Bugün öğrendim ki: Cavalier King Charles Spaniel cinsi köpeklerin %92'sinde beyinlerinin bir kısmının omurgaya doğru sıkışmasına neden olan kafatası deformasyonları vardır.
Arka Plan
Cavalier King Charles Spaniel (CKCS), farklı yapısal özelliklere seçici olarak yetiştirilmiş bir köpek örneğidir. Irk, kurt ve diğer evcil köpek ırklarına kıyasla yüksek oranda gençlik davranışı ve genç morfolojiyle (pedomorfik) ilişkili brakikefalik özellikler gösterir [1]. Bu pedomorfizm seçiminin, kafatası ve beyin hacmi arasında kalıtsal bir patolojik uyumsuzluğa yol açarak, serebellum ve beyin sapının bir kısmının foramen magnum'a doğru veya içinden herniasyonuna (Chiari benzeri Malformasyon - CM) neden olabileceği düşünülmektedir. Chiari benzeri malformasyon, nöropatik ağrıya neden olan Sıvı Çukurlu Miyelopati (SM) ile bağlantılıdır [2]. CM'nin CKCS popülasyonunda %92'ye kadar etkilendiği tahmin edilmektedir [2]. CM'li CKCS'lerin yarısından fazlasının, yaşamlarının sonraki dönemlerinde omurilik içinde sıvı dolu boşluklar (SM) geliştirdiği ve değişen derecelerde klinik belirtiler gösterdiği düşünülmektedir. Gerçekten, CM'li köpeklerin %25'i 12 aylık yaşta SM gösterirken, bu oran 6 yaşında %70'e ulaşmaktadır [3]. Ek olarak, CKCS diğer köpeklere göre nispeten daha büyük bir serebeleme sahip olup (2), bu da serebellar disfonksiyonlara yatkınlık gösterebilir. CM ve SM'nin klinik belirtileri arasında boyun ve baş ağrısı, servikal skolyoz, torasik ve pelvik ekstremite ataksi (koordine eksikliği), torasik ekstremite parezi ve nöropatik ağrı bulunur [4].
Koordinasyon, "farklı vücut segmentleri veya eklemler arasında hem uzamsal hem de zamansal alanlarda bağlam bağımlı ve faz bağımlı döngüsel bir ilişkiyi koruma yeteneği" olarak tanımlanmıştır [5]. Yürüme koordinasyonu, proprioseptif reseptörler, kaslardaki gerilme reseptörleri, omurilik, serebellum, motor korteksi ve görme arasında karmaşık bir etkileşim içerir. Bu yollardan herhangi biri, örneğin CKCS'deki CM ve SM'de hastalanırsa, yürüyüşte değişiklikler beklenir.
Serebellum, omurilikten otonom sensömotor geri bildirim ve serebral korteks ile beyin öz motor merkezi ve ikincil motor merkezlerinden gelen ileri beslemeyi entegre ederek dengeyi ve hareket etmeyi ayarlar ve kontrol eder [6]. Serebellum ayrıca motor kontrolü [7] ve ekstremiteler arası koordinasyonu [8] sağlar. Serebellar ataksi, çoğunlukla hipermetri ile dismetri ile klinik olarak karakterizedir. Serebellar ataksi hastalarının nesnel insan yürüyüş analizi, a) daha yavaş yürüme, ayakta durma fazının uzamış süresi ve uzamsal-zamansal özelliklerin değişkenliğinde artış ve b) geniş tabanlı bir duruş göstermektedir [9-11]. Bu artmış uzamsal-zamansal özellik değişkenliği, deneysel olarak indüklenmiş omurilik yaralanması olan kedilerde [12] ve servikal spondilotik miyelopati olan köpeklerde [13] bulunan değişkenliğe benzerdir. Bu nedenle, CM veya CM ile SM teşhisi konmuş CKCS'lerin a) uzamsal-zamansal yürüyüş özelliklerinde (adım uzunluğu ve adım döngüsü ve ayakta durma süresi) önemli ölçüde artmış değişkenlik ve b) yürüme sırasında pelvik ve torasik pençeler arasında artmış bir mesafe ile daha geniş bir destek tabanı göstermesini varsaydık. Çok sayıda CKCS etkilendiğinden kontrol grubu olarak hizmet edemeyeceğinden ve bu nedenle serebellar veya omurilik hastalığı için genetik yatkınlığı olmayan benzer ağırlık ve yapıya sahip bir kontrol ırkı seçmek zorundaydık. Border Terrier'lerin paroksismal hareket bozuklukları gösterdiği [14] ve bazı yavru köpeklerin leukoensefalomiyelopati [15] ve genç yavrularda mevcut olan hipomiyelinizasyon sendromu [16] bildirildiği belirtilmelidir.
Yöntemler
Hayvanlar ve çalışma grupları
Köpekler; sadece CM'si olan CKCS (CM Grubu), CM ve SM'si olan CKCS (CMSM Grubu) ve Border Terrier'ler olmak üzere üç gruba ayrıldı. Nörolojik muayene ve CM (<1 yaş) veya CM ve SM gösteren bir MRG raporu olan CKCS'ler, sahibinin köpeğin çalışmaya katılmasına izin vermesi durumunda çalışmaya alındı. Border Terrier'ler, İngiltere Kennel Kulübü Irk Standartları'nda belirtildiği gibi, CKCS'lere benzer yükseklik ve yapıya sahip olduklarından kontrol grubu (Kontrol Grubu) olarak seçildi. Düzenli veteriner çalışmaları veya seçmeli prosedürler için QMH'yi ziyaret eden veya çalışan üyeler aracılığıyla çalışmaya dahil edildi. Hem CKCS hem de Kontrol gruplarında yürüyüş değerlendirmesinde topallama veya sistemik hastalık belirtileri varsa köpekler çalışmadan çıkarıldı. Kontrol grubu köpekler, sahiplerinin nörolojik hastalık endişesi bildirmesi veya yürüyüş değerlendirmesinde ataksi göstermesi durumunda dışlandı. Omuz eklemleri arasındaki mesafe ölçümleri yapıldı ve CKCS ve kontrol grubu arasında fark olmadığı görüldü. Çalışma, Kraliyet Veteriner Koleji etik kurulu tarafından önceden onaylandı, onay numarası URN 2012 1139. Çalışmaya köpeklerini gönüllü olarak götüren tüm sahipler, çalışmanın ayrıntılarını açıklayan bir onam formu imzaladı.
Veri toplama
Hareket yakalama, Kraliyet Veteriner Koleji'ndeki yapı ve hareket laboratuvarında ve kolej kampüsüne seyahat edemeyen katılımcı köpek sahiplerinin evlerinde gerçekleştirildi. Köpekler, düz bir yüzeyde 0.5 x 5 m'lik bir ızgara oluşturan 0.5 x 0.5 m kareleri işaretleyen siyah elektrik bandıyla işaretlenmiş 8 m'lik bir pist boyunca yürütüldü.
Çalışmada tam HD (1920 x 1080 piksel) film çekmeye ayarlanmış iki dijital statik fotoğraf makinesi ve 60 kare/saniye kare hız kullanıldı (EX-F1, Casio, Tokyo, Japonya; 1-J1, Nikon, Tokyo, Japonya). Kameralar, tüm ızgarayı görebilmek ve ızgarayı görüntüye odaklamak için yakınlaştırma fonksiyonunu kullanabilmek için ızgaradan 3 metreden fazla mesafeye yerleştirildi (Şekil 1). Hareket bulanıklığını azaltmak için deklanşör hızı 1/1250'e ayarlandı.
Köpekler tercih ettikleri hızda pistte yürüdüler. Sahiplerinden köpeklerini ızgarada tutmaları ve istikrarlı bir hızla yürümeleri istendi. Bir köpek yürüyüşünü değiştirdi veya deneme sırasında durduysa, denemeler atıldı. 50 kabul edilebilir yürüyüş adımı toplanana kadar denemeler tekrarlandı. Bu veri toplama düzeni, Suiter ve ark. [17] tarafından bildirilenlerle aynıdır.
Veri işleme
Köpeklerin yürüyüşleri sırasında toplam 6 yürüyüş parametresi seçildi: İpsilateral mesafe, torasik ekstremite pençesi yerleşimi ile ipsilateral pelvik ekstremite pençesi yerleşimi arasındaki mesafe olarak tanımlandı. Adım uzunluğu, ilgi alanındaki pençenin orta parmağının zeminden kalktığı nokta ile daha sonra aynı pençenin yere konduğu nokta arasındaki mesafe olarak tanımlandı. Adım döngüsü, orta parmak zeminden kalktıktan sonra aynı pençenin tekrar yere konması arasındaki süre olarak tanımlandı. Ayakta durma süresi, pençenin yere konmasından sonra aynı pençenin orta parmağının sonraki adıma kalkması arasındaki süre olarak tanımlandı. Pelvik mesafe, sol pelvik ekstremite pençesinin yerleştirilmesinden sonraki sağ pelvik ekstremite pençesi yerleştirilmesi arasındaki mesafe olarak tanımlandı. Torasik mesafe, sol torasik ekstremite pençesinin yerleştirilmesinden sonraki sağ torasik ekstremite pençesi yerleştirilmesi arasındaki mesafe olarak tanımlandı.
Videolar, video analiz yazılımı (Quintic Biomechanics, v17, Quintic Consultance ltd, Coventry, İngiltere) ile işlendi. Her bir konunun adım döngüsü ve ayakta durma süresini hesaplamak için yazılımda kare kare ilerleme kullanıldı. Diğer 4 parametreyi ölçmek için, video analiz yazılımı (Quintic) her bir konunun yere bir pençe koyduğu her seferde statik görüntüler elde etmek için kullanıldı. Statik görüntüler JPEG formatında kaydedildi. Statik görüntüler, görüntü işleme ve analiz aracı (Image J, Açık Kaynak; https://imagej.nih.gov/ij/download.html) kullanılarak işlendi. Görüntü işleme ve analiz aracı, ızgaranın uyduğu 0.5 m'lik bir ölçek belirlemeye izin verdi. Referans çerçemesine dayanarak, ipsilateral mesafe, adım uzunluğu, pelvik mesafe ve torasik mesafe "düz çizgi aracı" kullanılarak ölçüldü. Ölçümlerin her bir bireyde aynı pençe noktasından alınmasını sağlamak için ölçümler, kameraya doğru hareket ederken ayak parmaklarının 2. ve 3. parmakları arasındaki noktadan başlatıldı. Köpeğin kamereden uzaklaşırken görünen pençenin plantar topunun ortası ve yandan görünümde ölçüm, ön bilek ekleminden pençenin ortasına kadar yapıldı.
İstatistiksel analiz
İstatistiksel analiz, grafikler için lattice paketleri [19] ve betimsel istatistikler için pastecs paketleri [20] ile R sürüm 2.15.3 [18] kullanılarak gerçekleştirildi. Köpeklerin farklı hızlarda yürüyüşlerinin etkisini azaltmak için, her bir uzamsal-zamansal parametre için değişkenlik katsayısı (DK) hesaplandı. DK ne kadar yüksekse, köpeğin adım parametreleri o kadar değişkendir. Değişkenlik katsayısı (DK), standart sapma (SS) bölü ortalama olarak tanımlandı. Gruplar, sonuç ölçütü olarak yürüyüş parametresi veya yürüyüş parametrelerinin DK'sı ve köpeklerin rastgele etkileri ile grup (kontrol karşılaştırılarak CM veya CMSM), köpek yüksekliği, yaş ve hastalık (CM ve CMSM) veya hastalık yok (Kontrol) sabit etkileri olan karışık bir model kullanılarak karşılaştırıldı. SM, yürüyüş desenlerini spinocerebellar traktların işlev bozukluğu yoluyla etkileyebileceğinden, CM ve CMSM de karşılaştırıldı. Model, Akaike Bilgi Kriteri kullanılarak kısaltıldı. Anlamlılık seviyesi P<0,05 olarak ayarlandı.
Sonuçlar
25 köpek üç gruba alınarak; CM grubunda 9 köpek, ortanca yaş 6, 3 ile 10 yaş arasında değişiyordu; CMSM grubunda 8 köpek, ortanca yaş 6.5, 4 ile 8 yaş arasında değişiyordu. CKCS köpeklerinde MRG'ler, diğer çalışmalara dahil edildikleri veya üreme amacıyla tarandıkları zaman yapıldı. Ek dosya 1: Tablo S1, CKCS'lerdeki klinik bulguları göstermektedir; CM grubundaki köpeklerden hiçbiri klinik belirti göstermemiş, SM grubundaki iki CKCS'de sanrısal kaşıntı ile nöropatik ağrı klinik belirtileri göstermiştir. Kontrol grubuna 8 Border Terrier alındı; ortanca yaş 5, 8 aydan 9 yıla kadar değişiyordu. CKCS ve Border Terrier'lerden hiçbiri herhangi bir ilaç kullanmıyordu.
Betimsel istatistikler Tablo 1'de özetlenmiştir ve CM, CMSM ve kontrol grupları arasındaki karışık etki model karşılaştırma sonuçları Tablo 2'de özetlenmiştir. Şekil 1, pençeler arasındaki ipsilateral mesafe (Şekil 1a) ve adım uzunluğu (Şekil 1b) için her gruptaki DK'yı göstermektedir. Kontrol grubunda, uzamsal-zamansal özelliklerin analizi için 120-218 adım kabul edildi, köpek başına ortalama 27 adım döngüsü, 23 adımdan 38 adıma kadar değişmekteydi ve ortalama adım uzunluğu 39 cm ± 10 cm idi. CMSM'li CKCS'ler için toplam 203 adım analiz edildi, ortalama 25 adım, 19'dan 40 adıma kadar değişmekte ve ortalama adım uzunluğu 39 cm ± 22 cm idi. CM'li CKCS'ler için toplam 176 adım analiz edildi, ortalama 19 adım, köpek başına 18 ile 21 adım arasında değişmekteydi ve adım uzunluğu 43 cm ± 20 cm idi. Tablo 2'den, kontrol grubunun hem CM hem de CMSM gruplarını birleştiren CKCS'ler ile karşılaştırıldığında sadece torasik pençeler arasındaki mesafede anlamlı bir farklılık olduğu (p = 0.02) ve kontrol grubunun CMSM ile karşılaştırıldığında anlamlı bir farklılık olduğu (p = 0.01) görülebilir. Üç grubu ve adım uzunluğunun DK'sını karşılaştırdığımızda, kontrol grubunun ya CM'li (p = 0.003) ya da CMSM'li (p = 0.001) CKCS'lerle ya da hem CM hem de CMSM gruplarını birleştirerek karşılaştırıldığında anlamlı bir fark vardı (p < 0.001). Üç grubu ve ipsilateral pençe mesafesinin DK'sını karşılaştırdığımızda, kontrol grubunun ya CM'li (p = 0.04) ya da CMSM'li (p = 0.02) CKCS'lerle ya da hem CM hem de CMSM gruplarını birleştirerek karşılaştırıldığında anlamlı bir fark vardı (p = 0.01).
Tablo 1.
Gruplar Değişken Adım uzunluğu İpsilateral pençe mesafesi Adım döngüsü Ayakta durma süresi Pelvik mesafe Torasik mesafe N adım (toplam) - 597 531 382 548 548 545 Kontrol (n = 8) NumStepsc (aralık/köpekg) 218 (23–38) 185 (20–26) 120 (15) 187 (21–25) 189 (21–26) 188 (22–25) CMa (n = 9) NumStepsc (aralık/köpekg) 176 (18–21) 172 (16–21) 140 (15–20) 176 (18–21) 176 (18–21) 176 (18–21) CMSMb (n = 8) NumStepsc (aralık/köpekg) 203 (19–40) 174 (15–28) 122 (15–16) 185 (19–25) 183 (19–25) 181 (19–24) Kontrol (n = 8) Ortalama (SS) 0.39 (0.10) 0.38 (0.08) 0.28 (0.17) 0.41 (0.54) 9.7 (0.32) 7.6 (0.45) CM1 (n = 9) Ortalama (SS) 0.43 (0.20) 0.44 (0.12) 0.28 (0.13) 0.27 (0.34) 10.8 (0.34) 9.3 (0.40) CMSMb (n = 8) Ortalama (SS) 0.39 (0.22) 0.38 (0.13) 0.25 (0.18) 0.38 (0.65) 9.5 (0.27) 10.7 (0.34) Kontrol (n = 8) DK 0.10 0.08 0.17 0.54 0.32 0.45 CMa (n = 9) DK 0.20 0.12 0.13 0.34 0.34 0.40 CMSMb (n = 8) DK 0.22 0.13 0.18 0.65 0.27 0.34
Tablo 2.
Grupların Karşılaştırılması Değişken Adım uzunluğu İpsilateral pençe mesafesi Adım döngüsü Ayakta durma süresi Pelvik mesafe Torasik mesafe Kontrol vs. CMa & CMSMb Değeri 0.17 0.42 0.42 0.08 0.71 0.02k Kontrol vs CMa Değeri 0.06 0.12 0.85 0.02k 0.48 0.11 Kontrol vs CMSMb Değeri 0.63 0.84 0.20 0.50 0.92 0.01k Kontrol vs. CMa & CMSMb DK<0.001k 0.01k 0.41 0.69 0.86 0.10 Kontrol vs CMa DK 0.003k 0.04k 0.05 0.22 0.67 0.33 Kontrol vs CMSMb DK 0.001k 0.02k 0.60 0.68 0.42 0.06
Tartışma
İlk olarak, CM grubu ve CMSM grubu için uzamsal-zamansal özellikler için DK'da anlamlı bir artışla artan değişkenliği gösteriyoruz (Tablo 2 - ve Şekil 1'de gösterilmektedir). Özellikle, hem CM hem de CMSM gruplarında pençeler arasındaki ipsilateral mesafe ve adım uzunluğunun DK'sında artış görüyoruz. İkinci olarak, CMSM grubundaki CKCS'lerin kontrol grubuna göre torasik ekstremitelerde, ancak pelvik ekstremitelerde değil, önemli ölçüde daha geniş bir destek tabanı gösterdiğini gösteriyoruz (Tablo 2).
Dört ayaklı ve iki ayaklı canlıların koordinasyonu sıkı bir şekilde nasıl koruduğunu anlatan mevcut baskın teoriler, kontrolsüz manifold hipotezi ve sinerjiler gibi motor kontrol teorileridir. Kontrolsüz manifold teorisi, ekstremitelerin ve kafanın kütle merkezini (KM) mümkün olduğunca istikrarlı tutmaya çalıştığını ve bunu ekstremitelerin yörüngesini değiştirerek yaptığını öne sürmektedir [22]. Son zamanlarda, sağlıklı ve inme geçiren kişilerin çalışmasında, Papi ve ark. [23] hem KM hem de ekstremiteler için kontrolsüz manifold yöntemini araştırdılar ve ortezlerle ve olmadan inme geçirmiş kişilerde ekstremite kinetik yolunun değişkenliğinin zamanla daha az olduğunu buldular. Inme geçirmiş kişilerde KM ve ekstremitelerin değişkenliğinin zamanla azalması, yürüyüşün yeniden öğrenildiğini göstermektedir. Çevresel ve merkezi sinir sisteminin farklı bileşenlerinin yürüyüşü öğrenmeye nasıl katkıda bulunduğu bilinmemektedir, ancak serebellumun yürüyüşün ince ayarlanmasında ve diğer motor görevlerin erken öğrenilmesinde merkezi bir rol oynadığı bilinmektedir [6]. Serebellar yetersizlikler veya kraniyoservikal miyelopati bu nedenle, çalışmamızdaki CM veya CMSM'si olan CKCS'lerde uzamsal-zamansal özelliklerin değişkenliğindeki artışın açık bir olası nedenidir. Omurilik yaralanması olan köpeklerde torasik ve pelvik ekstremiteler arasında koordinasyon bozukluğu vardır [24]. Uzak ekstremite uzamsal-zamansal özelliklerindeki istikrarın küçük varyasyonlarında ırk farklılıkları olabilir, ancak bunlar literatürde tam olarak tanımlanmamıştır.
Serebellar ataksi ve normal çocuklar ile yetişkin insanlar yürüyüş değişkenliğini artırır [11, 25-27]. Bu nedenle artan adım genişliği ve yürüyüş parametrelerinin değişkenliği, hem omurilik hem de serebellum için ilkel bir dengeleme mekanizması olabilir. Kontrol grubuyla karşılaştırıldığında, CM ve CMSM'li köpekler torasik pençeler arasında daha geniş bir mesafe sergiledi. Benzer şekilde, servikal spondilomiyelopati olan köpeklerin torasik, ancak pelvik ekstremiteleri arasında mesafe artışı vardır [13] ve bu nedenle torasik ekstremiteleri kullanan daha geniş bir destek tabanı, hem serebellar hem de omurilik hastalığı için uyarlanmış bir dengeleme mekanizması olabilir, ancak ırk etkileri dışlanamaz. Omuz eklemleri arasındaki mesafe ölçümleri alındı ve CKCS ve kontrol grubu arasında fark olmadığı görüldü, bu gözlemin ırk yapı farklılıklarından ziyade CM ve CMSM gruplarının daha geniş bir destek tabanı benimsemesinden kaynaklandığını doğruladı.
Hem CM hem de CMSM gruplarında ipsilateral pençe mesafesi ve adım uzunluğunun değişkenliğinin artması, serebellar ataksi olan insanlar [9] ve omurilik yaralanması olan köpekler [28, 29] de belgelenmiştir. Ayrıca, değişkenliğin artması, pelvik ve torasik ekstremiteler arasındaki koordinasyon bozukluğu ile hipermetriya, genellikle serebellumun [11] veya kraniyoservikal omurilik yaralanmasının [13, 24] işlev bozukluğu ile ilişkili olan bir yürüyüş anormalliği olduğunu göstermektedir. CM grubu ve CMSM grubu için yere temas anında ipsilateral pençeler arasındaki mesafedeki artan değişkenlik, koşu bandında yürürken torakolumbar omurilik hastalığı olan ataksi köpeklerde bildirilene benzer [30]. Kontrol grubuna kıyasla CM grubu için adım döngüsü süresindeki değişkenliğin artışı, omurilik yaralanması olan köpeklerde bulunan bulgularla uyumludur [31]. Çalışmamızda, tek başına SM'nin yürüyüş parametreleri üzerinde bir etkisini gösteremedik, ancak CM ile ilişkili değişikliklerin bir etkisi vardı, bu da CM'de serebellumun ve yürüyüşün ince ayarlanmasında bir rol oynayabileceğini öne sürebilir. CM ve CMSM grupları arasındaki farkların olmaması, ırka özgü farklılıklardan veya spinocerebellar traktların hastalık etkisinden kaynaklanabilir, ancak ince yürüyüş değişikliklerinin nöro-lokalizasyonlarla ilişkisini ortaya koymak için daha fazla sayı gereklidir.
CKCS soyağacındaki genç özelliklere insan tercihi, davranış üzerinde önemli bir etkiye sahipti [1] burada CKCS, normal yetişkin davranışının azaltılmış bir repertuarına, örneğin itaatkar işaretlerin yokluğuna ve diş gösterme gibi tehdit davranışlarının azalmasına sahiptir [1, 32]. CKCS'nin serebellar patolojisi ve sıvı çukurlu miyelopati olduğunu biliyoruz [2] ve yürüyüşte meydana gelen değişikliklerimizle, köpeklerin yaşamları boyunca "yavru köpek gibi" kalmalarını gözlemlediğimizi söyleyebiliriz.
Çalışmanın sınırlamaları
Bu, CKCS'lerde CM ve CMSM'de serebellar ataksi argümanını tamamen desteklemek için gerekli olan çeşitli ırklarda uzamsal-zamansal özellikleri araştırmadık ve ırk-ırk farklılıklarının ve yaş ve serebellar hastalığın köpeklerde yürüyüş üzerindeki etkisini araştıran ilave çalışmalar yapılmalıdır. Ayrıca, dorsal sıvı çukurunun boyutu ile nöropatik ağrı klinik belirtileri arasında bir korelasyon olduğunu (Rusbridge ve ark. [32]) ve bunun uzamsal-zamansal yürüyüş özelliklerini etkileyebileceğini de kabul ediyoruz.
Ayrıca, köpeklerin pist boyunca yürümeleri sırasında yürüyüş hızının kontrolsüz kalması, gruplar arasında sistematik bir önyargıya neden olmamasına rağmen, adım-adım varyasyona katkıda bulunabilir. Gelecekteki çalışmalar, karşılaştırılabilirlik artırmak amacıyla kontrol köpeklerinde nörolojik muayene içermelidir.