Optimizing Neuromuscular Electrical Stimulation (NMES) in Rehabilitation: How, When, and Why?

December 15, 2025

Neuromuscular electrical stimulation, commonly referred to as NMES, is widely used in rehabilitation to strengthen muscles with reduced voluntary activation. It can be used in conservative treatments and before, during, or after surgery. Its main advantage is its ability to activate motor units even in the presence of pain, swelling, or neuromuscular inhibition. Many muscles can benefit from NMES, but the quadriceps is the most studied because of its essential functional role and its sensitivity to arthrogenic inhibition, a protective reflex that decreases muscle activation when a joint is irritated or painful (Watson, 2020). 


The Scientific Foundations of NMES: A Distinct Mechanism of Motor Recruitment 


NMES stimulates motor nerves directly through an electrical current applied to the skin. It bypasses voluntary control and triggers muscle contraction by depolarizing axons.
In normal physiology, small motor units are recruited first. With NMES, larger motor units are activated more quickly. These units are primarily type II fibres, which are faster and more powerful (Watson, 2020).
This reversed recruitment pattern allows NMES to produce an effective contraction even when voluntary activation is limited by pain, arthrogenic inhibition, surgery, or immobilization. It helps prevent loss of muscle quality and supports functional recovery when voluntary effort is restricted.
NMES also has motivational benefits. Patients who cannot voluntarily contract a muscle can observe a visible contraction produced by the device. This often reassures them and increases their engagement in rehabilitation. It can also reduce fear of movement and improve adherence to exercise programs. 


Optimal Timing of Use: From the Preoperative Period to Functional Recovery


The Preoperative Period 


Muscle prehabilitation is associated with better postoperative outcomes (Anderson et al., 2021). NMES helps maintain function when pain or instability limits voluntary exercise (Watson, 2020).
Although direct preoperative evidence is limited, early postoperative data suggest that regular stimulation preserves strength and reduces expected muscle loss (Watson, 2020). NMES therefore fits well into preoperative strengthening programs before ligament reconstruction or arthroplasty. 


The Early Postoperative Phase


NMES is most effective when introduced soon after surgery. Conley et al. (2021) recommend starting within the first two postoperative weeks, when muscle inhibition is at its greatest. Early use improves quadriceps activation and accelerates strength recovery.
A recent meta-analysis by Li et al. (2025) recommends beginning neuromuscular retraining within the first days after anterior cruciate ligament reconstruction. Early initiation is more effective than delayed application. This highlights the importance of early stimulation to optimize functional outcomes. 


The Intermediate Phase 


As pain decreases and mobility improves, NMES becomes a valuable adjunct to voluntary strengthening. It allows patients to reach contraction levels that they cannot achieve independently.
When combined with exercise, NMES can increase strength and reduce pain, particularly at frequencies between 50 and 75 Hz (Novak et al., 2020). Its use depends on the targeted goals, such as strength, proprioception, or endurance.


The Late Phase


When patients can perform high-intensity exercises, NMES is used to support specific rehabilitation goals. It may help correct persistent imbalances, address residual deficits, or assist in monitoring mechanical load during a return to meaningful or sport-specific activities.
Effects are generally more modest at this stage but remain useful. Peng et al. (2021) report moderate yet clinically relevant functional improvements after total knee arthroplasty. 


Conclusion: An Effective Modality When Applied at the Right Time


NMES is most effective when integrated at appropriate stages of rehabilitation. In the preoperative period, it helps preserve muscle mass and quality. Immediately after surgery, it reduces neuromuscular inhibition and facilitates early reactivation of the targeted muscle.
In later stages, it supports progressive strengthening, load monitoring, and optimization of muscle function. Regular use is essential for sustained benefits, much like a structured exercise program. Repetition and integration into self-management enhance its effectiveness.
Finally, the extensive evidence available on the quadriceps provides a solid reference for clinical application and can be adapted to other muscle groups with appropriate judgment. 


References 

 

Watson, T. (2020). Electrotherapy Evidence-Based Practice (13e éd.). Elsevier. 

 

Anderson, A. M., Comer, C., Smith, T. O., Drew, B. T., Pandit, H., Antcliff, D., Redmond, A. C., & McHugh, G. A. (2021). Consensus on pre-operative total knee replacement education and prehabilitation recommendations : A UK-based modified Delphi study. BMC Musculoskeletal Disorders, 22(1), 352. https://doi.org/10.1186/s12891-021-04160-5 

 

 

Conley, C. E. W., Mattacola, C. G., Jochimsen, K. N., Dressler, E. V., Lattermann, C., & Howard, J. S. (2021). A Comparison of Neuromuscular Electrical Stimulation Parameters for Postoperative Quadriceps Strength in Patients After Knee Surgery : A Systematic Review. Sports Health: A Multidisciplinary Approach, 13(2), 116‑127. https://doi.org/10.1177/1941738120964817 

 

Li, Z., Jin, L., Chen, Z., Shang, Z., Geng, Y., Tian, S., & Dong, J. (2025). Effects of Neuromuscular Electrical Stimulation on Quadriceps Femoris Muscle Strength and Knee Joint Function in Patients After ACL Surgery : A Systematic Review and Meta-analysis of Randomized Controlled Trials. Orthopaedic Journal of Sports Medicine, 13(1), 23259671241275071. https://doi.org/10.1177/23259671241275071 

 

Novak, S., Guerron, G., Zou, Z., Cheung, G., & Berteau, J.-P. (2020). New Guidelines for Electrical Stimulation Parameters in Adult Patients With Knee Osteoarthritis Based on a Systematic Review of the Current Literature. American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation, 99(8), 682‑688. https://doi.org/10.1097/PHM.0000000000001409 

 

Peng, L., Wang, K., Zeng, Y., Wu, Y., Si, H., & Shen, B. (2021). Effect of Neuromuscular Electrical Stimulation After Total Knee Arthroplasty : A Systematic Review and Meta-Analysis of Randomized Controlled Trials. Frontiers in Medicine, 8, 779019. https://doi.org/10.3389/fmed.2021.779019 

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Ce lien entre douleur chronique et troubles de santé mentale comme l’anxiété, la dépression ou le stress post-traumatique est aujourd’hui largement documenté. Pourtant, comme le soulignent Bhatt et ses collègues (2024), « il n’y a souvent aucune reconnaissance explicite du rôle des comorbidités et de la relation bidirectionnelle entre la santé mentale et la douleur. » Les comorbidités désignent la présence simultanée de plusieurs troubles de santé qui peuvent interagir et se renforcer mutuellement. Dans ce cas précis, cela fait référence à la coexistence de la douleur chronique et des troubles mentaux. Cela signifie que, même lorsque les deux problèmes sont présents, ils sont souvent traités séparément, comme s’ils n’étaient pas liés. Et pourtant… La douleur chronique augmente le risque de développer des troubles dépressifs, anxieux ou de sommeil. Une mauvaise santé mentale, elle, peut amplifier la douleur, diminuer la tolérance physique et émotive, et nuire aux traitements. Ensemble, elles peuvent affaiblir la motivation, réduire la mobilité, altérer les relations sociales, et même compromettre le maintien en emploi. Cette combinaison, que l’on peut appeler double fardeau, est bien plus qu’une addition de symptômes : c’est un état de vulnérabilité prolongé qui demande une attention urgente. Une double peine encore trop peu reconnue Cette combinaison de douleur chronique et de détresse psychologique est souvent invisible pour l’entourage — et malheureusement aussi pour les systèmes de soins. Trop souvent, les approches thérapeutiques sont cloisonnées : d’un côté, on traite la douleur physique, de l’autre, les troubles de l’humeur, sans pont entre les deux. Pourtant, les données sont claires : ces problèmes ne sont pas juxtaposés, ils sont interconnectés. Par exemple, les personnes vivant avec un trouble bipolaire ont deux fois plus de risque de souffrir de douleur chronique que la population générale (Nicholl et al., 2014). 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À l’inverse, une thérapie psychologique qui néglige une douleur persistante et invalidante peut sembler déconnectée de la réalité vécue par la personne. Ce constat peut sembler décourageant, mais il ouvre aussi la voie à des solutions. Des pistes pour sortir du cercle vicieux Briser la spirale entre douleur et santé mentale n’est pas simple, mais c’est possible. Et surtout : ce n’est pas qu’une affaire de volonté individuelle. C’est un défi collectif, clinique et sociétal. Voici quelques leviers concrets qui peuvent faire une réelle différence. 1. Penser en termes d’interactions, pas de compartiments La première étape est de reconnaître explicitement le lien entre douleur et santé mentale. Cela veut dire former les professionnels de la santé à poser les bonnes questions, à aborder les sujets sensibles sans jugement, et à utiliser des outils qui tiennent compte de l’ensemble de la personne. Par exemple, des outils à valeur pronostique qui permettent aux cliniciens en réadaptation d’identifier les facteurs biopsychosociaux qui influencent le rétablissement, y compris l’humeur, la motivation, la peur du mouvement ou le soutien social. (Tousignant-Laflamme et al., 2023) 2. Favoriser les soins intégrés et interdisciplinaires Les soins les plus efficaces sont souvent ceux qui réunissent plusieurs perspectives : la physiothérapie, la psychologie, la médecine, le travail social, etc. Ensemble, ces approches permettent d’intervenir à la fois sur le corps, le vécu émotionnel et le contexte de vie. C’est ce qu’on appelle l’approche biopsychosociale, qui vise à comprendre comment ces trois sphères interagissent chez chaque personne. Elle est particulièrement pertinente pour les gens vivant avec une douleur chronique, car leur situation ne se résume ni à une blessure, ni à un trouble mental isolé. 3. Encourager des stratégies concrètes et accessibles Des interventions simples peuvent avoir un impact significatif sur le bien-être, surtout lorsqu’elles sont accompagnées et personnalisées : Exercice physique graduel et adapté Programmes de conscience corporelle (yoga, Tai Chi, respiration) Activités de relaxation ou de pleine conscience Thérapies cognitivo-comportementales pour mieux gérer la douleur et les émotions Éducation sur la douleur , pour démystifier et reprendre du pouvoir d’agir Ces approches sont encore sous-utilisées, souvent à cause du manque de formation ou de ressources, mais elles sont soutenues par la littérature scientifique. 4. Lutter activement contre la stigmatisation Trop souvent, les personnes vivant avec des douleurs chroniques ou des troubles psychologiques se sentent jugées, ignorées ou banalisées. Cette stigmatisation empêche de demander de l’aide ou d’avoir accès à des soins adéquats. (Roughan et al., 2021) Des campagnes de sensibilisation, des formations pour les intervenants et des témoignages de personnes vivant ces réalités peuvent briser l’isolement et favoriser une culture de soins plus humaine. 5. Reconnaître l’importance des rôles sociaux et du travail Le travail n’est pas qu’un moyen de gagner sa vie : il contribue à l’identité, à l’estime de soi et au lien social. Bhatt et al. rappellent que de bonnes conditions de travail peuvent avoir un effet protecteur sur la santé mentale, même en présence de douleur. Cela suppose de soutenir le retour progressif au travail, d’adapter les tâches si nécessaire, et de valoriser les autres rôles sociaux de la personne (parent, proche aidant, bénévole…). (Bhatt et al., 2024) Un regard plus large, une réponse plus humaine La douleur chronique n’est pas qu’un symptôme physique. Et la détresse psychologique ne se soigne pas uniquement par la parole. Ce sont des réalités complexes, enracinées dans le vécu, le corps, le contexte de vie. Vouloir traiter l’un sans l’autre, c’est risquer d’échouer. Mais reconnaître leur interaction, c’est ouvrir la porte à des soins plus complets, plus justes, plus efficaces. Références: · Bhatt, K., Palomares, A. C., Jutila, L., Rohde, I., Forget, P., & Societal Impact of Pain Platform (SIP). (2024). The pain and mental health comorbidity. Epidemiology and Psychiatric Sciences, 33, e46. https://doi.org/10.1017/S204579602400057X · Nicholl, B. I., Mackay, D., Cullen, B., Martin, D. J., Ul-Haq, Z., Mair, F. S., Evans, J., McIntosh, A. M., Gallagher, J., Roberts, B., Deary, I. J., Pell, J. P., & Smith, D. J. (2014). Chronic multisite pain in major depression and bipolar disorder : Cross-sectional study of 149,611 participants in UK Biobank. BMC Psychiatry, 14, 350. https://doi.org/10.1186/s12888-014-0350-4 · Roughan, W. H., Campos, A. I., García-Marín, L. M., Cuéllar-Partida, G., Lupton, M. K., Hickie, I. B., Medland, S. E., Wray, N. R., Byrne, E. M., Ngo, T. T., Martin, N. G., & Rentería, M. E. (2021). Comorbid Chronic Pain and Depression : Shared Risk Factors and Differential Antidepressant Effectiveness. Frontiers in Psychiatry, 12, 643609. https://doi.org/10.3389/fpsyt.2021.643609 · Tousignant-Laflamme, Y., Houle, C., Longtin, C., Gérard, T., Lagueux, E., Perreault, K., Beaudry, H., Tétreault, P., Blanchette, M.-A., & Décary, S. (2023). Prognostic factors specific to work-related musculoskeletal disorders : An overview of recent systematic reviews. Musculoskeletal Science and Practice, 66, 102825. https://doi.org/10.1016/j.msksp.2023.102825
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