Characteristics of gait function in hemiparetic patients with subacute period of ischemic stroke: a single-center retrospective study

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Gait disorders are common among 80% of stroke patients. Its consequences include increased risk of falls and functional limitations, which can significantly reduce the quality of life.

AIM: To investigate the functional profile of hemiparesis resulting from subacute ischemic stroke.

MATERIALS AND METHODS: This observational, retrospective, one-stage, single-center study analyzed primary biomechanical gait parameters in 31 patients and 34 healthy controls. Spatial, temporal, kinematic, and electromyographic characteristics were recorded. A statistical assessment and inter-group and intra-group comparison of the collected data were performed to identify the pathognomonic features of hemiplegic gait in patients with subacute stroke.

RESULTS: Changes in gait biomechanics typical for hemiparetic patients who have suffered from ischemic stroke were described: slight asymmetry of step cycle, normal duration of support period on the paretic side, significant increase in duration of support period on the healthy side, and shortening of single support period on the paretic side. Additionally, the asymmetry of the walking function was characterized by changes in reciprocity, that is, a harmonious sequence of step cycles. The function of the hip and knee joints was reduced and altered, and the amplitude of the ankle joint was increased. Decrease and change in the bioelectric activity profile of muscles were detected. Moreover, the quadriceps femoris function was least affected.

CONCLUSION: The main changes in walking function are characterized by an asymmetry of spatiotemporal parameters, a decrease in movement amplitudes of the hip and knee joints on the paretic side, an increase in ankle joint amplitude, a decrease in the bioelectric activity of muscles, and a shift in the phases of their activity. The results contribute to a better understanding of the mechanisms behind hemiplegic gait and provide a valuable tool for developing more personalized and targeted rehabilitation plans for patients suffering from hemiparesis as a result of subacute ischemic stroke.

About the authors

Dmitry V. Skvortsov

Federal Center of Brain Research and Neurotechnologies; The Russian National Research Medical University named after N.I. Pirogov; Federal Medico-Biological Agency Federal Research Clinical Center

Email: dskvorts63@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2794-4912
SPIN-code: 6274-4448

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, 1/10 Ostrovityanova street, 117513 Moscow; 1 Ostrovityanova street, 117513 Moscow; 28, Orekhovy blvd, 115682 Moscow

Natalya V. Grebenkina

The Russian National Research Medical University named after N.I. Pirogov

Author for correspondence.
Email: grebenkina_nv@rsmu.ru
ORCID iD: 0000-0002-8441-2285
SPIN-code: 6621-3836
Russian Federation, 1 Ostrovityanova street, 117513 Moscow

Sergey N. Kaurkin

Federal Center of Brain Research and Neurotechnologies; The Russian National Research Medical University named after N.I. Pirogov

Email: kaurkins@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-5232-7740
SPIN-code: 4986-3575

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

Russian Federation, 1/10 Ostrovityanova street, 117513 Moscow; 1 Ostrovityanova street, 117513 Moscow

Galina E. Ivanova

Federal Center of Brain Research and Neurotechnologies; The Russian National Research Medical University named after N.I. Pirogov

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

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, 1/10 Ostrovityanova street, 117513 Moscow; 1 Ostrovityanova street, 117513 Moscow

References

  1. Martin SS, Aday AW, Almarzooq ZI, et al. 2024 Heart disease and stroke statistics: A report of US and global data from the American Heart Association. Circulation. 2024;149(8):e347–e913. EDN: RGAVBF doi: 10.1161/CIR.0000000000001209
  2. Feigin VL, Brainin M, Norrving B, et al. World Stroke Organization (WSO): Global stroke fact sheet 2022. Int J Stroke. 2022;17(1): 18–29. doi: 10.1177/17474930211065917. Erratum in: Int J Stroke. 2022;17(4):478. doi: 10.1177/17474930221080343
  3. Ignatyeva VI, Voznyuk IA, Shamalov NA, et al. Social and economic burden of stroke in Russian Federation. S.S. Korsakov J Neurol Psychiatry. Special Editions. 2023;123(8-2):5–15. EDN: QEIVCM doi: 10.17116/jnevro20231230825
  4. Aqueveque P, Ortega P, Pino E, et al. After stroke movement impairments: A review of current technologies for rehabilitation. Chapter 7. In: Physical Disabilities Therapeutic Implications. 2017. Р. 95–116. doi: 10.5772/67577
  5. Duncan PW, Zorowitz R, Bates B, et al. Management of adult stroke rehabilitation care: A clinical practice guideline. Stroke. 2005;36(9):e100–143. doi: 10.1161/01.STR.0000180861.54180.FF
  6. Batchelor FA, Mackintosh SF, Said CM, Hill KD. Falls after stroke. Int J Stroke. 2012;7(6):482–490. doi: 10.1111/j.1747-4949.2012.00796.x
  7. Van der Kooi E, Schiemanck SK, Nollet F, et al. Falls are associated with lower self-reported functional status in patients after stroke. Arch Phys Med Rehabil. 2017;98(12):2393–2398. doi: 10.1016/j.apmr.2017.05.003
  8. Perry J, Burnfield JM. Gait analysis: Normal and pathological function. New Jersey: Slack Incorporated; 2010. 576 p.
  9. 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
  10. Skvortsov DV, Kaurkin SN, Ivanova GE, et al. Targeted walking training of patients in the early recovery period of cerebral stroke (preliminary research). J Clin Pract. 2021;12(4):12–22. EDN: BTOFFV doi: 10.17816/clinpract77334
  11. Almeida A do SS, Viana da Cruz AT, Candeira SR, et al. Late physiotherapy rehabilitation changes gait patterns in post-stroke patients. Biomedical Human Kinetics. 2017;9(1):14–18. doi: 10.1515/bhk-2017-0003
  12. 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
  13. Matsuzawa Y, Miyazaki T, Takeshita Y, et al. Effect of leg extension angle on knee flexion angle during swing phase in post-stroke gait. Medicina (Kaunas). 2021;57(11):1222. doi: 10.3390/medicina57111222
  14. Mohan DM, Khandoker AH, Wasti SA, et al. Assessment methods of post-stroke gait: A scoping review of technology-driven approaches to gait characterization and analysis. Front Neurol. 2021;12:650024. EDN: KOBWZX doi: 10.3389/fneur.2021.650024
  15. 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
  16. Srivastava S, Patten C, Kautz SA. Altered muscle activation patterns (AMAP): An analytical tool to compare muscle activity patterns of hemiparetic gait with a normative profile. J Neuroeng Rehab. 2019;16(1):21. doi: 10.1186/s12984-019-0487-y
  17. Skvortsov DV. Diagnostics of motor pathology by instrumental methods: Gait analysis, stabilometry. Moscow: Nauchno-meditsinskaya firma MBN; 2007. 620 р.
  18. Kim H, Kim YH, Kim SJ, Choi MT. Pathological gait clustering in post-stroke patients using motion capture data. Gait Posture. 2022;94:210–216. EDN: KWOPRU doi: 10.1016/j.gaitpost.2022.03.007
  19. Wang Y, Tang R, Wang H, et al. The validity and reliability of a new intelligent three-dimensional gait analysis system in healthy subjects and patients with post-stroke. Sensors (Basel). 2022;22(23):9425. EDN: CFRYTO doi: 10.3390/s22239425

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Block diagram of the patients’ selection for the study.

Download (956KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. From left to right main amplitudes and phases of the gait cycle for hip, knee, and ankle joints accordingly.

Download (638KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Spatiotemporal parameters: from left to right, first row: gait cycle, clearance, velocity; from left to right, second row: circumduction, stance phase, single limb stance phase, double limb stance phase, and beginning of the terminal double limb stance phase. ОО, period of single support; ДО, period of double support; НВД, beginning of the second double support.

Download (613KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Kinematic parameters. T, hip joint; K, knee joint; Г, ankle joint.

Download (714KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Electromyographic parameters.

Download (711KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Kinematic parameters of the hip, knee, and ankle joints on the healthy and paretic sides. Abscissa axis, gait cycle (%); ordinate axis, movement amplitude in joints (º). Ordinate axis values >0 correspond to flexion in the joint; values <0 correspond to extension.

Download (859KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Profiles of electromyographic activity of lower limb muscles on the normal and paretic sides. Abscissa axis, gait cycle (%); ordinate axis, bioelectrical muscle activity (µV); Л ОЭМГ, the left axis of electromyographic activity; П ОЭМГ, the right axis of electromyographic activity.

Download (963KB)
Indexing metadata

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».