Issue 24-6, 2025

Review

https://doi.org/10.38025/2078-1962-2025-24-6-100-109

Functional Electrical Stimulation in Medical Rehabilitation after Lower Limb Joint Replacement: a Review

View article (Download PDF file)



Download XML file

ORCIDKamil F. Bagautdinov, ORCIDLira T. Gilmutdinova*, ORCIDRustem Z. Akhmetshin, ORCIDAydar R. Gilmutdinov, ORCIDRadik Z. Nurlygaianov ORCIDBulat R. Gilmutdinov

Bashkir State Medical University, Ufa, Russia


ABSTRACT

INTRODUCTION. Total hip and knee arthroplasty (THA/TKA) is a highly effective yet common procedure (> 1.5 million annually worldwide), after which patients face complex and prolonged challenges in restoring muscle strength, proprioception, joint stability, and function. The search for effective adjuvant rehabilitation methods optimizing neuroadaptation in the early postoperative period remains highly relevant.

AIM.To analyze global literature data on the effectiveness of functional electrical stimulation (FES) in the rehabilitation of patients after total hip or knee arthroplasty.

MATHERIALS AND METHODS. The authors conducted an electronic search of publications in the PubMed, Scopus, Web of Science, Google Scholar databases and eLIBRARY.RU. The search was performed using the following keywords: "functional electrical stimulation", "rehabilitation", "arthroplasty", "postoperative recovery", "physiotherapy". The authors independently screened relevant studies. The review included studies published in English and Russian, primarily over the last 10 years. Inclusion criteria were as follows: original research, use of biofeedback methods, and clinical evaluation of the applied techniques.

MAIN CONTENT OF THE REVIEW. Analysis of relevant studies revealed heterogeneity in FES application approaches. In the early postoperative period (2–6 weeks), FES demonstrated statistically significant (p < 0.05) improvements in neuromuscular control (increase in integrated EMG activity by 28.7 ± 3.2 %), proprioceptive sensitivity (reduction in kinesthetic perception threshold by 15.3 ± 2.1°), and dynamic joint stability (improvement in stabilometric parameters by 22.4 ± 1.8 %).

CONCLUSION. FES is a promising adjuvant method for early post-arthroplasty rehabilitation, modulating neuroadaptation processes. Optimization of stimulation parameters (e.g., biofeedback integration and personalized activation patterns) may enhance its clinical effectiveness. Further multicenter studies with standardized protocols are needed to evaluate long-term functional outcomes.


KEYWORDS: functional electrical stimulation, joint arthroplasty, medical rehabilitation, physiotherapy

FOR CITATION: Bagautdinov K.F., Gilmutdinova L.T., Akhmetshin R.Z., Gilmutdinov A.R., Nurlygaianov R.Z., Gilmutdinov B.R. Functional Electrical Stimulation in Medical Rehabilitation after Lower Limb Joint Replacement: a Review. Bulletin of Rehabilitation Medicine. 2025; 24(6):100–109. https://doi.org/10.38025/2078-1962-2025-24-6-100-109 (In Russ.).

FOR CORRESPONDENCE:

Lira T. Gilmutdinova, Email: kafedramrfk@mail.ru


References:

  1. Цед А.Н., Кожевин А.А., Муштин Н.Е. Современные тренды в ранней реабилитации пациентов после тотального эндопротезирования тазобедренного и коленного суставов. Вестник хирургии имени И.И. Грекова. 2024; 183(1): 60–65. [Tsed A.N., Kozhevin A.A., Mushtin N.E. Current trends in early rehabilitation after total hip and knee arthroplasty. Grekov’s Bulletin of Surgery. 2024; 183(1): 60–65 (In Russ.).]
  2. Ишекова Н.И., Ишеков А.Н., Горянная Н.А. Динамика функционального состояния тазобедренного сустава и качества жизни пациентов после эндопротезирования (на фоне реабилитации). Журнал медико-биологических исследований. 2021; 9(4): 426–434. [Ishekova N.I., Ishekov A.N., Goryannaya N.A. Dynamics of hip joint functional state and quality of life in patients after arthroplasty (on rehabilitation background). Journal of Medico-Biological Research. 2021; 9(4): 426–434 (In Russ.).]
  3. Кошелев Р.В., Болтенко Ж.В. Современные методы медицинской реабилитации больных после эндопротезирования тазобедренного сустава. Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2014; 2(56): 102–103. [Koshelev R.V., Boltenko Zh.V. Modern methods of medical rehabilitation after hip arthroplasty. Health. Medical Ecology. Science. 2014; 2(56): 102–103 (In Russ.).]
  4. Ромакина Н.А., Сертакова А.В., Коршунова Г.А. и др. Динамика биомеханических показателей функционального статуса у больных после тотального эндопротезирования крупных суставов нижних конечностей на фоне искусственной коррекции движений. Современные проблемы науки и образования. 2017; 4: 81. [Romakina N.A., Sertakova A.V., Korshunova G.A., et al. Dynamics of biomechanical parameters of functional status in patients after total arthroplasty of large lower limb joints with artificial movement correction. Modern Problems of Science and Education. 2017; 4: 81 (In Russ.).]
  5. Лазаренко Н.Н., Герасименко М.Ю., Тигай Ж.Г., Доготарь О.А. Заболеваемость костно-мышечной системы и возможности использования электронейростимуляции мышц. Физиотерапия, бальнеология и реабилитация. 2018; 17(4): 204–210. [Lazarenko N.N., Gerasimenko M.Yu., Tigay Zh.G., Dogotar O.A. Musculoskeletal morbidity and possibilities of muscle electroneurostimulation. Physiotherapy, Balneology and Rehabilitation. 2018; 17(4): 204–210 (In Russ.).]
  6. Осканян Т.П., Сидоров В.Д. Реабилитация пациентов после тотального эндопротезирования тазобедренного сустава методом функциональной мионейростимуляции. Физиотерапия, бальнеология и реабилитация. 2008; 4: 21–25. [Oskanyan T.P., Sidorov V.D. Rehabilitation after total hip arthroplasty using functional myoneurostimulation. Physiotherapy, Balneology and Rehabilitation. 2008; 4: 21–25 (In Russ.).]
  7. Fatoye F., Wright J.M., Yeowell G., Gebrye T. Clinical and cost-effectiveness of physiotherapy interventions following total hip replacement: a systematic review and meta-analysis. Rheumatology International. 2020; 40(9): 1385–1398.
  8. Полякова А.Г., Карева О.В., Новиков А.В. Современные аспекты комплексной реабилитации больных после эндопротезирования крупных суставов нижних конечностей. Физиотерапия, бальнеология и реабилитация. 2013; 3: 41. [Polyakova A.G., Kareva O.V., Novikov A.V. Modern aspects of comprehensive rehabilitation after large joint arthroplasty of lower extremities. Physiotherapy, Balneology and Rehabilitation. 2013; 3: 41 (In Russ.).]
  9. Кирпичев И.В., Бражкин С.Е., Бережков И.В. Эффективность различных схем реабилитационных мероприятий после первичного протезирования тазобедренного сустава. Вестник Ивановской медицинской академии. 2016; 21(1): 50–55. [Kirpichev I.V., Brazhkin S.E., Berezhkov I.V. Effectiveness of different rehabilitation protocols after primary hip arthroplasty. Bulletin of Ivanovo Medical Academy. 2016; 21(1): 50–55 (In Russ.).]
  10. Курбанов С.Х., Неверов В.А. Восстановительная терапия с учетом индивидуальных параметров пациента при ортопедических операциях. Вестник Академии медицинских наук Таджикистана. 2016; 1: 12–18. [Kurbanov S.Kh., Neverov V.A. Restorative therapy considering individual parameters in orthopedic surgery. Bulletin of the Academy of Medical Sciences of Tajikistan. 2016; 1: 12–18 (In Russ.).]
  11. Мельникова Е.А., Смирнова С.Н., Ашавская А.А. и др. Комплексный подход при реабилитации пациентов после тотального эндопротезирования коленного сустава в раннем послеоперационном периоде. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2023; 100(3–2): 136–137. [Melnikova E.A., Smirnova S.N., Ashavskaya A.A., et al. Comprehensive approach to rehabilitation after total knee arthroplasty in early postoperative period. Problems of Balneology, Physiotherapy and Exercise Therapy. 2023; 100(3–2): 136–137 (In Russ.).]
  12. Федоров А.А., Захаров Я.Ю., Баранов Е.А., Рыжкин В.М. Отдаленные результаты комплексной медицинской реабилитации с использованием пассивной подвесной системы у больных после эндопротезирования тазобедренного сустава. Курортная медицина. 2022; 2: 138–145. [Fedorov A.A., Zakharov Ya.Yu., Baranov E.A., Ryzhkin V.M. Long-term outcomes of comprehensive rehabilitation using passive suspension system after hip arthroplasty. Resort Medicine. 2022; 2: 138–145 (In Russ.).]
  13. Смирнова С.Н., Мельникова Е.А., Майбродская А.Е. и др. Оценка эффективности комплексного подхода в ранней реабилитации пациентов после тотального эндопротезирования тазобедренного сустава. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2022; 99(3–2): 178–179. [Smirnova S.N., Melnikova E.A., Maybrodskaia A.E., et al. Effectiveness evaluation of comprehensive approach in early rehabilitation after total hip arthroplasty. Problems of Balneology, Physiotherapy and Exercise Therapy. 2022; 99(3–2): 178–179 (In Russ.)
  14. Колбахова С.Н., Кульчицкая Д.Б., Хаптагаев Т.Б. и др. Применение электротерапии в комплексных программах реабилитации пациентов после тотального эндопротезирования. Физиотерапия, бальнеология и реабилитация. 2022; 21(4): 281–287. [Kolbakhova S.N., Kulchitskaya D.B., Khaptagaev T.B., et al. Electrotherapy in comprehensive rehabilitation programs after total arthroplasty. Physiotherapy, Balneology and Rehabilitation. 2022; 21(4): 281–287 (In Russ.).]
  15. Калинина С.М., Зуевская Т.В. Оценка эффективности метода внутритканевой электростимуляции (ВТЭС) в лечении болевых синдромов позвоночника и суставов. Медицинская наука и образование Урала. 2013; 14(2): 93–95. [Kalinina S.M., Zuevskaya T.V. Effectiveness evaluation of intratissue electrostimulation (ITES) in treatment of spine and joint pain syndromes. Medical Science and Education of Urals. 2013; 14(2): 93–95 (In Russ.).]
  16. Бурматов Н.А., Сергеев К.С., Герасимов А.А. и др. Применение метода внутритканевой электростимуляции при реабилитации травматологических пациентов с повышенным уровнем тревожности. Медицинская наука и образование Урала. 2024; 25(2): 6–10. [Burmatov N.A., Sergeev K.S., Gerasimov A.A. et al. Intratissue electrostimulation in rehabilitation of trauma patients with increased anxiety levels. Medical Science and Education of Urals. 2024; 25(2): 6–10 (In Russ.).]
  17. Zhang X.H., Liu J.Yu., Han P. et al. Clinical Efficacy of Functional Electrical Stimulation-assisted Rehabilitation Cycling on the Function of Lower Limbs in Patients with Stroke. Current Neurovascular Research. 2021; 18(3): 318–323.
  18. Баранцевич Е.Р., Тишков А.В., Ковальчук Ю.П. и др. Физическая реабилитация пациентов с применением электростимулятора «МВ6.03.00А»: оценка эффективности и безопасности. Медицинский алфавит. 2017; 2(15): 21–27. [Barantsevich E.R., Tishkov A.V., Kovalchuk Yu.P. et al. Physical rehabilitation using “MV6.03.00A” electrical stimulator: efficacy and safety evaluation. Medical Alphabet. 2017; 2(15): 21–27 (In Russ.).]
  19. Сидоров В.Д., Осканян Т.Л., Калюшина Е.Н. Особенности реабилитации пациентов с коксартритом после тотального эндопротезирования тазобедренного сустава. Физиотерапевт. 2017; 1: 21–27. [Sidorov V.D., Oskanyan T.L., Kalyushina E.N. Rehabilitation features in patients with coxarthritis after total hip arthroplasty. Physiotherapist. 2017; 1: 21–27 (In Russ.).]
  20. Перец Е.Н., Бадалян А.А., Будникова Л.Н. Применение комплексной электромиостимуляции у пациентов после эндопротезирования коленного сустава. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2022; 99(5–2): 48–49. [Perets E.N., Badalyan A.A., Budnikova L.N. Complex electromyostimulation in patients after knee arthroplasty. Problems of Balneology, Physiotherapy and Exercise Therapy. 2022; 99(5–2): 48–49 (In Russ.).]
  21. Кульчицкая Д.Б., Фесюн А.Д., Самойлов А.С., Колбахова С.Н. Применение физических факторов в программах реабилитации пациентов после тотального эндопротезирования коленного сустава. Вестник восстановительной медицины. 2022; 21(2): 46–52. https://doi.org/10.38025/2078-1962-2022-21-2-46-52 [Kulchitskaya D.B., Fesyun A.D., Samoilov A.S., Kolbakhova S.N. The Physical Factors Application in Rehabilitation Programs for Patients after Total Knee Replacement. Bulletin of Rehabilitation Medicine. 2022; 21(2): 46–52. https://doi.org/10.38025/2078-1962-2022-21-2-46-52 (In Russ.).]
  22. Şavkin R., Büker N., Güngör H.R. The effects of preoperative neuromuscular electrical stimulation on the postoperative quadriceps muscle strength and functional status in patients with fast-track total knee arthroplasty. Acta Orthopaedica Belgica. 2021; 87(4): 735–744.
  23. Карибаева Д.Т. Эффективность физиотерапевтической реабилитации больных после эндопротезирования крупных суставов. Вестник хирургии Казахстана. 2012; 3(31): 30–31. [Karibaeva D.T. Effectiveness of physiotherapeutic rehabilitation after large joint arthroplasty. Bulletin of Surgery of Kazakhstan. 2012; 3(31): 30–31 (In Russ.).]
  24. Минасов Т.Б., Филатова Л.Р., Минасов И.Б. Комплексная реабилитация после повреждений коленного сустава. Гений ортопедии. 2010; 4: 29–31. [Minasov T.B., Filatova L.R., Minasov I.B. Comprehensive rehabilitation after knee joint injuries. Genius of Orthopedics. 2010; 4: 29–31 (In Russ.).]
  25. Азизов А.М. Реабилитация больных после тотального эндопротезирования тазобедренного сустава с анкилозирующим спондилоартритом. Новый день в медицине. 2020; 4(32): 173–177. [Azizov A.M. Rehabilitation after total hip arthroplasty in patients with ankylosing spondyloarthritis. New Day in Medicine. 2020; 4(32): 173–177 (In Russ.).]
  26. Секирин А.Б., Майбродская А.Е., Санкаранараянан А.С. Оценка эффективности трехэтапного комплексного подхода в реабилитации пациентов после тотального эндопротезирования тазобедренного сустава. Современные проблемы науки и образования. 2018; 5: 60. [Sekirin A.B., Maybrodskaia A.E., Sankaranarayanan A.S. Efficacy evaluation of three-stage comprehensive approach in rehabilitation after total hip arthroplasty. Modern Problems of Science and Education. 2018; 5: 60 (In Russ.).]
  27. Michalíková M., Bednarčíková L., Ondrejová B., et al. Effect of Neurac Therapy on plantar pressures distribution and the center of gravity of the human body. Acta Tecnología. 2021; 7(4): 121–124.
  28. Wang X., Hunter D.J., Vesentini G. et al. Technology-assisted rehabilitation following total knee or hip replacement for people with osteoarthritis: A systematic review and meta-analysis. BMC Musculoskeletal Disorders. 2019; 20(1): 506.
  29. Назаров Х.Н., Курбанов С.Х., Каримов К.К. и др. Особенности реабилитации больных при эндопротезировании тазобедренного сустава. Вестник последипломного образования в сфере здравоохранения. 2023; 3: 67–72. [Nazarov Kh.N., Kurbanov S.Kh., Karimov K.K., et al. Rehabilitation features in hip arthroplasty. Bulletin of Postgraduate Medical Education. 2023; 3: 67–72 (In Russ.).]
  30. Levin S., De Solórzano S.L., Scarr G. The significance of closed kinematic chains to biological movement and dynamic stability. Journal of Bodywork and Movement Therapies. 2017; 21(3): 664–672.
  31. Zhang M., Wang H., Cai Z., et al. A systematic comparative analysis of gait characteristics in patients undergoing total knee arthroplasty and unicompartmental knee arthroplasty: a review study. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 2024; 19(1): 821.
  32. Бадалов Н.Г., Шербакова Е.И. Инновационные технологии в реабилитации пациентов после эндопротезирования тазобедренных суставов. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2023; 100(3–2): 42–43. [Badalov N.G., Shcherbakova E.I. Innovative technologies in rehabilitation after hip arthroplasty. Problems of Balneology, Physiotherapy and Exercise Therapy. 2023; 100(3–2): 42–43 (In Russ.).]
  33. Morimoto T., Kitajima M., Tsukamoto M. et al. Sagittal spino-pelvic alignment in rapidly destructive coxarthrosis. European Spine Journal. 2018; 27(2): 475–481.
  34. Нурлыгаянов Р.З., Гильмутдинова Л.Т., Гильмутдинов А.Р. и др. Возможности применения методов физиотерапии в профилактике и лечении остеопороза. Врач. 2025; 36(4): 13–18. [Nurlygayanov R.Z., Gilmutdinova L.T., Gilmutdinov A.R., et al. Possibilities of physiotherapy methods in osteoporosis prevention and treatment. Vrach. 2025; 36(4): 13–18 (In Russ.).]
  35. Василькин А.К., Шапарюк С.И., Шевченко С.Б., Денисов А.О. Метод биологической обратной связи в комплексе реабилитации после эндопротезирования тазобедренного сустава. Травматология и ортопедия России. 2016; 22(4): 35–44. [Vasilkin A.K., Shaparyuk S.I., Shevchenko S.B., Denisov A.O. Biofeedback method in rehabilitation complex after hip arthroplasty. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2016; 22(4): 35–44 (In Russ.).]
  36. Гильмутдинова Л.Т., Фаизова Э.Р., Гильмутдинов Б.Р. и др. Применение экзоскелета в комплексной реабилитации пациентов с нарушениями двигательной активности. Физиотерапевт. 2024; 2: 38–43. [Gilmutdinova L.T., Faizova E.R., Gilmutdinov B.R., et al. Exoskeleton application in comprehensive rehabilitation of patients with motor disorders. Physiotherapist. 2024; 2: 38–43 (In Russ.).]
  37. Макарова М.Р., Сомов Д.А., Ксенофонтова И.В. Реабилитация больных после эндопротезирования тазобедренных суставов на этапе функционального восстановления. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2016; 93(2–2): 99–100. [Makarova M.R., Somov D.A., Ksenofontova I.V. Rehabilitation at functional recovery stage after hip arthroplasty. Problems of Balneology, Physiotherapy and Exercise Therapy. 2016; 93(2–2): 99–100 (In Russ.).]
  38. Zhang H., Jiang X.A., Jin B.C., et al. Current developments in robotic assistance technology for total knee arthroplasty: a comprehensive overview. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. 2025; 20(1): 80.
  39. Erlenwein J., Pfingsten M., Hüppe M., et al. Management von Patienten mit chronischen Schmerzen in der Akut- und perioperativen Medizin. Der Anaesthesist. 2020; 69(2): 95–107.
  40. Нурлыгаянов Р.З., Гильмутдинова Л.Т., Гильмутдинов Б.Р. и др. Медицинская реабилитация пациентов с переломами проксимального отдела бедренной кости при консервативном лечении: современное решение проблемы. Медицина. Социология. Философия. Прикладные исследования. 2025; 1: 136–141. [Nurlygayanov R.Z., Gilmutdinova L.T., Gilmutdinov B.R., et al. Medical rehabilitation of patients with proximal femur fractures during conservative treatment: modern solution. Medicine. Sociology. Philosophy. Applied Research. 2025; 1: 136–141 (In Russ.).]



Creative Commons License
The content is available under the Creative Commons Attribution 4.0 License.

©


This is an open article under the CC BY 4.0 license. Published by the National Medical Research Center for Rehabilitation and Balneology.