This is an HTML version of an attachment to the Freedom of Information request 'TAB documents from the list (neurological)'.


FOI 24/25-0223 
Document 15
Research Request – Efficacy of Rehabilitation Training 
Machines 
Brief 
Efficacy of Rehabilitation Training Machines (Motomed/Active passive trainer/FES 
Cycling):  
- Evidence of use in populations such as SCI, MS, stroke, Parkinson’s disease and
cerebral palsy
- Evidence of benefits including health outcomes and carryover into functional benefits
- Dosages trialled and recommended
- Any comparisons made to standard treatment regimes
Date 03/06/2020 
Requester Maureen Ss47F - personal privacy  
Researcher Jane Ss47F - personal privacy 
Cleared by Jane Ss47F - personal privacy 
P a g e  | 1 
Page 1 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
 
 
Table of Contents 
Summary ................................................................................................................................................. 3 
1.  Efficacy of Rehabilitation Training Machines .................................................................................. 4 
1.1 Multiple Sclerosis .......................................................................................................................... 4 
1.1.1 MOTOmed and/or Active Passive Trainer ............................................................................. 4 
1.1.2 FES cycling .............................................................................................................................. 5 
1.1.3 Conventional Exercise Training Programs.............................................................................. 5 
1.2 Spinal Cord Injury ........................................................................................................................ 13 
1.2.1 MOTOmed and/or Active Passive Trainer ........................................................................... 13 
1.2.2 FES cycling ............................................................................................................................ 13 
1.2.3 Conventional Exercise Training Programs............................................................................ 14 
1.3 Stroke .......................................................................................................................................... 22 
1.3.1 MOTOmed and/or Active Passive Trainer ........................................................................... 22 
1.3.2 FES cycling ............................................................................................................................ 23 
1.4 Parkinson’s disease ..................................................................................................................... 28 
1.4.1 MOTOmed and/or Active Passive Trainer ........................................................................... 28 
1.4.2 FES cycling ............................................................................................................................ 28 
1.5 Cerebral Palsy .............................................................................................................................. 32 
1.5.1 MOTOmed and/or Active Passive Trainer ........................................................................... 32 
1.5.2 FES cycling ............................................................................................................................ 32 
1.5.3 Conventional Exercise Training Programs............................................................................ 32 
Reference List ........................................................................................................................................ 38 
 
Please note: 
The research and literature reviews col ated by our TAT Research Team are not to be shared 

external to the Branch. These are for internal TAT use only and are intended to assist our advisors 
with their reasonable and necessary decision making. 
Delegates have access to a wide variety of comprehensive guidance material. If Delegates require 

further information on access or planning matters they are to cal  the TAPS line for advice. 
 
 
P a g e  | 2 
Page 2 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
Summary 
MOTOmed and/or Active Passive Trainer 
-Quality of research is generally of medium-high quality across stroke, SCI, Parkinson’s 
disease and cerebral palsy. Although, many studies conclude that further research is needed 
which included larger control ed samples and utilise consistent outcomes measures and 
interventions. 
-Results vary between conditions as different outcome measures are used, however, there 
is evidence to suggest that these rehabilitation trainers can increase cardiovascular, 
musculoskeletal and neurological outcomes. 
- Long term health and functional related outcomes were rarely reported. The longest 
intervention duration reported was 12 weeks 
- Dosages vary significantly. On average, studies investigated interventions which lasted 20-
30 minutes, 2-3 times a week  
-Refer to individual disorders for separate research on MOTOmed and/or Active Passive 
Trainers 
-Very few studies investigated the devices in a home setting 
 
FES cycling 
-Quality of research into FES cycling for multiple sclerosis and cerebral palsy was low to very 
low. There is a paucity of evidence looking at FES cycling for those with Parkinson’s disease 
with only a single subject design study discovered. Stork and spinal cord injury had greater –
quality research evidence ranging from medium to high. 
-Research from all diseases showed mixed results across cardiorespiratory and functional 
performance, as well as musculoskeletal and psychological outcomes. For example, some 
studies found reduced spasticity in those with SCI and others did not. See individual diseases 
for exact findings. 
-Differences in the duration and effort of intervention, as wel  as outcome measures used 
led to significant heterogeneity and inability to directly compare results within and between 
diseases 
- Significant variation in dosages ranging from 10-90 minutes, 2-7 times per week over 2 to 
24 weeks. 
- Long term health and functional related outcomes were rarely reported. The longest 
intervention duration reported was 24 weeks. 
-Very few studies investigated the devices in a home setting 
 
Where possible, conventional exercise training programs are also provided if a systematic 
review existed on the topic. This allows for some comparison to regular physical therapy 
interventions that are currently delivered to these cohorts of patients. 
P a g e  | 3 
Page 3 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
 
1. Efficacy of Rehabilitation Training Machines  
1.1 Multiple Sclerosis 
1.1.1 MOTOmed and/or Active Passive Trainer 
A single randomised controlled trial (RCT) [1] has investigated the effectiveness of a neuro-
physiotherapy programme based on feedback cycling for improving gait in patients with 
multiple sclerosis (MS) using a MOTOmed device.  
This study included 61 patients with mild to moderate MS. Half performed one 30 minute 
session per week for three months using the MOTOmed Viva2 Movement Trainer in 
addition to a personalised exercise program to be completed at home. The control group 
only received the personalised at home exercise program. 
No significant differences in walking speed or cadence (steps per minute) between groups. 
Intervention group showed statistical y significant improvements in Functional Ambulatory 
Performance (FAP) across all time intervals. Stride length significantly improved in the 
intervention group across al  time intervals and between baseline and final measurement in 
the control group. 
Quality = Medium 
- Results suggest that visual biofeedback cycling training may be a viable. However, larger 
studies are required with different treatment intervals to determine efficacy 
 
An RCT by Barclay et al. (2019) [2] evaluated the feasibility of a progressive, four week lower 
limb cycling programme using active passive trainers (APT's) on spasticity, cardiovascular 
fitness, function and quality of life in people with moderate to severe MS. 
•  Intervention group 
- 30 min of APT cycling (2 min passive warm up, 26 min active cycling and 2 min 
passive cool down) 
- 20 sessions (5 days per week for four weeks in addition to usual care) 
•  Control group 
-Individualised therapy programme, delivered Monday to Friday 
•  Performed in a clinical setting 
Results 
•  Average power output, distance cycled and speed improved in the intervention 
group but this did not translate to statistical changes in the outcome measures. 
•  Improvements were shown across both groups for physical health and mental 
health. Effect Size = 0.93 intervention and 0.46 control 
•  Cardiovascular health = Medium effect size in intervention (0.36) compared to 
control group (0.07) 
Quality = Medium 
- Smal  sample size and intervention group also underwent usual care so difficult to separate effect 
of the intervention. 
P a g e  | 4 
Page 4 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
 
1.1.2 FES cycling 
Two systematic reviews [3, 4] examining the outcomes of people with MS with mobility 
impairment following Functional Electrical Stimulation (FES) cycling have been conducted. 
Both reviews found that intervention duration ranged from 10-60 minutes, 2-3 times per 
week over 2 to 24 weeks. The majority were performed in clinical settings (89%). 
Stimulation parameters for most trials involved a pulse width of 200–300 μ sec at a 
frequency of 20–50 Hz and a cycling cadence of 10–50 rpm. All stimulated the quadriceps, 
hamstrings, and gluteal muscle groups, with the exception of one trial. 
•  Cardiorespiratory performance (VO2 max, peak aerobic capacity, peak work rate, 
power generation) = No improvement 
•  Functional performance (2-min walk test, 25-foot walk test, 10m walk test or 12 
item MS walking scale) = No significant improvement 
•  Musculoskeletal outcomes = No improvement in lower body strength (knee and hip 
parameters) or long term improvements in spasticity 
- Significant reduction in spasticity directly post FES 
•  Psychological outcomes = No improvement in Quality of Life (QOL) or mental health 
scores 
- High levels of participant satisfaction 
•  Adverse events = 10 adverse events reported across studies including skin irritation, 
increased spasticity, bowel dysfunction and fatigue 
 
Quality – Low 
These reviews included studies of low quality (pre-post studies with no control group, 
retrospective and case studies) and a single RCT which didn’t perform blinding or achieve a 
sufficient sample size which introduces bias and limits generalisability. This precludes any 
definitive conclusions regarding the efficacy of FES cycling for MS.  
 
1.1.3 Conventional Exercise Training Programs 
Two systematic reviews examining the benefits of ‘exercise training’ in patients with MS 
have been conducted. 
1) Latimer-Cheung et al. (2013) [5] investigated patients with mild-moderate MS and 
performed a meta-analysis and combined the below interventions; 
-Ergometer 
-Technogym equipment 
-Resistance training with simultaneous electrostimulation 
-Static bike 
-Plyometric exercises 
-Walking 
-Balancing 
-Stretching 
-Swimming 
P a g e  | 5 
Page 5 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
-Treadmill 
-Calisthenics 
-Yoga 
-Therabands 
Results 
-Consistent and strong evidence that aerobic and resistance exercise performed 2 times per 
week at a moderate intensity increases physical capacity and muscular strength, 
respectively. 
- Evidence supporting the benefits of exercise on mobility and fatigue is promising, there is 
insufficient evidence to definitively establish the prescriptive amounts, intensities, or types 
of exercise to improve these outcomes. 
-Not enough good-quality evidence to date supporting the benefits of exercise for improving 
Health related QOL outcomes. 
-No evidence that FES cycling is effective for increasing strength. 
 
Quality – High 
Inclusion of high quality RCTs (29/54). Consistent finding and ability to perform a meta-
analysis shows homogeneity in outcome measures 
 
2) Edwards et al. (2017) [6] investigated studies which included participants with severe MS 
(severe mobility issues). The number of studies were limited compared to those which 
investigate mild-moderate MS. 
Results 
Mixed results across all outcomes for all treatment types 
•  Conventional exercise training: no statistical y significant improvements in any of 
the outcomes 
•  Conventional resistance exercise training 
-Significant improvements in muscular strength, muscle endurance, balance, fatigue 
symptoms, and QOL when combined with neuromuscular electrical stimulation  
•  Bodyweight support treadmil  training 
-Mixed results (some positive others no change) across outcomes on level of 
disability, knee extensor strength, walking, endurance, walking speed, gait 
kinematics, balance and agility, fatigue, QOL 
•  Total body recumbent stepper training (one study) 
-No change in disability or physical function reported. Fatigue significantly reduced 
after the intervention. 
 
Quality – Medium 
Significant heterogeneity led to inability to perform meta-analysis. Further research is 
necessary to determine the most efficacious and effective exercise approaches for 
individuals with MS with severe mobility disability due to the limited amount of quality 
evidence
P a g e  | 6 
Page 6 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
   
Table 1 
Author 

Study aim 
Method/participants  Treatment/Intervention/ 
Outcome/summary 
Quality of evidence  
(year) and 
characteristics 
Setting 
 
country 
Low/Medium/ 
High 
Multiple Sclerosis 
Hochspung  To analyse the 
RCT (double-blind) 
-During the study period, 
No significant differences in walking speed or 
Medium 
et al. 
effectiveness of a 
 
none of the participants 
cadence were observed between stages in any 
 
(2017) [1] 
neuro-physiotherapy  61 patients with mild  received other types of 
of the groups 
-Lack of follow-up and 
programme based 
to moderate MS 
physiotherapy. 
 
the small size prevent 
 
on feedback cycling 
 
 
Functional Ambulatory Performance (FAP) 
generalisation of 
for improving gait in  Inclusion criteria: (1)  Intervention group 
- intervention group showed statistically 
results. 
patients with MS. 
referral by 
- stationary bicycle with a 
significant changes between stages 0 and 1 (<   
neurologist 
coordination feedback 
.014) and between stages 0 and 2 (< .002) 
-Significant 
(2) diagnosis of 
programme to work on lower  - no such differences were observed in the 
improvements 
definite MS 
limb strength asymmetry 
control group 
only in FAP and stride 
according to the 
using 75% of the maximum 
 
length 
McDonald criteria at 
resistance 
Stride length 
 
least 2 years 
- one 30-minute session per 
- significant differences in stride length 
-12 sessions not enough 
previously; 
week for 3 months using the 
between stages 0 and 2 (< .001) and between  for long term results 
(3) EDSS score 
MOTOmed Viva2 Movement 
stages 1 and 2 (< .002) 
 
between 2 and 6 
Trainer 
- controls only displayed significant differences  -Results show that 
(4) age between 20 
- personalised exercise 
in stride length between stages 0 and 2 (
visual biofeedback 
and 70 years; (5
programme to be completed 
.004) 
cycling training 
clinical stability 
at home 
may be a viable, 
during the 3 months 
 
effective treatment in 
previous to 
Control group 
patients with MS but 
recruitment; (6) no 
- personalised exercise 
larger studies are 
cognitive impairment  programme to be completed 
required.  
according to the 
at home 
P a g e  | 7 
Page 7 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
Mini-Mental State 
Examination 
Barclay et 
To evaluate the 
Randomised Trial 
Clinic setting 
15 intervention and 9 control 
Medium 
al. (2019) 
feasibility of a 
 
 
 
 
[2] 
progressive, four 
not powered to show  APT group (intervention): - 30  -Improvements were noted in the majority of 
-Small sample 
week lower limb 
statistically 
min of APT cycling (2 min 
outcome measures, although no statistically 
-Very few clinical or 
cycling programme 
significant changes 
passive warm up, 26 min 
significant group differences were found. 
significant effects 
using active passive   
active cycling and 2 min 
 
-Intervention group also 
trainers (APT's) on 
Inclusion: 
passive cool down) 
-The average power output, distance cycled 
underwent usual care 
spasticity, 
(a) Confirmed 
-20 sessions (Five days per 
and speed improved in the intervention 
so difficult to separate 
cardiovascular 
diagnosis of MS, (b) 
week for four weeks in 
group but this did not translate to statistical 
effects of the 
fitness, function and  aged over 18, (c) 
addition to usual care) 
changes in the outcome measures. 
intervention from the 
quality of life in 
expanded Disability 
 
 
intensive therapy  
people with 
Status Scale (EDSS) of  Usual care: 
-lack of objective change in spasticity 
moderate to severe 
between 6.0 and 8.5.  Individualised therapy 
 
MS. 
 
programme, delivered 
-Improved walking speed in 7/16 participants in 
Exclusion: 
Monday to Friday, and could 
the intervention group compared to 2 in the 
(a) Significant 
include PT, OT, SLT and 
control 
cognitive 
Psychology. 
 
impairment, (b) co-
 
Improvements were shown across both 
morbidities which 
physical health (PH) and mental health (MH). ES 
would preclude them 
= 0.93 intervention and 0.46 control 
taking part in 
 
exercise, (c) visual 
Medium effect in intervention (0.36) for 
Impairment, (d) 
cardiovascular health and negligible (0.07) for 
unable to be seated 
control 
appropriately in a 
 
wheelchair for 30 
min. 
Scally et al.  To systematically 
Systematic Review 
Intervention duration ranged 
Cardiorespiratory performance 
Low  
(2020) [3] 
examine the 
 
between 2 and 24 weeks 
 
 
outcomes of people 
(1) human 
 
Functional performance 
Low quality (study 
with MS with 
participants with 
8 studies in clinic setting 
-No significant changes in 2-min walk test, 25-
design and sample 
mobility impairment  definite diagnosis of 
1 in home 
foot walk test, 10m walk test or 12 item MS 
sizes) of the literature 
MS 
 
walking scale 
base precludes any 
P a g e  | 8 
Page 8 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
following FES cycling  (2) aged 18 years and  Average 2-3 sessions per 
 
definitive conclusions 
intervention. 
over 
week 
Musculoskeletal outcomes 
regarding the efficacy of 
(3) average EDSS 6.0 
 
-No improvement in lower body strength (knee  FES cycle training in 
or above, or an 
Min 10-60 minutes per 
and hip parameters)  
improving 
equivalent mobility 
session 
- Significant reduction in spasticity directly post  cardiovascular health in 
impairment 
FES 
MS and higher EDSS 
(4) evaluate FES 
- No long term improvements in spasticity 
scores.  
cycling as an 
 
 
intervention study 
Psychological outcomes 
RCT’s did not blind 
 
-No improvement in QOL or mental health 
participants or 
5 pre-post studies 
scores 
providers and not 
with no control 
 
sufficient power to 
group, 2 randomised 
Adverse events 
detect a difference. 
controlled trials 
10 adverse events reported across studies 
 
(RCTs), 1 
including skin irritation, increased spasticity, 
FES cycle training 
retrospective study 
bowel dysfunction and fatigue 
appears to be well 
and 1 case study. 
 
tolerated in MS with 
 
mobility impairment, 
with no serious adverse 
events. 
Pilutti et al.  Summary of the 
Systematic Review 
Intervention 
Safety and tolerability 
Low 
(2019) [4] 
current evidence for   
 
-Preliminary evidence supports the safety and 
 
FES cycling as an 
Acute and chronic 
-Durations ranged between 2  tolerability of FES cycling exercise 
limited but promising 
exercise training 
FES cycling as an 
and 24 weeks 
 
evidence for the 
modality in persons 
exercise modality in 
 
Acute effects 
application of FES 
with MS 
persons with MS 
-Sessions delivered 2–3×/ 
-Studies support the potential for modification 
cycling exercise among 
 
week for between 10 and 60 
of 
persons with MS who 
8 included studies, 
min/session. 
muscle spasticity, cycling kinematics, and 
have moderate-to-
only 1 RCT 
 
cardiorespiratory metabolism with 
severe disability. 
 
-Stimulation parameters for 
single sessions of FES cycling 
 
Samples were small 
most trials involved a pulse 
- Acute benefits may, with chronic exposure to 
High-quality RCTs of FES 
(n = 1–14) 
width of 200–300 μ sec at a 
FES cycling, result in long-term adaptations 
cycling exercise are now 
 
frequency of 20–50 Hz and a 
 
needed to establish the 
participants had 
cycling cadence of 10–50 rpm.  Chronic effects 
safety and efficacy of 
-All stimulated the 
- potential for strength adaptations with 
this promising modality 
quadriceps, hamstrings, and 
P a g e  | 9 
Page 9 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
Moderate-to-severe 
gluteal muscle groups, with 
FES cycling likely depends on the specific 
for people living with 
disability (EDSS range  the exception of one trial 
muscle groups that are peripherally 
MS 
reported = 4.0–7.5). 
Stimulated 
- changes in body composition in response to 
FES cycling exercise in persons 
with MS are unclear 
- no effect of FES 
cycling delivered between 2 and 24 weeks on 
spasticity 
-No improvements in QOL 
-High levels of participant satisfaction 
Latimer-
To conduct a 
Systematic Review 
Clinic and Home 
54 included studies 
High 
Cheung et 
systematic review of   
 
 
 
al. (2013) 
evidence 
Both randomised and  -Ergometer 
There was consistent and strong evidence that 
-More than half of 
[5] 
surrounding the 
non-randomised 
-Technogym equipment 
aerobic and resistance exercise performed 2 
included studies were 
effects of exercise 
studies included (29 
-Resistance training with 
times per week at a moderate intensity 
RCTs of moderate-high 
training on physical 
high level RCT) 
simultaneous 
increases physical capacity and muscular 
quality 
fitness, mobility, 
 
electrostimulation 
strength, respectively. While the evidence 
 
fatigue, and Health 
Diagnosis of MS 
-Static bike 
supporting the benefits of exercise on mobility 
 
related quality of life  (mild-moderate) 
-Plyometric exercises 
and fatigue is promising, there is insufficient 
 
in adults with 
Focus on: fitness, 
-Walking 
evidence to definitively establish the 
multiple sclerosis 
mobility, fatigue or 
-Balancing 
prescriptive amounts, intensities, or types of 
(MS). 
health related quality  -Stretching 
exercise to improve these outcomes. There is 
of life benefits 
-Swimming 
not enough good-quality evidence to date 
-Treadmill 
supporting the benefits of exercise for 
-Calisthenics 
improving HRQOL outcomes. 
-Yoga 
 
-Therabands 
There is no evidence that electrical 
stimulation-assisted cycling is effective for 
increasing strength. 
 
Edwards et  Provide a summary 
Systematic Review 
conventional exercise training  Further research is necessary to determine the  Medium 
al. (2017) 
of the potential 
 
(aerobic and resistance 
most efficacious and effective exercise 
 
[6] 
benefits of exercise 
randomized and 
exercise) (n= 5) 
approaches for individuals with 
-Small samples 
training in persons 
nonrandomized 
 
MS with severe mobility disability due to the 
with MS with severe  controlled trials, and 
limited amount of quality evidence. 
P a g e  | 10 
Page 10 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
mobility disability, 
pre-post intervention  body-weight support 
 
-Mixed results across all 
and a future 
designs 
treadmill training (BWSTT) (n=  Conventional exercise training 
outcomes for al  
research agenda for 
 
7) 
- no statistically significant improvements in 
treatment types 
developing effective  Diagnosis of MS 
 
any of the outcomes 
-Significant 
strategies for 
(severe mobility 
total-body recumbent stepper   
heterogeneity led to 
managing disability 
issues) 
training (TBRST) (n = 1) 
Conventional resistance exercise training 
inability to perform 
through exercise 
 
 
-Significant improvements in muscular 
meta-analysis  
training. 
 
Functional clectrical 
strength, muscle endurance, balance, fatigue 
 
stimulation assisted cycling (n  symptoms, and QOL when combined with 
= 5) 
neuromuscular electrical stimulation 
-Low level evidence 
 
Bodyweight support treadmil  training 
-Mixed results (some positive others no 
change) across outcomes on level of disability, 
knee extensor strength, walking, endurance, 
walking speed, gait kinematics, balance and 
agility, fatigue, QOL 
 
Total body recumbent stepper training (one 
study) 
-No change in disability or physical function 
reported. 
-Symptoms of fatigue were significantly 
reduced after the intervention 
 
Electrical stimulation assisted cycling 
(functional electrical stimulation (FES) and 
neuromuscular electrical stimulation (NMES) 
cycling) 
- Two studies reported significant 
improvements in physical fitness assessed as 
thigh circumference and muscle oxygen 
consumption (mVO2) 
-No significant improvements in physical 
function 
P a g e  | 11 
Page 11 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
-Mixed evidence for the effects of ESAC on 
spasticity, walking speed, and other 
participatory outcomes 
 
 
 
P a g e  | 12 
Page 12 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
1.2 Spinal Cord Injury 
1.2.1 MOTOmed and/or Active Passive Trainer 
Phadke et al. (2019) [7] performed a systematic review to assess the effectiveness of 
passive leg cycling interventions on cardiovascular, neuromuscular, and musculoskeletal 
outcomes post spinal cord injury (SCI). 
Devices utilised in included studies: Ergo-Dom, FNS leg cycle, ERGYS 1 leg cycle, Sevo-
dynamically controlled recumbent ergometer and MOTOmed cycle. 
 
Intervention duration 
Single intervention: 
5 to 100 minutes per session  
 
Multiple sessions - frequency of the exercise sessions ranged from one to three times per 
day, 20 to 90 minutes per session, 2 to 6 days per week, and 6 to 12 weeks total duration 
Results  
-Two included RCTs reported significant benefits of multiple sessions of passive cycling on 
cardiovascular (improved leg blood flow velocity), musculoskeletal (improved joint range of 
motion and markers of muscle hypertrophy), and neurological outcomes (improved 
spasticity and reflex excitability) 
-No clear picture emerged with single session studies, with about half the studies showing a 
statistically significant improvement in acute responses in cardiovascular (blood flow 
velocity) and neurological outcomes (short interval intra-cortical inhibition and spasticity), 
while the rest reported no change. 
Quality – Medium 
Only 11 included studies of which only 2 were RCT. More evidence is required to understand 
the best parameters for single and multiple sessions of passive cycling. 
 
1.2.2 FES cycling 
Multiple literature and systematic reviews have been conducted relating to FES cycling as a 
treatment for patients with spinal cord injury (SCI) [8-11]. Two were of higher quality and 
will be summarised here [8, 9]. The remaining two were low quality narrative/literature 
reviews [10, 11] and can be found in Table 2.  
1)  Alashram et al. (2020) [8] investigated the effects of the FES-cycling on the lower 
extremities spasticity in patients with SCI and found: 
•  Significant reduction in Modified Ashworth Scale (assess muscle tone and level of 
spasticity) and Numerical-Rating-Scale spasticity scores (reduce spasticity) after FES-
cycling post-treatment, and at three and six months fol ow ups (P < 0.05). 
•  Intervention details were not reported in some of the selected studies so unable to 
identify the treatment effect size and the effective treatment protocol 
 
Quality – Medium 

P a g e  | 13 
Page 13 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
Several low quality studies included due to the paucity of evidence. Small sample sizes and 
heterogeneity of studies meant a meta-analysis was not conducted. 
 
2)  Thomaz et al. (2019) [9] evaluated the effect of electrical stimulation (ES) on skeletal 
muscle volume and spasticity in individuals with SCI, however, only results for FES 
cycling were retrieved. 
- Intervention: 30-45 minutes, 3-4x per week 
- Overall effect on muscle volume was statistical y significant in patients with acute 
SCI (mean difference: 0.86; 95% CI: 0.04 to 1.69; p < 0.04). 
- Non-significant (mean difference: 0.55; 95% CI: −0.31 to 1.41; p = 0.21) effect for 
spasticity of the lower limb. 
 
Quality – High 
High quality RCTs 
 
1.2.3 Conventional Exercise Training Programs 
Hicks et al. (2011) [12] conducted a systematic review of evidence surrounding the effects of 
exercise on physical fitness in people with SCI. Broad range of study types included covering 
resistance training, arm ergometry, wheelchair exercise and FES, step training and strength 
training. 
Intervention: Al  studies performed the desired intervention 2-5x a week, over a range of 5-
12 weeks (one study performed over 26 weeks) 
Results 
Overall, Exercise is effective in increasing physical capacity and muscular strength among 
people with chronic SCI. There is no evidence to suggest that exercise is harmful to this 
population. 
 
See Table 2 for outcomes on Power Output, Aerobic capacity, Muscle strength, Body weight, 
Muscle mass Wheelchair propulsion and skil s, Walking and Standing across intervention 
types 
 
Quality – Medium 
Inclusion of very low quality (level 5) studies may impact results. Although results were 
relatively consistent across studies. 
 
P a g e  | 14 
Page 14 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
Table 2 
Author 

Study aim 
Method/ 
Treatment/ 
Outcome/summary 
Quality of 
(year) and 
participants 
Intervention/ 
evidence  
country 
characteristics 
Setting 
 
Low/Medium 

/High 
Spinal Cord Injury 
Phadke et 
To assess the 
Systematic 
Cycling training 
Outcome measures used to assess the effects of cycling 
Medium 
al. (2019). 
effectiveness of  Review 
parameters 
 
 
[7] 
passive leg 
 
 
-Two RCTs reported significant benefits of multiple sessions of passive 
Evidence from 
cycling 
Inclusion: 
Single intervention:  cycling on cardiovascular (improved leg blood flow velocity), 
this systematic 
interventions 
passive leg 
5 to 100 minutes 
musculoskeletal (improved joint range of motion and markers of muscle 
review indicates 
on 
cycling 
per session 
hypertrophy), and neurological outcomes (improved spasticity and reflex 
that multiple 
cardiovascular,  prospectively in   
excitability) 
sessions of 
neuromuscular,  adult 
Multiple sessions - 
-No clear picture emerged with single session studies, with about half the 
passive leg 
and 
participants 
frequency of the 
studies showing a statistically significant improvement in acute responses 
cycling showed 
musculoskeleta (age ≥18 years) 
exercise sessions 
in cardiovascular (blood flow velocity) and neurological outcomes (short 
some form of 
l outcomes post  with SCI 
ranged from one to  interval intra-cortical inhibition and spasticity), while the rest reported no 
beneficial 
SCI, and to 
 
three times per 
change. 
changes across 
describe 
11 included 
day, 20 to 90 
-The studies reviewed here showed a diversity of cycling protocols and 
cardiovascular, 
intensity, 
studies  
minutes per 
outcomes across multiple body systems. 
musculoskeletal, 
duration, and 
(2 RCT, 1 cross-
session, 2 to 6 days 
and neurological 
type of passive  over trial, 8 pre- per week, and 6 to 
systems 
leg cycling post  post) 
12 weeks total 
 
SCI 
duration. 
-More evidence 
 
is required to 
Devices used 
understand the 
Ergo-Dom, FNS leg 
best parameters 
cycle, ERGYS 1 leg 
for single and 
cycle,  Sevo-
multiple sessions 
dynamically 
of passive 
controlled 
cycling. 
recumbent 
ergometer, 
P a g e  | 15 
Page 15 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
Motomed cycle 
 
Comparisons 
No intervention, 
FES cycling, resting, 
Active + FES cycling, 
 
Alashram 
to investigate 
Systematic 
See note on 
-The selected studies demonstrated a significant 
Medium 
et al. 
the effects of 
Review 
intervention details  reduction in the Modified Ashworth Scale (assess muscle tone and level of 
 
(2020) [9] 
the FES-cycling   
in 
spasticity) and Numerical-Rating-Scale spasticity scores (reduce spasticity) 
-2 high quality 
on the lower 
- individuals 
outcome/summary  after FES-cycling post-treatment, and at three and six months follow ups 
studies but 
extremities 
with 
section 
(P < 0.05). 
remaining were 
spasticity in 
SCI 
 
low-quality and 
patients with 
-examined 
-Comparison study found significant reduction in the spasticity in the 
included due to 
SCI. 
lower 
experimental FES-cycling group (P = 0.02) than in the standard care control  the paucity of 
extremities 
group. 
studies 
spasticity. 
 
published about 
 
-One reported AE relating to an increase in spasticity and a bowel accident   this issue. 
2 randomised 
 
 
cross-over trials 
-Intervention details were not reported in some 
-Small samples 
6 pilot studies 
of the selected studies such as: frequency of treatment, treatment time 
 
2 cohort studies 
period, session duration, number of electrodes, pulse type, type of FES-
- Heterogeneity 
 
cycling system, pulse width, frequency, and RPM. So unable to identify the 
of studies meant 
161 total 
treatment effect size and the effective treatment protocol. 
a meta-analysis 
participants 
was not 
conducted. 
Thomaz et 
Evaluate the 
Systematic 
Treatment (relating  ES is effective at promoting a discrete, but significant increase in skeletal 
High 
al. (2019) 
effect of 
Review and 
to FES cycling 
muscle volume in patients with SCI with a subsequent reduction in atrophy   
[9] 
electrical 
Meta-Analysis 
studies) 
and an effect on muscle volume that is similar in patients with complete 
studies included 
 
stimulation (ES)   
 
and incomplete injuries. 
in this meta-
 
on skeletal 
Only RCT 
30 minutes 3x per 
 
analysis were 
muscle volume  included  
week 
-ES on muscle volume of the lower limbs, the overall effect was statistically  homogeneous 
and spasticity 
 
 
significant in patients with acute SCI (mean difference: 0.86; 95% CI: 0.04 to  and evaluated a 
in individuals 
Patients with 
30-45 minutes 4x 
1.69; p < 0.04). 
respectable 
with 
SCI 
per week 
 
number of 
 
participants 
P a g e  | 16 
Page 16 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
spinal cord 
Intervention = 
-ES for spasticity of the lower limb, the overall effect was non-significant 
injury 
ES 
(mean difference: 0.55; 95% CI: −0.31 to 1.41; p = 0.21). 
Comparison = 
other 
intervention or 
no intervention 
 
7 included 
studies 
 
Deley et al.  To discuss 
Narrative 
Unclear duration, 
FES allows the participation of greater muscle mass through hybrid 
Low 
(2015) [10]  some evidence- Review 
dosage etc 
exercises (FES–cycling associated with arms ergometer or FES–rowing). 
 
based 
 
 
-Lack of 
physiological 
Poor search 
These different forms of exercise are associated with major benefits to all 
methodological 
and 
strategy (only 
systems of the body—muscular, cardiovascular and pulmonary—and 
explanation of 
methodological  PubMed and 
induce important training adaptations when used regularly. 
studies included 
considerations 
Google Scholar) 
 
 
for optimal use   
FES appears to be a beneficial and safe method for training in paraplegic 
-Narrative review 
of FES for 
Study types 
individuals 
and no 
training in 
included are not 
 
quantitative 
paraplegia. 
reported 
FES rowing appears to provide the greatest outcomes 
analysis 
Particular 
 
 
attention is 
All in clinical 
-Poor outcome 
given to the 
setting 
reporting or 
comparison of 
 
intervention 
the different 
 
FES methods 
Mayson et 
To review the 
Literature 
Interventions 
FES cycling is safe for youth with SCI 
Low 
al. (2014) 
evidence on 
Review 
included FES 
 
 
[11] 
FES cycling 
 
cycling, Passive leg 
Based on RCT: FES cycling  can positively influence 
Due to the 
intervention in  <21 years with 
cycling and ES only 
VO2, as wel  as quadriceps muscle strength and 
limited number 
youth with SCI 
SCI 
 
Volume. However, ES alone may be more beneficial in reducing cholesterol  of intervention 
 
5 studies 
levels and increasing thigh muscle volume 
publications, 
6 included 
performed 1 hour 
five of which 
studies 
sessions 3x/ week 
involved the 
for 6 months 
P a g e  | 17 
Page 17 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
-4 RCT (one 
 
same small 
study spread 
1 study 30 minutes 
sample, 
across 4 
sessions 3x/ week 
it is impossible to 
publications) 
for 9 months 
recommend 
-1 case series 
 
optimal 
-1 prospective 
FES cycling 
parameters for 
case series 
parameters 
use of FES cycling 
 
-Applied to: 
in children and 
Total 40 
quadriceps, 
adolescents with 
participants 
hamstrings, gluteal 
SCI. 
muscles 
-Frequency: 33 Hz 
-Pulse duration: 
150, 
200, 250 or 300 μs 
-Amplitude: <140 
mA 
-Resistance 
adjusted 
by 0.14 nm to 
maintain 
50 rpm 
 
Hicks et al.  To conduct a 
Systematic 
Include at least one  Power Output 
Medium 
(2011) [12]  systematic 
Review 
of the fitness 
Combined resistance and arm ergometry exercise: 
 
review of 
 
measures below: 
-Level 1 and 4 studies have shown the combination 
Exercise is 
evidence 
Physical activity  -strength, oxygen 
of resistance and aerobic training to improve 
effective in 
surrounding 
or exercise 
uptake/consumptio power output of the upper limbs. 
increasing 
the effects of 
training 
n, power output, 
-Benefits when performed 2-3x per week over 12 weeks 
physical capacity 
exercise on 
intervention in 
peak work capacity,   
and muscular 
physical fitness  persons 
body composition, 
Wheelchair exercise: 
strength among 
in people with 
diagnosed with 
exercise 
This single level 4 study showed non-significant 
people with 
spinal cord 
an SCI 
performance or 
improvements in upper limb power output. 
chronic SCI. 
injury (SCI). 
(paraplegia or 
functional 
 
 
tetraplegia). 
performance.  
Aerobic capacity 
There is no 
 
 
Arm ergometry exercise: 
evidence to 
P a g e  | 18 
Page 18 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
 
69 included studies  -All level 4 studies, arm ergometry has been 
suggest that 
Case studies, 
on chronic SCI 
shown to be very effective in improving aerobic capacity. 
exercise is 
experimental 
-3x per week showed benefits after 5 weeks 
harmful to this 
and quasi 
 
population. 
experimental 
Wheelchair ergometry exercise: 
designs were 
-Level 4 and 5 studies. Most show improvements in aerobic capacity 
included. 
following 3x per week training for as little as 4 weeks. 
 
Combined resistance and arm ergometry exercise: 
-Level 4 trials produced conflicting results; two studies (one level 4 study, 
and the RCT) showed significant improvement in aerobic capacity fol owing 
training 3x per week for 7 and 12 weeks, while the other (level 4 study) 
showed no improvement fol owing 3x per week training for 6 weeks. 
 
Resistance training exercise: 
-Although resistance training is not traditionally 
used to improve aerobic capacity, a single level 4 study 
yielded significant improvements in aerobic 
capacity. Further, the magnitude of improvement 
was comparable to that seen in most other exercise 
studies. 
 
Functional electrical stimulation: 
- In these level 4 and 5 studies, FES exercise has shown to be very effective 
in improving aerobic capacity in as little as 4–6 weeks.  
-Exercise schedule 2-3x per week is sufficient for improvement. 
 
Muscle strength 
Combined resistance and arm ergometry exercise: 
- Level 4, pre–post training studies consistently show 
that participation in any form of exercise training that ‘overloads’ the 
muscle will result in increases in muscle strength. 
-Training frequencies of 3x per week, the level 1 
RCT demonstrated significant improvements in 
muscle strength with a frequency of 2x per week. 
-Training intensities ranged between 50–80% 1RM. 
P a g e  | 19 
Page 19 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
 
Functional electrical stimulation: 
-Level 4, pre–post training studies utilizing FES show 
that muscle strength can significantly increase in 
the paralyzed muscles 
-3x per week over 8 weeks of training 
-There is level 1 evidence that FES-assisted arm ergometry training is more 
effective in improving triceps strength than arm ergometry alone. 
 
Body weight 
Resistance and aerobic exercise: 
All of these level 4 studies reported non-significant 
increases or decreases in body weight and utilized 
a training frequency of 3_ per week with an 
intensity ranging from 40 to 80% max. HR. 
 
Functional electrical stimulation 
-Level 4 studies reported non-significant increases or decreases in body 
weight. 
-Frequency of training was 3-5x per week. 
 
Muscle mass 
Resistance exercise 
-One level 4 study of vibration exercise reported 
significant increases in fat free mass with training 
-5x per week for 12 weeks 
-No other significant changes in lean tissue mass were reported. 
 
Functional electrical stimulation: 
A level 2 study reported significant increases in 
quadriceps cross-sectional area with a treadmill 
training frequency of 2x per week for 26 weeks. 
 
Wheelchair propulsion and skil s 
Resistance and aerobic exercise: 
P a g e  | 20 
Page 20 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
-Significant improvements in maximum power output during wheelchair 
propulsion were reported 
-Most studies trained 3x per week, at moderate–heavy intensities. 
 
Walking 
Step training: 
-Findings were mixed. Most found significant improvements in overground 
walking following body weight supported treadmill training (BWSTT) both 
with and without FES.  
-Changes in treadmill training parameters emerged in most, but not all 
studies, depending on the parameters measured.  
-Training ranged from 2 -5x per week; intensity varied 
considerably and was often individually determined.  
 
Strength training 
-Improvements in overground walking (significance not reported) were 
noted after 12 weeks of training, 2–3x per week at 70–85% of 1RM. 
 
Standing 
Step training: 
This level 5 study showed progressive BWSTT, 
3x per week, led to improvements in the ability to stand with a walker. 
 
 
 
 
P a g e  | 21 
Page 21 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
 
1.3 Stroke 
1.3.1 MOTOmed and/or Active Passive Trainer 
1) A systematic review investigating the effectiveness of the MOTOmed trainer was 
performed by Shen et al. (2018) [13]. Al  included studies were RCTs and a total of 1099 
participants were recruited. 
Intervention duration 
- 20 minutes in 11 studies 
- 30 minutes in 6 studies 
- 40 minutes in 1 
- Unclear in 1 study 
- Average 1-2 times per day and 5-7 days per week 
- Over 4 to 12 weeks 
 
Al  studies compared conventional rehabilitation to MotoMed + conventional rehabilitation. 
Results 
- MOTOmed movement therapy effectively improves mobility and activities of daily living in 
stroke patients with hemiplegia. 
- Fugl-Meyer Assessment (assess motor functioning, balance, sensation and joint 
functioning) = 7.33, < 0.0001 
-Modified Ashworth Scale (muscle tone) = 9.19, < 0.00001 
-Berg Balance Scale = 8.39, < 0.00001 
- Functional Ambulation Category = 9.61, < 0.00001 
-10m walk test = 4.49, < 0.00001 
-Barthel Index (activities of daily living) = 15.6, < 0.00001 
 
Quality – High 
Consistent findings across al  included RCTs 
 
2) A narrative literature review of the efficacy and safety of passive exercise interventions 
was conducted by Brenner (2018) [14]. Continuous Passive Motion (CPM) and Motorized-
cycle ergometers were reviewed. 
 
Results  
CPM exercise 
-Can significantly reduce physiological symptoms such as oedema, muscle stiffness and/or 
spasticity. 
-Shoulder joint stability can be increased fol owing 4 weeks of training, 5 × /week/ 25 min 
per session (plus warm-up and cool-down) 
 
Motorised-cycle ergometers 

-Duration of training programs ranged from 3 to 5 weeks 
P a g e  | 22 
Page 22 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
-Improvements in motor control, trunk stability and cognition were reported fol owing this 
type of passive exercise training 
-Regular passive arm exercise led to an increase in the range of motion in the affected arm 
- No standard protocols or best practice guidelines exist for either modality in stroke 
 
Quality – Low 
Smal  number of included studies of moderate-low quality. More information is required on 
the type of device, the frequency and duration of each exercise session as wel  as the 
intensity and how long the therapy should be continued (i.e., length of treatment). 
 
1.3.2 FES cycling 
1) A high quality systematic review by Shariat et al. (2019) [15] has investigated the 
effectiveness of different protocols of cycling with/without FES on functional mobility after 
stroke. 
Intervention: Cycling with/without FES to the lower limbs 
 
- Frequency: 1 to 7 sessions per week  
 
- Session length: 10 to 90 minutes 
- Duration of interventions: 3 to 16 weeks (for cycling alone 3–72 weeks and for 
cycling with FES about 4 weeks) 
-Total dose of the stimulation: between 4 and 16 hours. 
 
Comparison: cycling alone, cycling with FES, control, placebo, or other interventions 
Outcomes: Balance, walking speed, mobility 
Study design: Al  included studies were RCTs 
 
Results 
•  Walking speed: Effect size (ES) 0.30 (95% CI, 0.05 – 0.55) P <0.02 
•  Walking ability: ES 0.41 (95% CI, 0.11 – 0.71) P <0.007 
•  Cycling vs control on balance: ES 0.32; 95% CI, 0.06 – 0.57, P <0.01 
•  Cycling with FES vs control on balance: ES 1.48; 95% CI, 0.99 –1.97, < 0.00001 
Quality – High 
-Cycling with FES has a significant and positive effect on balance compared to cycling 
without FES 
-Additional studies are needed comparing FES cycling directly with other modalities of 
exercise such as balance training, strength training, power training or combinations to 
determine its relative efficacy 
-No outcomes for functional mobility such as fal s and fal -related injuries 
 
2) An additional RCT comparing a standard rehabilitation program to MOTOmed cycle + FES 
and found that the intervention and control group both improved on al  outcome measures, 
however, the intervention group had significantly less shoulder pain. Full summary of the 
study by Karaahmet et al. (2018) [16] can be found in Table 3.  
P a g e  | 23 
Page 23 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
Table 3 
Author 

Study aim 
Method/participants 
Treatment/Intervention/S Outcome/summary 
Quality of evidence  
(year) and 
characteristics 
etting 
 
country 
Low/Medium/High 
Stroke 
Shen et al. 
To estimate the 
Systematic Review 
Duration of MotoMed 
The main finding of this systematic review 
High 
(2018) [13]  effectiveness of 
 
therapy: 
and meta-analysis is that MOTOmed 
 
MOTOmed® 
Only RCTs included (all 
- 20 minutes in 11 studies 
movement therapy effectively improves 
Inclusion of only 
movement therapy 
performed in China) 
- 30 minutes in 6 studies 
mobility and activities of daily living in stroke 
RCTs. Consistent 
in increasing 
 
- 40 minutes in 1 
patients with hemiplegia. 
findings across all  
mobility and 
19 Trials including 1099 
- Unclear in 1 study 
 
activities of daily 
patients 
 
Significant effects in favour of Motomed for: 
living in stroke 
 
- 1-2 times per day and 5-7  - Fugl-Meyer Assessment (assess motor 
patients with 
Stroke with hemiplegia 
days per week 
functioning, balance, sensation and joint 
hemiplegia. 
 
- Lasting 4 to 12 weeks 
functioning ) = 7.33,  < 0.0001 
Age range 46.5-83.4 
 
 
All studies compared 
-Modified Ashworth Scale (muscle tone) 
conventional 
9.19,  < 0.00001 
rehabilitation to MotoMed   
+ conventional 
-Berg Balance Scale = 8.39,  < 0.00001 
rehabilitation 
 
- Functional Ambulation Category = 9.61, 
< 0.00001 
 
-10m walk test = 4.49, < 0.00001 
 
-Barthel Index (activities of daily living) 
15.6, < 0.00001 
 
 
Brenner 
To investigate the 
Literature Review 
See results/outcomes 
CPM exercise 
Low 
(2018) [14]  efficacy and safety 
 
-Can significantly reduce physiological 
 
of passive exercise 
1. Continuous Passive Motion 
symptoms such as oedema, muscle stiffness 
Non-systematic 
interventions for 
(CPM)  
and/or spasticity. 
search strategy.  
P a g e  | 24 
Page 24 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
patients with 
 
-Shoulder joint stability can be increased 
 
hemiplegia with a 
2. Motorized-cycle 
following 4 weeks of training, 5 × /week/ 25 
Small number of 
focus on those 
ergometers 
min per session (plus warm-up and cool-
included studies of 
interventions that 
down) 
moderate-low 
could be used in the 
 
quality 
home setting 
 
 
Motorised-cycle ergometers 
More information is 
-Two studies investigated passive leg-cycle 
required on the type 
and one on arm ergometer exercise on 
of device, the 
functional measures 
frequency and 
-Duration of training programs ranged from 3  duration of each 
to 5 weeks 
exercise session as 
-Improvements in motor control, trunk 
well as the intensity 
stability and cognition were reported 
and how long the 
following this type of passive exercise training  therapy should be 
-Regular passive arm exercise led to an 
continued (i.e., 
increase in the range of motion in the 
length of 
affected arm 
treatment). 
 
 
--No adverse effects were reported in the 
 
literature, can perform at home 
- No standard protocols or best practice 
guidelines exist for either modality in stroke 
 
Shariat et 
To quantify the 
Systematic Review 
Frequency: 1 to 7 sessions  Walking speed: ES 0.30 (95% CI, 0.05 – 0.55) P  High 
al. (2019) 
effectiveness of 
 
per week 
<0.02 
 
[15] 
different protocols 
1. Participants: Human 
 
 
-Literature suggests 
of cycling 
subjects post-stroke (Adults 
Session length: 10 to 90 
 
that more studies 
with/without 
≥18 within 5 years after 
minutes 
Walking ability: ES 0.41 (95% CI, 0.11 – 0.71) P  are needed 
functional electrical 
stroke). 
 
<0.007 
comparing FES 
stimulation on 
2. Intervention: Cycling 
Duration of interventions:   
cycling directly with 
functional mobility 
with/without functional 
3 to 16 weeks (for cycling 
Cycling vs control on balance: ES 0.32; 95% CI,  other modalities of 
after stroke. 
electrical stimulation (FES) to 
alone 3–72 weeks and for 
0.06 – 0.57, P <0.01 
exercise such as 
the lower limbs 
cycling with FES about 4 
 
balance training, 
3. Comparison: cycling alone, 
weeks) 
Cycling with FES vs control on balance: ES 
strength training, 
cycling with FES, 
 
1.48; 95% CI, 0.99 –1.97, < 0.00001 
P a g e  | 25 
Page 25 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
control, placebo, or other 
Total dose of the 
 
power training or 
interventions 
stimulation between 4 and  Long term effects and the most effective 
combinations, 
4. Outcomes: Balance, 
16 hours. 
protocols are unclear due to study 
to determine its 
walking speed, mobility 
 
heterogeneity 
relative efficacy 
5. Study design: Randomized 
-Electrical stimulation 
 
 
clinical trial 
varied across studies as 
 
-Cycling is superior 
 
the frequency ranged from 
to control for 
14 trials including 680 
20 
improving walking 
participants who completed 
to 60 Hz and pulse width 
speed, walking 
final fol ow up 
from 300 to 450 ms. 
ability, and balance. 
 
 
 
Mean age 42.5 to 85 years 
control intervention 
-Cycling with FES has 
 
- 10 studies used sham 
a significant and 
 
stimulation 
positive effect on 
 
- 4 studies participants 
balance compared 
received no stimulation 
to cycling without 
FES. 
 
-Although more 
research is needed, 
patients post stroke 
with lower limb 
disability could use 
cycling with FES as 
part of their 
rehabilitation 
program. 
 
-No outcomes for 
functional mobility 
such as falls and fal -
related injuries 
 
Karaahmet  To determine the 
RCT 
-Both groups were trained  The only significant finding was that severity 
Medium 
et al. 
effects of FES-cycling   
with a standard 
of shoulder pain decreased in the FES-cycling   
(2018) [16]  on shoulder pain and 
rehabilitation program 
group compared to the control 
P a g e  | 26 
Page 26 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
subluxation, and 
-Age between 18 and 80 
(range of motion, 
 
Insufficient sample 
secondarily to 
years, -First stroke 
stretching and 
All other measures improved significantly 
size to observe the 
evaluate the 
 
strengthening exercises) 
between baseline and post-test for both 
effects of FES 
improvement of 
Exclusion: sensory aphasia, 
program 
intervention and control groups 
training 
upper extremity 
recurrent stroke or bilateral 
-5x a week lasting 30 min 
 
motor function in 
hemiplegia, vasomotor 
each 
patients with 
instability, lower motor 
-20 sessions 
acute–subacute 
neuron disorder, limitation/ 
 
stroke 
instability/dislocation of the 
Intervention group 
shoulder joints, severe 
- Motomed cycle-
spasticity, and uncontrol ed 
ergometer used 
epilepsy 
- Surface electrodes 
 
applied to anterior and the 
21 participants (12 
posterior deltoid, biceps, 
intervention, 9 control) 
and triceps muscles  
- Pulse width of 300 μs 
and a stimulation 
frequency of 20 Hz 
- 5-min warm-up of 
passive cycling, a 15-min 
training of FES-cycling, and 
a 5-min cool-down of 
passive cycling 
 
 
 
P a g e  | 27 
Page 27 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
 
1.4 Parkinson’s disease 
1.4.1 MOTOmed and/or Active Passive Trainer 
A literature review summarising the state of the evidence of forced exercise's impact on 
individuals with Parkinson’s disease (PD) has been conducted by Miner et al (2020) [17]. 
Included studies utilised MOTOmed, Theracycle or a Tandem Bike. 
 
Intervention 
- On average, the intervention was delivered; 
•  3 times per week 
•  5-10 minute warm up at an average pedalling rate of 40-50 rpm 
•  30-40 minute forced exercise session (average 80-90 rpm) 
•  5-10 minute cool down 
•  Over 8-12 weeks 
 
Results 
Acute effects 
- Forced exercise has the potential to cause similar therapeutic effects as antiparkinsonian 
medication to improve motor symptoms of PD. 
- Last for up to 48hr 
Effects on motor function 
-Best when used to treat rigidity, bradykinesia, and tremor 
Physical fitness 
-Muscular strength improved by>30% in the upper and lower body (only one study) 
Mobility performance  
-difficult to draw conclusions on the effects of forced exercise on mobility performance in 
individuals with PD as most of the results were confounded by a ceiling effect in the 
outcome measures selected 
 
Incorporating forced exercise as an adjunctive treatment could provide significant added 
benefit to task specific training, or gait and balance training for individuals with PD. 
 
Clinical recommendations summary comparing Tandem cycling to MotoMed (or equivalent) 
can be found in Figure 1. 
 
Quality – Moderate 
- Various methodological flaws which limit the generalizability 
-longer term follow-up studies with larger sample sizes are needed to inform the ability of 
forced exercise to alter the trajectory of PD 
 
1.4.2 FES cycling 
There is a paucity of research in this area. Findings from a single subject design study [18] can be 
found in Table 4. No conclusions can be drawn from the findings provided. 
P a g e  | 28 
Page 28 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
 
 
Table 4 

Author 
Study aim 
Method/participants  Treatment/Intervention Outcome/summary 
Quality of evidence  
(year) and 
characteristics 
/Setting 
 
country 
Low/Medium/High 
Parkinson’s Disease 
Miner at 
to summarize the 
Review 
Treatment frequency 
Clinical recommendations summary comparing Tandem  Low 
al.(2020) 
state of the evidence   
- 3 times per week 
cycling to MotoMed (or equivalent) can be found in 
 
[17] 
of forced exercise's 
Unclear what the 
- 5-10 minute warm up 
Figure 1 below) 
-Small numbers 
impact on 
search methodology 
at an average pedalling 
 
of patients 
individuals with PD 
was for this review. 
rate of 40-50 rpm 
Incorporating forced exercise as an adjunctive 
- Include studies had  
and to determine 
No methods section 
- 30-40 minute forced 
treatment could provide significant added benefit to 
various 
the utility of this 
 
exercise session (average  task specific training, or gait and balance training for 
methodological 
intervention in the 
Single subject, RCT, 
80-90 rpm) 
individuals with PD. 
flaws which limit the 
clinical decision 
quasi-experimental 
- 5-10 minute cool down   
generalizability 
making for this 
 
-Duration 8-12 weeks 
Acute effects 
 
patient population. 
MOTOmed 
 
-Forced exercise has the potential to cause similar 
-longer term follow-
Theracycle 
 
therapeutic effects as antiparkinsonian medication to 
up studies with 
Tandem Bike 
improve motor symptoms of PD. 
larger sample sizes 
 
-Last for up to 48hr 
are needed to 
 
inform the ability of 
Effects on motor function 
forced exercise to 
-highlights the importance of individuals being actively 
alter the trajectory 
engaged in the 
of disease 
exercise intervention 
progression related 
-Best when used to treat rigidity, 
to motor function 
bradykinesia, and tremor 
 
Physical fitness 
-Muscular strength improved by>30% in the upper and 
lower body (only one study) 
 
P a g e  | 29 
Page 29 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
Mobility performance  
-difficult to draw conclusions on the effects of forced 
exercise on 
mobility performance in individuals with PD as most of 
the results were 
confounded by a ceiling effect in the outcome measures 
selected 
Bellman et  provides the results 
Case study 
Device 
Results suggest that FES-assisted cycling using the 
Very Low 
al. (2016) 
of an experiment 
 
-stationary, recumbent 
developed switched control er may improve the ability 
 
[18] 
conducted with one 
Four able-bodied 
exercise cycle 
of people with PD to track a desired cadence 
Only one participant 
subject with PD to 
male subjects 25–27 
(AudioRider R400, 
with PD. Only 
establish feasibility 
years old were 
NordicTrack) 
outcome measure is 
of FES-assisted 
recruited 
 
cadence 
cycling in this 
from the University 
Stimulation 
 
population 
of Florida, 
-Frequency was fixed at 
Significant 
and one male subject  60 Hz 
additional testing 
with PD, 60 years old,   
beyond the scope of 
with a modified 
Gluteal, quadriceps 
this paper is needed 
Hoehn and Yahr 
femoris, and hamstrings 
to determine clinical 
disability score of 2.5  muscle groups 
efficacy. 
stimulated 
 
 
 
 
P a g e  | 30 
Page 30 of 39



FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
P a g e  | 31 
Page 31 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
1.5 Cerebral Palsy 
1.5.1 MOTOmed and/or Active Passive Trainer 
A single high quality, well powered RCT has been conducted by Damiano et al. (2017) [19]. 
The aim was to quantify and compare the effectiveness of a motor-assisted cycle 
(MOTOmed) and a novel alternative (elliptical), in cerebral palsy (CP) to improve inter-limb 
reciprocal coordination. 
 
Intervention 
Devices were randomised to participants and delivered to their homes 
-Instructed to exercise above 40 rpm for 20 minutes, 5 days a week for 12 weeks. 
 
Results  
-Device cadence at self-selected and fast speeds for all participants improved markedly and 
significantly as a result of training 
-No significant changes were seen in gait speed for time or group, nor did parent-reported 
functional mobility 
-Knee extensor strength increased in both 
 
Quality – Medium 

Single study but excel ent sample size with positive findings. Training dose provided likely 
insufficient for maximum results. 
 
1.5.2 FES cycling 
Several case studies and pilot work has been conducted on the feasibility and benefits of FES cycling 
in CP [20-22]. 
Intervention 
•  Duration: most commonly used 30 minutes at a time for 3 times a week 
•  FES applied to the bilateral quadriceps and/or hamstrings 
•  One delivered intervention in the participants home [22] 
Results 
•  Positive results for Modified Ashworth scale (MAS), cadence, power output, and 
heart rates, quadriceps and hamstring strength, Timed “Up & Go” . 
•  Participants were able to tolerate the application of FES and complete testing 
 
Quality – Low to Very Low 
No control groups. Very smal  sample (total of 5 participants).  
 
1.5.3 Conventional Exercise Training Programs 
The impact of resistance training on the motor functions of children with CP has been investigated in 
a systematic review and meta-analysis by Collado-Garrido et al (2019) [23].  
 
P a g e  | 32 
Page 32 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
Outcome measures 
•  Gross Motor Function Measure 
•  Lateral Step Up 
•  Time Up and Go 
•  Mobility Questionnaire 
Results 
•  Large effect of 0.75 (95% CI 0.41-1.08) for duration ≤6 weeks compared to 7-12 
weeks 
•  Large effect of 1.08 (95% CI = 0.52 to 1.64) when duration was less than 30 minutes 
compared to 30-60 minutes and 60-90 minutes 
•  Large effect for fewer than three days a week. 1.59 (95% CI = 0.67 to 2.50), 
compared to studies with sessions applied three days a week 
•  Larger effect when using the “functional exercises” protocol. 1.25 (95% CI = 0.46 to 
2.04) 
Quality – High 
Majority RCT of high quality. Statistically significant positive effect on motor function in 
favour of the use of resistance therapy in weakened musculature in children with CP 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
P a g e  | 33 
Page 33 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
Table 5 
Author 

Study aim 
Method/ 
Treatment/ 
Outcome/summary 
Quality of 
(year) and 
participants 
Intervention/ 
evidence  
country 
characteristics 
Setting 
 
Low/Medium 

/High 
Cerebral Palsy 
Damiano et  To quantify and 
RCT 
assigned device 
Device cadence at self-selected and fast speeds for all participants, 
Medium 
al. (2017) 
compare 
 
was delivered 
improved markedly and significantly as a result of 
 
[19] 
effectiveness of a 
27 children with  to their home, and 
training 
Single study 
motor-assisted cycle  bilateral spastic  they were 
 
 
and a novel 
CP, and a mean  instructed to 
No significant changes were seen 
Positive across 
alternative, an 
age of 10.3 
exercise above 
in gait speed for time or group, nor did parent-reported functional 
both groups 
elliptical, in CP to 
years 
40 rpm for 20 
mobility 
 
improve inter-limb 
 
minutes, 5 days a 
 
Training dose is 
reciprocal 
Reached power  week for 12 weeks.  Knee extensor strength increased in both 
insufficient 
coordination 
 
 
through intensive 
MOTOMed 
Each participant 
speed-focused leg 
 
was tested 3 times 
training. 
Elliptical 
at 3-month 
intervals, 
Peng et al. 
Review FES cycling 
Case study 
-FES sequentially 
-Preliminary results showed all measured MAS scores decreased after  Very low 
(2010) [20]  system; the 
 
applied to the 
FES cycling 
 
therapeutic benefits  3 children with 
bilateral quadriceps 
The results 
of FESCE in subjects 
quadriplegic CP  and hamstrings to 
implied that FES 
with SCI; clinical 
(mean age 3 
achieve a rhythmic 
cycling might 
efficacy of FES in 
years) 
pedaling motion. 
acutely alleviate 
subjects with stroke; 
-30 minutes, 3x per 
spastic 
a pilot study of 
week 
conditions of 
FESCE in subjects 
-Exercise protocol 
children with CP. 
with cerebral palsy 
based on the 
 
muscle status of 
Will only review CP 
their lower limbs 
case 
P a g e  | 34 
Page 34 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
-Gradual increase in 
load 
-Modified 
Ashworth scale 
(MAS), leg drop 
pendulum test, and 
myotonometric 
measurements 
were conducted 
pre and post-test 
Harrington  to adapt methods 
Pilot study 
-Bilateral 
-All participants were able to tolerate the application of FES and 
Low 
et al. 
and assess the 
 
quadriceps muscles  complete testing 
 
(2012) [21]  feasibility of 
four 
were stimulated 
 
 
applying FES cycling 
participants 
during the limb 
-FES-assisted cycling resulted in increased cadence, power output, and 
technology in 
(2 male) with 
extension phase of  heart rates and decreased variability in cycling performance compared 
adolescents 
spastic CP 
the cycling 
with volitional cycling without FES assistance. 
with CP, determine 
between the 
 
methods of 
ages of 12–14 
-2–4 sessions with 
performing cycling 
years 
at least 24 hours 
tests in adolescents 
(mean 13 ± 1.2 
of rest between 
with CP, and 
years) 
cycling sessions and 
evaluate the 
 
with all testing 
immediate effects of  tricycle-based 
occurring within a 
FES assistance on 
system (a sport  two-week period 
cycling performance.  tricycle 
for each participant 
(KMXKarts; 
 
United 
-Target for the 
Kingdom) 
constant load test 
mounted on a 
was set at 80% of 
cycle trainer 
the peak power 
 
output 
 
 
 
P a g e  | 35 
Page 35 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
Johnston et  describes the effects  Mixed methods  -Cycled with FES at  -Quadriceps muscle strength improved by 22.2% 
Very low 
al. (2011) 
of cycling with FES 
case report 
home for 30 
 
 
[22] 
(FES cycling) in an 
 
minutes, 3 times 
-Hamstring muscle strength improved by 18.5%, 
Single case study 
adult 
49-year-old 
per week, for 12 
 
 
with CP. 
man with 
weeks 
-Timed “Up & Go” Test time decreased from 11.9 to 9.0 seconds 
Patient made 
spastic diplegic 
 
 
gains in body 
CP 
Volitional efforts 
-Patient reported increased performance and satisfaction for self-
structure and 
were augmented 
identified goals and his score on the Medical Outcomes Study 36-Item  function, activity, 
by FES of the 
Health Survey questionnaire increased from 62.1 to 77.6. 
and participation 
bilateral 
 
quadriceps, 
-Reported increased back pain 
gastrocnemius, and 
gluteal muscles. 
 
Tested 4 weeks 
after withdrawal 
Collado-
To analyse, through 
Systematic 
“progressive 
Intervention duration 
High 
Garrido et 
a meta-analysis of 
Review and 
strength training” 
-Large effect of 0.75 (95% CI 0.41-1.08) for duration ≤6 weeks 
 
al. (2019) 
published primary 
Meta-Analysis 
 
compared to 7-12 weeks 
statistically 
[23] 
studies, the impact 
 
functional 
 
significant 
 
of resistance therapy  Controlled 
training 
-Large effect of 1.08 (95% CI = 0.52 to 1.64) when duration was less 
positive effect on 
Related to 
on the parameters 
(randomized or   
than 30 minutes compared to 30-60 minutes and 60-90 minutes 
motor function 
resistance 
of the motor 
quasi-
static bicycle 
 
in favour of the 
training but  function in children 
randomized) 
 
-Large effect for fewer than three days a week. 1.59 (95% CI = 0.67 to 
use of resistance 
not specific  with CP 
and non-
outcome measure 
2.50), compared to studies with sessions applied three days a week 
therapy in 
to 
controlled 
-Gross Motor 
 
weakened 
Motomed, 
clinical trials 
Function Measure 
-larger effect when using the “functional exercises” protocol with an 
musculature in 
APT, FES 
 
- Lateral Step Up 
SMD of 1.25 (95% CI = 0.46 to 2.04) 
children with CP 
cycling etc. 
Intervention 
-Time Up and Go 
based on 
-Mobility 
resistance 
Questionnaire 
therapy 
 
School-aged CP 
patients (≤18 
years) 
P a g e  | 36 
Page 36 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
 
12 RCT and 3 
non-
randomised 
clinical trials 
 
electrostimulati
on as resistance 
therapy 
 
 
P a g e  | 37 
Page 37 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
 
Reference List 
 
1.  Hochsprung A, Domínguez AG, Magni E, Uribe SE, García AM. Effect of visual 
biofeedback cycling training on gait in patients with multiple sclerosis. Neurología 
(English Edition). 2019 Apr 8. 
2.  Barclay A, Paul L, MacFarlane N, McFadyen AK. The effect of cycling using active-
passive trainers on spasticity, cardiovascular fitness, function and quality of life in 
people with moderate to severe Multiple Sclerosis (MS); a feasibility study. Multiple 
sclerosis and related disorders. 2019 Sep 1;34:128-34. 
3.  Scally JB, Baker JS, Rankin J, Renfrew L, Sculthorpe N. Evaluating functional electrical 
stimulation (FES) cycling on cardiovascular, musculoskeletal and functional outcomes 
in adults with multiple sclerosis and mobility impairment: A systematic review. 
Multiple sclerosis and related disorders. 2020 Jan 1;37:101485. 
4.  Pilutti LA, Motl RW. Functional Electrical Stimulation Cycling Exercise for People with 
Multiple Sclerosis. Current treatment options in neurology. 2019 Nov 1;21(11):54. 
5.  Latimer-Cheung AE, Pilutti LA, Hicks AL, Ginis KA, Fenuta AM, MacKibbon KA, Motl 
RW. Effects of exercise training on fitness, mobility, fatigue, and health-related 
quality of life among adults with multiple sclerosis: a systematic review to inform 
guideline development. Archives of physical medicine and rehabilitation. 2013 Sep 
1;94(9):1800-28. 
6.  Edwards T, Pilutti LA. The effect of exercise training in adults with multiple sclerosis 
with severe mobility disability: a systematic review and future research directions. 
Multiple sclerosis and related disorders. 2017 Aug 1;16:31-9. 
7.  Pilutti LA, Motl RW. Functional Electrical Stimulation Cycling Exercise for People with 
Multiple Sclerosis. Current treatment options in neurology. 2019 Nov 1;21(11):54. 
8.  Alashram AR, Annino G, Mercuri NB. Changes in spasticity following functional 
electrical stimulation cycling in patients with spinal cord injury: A systematic review. 
The Journal of Spinal Cord Medicine. 2020 May 15:1-4. 
9.  Thomaz SR, Cipriano Jr G, Formiga MF, Fachin-Martins E, Cipriano GF, Martins WR, 
Cahalin LP. Effect of electrical stimulation on muscle atrophy and spasticity in 
patients with spinal cord injury–a systematic review with meta-analysis. Spinal cord. 
2019 Apr;57(4):258-66. 
10. Deley G, Denuziller J, Babault N. Functional electrical stimulation: cardiorespiratory 
adaptations and applications for training in paraplegia. Sports Medicine. 2015 Jan 
1;45(1):71-82. 
11. Mayson TA, Harris SR. Functional electrical stimulation cycling in youth with spinal 
cord injury: A review of intervention studies. The journal of spinal cord medicine. 
2014 May 1;37(3):266-77. 
12. Hicks AL, Ginis KM, Pelletier CA, Ditor DS, Foulon B, Wolfe DL. The effects of exercise 
training on physical capacity, strength, body composition and functional 
performance among adults with spinal cord injury: a systematic review. Spinal cord. 
2011 Nov;49(11):1103-27. 
 
P a g e  | 38 
Page 38 of 39


FOI 24/25-0223 
Document 15
 
 
13. Shen C, Liu F, Yao L, Li Z, Qiu L, Fang S. Effects of MOTOmed movement therapy on 
the mobility and activities of daily living of stroke patients with hemiplegia: a 
systematic review and meta-analysis. Clinical rehabilitation. 2018 Dec;32(12):1569-
80. 
 
14. Brenner I. Effects of Passive Exercise Training in Hemiplegic Stroke Patients: A Mini-
Review. Sports Med Rehabil J. 2018; 3 (3). 2018;1036. 
15. Shariat A, Najafabadi MG, Ansari NN, Cleland JA, Singh MA, Memari AH, Honarpishe 
R, Hakakzadeh A, Ghaffari MS, Naghdi S. The effects of cycling with and without 
functional electrical stimulation on lower limb dysfunction in patients post-stroke: a 
systematic review with meta-analysis. NeuroRehabilitation. 2019 Jan 1;44(3):389-
412. 
16. Karaahmet OZ, Gurcay E, Unal ZK, Cankurtaran D, Cakci A. Effects of functional 
electrical stimulation-cycling on shoulder pain and subluxation in patients with 
acute–subacute stroke: a pilot study. International Journal of Rehabilitation 
Research. 2019 Mar 1;42(1):36-40. 
17. Miner DG, Aron A, DiSalvo E. Therapeutic effects of forced exercise cycling in 
individuals with Parkinson's disease. Journal of the Neurological Sciences. 2020 Jan 
9:116677. 
18. Bel man MJ, Cheng TH, Downey RJ, Hass CJ, Dixon WE. Switched control of cadence 
during stationary cycling induced by functional electrical stimulation. IEEE 
Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 2015 Nov 
13;24(12):1373-83. 
19. Damiano DL, Stanley CJ, Ohlrich L, Alter KE. Task-specific and functional effects of 
speed-focused elliptical or motor-assisted cycle training in children with bilateral 
cerebral palsy: randomized clinical trial. Neurorehabilitation and neural repair. 2017 
Aug;31(8):736-45. 
20. Peng CW, Chen SC, Lai CH, Chen CJ, Chen CC, Mizrahi J, Handa Y. Clinical benefits of 
functional electrical stimulation cycling exercise for subjects with central 
neurological impairments. J. Med. Biol. Eng.  2011 Jan 1;31(1):1-1. 
21. Harrington AT, McRae CG, Lee SC. Evaluation of functional electrical stimulation to 
assist cycling in four adolescents with spastic cerebral palsy. International journal of 
pediatrics. 2012 May 22;2012. 
22. Johnston TE, Wainwright SF. Cycling with functional electrical stimulation in an adult 
with spastic diplegic cerebral palsy. Physical Therapy. 2011 Jun 1;91(6):970-82. 
23. Collado-Garrido L, Parás-Bravo P, Calvo-Martín P, Santibáñez-Margüel o M. Impact of 
Resistance Therapy on Motor Function in Children with Cerebral Palsy: A Systematic 
Review and Meta-Analysis. International journal of environmental research and 
public health. 2019 Jan;16(22):4513. 
 
P a g e  | 39 
Page 39 of 39