Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Aniela Fuchs

 

Computergestützte Ganganalyse bei Hunden ohne und mit simuliertem Verlust der Hintergliedmaße – Vergleich mit Daten von Amputationspatienten

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-104708

title (engl.)

Computerized gait analysis in dogs without and with an induced complete loss of hindlimb function – comparison with data from amputees 

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2014

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/fuchsa_ss14.pdf

abstract (deutsch)

In der Veterinärmedizin bestehen bei dem Thema Gliedmaßenamputation beim Hund häufig Unsicherheiten, nicht nur seitens der Patientenbesitzer, sondern auch von Seiten der Tierärzte. Meist spielt hier die Sorge mit, der Hund könne sich nicht ausreichend an den dreibeinigen Gang adaptieren. Bisher gibt es nur wenige ganganalytische Studien hierzu, die objektiv die biomechanischen Veränderungen vom quadrupeden zum tripeden Gangbild untersuchen. Zudem konnten die Amputationspatienten nicht individuell vorher - nachher verglichen werden. Ziel dieser Studie war es deshalb, metrische, kinetische sowie elektromyographische Parameter bei gesunden Hunden zu evaluieren und diese innerhalb derselben Probandengruppe im vier- und dreibeinigen Lauf miteinander zu vergleichen, um die Kompensationsmechanismen sowie die Umverteilung des Körpergewichts genauer beurteilen zu können.

Dafür wurden in dieser Arbeit insgesamt 10 Beagle trainiert, sich durch das Hochbinden der rechten Hintergliedmaße an die dreibeinige Fortbewegung zu adaptieren. Um diesen Adaptionsvorgang biomechanisch genauer beschreiben zu können, wurden die Hunde mittels computergestützter Ganganalyse auf einem motorisierten Laufband zunächst im vierbeinigen Trab, danach im dreibeinigen Lauf untersucht. Zur ganzheitlichen Betrachtung der Kompensationsmechanismen wurden neben den Bodenreaktionskräften auch ausgewählte Muskeln elektromyographisch untersucht. Vom M. triceps brachii der beiden Vordergliedmaßen, dem M. vastus lateralis der linken Hintergliedmaße und dem M. longissimus dorsi beidseitig wurden Veränderungen in den Aktivierungsmustern betrachtet.

Der Schwerpunkt lag auf kinetischer Ebene neben der Betrachtung der Veränderung der Bodenkontaktzeiten und der Fußfolge auf dem Vergleich der Parameter der Bodenreaktionskräfte zwischen beiden Zuständen. Hier wurden neben den Veränderungen der vertikalen Kraft auch die der kraniokaudalen sowie Kräfte näher untersucht. Abschließend fand auf muskelphysiologischer Ebene eine Analyse der Aktivierungsmuster sowie der Höhe der Aktivierung der ausgewählten Gliedmaßen- und der Rückenmuskulatur statt. Insgesamt konnte festgestellt werden, dass alle Gliedmaßen eine verlängerte relative Stemmphasendauer begründet vor allem durch eine verkürzte Schrittdauer aufwiesen. Die Verteilung des Körpergewichts verschob sich von 60%  und 40% auf den Vorder- bzw. Hintergliedmaßen auf etwa 33% auf allen verbleibenden Gliedmaßen. Dementsprechend näherte sich im dreibeinigen Zustand die vertikale Kraft in ihrer Höhe der Hintergliedmaße der der beiden Vorderbeine an. Bezüglich des Beschleunigungs- und Bremsverhalten konnte festgestellt werden, dass hier vordergründig eine Veränderung im nichtbetroffenen diagonalen Beinpaar stattfand. Hierbei zeigte die ipsilaterale Vordergliedmaße eine signifikant höhere maximale Bremskraft sowie ein reduziertes Beschleunigen. Die verbleibende Hintergliedmaße wies einen signifikanten Anstieg sowohl der Brems- als auch der Beschleunigungskraft auf. Bei den elektromyographischen Untersuchungen waren in allen Muskeln signifikante Veränderungen zu verzeichnen, die sich im M. vastus lateralis in einem Intensitätsanstieg sowie in einer verlängerten Aktivierungsdauer äußerten. Auch der M. triceps brachii beider Vordergliedmaßen unterlag Veränderungen; eine Zunahme der Intensität konnte in beiden Muskeln festgestellt werden, hinzu kam eine frühere Aktivierung des M. triceps brachii der kontralateralen Seite. Bei der Untersuchung des M. longissimus dorsi stellte sich eine Veränderung des biphasischen Aktivierungsmusters zu einem monophasischen auf der ipsilateralen Seite heraus, während auf der kontralateralen Seite vor allem die zweite Aktivität einer Intensitätssteigerung und die erste Aktivität einer Intensitätsabnahme unterlag.

Zusammenfassend lässt sich auf kinetischer Ebene festhalten, dass vor allem das diagonale Beinpaar bestehend aus der kontralateralen Hinter- und der ipsilateralen Vordergliedmaße maßgeblich für die Kompensation des Verlusts einer Hintergliedmaße verantwortlich ist. Auf elektromyographischer Ebene ist eine Stabilisierung des Rückens insbesondere durch die Änderung des Aktivitätsmusters im ipsilateralen M. longissimus dorsi zu sehen. Zudem spiegeln sich die gesteigerten Kräfte der verbleibenden Hintergliedmaße in einer stark erhöhten Muskelaktivität des M. vastus lateralis wider. Diese biomechanischen Veränderungen müssen bei der weiteren Behandlung und begleitender physiotherapeutischer Therapie bedacht werden.

abstract (englisch)

Amputating a dog’s limb is an often controversially discussed decision on the part of owners as well as veterinarians. Especially pet owners express their concern of the dog being able to adapt to tripedal locomotion. Only few studies compared kinetic and kinematic gait parameters between healthy dogs and amputated patients. The aim of this study was to evaluate the biomechanical adaption mechanisms of the dogs when comparing quadrupedal and tripedal locomotion within an individual dog. For this study kinetic and electromyographic data as well as temporal gait parameters were analyzed.

10 clinically and orthopedically sound Beagles were enrolled in this study. An amputation was simulated by tying the right hindlimb up in a way that did not interfere with the dog’s locomotion. The dogs were habituated to walk tripedally first on the ground, then on an instrumented treadmill. To gain an overview of the biomechanical and electromyographic alterations in tripedal conditions the dogs first trotted quadrupedally, then tripedally on the treadmill. Ground reaction forces were analyzed as well as selected muscles. A superficial electromyography was performed on the m. triceps brachii of both forelimbs, on the m. longissimus dorsi on both body sides as well as on the m. vastus lateralis of the left hindlimb, and changes in activation patterns were studied. Beside the temporal gait parameters, e.g. footfall pattern and stance durations, kinetic parameters were examined. Concerning the ground reaction force changes in load distribution, vertical and craniocaudal ground reaction forces were investigated. To achieve an integrated view of the compensation mechanisms, muscular data were analyzed as well. That is, activation patterns as well as intensity of activation of the selected muscles were studied. It could be observed that all limbs showed prolonged relative stance duration due to a shortened stride duration in tripedal locomotion. The load distribution changed from 60% and 40% on the fore- and hindlimbs, respectively, to ~33% on each limb. Confounding with these results an increase of the vertical force in the contralateral hindlimb was noted. Overall, changes could mainly be observed in the unaffected diagonal limb pair. That is, a significant increase of braking force and a decrease of propulsion in the ipsilateral forelimb. Beside the changes of the vertical force in the remaining hindlimb an increase of both, braking and propulsion, could be noted. Regarding the electromyographic changes, alterations in all of the selected muscles could be detected. The m. vastus lateralis experienced an increase in the intensity parameters as well as prolonged activity duration. Concerning the m. triceps brachii, especially the forelimb muscle on the contralateral side showed significant changes in timing and intensity whereas in the ipsilateral muscle only an increase in intensity could be detected. The m. longissimus dorsi of the ipsilateral side changed its biphasic activation pattern into a monophasic one. The back muscle on the contralateral side showed first and foremost a changed second peak activity concerning its increased intensity as well as in its prolonged timing whereas the first peak decreased in its intensity.

In conclusion, in kinetics the diagonal unaffected limb pair first and foremost is responsible for the compensation for loss of a hindlimb. In electromyography, changes could particularly be observed in the ipsilateral m. longissimus dorsi and, according to the kinetic changes, in the remaining hindlimb, in the m. vastus lateralis. These biomechanical adaptions have to be considered concerning treatment and when creating concomitant physiotherapy especially for younger dogs.

keywords

Hintergliedmaßenamputation, Ganganalyse, Hund, hindlimb amputation, gait analysis, canine

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