10.1016/j.apmr.2017.12.019
  30. Chen S, Gao J, Zhou Y, et al. Implications of neuromuscular electrical stimulation on gait ability, balance and kinematic parameters after stroke: A systematic review and meta-analysis. J Neuroeng Rehabil. 2024;21(1):164. doi: 10.1186/s12984-024-01462-2
  31. Sharif F, Ghulam S, Malik AN, Saeed Q. Effectiveness of Functional Electrical Stimulation (FES) versus conventional electrical stimulation in gait rehabilitation of patients with stroke. J Coll Physicians Surg Pak. 2017;27(11):703–706.
  32. Lee HJ, Cho KH, Lee WH. The effects of body weight support treadmill training with power-assisted functional electrical stimulation on functional movement and gait in stroke patients. Am J Phys Med Rehabil. 2013;92(12):1051–1059. doi: 10.1097/PHM.0000000000000040
  33. Alon G, Conroy VM, Donner TW. Intensive training of subjects with chronic hemiparesis on a motorized cycle combined with functional electrical stimulation (fes): A feasibility and safety study. Physiother Res Int. 2011;16(2):81–91. doi: 10.1002/pri.475
  34. Binder-Macleod S, Kesar T. Catchlike property of skeletal muscle: Recent findings and clinical implications. Muscle Nerve. 2005;31(6):681–193. doi: 10.1002/mus.20290
  35. Maladen RD, Perumal R, Wexler AS, Binder-Macleod SA. Effects of activation pattern on nonisometric human skeletal muscle performance. J Appl Physiol (1985). 2007;102(5):1985–1991. doi: 10.1152/japplphysiol.00729.2006
  36. Garland SJ, Griffin L. Motor unit double discharges: Statistical anomaly or functional entity? Can J Appl Physiol. 1999;24(2):113–130. doi: 10.1139/h99-010
  37. Nam MJ, Kim YJ, Tian MY, Kim MK. Effects of functional electrical stimulation during gait training on gait, balance, and lower extremity function in chronic stroke patients. J Korean Soc Phys Med. 2024;19(3):29–36. doi: 10.13066/kspm.2024.19.3.29
  38. Dantas MT, Fernani DC, da Silva TD, et al. Gait training with functional electrical stimulation improves mobility in people post-stroke. Int J Environ Res Public Health. 2023;20(9):5728. doi: 10.3390/ijerph20095728
  39. Ji F, Qiu S, Liu Y, et al. A trajectory-adaptive walking assistance strategy based on functional electrical stimulation for exoskeleton to help stroke patients restore natural gait. In: 2022 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM). doi: 10.1109/AIM52237.2022.9863314
  40. Kluding PM, Dunning K, O’Dell MW, et al. Foot drop stimulation versus ankle foot orthosis after stroke: 30-week outcomes. Stroke. 2013;44(6):1660–1669. doi: 10.1161/STROKEAHA.111.000334
  41. Thrasher TA, Flett HM, Popovic MR. Gait training regimen for incomplete spinal cord injury using functional electrical stimulation. Spinal Cord. 2006;44(6):357–361. doi: 10.1038/sj.sc.3101864
  42. Bao X, Luo JN, Shao YC, et al. Effect of functional electrical stimulation plus body weight-supported treadmill training for gait rehabilitation in patients with poststroke: a retrospective case-matched study. Eur J Phys Rehabil Med. 2020;56(1):34–40. doi: 10.23736/S1973-9087.19.05879-9
  43. Bickel CS, Gregory CM, Dean JC. Motor unit recruitment during neuromuscular electrical stimulation: A critical appraisal. Eur J Appl Physiol. 2011;111:2399–2407. doi: 10.1007/s00421-011-2128-4
  44. Sharma N, Mushahwar V, Stein R. Dynamic optimization of FES and orthosis-based walking using simple models. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 2014;22(1):114–126. doi: 10.1109/tnsre.2013.2280520
  45. Strausser K, Kazerooni H. The development and testing of a human machine interface for a mobile medical exoskeleton. In: 2011 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. San Francisco, CA, USA; 2011. Р. 4911–4916. doi: 10.1109/iros.2011.6095025
  46. Farris RJ, Quintero HA, Murray SA, et al. A preliminary assessment of legged mobility provided by a lower limb exoskeleton for persons with paraplegia. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 2014;22(3):482–490. doi: 10.1109/TNSRE.2013.2268320
  47. Popovic MR, Masani K, Micera S. Functional electrical stimulation therapy: Recovery of function following spinal cord injury and stroke. London: Springer London; 2012. Р. 105–121. doi: 10.1007/978-1-4471-2277-7_7
  48. Kastalskiy IA, Khoruzhko MA, Skvortsov DV. A functional electrical stimulation system for integration in an exoskeleton. Modern technologies in medicine. 2018;10(3):104–109. doi: 10.17691/stm2018.10.3.12 EDN: SIPAQH
  49. Lutokhin GM, Kashezhev AG, Rassulova MA, et al. Application of exoskeleton with functional electrostimulation for rebalancing of patients in acute and early recovery periods of ischemic stroke. Problems of balneology, physiotherapy and exercise therapy. 2023;100(5):5–13. doi: 10.17116/kurort20231000515 EDN: QZOLDH
  50. Lutokhin GM, Kashezhev AG, Pogonchenkova IV, et al. Effectiveness and safety of robotic mechanotherapy with FES and VR in restoring gait and balance in the acute and early rehabilitation period of ischemic stroke: Prospective randomized comparative study. Bull of Rehabil Med. 2023;22(5):22–29. doi: 10.38025/2078-1962-2023-22-5-22-29
  51. Nam YG, Lee JW, Park JW, et al. Effects of electromechanical exoskeleton-assisted gait training on walking ability of stroke patients: A randomized controlled trial. Arch Phys Med Rehabil. 2019;100(1):26–31. doi: 10.1016/j.apmr.2018.06.020
  52. Fitts PM, Posner MI. Human performance. Belmont: Brooks/Cole Publishing Company; 1967.
  53. Freivogel S, Fries W. Motorische rehabilitation. In: Frommelt P, Lösslein H, editors. Neuro-rehabilitation. Berlin/Heidelberg: Springer; 2010. P. 225–266.
  54. Wulf D. Motorists lernen. In: Hüter-Becker A, Dölken M, editors. Physiotherapie in der neurologie. Stuttgart: Georg Thieme; 2010. P. 41–72.
  55. Majsak MJ. Application of motor learning principles to the stroke population. Top Stroke Rehabil. 1996;3(2):37–59. doi: 10.1080/10749357.1996.11754113
  56. Marquez-Chin C, Popovic MR. Functional electrical stimulation therapy for restoration of motor function after spinal cord injury and stroke: A review. Biomed Eng Online. 2020;19(1):34. doi: 10.1186/s12938-020-00773-4
  57. Vitenzon AC. Patterns of normal and pathological human walking. Moscow: Zerkalo-M; 1998. 271 p. (In Russ.)
  58. Bakhtiary AH, Fatemy E. Does electrical stimulation reduce spasticity after stroke? A randomized controlled study. Clin Rehabil. 2008;22(5):418–425. doi: 10.1177/0269215507084008
  59. Skvortsov DV, Klimov LV, Grebenkina NV. Functional electrical stimulation method: Recommended application parameters. Physical and rehabilitation medicine, medical rehabilitation. 2024;6(3):263–279. doi: 10.36425/rehab635187 EDN: QBJAEZ

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор, 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».