Download original attachment
(PDF file)

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


FOI 24/25-0223 
Research paper 
Document 3
OFFICIAL
For Internal Use Only 
Arm cycle ergometer for spinal cord injury 
The content of this document is OFFICIAL. 
Please note: 
The research and literature reviews collated by our TAB Research Team are not to be shared 
external to the Branch. These are for internal TAB 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 call the TAPS line for 
advice. 
The Research Team are unable to ensure that the information listed below provides an 
accurate & up-to-date snapshot of these matters 
Research question: What is the efficacy of the use of arm ergometer to assist with 
maximising and maintaining the strength and functions of arms for a person living with a 
spinal cord injury (complete/incomplete)? 
Date: 28/9/23 
Requestor: s47F - personal privacy 
Endorsed by: Katrin R
 
s47F - personal 
Researcher: Aaron Hs47F - personal priva 
Cleared by: Stephanie Ps47F - personal   
privacy
ACE for SCI 
Page 1 of 7 
OFFICIAL 
Page 1 of 7

FOI 24/25-0223 
Research paper 
Document 3
OFFICIAL 
For Internal Use Only 
1.  Contents 
Arm cycle ergometer for spinal cord injury ................................................................................. 1 
1. 
Contents ....................................................................................................................... 2 
2. 
Summary ...................................................................................................................... 2 
3. 
Arm cycle ergometer ..................................................................................................... 2 
4. 
Cardiorespiratory fitness ............................................................................................... 3 
5. 
Arm strength and function ............................................................................................. 4 
6. 
Quality of life ................................................................................................................. 4 
7. 
References ................................................................................................................... 5 
 
2. Summary 
The arm cycle ergometer (ACE) is an aerobic exercise device suitable for people with limited 
lower limb function. 
There is moderate quality evidence that exercise programs using ACE can improve 
cardiorespiratory fitness. There is low certainty evidence that ACE is effective for improving 
upper limb muscle strength, upper limb function and quality of life. This is due to few studies 
investigating these outcomes and low quality of existing studies. 
The majority of studies reviewed report low quality evidence due to small and unrepresentative 
samples, risk of bias and uncontrolled study designs. 
3.  Arm cycle ergometer 
The arm cycle ergometer or arm crank ergometer is a pedal machine designed for upper limb 
use. The device may also be called an arm bike, arm cycle or hand cycle, with context 
differentiating between the stationary exercise machine and the mode of transportation. The 
terms arm ergometer, upper body ergometer or upper limb trainer are also sometimes used 
interchangeably with ACE (Picincu, 2020; Alison, 2015; Amanda, 2013), though these terms 
are technically more general and can include rowing ergometers as well.  
ACE is used as an alternative aerobic exercise device for people unable to use equipment 
designed for the lower limbs. It can also be used as a device to measure cardiovascular fitness 
in clinical or research contexts (Alison, 2015). ACE can also be found in mainstream gyms and 
fitness centres (Amanda, 2013). 
 
 
 
ACE for SCI 
Page 2 of 7  
OFFICIAL 
Page 2 of 7

FOI 24/25-0223 
Research paper 
Document 3
OFFICIAL 
For Internal Use Only 
4.  Cardiorespiratory fitness 
While there is notably varying quality of reviews, most studies find significant improvements in 
cardiorespiratory fitness following ACE intervention. The most comprehensive systematic 
review of the effectiveness of ACE for people with Spinal Cord Injury (SCI) found moderate 
certainty evidence that ACE is effective in improving cardiorespiratory fitness (Chiou et al, 
2022). This is in line with recent clinical trials which find low to moderate evidence in support of 
the efficacy of ACE for improvement of cardiorespiratory fitness (Linde et al, 2023; Froehlich-
Grobe et al, 2022; Farkas et al, 2022). Previous systematic reviews find found lower quality but 
still positive evidence in support of ACE for improvement of cardiorespiratory fitness (Eitivipart 
et al, 2019; Gaspar et al, 2019). 
Mate et al (2023) compared efficacy of ACE alone and together with FES-cycling to improve 
cardiovascular fitness. They found maximum rate of oxygen absorption (V02) was higher for 
ACE combined with FES-cycling compared with either ACE alone or FES-cycling alone, while 
the effect size for ACE was slightly largely than for FES-cycling alone. This largely agrees with 
earlier reviews, which found ACE combined with FES-cycling produced the largest effects 
compared with either ACE or FES-cycling alone (Figoni et al, 2020; Eitivipart et al, 2019). 
However, Figoni et al (2020) found larger effects for FES-cycling compared to ACE delivered. 
Two recent systematic reviews have investigated use of ACE in the context of high intensity 
interval training (HIIT). Both reviews present low-quality evidence that HIIT using ACE alone or 
combined with functional electrical stimulation (FES) cycling is effective in improving 
cardiorespiratory fitness (Da Silva et al, 2023; Dolbow et al,2022). Neither review compared 
efficacy of ACE alone or together with FES-cycling. 
With a couple of exceptions (Chiou et al, 2023; Froehlich-Grobe et al, 2022), most studies 
investigating effects of ACE on cardiorespiratory fitness note the low quality of the evidence 
(Da Silva et al, 2023; Mate et al, 2023; Dolbow et al,2022; Figoni et al, 2020; Eitivipart et al, 
2019). This is mainly due to small and unrepresentative samples (e.g. overrepresentation of 
males), few studies overall and lack of controlled trials. Heterogeneity is also a major reason 
for lack of certainty around improvements in V02. Figoni et al (2020) list some of the factors: 
the heterogeneity of exercise modes (arm-crank ergometry, wheelchair 
ergometry/propulsion, handcycling), levels of SCI (C3-C8), completeness of SCI 
(American Spinal Injury Association Impairment Scale, AIS AD), and training status 
(trained and untrained) – all factors are known to be important determinants of V02peak 
(p.692). 
 
 
 
ACE for SCI 
Page 3 of 7  
OFFICIAL 
Page 3 of 7

FOI 24/25-0223 
Research paper 
Document 3
OFFICIAL 
For Internal Use Only 
5.  Arm strength and function 
There are fewer studies which focus on the impact of ACE on functional outcomes like arm 
strength and function compared to those which investigate cardiorespiratory fitness. The 
available literature is also more equivocal. 
A review from Selph et al (2021) found one moderate quality randomised control trial (RCT) 
showing no significant improvement in function after ACE, though several studies do show 
some improvements in function and strength. It is also possible that cardiorespiratory fitness 
correlates with functional independence in people with SCI (Maher et al, 2017) though this has 
not yet been established in the literature on ACE exercise interventions. 
The review from Chiou et al (2022) found very low certainty evidence that ACE exercise 
programs can improve arm strength and function. They found that two studies showed 
improvements in wheelchair propulsion distance, though with widely diverging effect sizes. 
Other primary studies not included in the Chiou et al review also find some functional 
improvement after ACE. A small 2014 study of 19 people with SCI found improvements in the 
Functional Independence Measure (FIM) after ACE training (Dost et al, 2014). More recently, 
Wil iams et al (2020) found some marginal improvements in sitting balance after ACE training. 
Chiou et al (2022) also found a single small sample pilot study (Graham et al, 2019) to support 
the efficacy of ACE in improving muscle strength. Graham et al showed that around 40 
minutes per week of HIIT and 90 minutes of moderate intensity training using ACE is sufficient 
to improve upper body strength. Eitivipart et al (2019) found evidence that muscle strength 
may be improved from arm ergometry training alone at moderate to vigorous effort over 30 min 
3 times per week. However, this is based on low quality evidence and a very low confidence 
rating. The authors report conclusive evidence from 7 systematic reviews that ACE used in 
combination with resistance training can improve upper limb muscle strength. However, 
muscle strength is also improved with resistance training alone (Gaspar et al, 2019; Eitivipart 
et al, 2019). 
6.  Quality of life 
There is minimal and inconsistent evidence regarding the effect of ACE on quality of life for 
people with SCI. Three of the systematic reviews included in this paper found evidence 
relating to improvements in quality of life (Wilig et al, 2022; Chiou et al, 2022; Selph et al, 
2021). Selph et al (2021) found one moderate quality RCT showing no significant improvement 
in quality of life after ACE. More recently, Gee et al (2022) found no significant improvement in 
quality of life after ACE intervention. 
Wilig et al (2022) and Chiou et al (2022) found low quality evidence supporting a possible 
improvement in quality of life after ACE. Both reviews support this with reference to a single 
RCT, Nightingale et al (2018). In this study, the authors investigate the effects of a 6-week 
program involving 45-minute moderate-intensity ACE sessions, 4 times per week. They find 
 
ACE for SCI 
Page 4 of 7  
OFFICIAL 
Page 4 of 7

FOI 24/25-0223 
Research paper 
Document 3
OFFICIAL 
For Internal Use Only 
moderate to large effect sizes for improvement in health-related quality of life as measured by 
the physical component of the Short Form 36 Health Survey. 
7.  References 
Alison, T. (2015). Arm ergometers provides alternative to conventional stress testing. Mayo 
Clinic. https://www.mayoclinic.org/medical-professionals/cardiovascular-
diseases/news/arm-ergometer-alternative-to-conventional-stress-testing/mac-20429419 
Amanda. (2013). Arm Ergometers – What are they and how to use them. RehabTechnology 
Australia. https://www.rehabtechnology.com.au/arm-ergometer-they-and-how-to-use-
them/ 
Bresnahan, J. J., Farkas, G. J., Clasey, J. L., Yates, J. W., & Gater, D. R. (2019). Arm crank 
ergometry improves cardiovascular disease risk factors and community mobility 
independent of body composition in high motor complete spinal cord injury. The journal 
of spinal cord medicine, 42(3), 272–280. 
https://doi.org/10.1080/10790268.2017.1412562 
Chiou, S. Y., Clarke, E., Lam, C., Harvey, T., & Nightingale, T. E. (2022). Effects of Arm-Crank 
Exercise on Fitness and Health in Adults With Chronic Spinal Cord Injury: A Systematic 
Review. Frontiers in physiology, 13, 831372. https://doi.org/10.3389/fphys.2022.831372 
Da Silva, C. M. A. F. D., Sá, K. S. G. D., Gorla, J. I., Flores, L. J. F., & Coswig, V. S. (2023). 
High-intensity interval training in people with spinal cord injury: a systematic review. 
Revista Brasileira de Medicina do Esporte, 30, e2022_0193. 
https://doi.org/10.1590/1517-8692202430012022_0193i 
Dolbow, D. R., Davis, G. M., Welsch, M., & Gorgey, A. S. (2022). Benefits and interval training 
in individuals with spinal cord injury: A thematic review. The journal of spinal cord 
medicine, 45(3), 327–338. https://doi.org/10.1080/10790268.2021.2002020 
Dost, G., Dulgeroglu, D., Yildirim, A., & Ozgirgin, N. (2014). The effects of upper extremity 
progressive resistance and endurance exercises in patients with spinal cord injury. 
Journal of back and musculoskeletal rehabilitation, 27(4), 419–426. 
https://doi.org/10.3233/BMR-140462 
Eitivipart, A. C., de Oliveira, C. Q., Arora, M., Middleton, J., & Davis, G. M. (2019). Overview of 
Systematic Reviews of Aerobic Fitness and Muscle Strength Training after Spinal Cord 
Injury. Journal of neurotrauma, 36(21), 2943–2963. 
https://doi.org/10.1089/neu.2018.6310 
Figoni, S. F., Dolbow, D. R., Crawford, E. C., White, M. L., & Pattanaik, S. (2021). Does 
aerobic exercise benefit persons with tetraplegia from spinal cord injury? A systematic 
review. The journal of spinal cord medicine, 44(5), 690–703. 
https://doi.org/10.1080/10790268.2020.1722935 
 
ACE for SCI 
Page 5 of 7  
OFFICIAL 
Page 5 of 7

FOI 24/25-0223 
Research paper 
Document 3
OFFICIAL 
For Internal Use Only 
Froehlich-Grobe, K., Lee, J., Ochoa, C., Lopez, A., Sarker, E., Driver, S., Shegog, R., & Lin, S. 
J. (2022). Effectiveness and feasibility of the workout on wheels internet intervention 
(WOWi ) for individuals with spinal cord injury: a randomized controlled trial. Spinal 
cord, 60(10), 862–874. https://doi.org/10.1038/s41393-022-00787-w 
Gaspar, R., Padula, N., Freitas, T. B., de Oliveira, J. P., & Torriani-Pasin, C. (2017). Physical 
Exercise for Individuals with Spinal Cord Injury: Systematic Review Based on the 
International Classification of Functioning, Disability, and Health. Journal of Sport 
Rehabilitation, 28(5), 505-516. https://doi.org/10.1123/jsr.2017-0185 
Gee, C. M., Sinden, A. R., Krassioukov, A. V., & Martin Ginis, K. A. (2022). The effects of 
active upper-limb versus passive lower-limb exercise on quality of life among individuals 
with motor-complete spinal cord injury. Spinal cord, 60(9), 805–811. 
https://doi.org/10.1038/s41393-022-00796-9 
Graham, K., Yarar-Fisher, C., Li, J., McCul y, K. M., Rimmer, J. H., Powel , D., Bickel, C. S., & 
Fisher, G. (2019). Effects of High-Intensity Interval Training Versus Moderate-Intensity 
Training on Cardiometabolic Health Markers in Individuals With Spinal Cord Injury: A 
Pilot Study. Topics in spinal cord injury rehabilitation, 25(3), 248–259. 
https://doi.org/10.1310/sci19-00042 
Linde, M. B., Webb, K. L., Veith, D. D., Morkeberg, O. H., Gil , M. L., Van Straaten, M. G., 
Laskowski, E. R., Joyner, M. J., Beck, L. A., Zhao, K. D., Wiggins, C. C., & Garlanger, 
K. L. (2023). At-Home High-Intensity Interval Training for Individuals with Paraplegia 
Following Spinal Cord Injury: A Pilot Study. medRxiv : the preprint server for health 
sciences, 2023.06.21.23291711. https://doi.org/10.1101/2023.06.21.23291711 
Maher, J. L., McMil an, D. W., & Nash, M. S. (2017). Exercise and Health-Related Risks of 
Physical Deconditioning After Spinal Cord Injury. Topics in spinal cord injury 
rehabilitation, 23(3), 175–187. https://doi.org/10.1310/sci2303-175 
Máté, S., Sinan-Fornusek, C., Dhopte, P., Singh, M. F., Hackett, D., & Fornusek, C. (2023). 
Effects of Functional Electrical Stimulation Cycling Combined With Arm Cranking 
Exercise on Cardiorespiratory Fitness in People With Central Nervous System 
Disorders: A Systematic Review and Meta-analysis. Archives of physical medicine and 
rehabilitation, S0003-9993(23)00225-3. Advance online publication. 
https://doi.org/10.1016/j.apmr.2023.03.026 
Nightingale, T. E., Rouse, P. C., Walhin, J. P., Thompson, D., & Bilzon, J. L. J. (2018). Home-
Based Exercise Enhances Health-Related Quality of Life in Persons With Spinal Cord 
Injury: A Randomized Controlled Trial. Archives of physical medicine and rehabilitation, 
99(10), 1998–2006.e1. https://doi.org/10.1016/j.apmr.2018.05.008 
Picincu, A. (2020). Hand Bike Exercises. Livestrong. 
https://www.livestrong.com/article/485080-hand-bike-exercises/ 
 
ACE for SCI 
Page 6 of 7  
OFFICIAL 
Page 6 of 7

FOI 24/25-0223 
Research paper 
Document 3
OFFICIAL 
For Internal Use Only 
Selph, S. S., Skel y, A. C., Wasson, N., Dettori, J. R., Brodt, E. D., Ensrud, E., El iot, D., 
Dissinger, K. M., Hart, E., Kantner, S., Graham, E., Junge, M., Dana, T., & McDonagh, 
M. (2021). Physical Activity and the Health of Wheelchair Users: A Systematic Review 
in Multiple Sclerosis, Cerebral Palsy, and Spinal Cord Injury. Agency for Healthcare 
Research and Quality (US). 
Wil iams, A. M. M., Chisholm, A. E., Lynn, A., Malik, R. N., Eginyan, G., & Lam, T. (2020). Arm 
crank ergometer "spin" training improves seated balance and aerobic capacity in people 
with spinal cord injury. Scandinavian journal of medicine & science in sports, 30(2), 
361–369. https://doi.org/10.1111/sms.13580 
Wil ig, R. M., Garcia, I., da Silva, N. S. L., Corredeira, R., & Carvalho, J. (2022). The 
effectiveness of community-based upper body exercise programs in persons with 
chronic paraplegia and manual wheelchair users: A systematic review. The journal of 
spinal cord medicine, 45(1), 24–32. https://doi.org/10.1080/10790268.2020.1782608 
 
 
ACE for SCI 
Page 7 of 7  
OFFICIAL 
Page 7 of 7