Computerized gait analysis of dogs during normal gait and with induced forelimb lameness

Obwohl Abweichungen vom physiologischen Gangbild mehr oder weniger offensichtlich sind wenn Tiere lahmen, wurden die zugrundeliegenden Mechanismen zur Kompensation des teilweisen Verlustes der Funktion einer Vorderextremität und insbesondere die Umverteilung der Last zwischen den übrigen Extremitäten sowie die Veränderungen in der axialen Kinematik bisher noch nicht detailliert untersucht. Ziel dieser Arbeit war, die Veränderungen ausgewählter kinetischer und kinematischer Parameter in Anpassung an eine Vorderbeinlahmheit am Beispiel des Beagles zu untersuchen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen in der Zukunft die Lahmheitsdiagnostik und v. a. die Behandlung von orthopädischen Patienten unterstützen und genauere Aussagen über die veränderte Belastungssituation im Bewegungsapparat der Patienten und insbesondere deren Folgen für chronische Erkrankung erlauben. Mit Hilfe der computergestützten Ganganalyse, d.h. mittels eines instrumentierten Laufbandes und eines Infrarot-Bewegungsanalysesystems, wurden ausgewählte kinetische und kinematische Gangparameter untersucht, um so objektive Aussagen z.B. über die Umverteilung des Körpergewichtes und damit der Belastung der einzelnen Gliedmaßen sowie über die Anpassungen in den zeitlichen Gangparametern und den Bewegungen von Kopf, Hals-, Brust- und Lendenwirbelsäule zu erhalten. Um die Variabilität aufgrund von Unterschieden in Rasse, Alter, Geschwindigkeit oder Ursache und Grad der Lahmheit zu reduzieren, wurden erwachsene Hunde der gleichen Rasse – dem Beagle – untersucht und bei diesen eine mittelgradige Lahmheit der Vordergliedmaße induziert. Damit war ein direkter Vergleich der lokomotorischen Parameter vor und nach Induktion der reversiblen Lahmheit unter den gleichen experimentellen Bedingungen und bei den gleichen Individuen möglich. Der Fokus dieser Arbeit lag dabei auf dem Vergleich 1) der vertikalen und der kraniokaudalen Bodenreaktionskräfte (GRF), um so Aussagen über die Verteilung des Körpergewichtes sowie die Umverteilung der Funktion der Extremitäten bei der Beschleunigung des Körpermasseschwerpunktes zu treffen, 2) der Fußfallmuster für eine genauere Analyse der Veränderungen der Bodenkontaktzeiten, sowie 3) der Kinematik des axialen Systems anhand der Bewegungen der einzelnen Abschnitte in der sagittalen und horizontalen Ebene. Darüber hinaus ermöglichte die Untersuchung von Schritt und Trab einen Vergleich der Kompensationsmechanismen zwischen diesen beiden symmetrischen Gangarten. Verglichen mit dem physiologischen Gang war beim lahmenden Hund in Schritt und Trab die vertikale Bodenreaktionskraft (maximale Kraft, mittlere Kraft, Impuls) im betroffenen Bein reduziert und signifikant erhöht im kontralateralen Vorderbein. Bezüglich der Hinterextremitäten zeigten sich keine Veränderungen in der ipsilateralen Extremität, aber eine signifikante Erhöhung aller Parameter im kontralateralen Bein. Während des gemeinsamen Bodenkontaktes des betroffenen diagonalen Beinpaares produzierten die Hunde eine (positive) Nettobeschleunigung durch eine Reduktion der Bremskraft im Vorderbein und eine Erhöhung der Beschleunigungskraft im kontralateralen Hinterbein. Diese Nettobeschleunigung des Körpers führt zu einem Moment um die Nickachse des Tieres und damit zu einer Erhöhung des Nickwinkels und Entlastung der Vordergliedmaße. In der zweiten Hälfte des Schrittzyklus führt dann die erzeugte (negative) Nettobeschleunigung aufgrund erhöhter Bremskräfte beider diagonaler Gliedmaßen sowie einer reduzierten Beschleunigungskraft des Hinterbeines im Trab zur Erhaltung der über den Schrittzyklus konstanten Fortbewegungsgeschwindigkeit und der Neigungsstabilität des Körpers. Übereinstimmend mit diesen Beobachtungen erhöhen Hunde mit Vorderbeinlahmheit die Dauer der gemeinsamen Stützphase beider kontralateraler Extremitäten im Schritt und verlängern damit den Zeitraum, in dem Kräfte auf den Boden ausgeübt werden können. Bezüglich der Veränderungen der axialen Kinematik zeigen sich signifikante Veränderungen in den Bewegungen in der sagittalen Ebene in allen Abschnitten, aber insbesondere von Kopf und Hals. Beispielsweise verringert sich die Amplitude der Kopf- und Halsbewegungen während der Stemmphase der lahmenden Gliedmaße und erhöht sich während der Stemmphase der gesunden Gliedmaße. Diese Unterschiede waren ausgeprägter im Schritt als im Trab. Die vorläufige Auswertung der ersten Ergebnisse lassen deutliche Unterschiede in den beobachteten Bewegungsveränderungen entlang der Körperachse vermuten, die auf einen unterschiedlichen Einfluss der Lahmheit auf die einzelnen Wirbelsäulenregionen schließen lassen. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Kompensation eines teilweisen Verlustes der Funktion einer Vordergliedmaße ein gut integrierter und komplexer Prozess ist, der sowohl zeitlich-räumliche als auch dynamische Parameter betrifft. Dabei treten u.a. Veränderungen der vertikalen und der kraniokaudalen Bodenreaktionskräfte und der zeitlichen Gangparameter aller Extremitäten sowie der Bewegungsumfänge der zentralen Körperachse auf. In Kombination erlauben diese Mechanismen die Entlastung des betroffenen Vorderbeines.