Ankle-foot orthosis in stroke survivors: status of the issue

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This paper presents an analysis of information regarding the peculiarity of ankle joint orthosis in cerebral stroke survivors. Gait research methods used to assess gait changes in patients who had suffered a cerebral stroke were briefly reviewed. The three most common patterns of gait impairment after a stroke, namely, stiff-knee gait, “dropped foot,” and gait with knee joint hyperextension, were described. A brief review of the main functional types of ankle joint orthoses, namely, static and dynamic, considering their strengths and weaknesses, was presented. Changes in temporal, spatial, and kinematic parameters of gait in cerebral stroke survivors using orthoses were reported. Changes in gait parameters when using ankle joint orthoses depending on the initial pattern of gait disturbance were assessed. The effect of orthotics on the angles of flexion in the ankle, knee, and hip joints at various gait phases as well as their effect on the speed, rhythm, and length of the step were described. Data on the effect of ankle orthosis on patient’s ability to maintain balance were also presented. The effects of orthosis on gait biomechanics and balance function in stroke survivors are debatable. Thus, our findings in this study allow us to raise the question regarding the optimal timing of the use of ankle joint orthoses during the recovery period of a stroke. Possible reasons for these ambiguous results were considered. The necessity for further research into the effectiveness of ankle–foot orthoses regarding various pathological gait patterns in stroke survivors is justified.

About the authors

Maksim A. Vilkov

Privolzhsky Research Medical University

Author for correspondence.
Email: vilkov.med@gmail.com
ORCID iD: 0009-0003-9467-0776
Russian Federation, Nizhny Novgorod

Anna N. Belova

Privolzhsky Research Medical University

Email: anbelova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9719-6772
SPIN-code: 3084-3096

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Natalia Yu. Litvinova

Privolzhsky Research Medical University

Email: ny7171@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6978-139X
SPIN-code: 8165-2161

MD, Cand. Sci. (Medicine), Associate Professor

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Roman D. Ananyev

Privolzhsky Research Medical University

Email: Rom97an@YANDEX.RU
ORCID iD: 0009-0002-9170-833X
SPIN-code: 1136-5907
Russian Federation, Nizhny Novgorod

References

  1. Clinical guidelines. Ischaemic stroke and transient ischaemic attack in adults — 2021-2022-2023 (01.09.2021). Approved by the Ministry of Health of the Russian Federation. (In Russ). Available from: http://disuria.ru/_ld/11/1106_kr21G45G46I63MZ.pdf?ysclid=ls6cu6bztk994500318. Accessed: 15.01.2024.
  2. Choo YJ, Chang MC. Effectiveness of an ankle-foot orthosis on walking in patients with stroke: A systematic review and meta-analysis. Sci Rep. 2021;11:15879. doi: 10.1038/s41598-021-95449-x
  3. Belda-Lois JM, Mena-del Horno S, Bermejo-Bosch I, et al. Rehabilitation of gait after stroke: A review towards a top-down approach. J Neuroeng Rehabil. 2011;(8):66. EDN: ITITRN doi: 10.1186/1743-0003-8-66
  4. Taylor-Piliae RE, Hoke TM, Hepworth JT, et al. Effect of tai chi on physical function, fall rates and quality of life among ol00der stroke survivors. Arch Phys Med Rehabil. 2014;95(5):816-824. doi: 10.1016/j.apmr.2014.01.001
  5. Khatkova SE, Kostenko EV, Akulov MA, et al. Modern aspects of the pathophysiology of walking disorders and their rehabilitation in post-stroke patients. S.S. Korsakov J Neurol Psychiatry. 2019; 119(12-2):43-50. EDN: UDKGIK doi: 10.17116/jnevro201911912243
  6. Gambaro E, Gramaglia C, Azzolina D, et al. The complex associations between late life depression, fear of falling and risk of falls. A systematic review and meta-analysis. Ageing Res Rev. 2022;(73):101532. EDN: WHVAXK doi: 10.1016/j.arr.2021.101532
  7. Brockett CL, Chapman GJ. Biomechanics of the ankle. Orthop Trauma. 2016;30(3):232-238. doi: 10.1016/j.mporth.2016.04.015
  8. Lin PY, Yang YR, Cheng SJ, Wang RY. The relation between ankle impairments and gait velocity and symmetry in people with stroke. Arch Phys Med Rehabil. 2006;87(4):562-568. doi: 10.1016/j.apmr.2005.12.042
  9. Brandstater ME, de Bruin H, Gowland C, Clark BM. Hemiplegic gait: Analysis of temporal variables. Arch Phys Med Rehabil. 1983;64(12):583-587.
  10. Yang YR, Mi PL, Huang SF, et al. Effects of neuromuscular electrical stimulation on gait performance in chronic stroke with inadequate ankle control: A randomized controlled trial. PLoS One. 2018;13(12):e0208609. doi: 10.1371/journal.pone.0208609
  11. Patterson KK, Gage WH, Brooks D, et al. Evaluation of gait symmetry after stroke: A comparison of current methods and recommendations for standardization. Gait Posture. 2010;31(2): 241-246. EDN: NYMQAJ doi: 10.1016/j.gaitpost.2009.10.014
  12. Sheiko GE, Belova AN, Rukina NN, Korotkova NL. Possibilities of using biomechanical human motion capture systems in medical rehabilitation (review). Physical and rehabilitation medicine, medical rehabilitation. 2022;4(3):181-196. EDN: IKQJNH doi: 10.36425/rehab109488
  13. Tyson SF, Sadeghi-Demneh E, Nester CJ. A systematic review and meta-analysis of the effect of an ankle-foot orthosis on gait biomechanics after stroke. Clin Rehabil. 2013;27(10):879-891. doi: 10.1177/0269215513486497
  14. Moore JL, Potter K, Blankshain K, et al. A core set of outcome measures for adults with neurologic conditions undergoing rehabilitation: A clinical practice guideline. J Neurol Phys Ther. 2018;42(3):174-220. doi: 10.1097/NPT.0000000000000229
  15. 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
  16. Beyaert C, Vasa R, Frykberg GE. Gait post-stroke: Pathophysiology and rehabilitation strategies. Neurophysiol Clin. 2015;45(4-5): 335-355. EDN: UMYUZJ doi: 10.1016/j.neucli.2015.09.005
  17. Campanini I, Merlo A, Damiano B. A method to differentiate the causes of stiff-knee gait in stroke patients. Gait Posture. 2013;38(2):165-169. doi: 10.1016/j.gaitpost.2013.05.003
  18. Chisholm AE, Perry SD, McIlroy WE. Correlations between ankle-foot impairments and dropped foot gait deviations among stroke survivors. Clin Biomech (Bristol, Avon). 2013;28(9-10):1049-1054. doi: 10.1016/j.clinbiomech.2013.09.007
  19. Cooper A, Alghamdi GA, Alghamdi MA, et al. The relationship of lower limb muscle strength and knee joint hyperextension during the stance phase of gait in hemiparetic stroke patients. Physiother Res Int. 2012;17(3):150-156. doi: 10.1002/pri.528
  20. Balaban B, Tok F. Gait disturbances in patients with stroke. PM R. 2014;6(7):635-642. doi: 10.1016/j.pmrj.2013.12.017
  21. Akbas T, Kim K, Doyle K, et al. Rectus femoris hyperreflexia contributes to Stiff-Knee gait after stroke. J Neuroeng Rehabil. 2020;17(1):117. EDN: HBZUUJ doi: 10.1186/s12984-020-00724-z
  22. Jørgensen HS, Nakayama H, Raaschou HO, Olsen TS. Recovery of walking function in stroke patients: The copenhagen stroke study. Arch Phys Med Rehabil. 1995;76(1):27-32. EDN: XYOUEF doi: 10.1016/s0003-9993(95)80038-7
  23. Kaurkin SN, Skvortsov DV, Lobunko DA, et al. Functional electrical stimulation for foot drop syndrome in patients with cerebral stroke. Physical and rehabilitation medicine, medical rehabilitation. 2023;5(3):200-214. EDN: NQJZRY doi: 10.36425/rehab568673
  24. Karunakaran KK, Pilkar R, Ehrenberg N, et al. Kinematic and functional gait changes after the utilization of a foot drop stimulator in pediatrics. Front Neurosci. 2019;(13):732. doi: 10.3389/fnins.2019.00732
  25. Kim CM, Eng JJ. Magnitude and pattern of 3D kinematic and kinetic gait profiles in persons with stroke: Relationship to walking speed. Gait Posture. 2004;20(2):140-146. doi: 10.1016/j.gaitpost.2003.07.002
  26. Choo YJ, Chang MC. Commonly used types and recent development of ankle-foot orthosis: A narrative review. Healthcare (Basel). 2021;9(8):1046. doi: 10.3390/healthcare9081046
  27. Yoshizawa T, Yoshida S. Correlation between ankle plantar flexion strength and degree of body sway. J Phys Ther Sci. 2022;34(1):40-43. EDN: ZLKXWK doi: 10.1589/jpts.34.40
  28. Clinical movement analysis. Analysis of gait. Ivanovo: Stimul; 1996. 344 р. (In Russ).
  29. Nikamp C, Buurke J, Schaake L, et al. Effect of long-term use of ankle-foot orthoses on tibialis anterior muscle electromyography in patients with sub-acute stroke: A randomized controlled trial. J Rehabil Med. 2019;51(1):11-17. doi: 10.2340/16501977-2498
  30. Mulroy SJ, Eberly VJ, Gronely JK, et al. Effect of AFO design on walking after stroke: Impact of ankle plantar flexion contracture. Prosthet Orthot Int. 2010;34(3):277-292. doi: 10.3109/03093646.2010.501512
  31. De Sèze MP, Bonhomme C, Daviet JC, et al. Effect of early compensation of distal motor deficiency by the Chignon ankle-foot orthosis on gait in hemiplegic patients: A randomized pilot study. Clin Rehabil. 2011;25(11):989-998. doi: 10.1177/0269215511410730
  32. Gök H, Küçükdeveci A, Altinkaynak H, et al. Effects of ankle-foot orthoses on hemiparetic gait. Clin Rehabil. 2003;17(2):137-139. doi: 10.1191/0269215503cr605oa
  33. Bleyenheuft C, Caty G, Lejeune T, Detrembleur C. Assessment of the chignon dynamic ankle-foot orthosis using instrumented gait analysis in hemiparetic adults. Ann Readapt Med Phys. 2008;51(3):154-160. doi: 10.1016/j.annrmp.2007.12.005
  34. Chen CL, Yeung KT, Wang CH, et al. Anterior ankle-foot orthosis effects on postural stability in hemiplegic patients. Arch Phys Med Rehabil. 1999;80(12):1587-1592. doi: 10.1016/s0003-9993(99)90335-0
  35. Pohl M, Mehrholz J. Immediate effects of an individually designed functional ankle-foot orthosis on stance and gait in hemiparetic patients. Clin Rehabil. 2006;20(4):324-330. doi: 10.1191/0269215506cr951oa
  36. Wang RY, Yen Lu, Lee CC, et al. Effects of an ankle-foot orthosis on balance performance in patients with hemiparesis of different durations. Clin Rehabil. 2005;19(1):37-44. doi: 10.1191/0269215505cr797oa
  37. Nevisipour M, Honeycutt CF. The impact of ankle-foot-orthosis (AFO) use on the compensatory stepping response required to avoid a fall during trip-like perturbations in young adults: Implications for AFO prescription and design. J Biomech. 2020;(103):109703. doi: 10.1016/j.jbiomech.2020.109703
  38. Nikamp CD, Buurke JH, van der Palen J, et al. Early or delayed provision of an ankle-foot orthosis in patients with acute and subacute stroke: A randomized controlled trial. Clin Rehabil. 2017;31(6):798-808. doi: 10.1177/0269215516658337
  39. Corien DM, Marte SH, van der Palen J, et al. The effect of ankle-foot orthoses on fall/near fall incidence in patients with (sub-)acute stroke: A randomized controlled trial. PLoS One. 2019;14(3):e0213538. doi: 10.1371/journal.pone.0213538
  40. Daryabor A, Arazpour M, Aminian G. Effect of different designs of ankle-foot orthoses on gait in patients with stroke: A systematic review. Gait Posture. 2018;(62):268-279. doi: 10.1016/j.gaitpost.2018.03.026
  41. Farmani F, Mohseni-Bandpei MA, Bahramizadeh M, et al. The influence of rocker bar ankle foot orthosis on gait in patients with chronic hemiplegia. J Stroke Cerebrovasc Dis. 2016;25(8):2078-2082. doi: 10.1016/j.jstrokecerebrovasdis.2016.02.021
  42. Bregman DJ, De Groot V, Van Diggele P, et al. Polypropylene ankle foot orthoses to overcome drop-foot gait in central neurological patients: A mechanical and functional evaluation. Prosthet Orthot Int. 2010;34(3):293-304. doi: 10.3109/03093646.2010.495969

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a 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».