Evaluation of epaxial muscle structure in dogs with spinal disease

Epaxial muscle atrophy, decreased cross-sectional area (CSA) and increased fat infiltration has been found in dogs with spinal pathology. However, methods to quantify muscle structure have not been validated, and breed differences in the epaxial muscle architecture of dogs have not been considered in relation to spinal pathology. We aimed to validate a method to quantify epaxial muscle size and composition in dogs using magnetic resonance imaging (MRI) and computed tomography (CT) and to estimate functional roles of the epaxial muscles in Dachshunds and Border terriers. Further aims were to investigate the influence of intervertebral disc disease (IVDD) on epaxial muscle size, composition and internal architecture in dogs. Two blinded observers evaluated the CSA, fat content and muscle attenuation of the Mm. multifidi, M. spinalis et semispinalis and M. longissimus from low field MR and CT images of 10 healthy Dachshunds. The measurement method was reliable, showing substantial to almost perfect intra- and inter-rater reliability for all variables. We used the muscular architecture parameters muscle mass, muscle belly length, fascicle length and physiological cross-sectional area (PCSA) to estimate the force and power production capacity of the epaxial muscles in Dachshunds and Border terriers and in Dachshunds with IVDD. We found significantly higher PCSA and shorter fascicles in M. semispinalis complexus and M. iliocostalis lumborum in Dachshunds compared to Border terriers. The IVDD affected Dachshunds had significantly longer muscle fascicles than non-affected Dachshunds in M. longissimus cervicis and thoracis et lumborum. We also investigated the CSA and fat infiltration of the Mm. multifidi and M. longissimus from high-field MR images in Dachshunds with IVDD and in dogs with fibrocartilaginous embolism (FCE). The FCE dogs had significantly greater CSA and less fat infiltration in the Mm. multifidi and M. longissimus than Dachshunds. Our findings showed that the epaxial muscle CSA and fat content can be reliably measured both on MRI and CT. The Dachshund epaxial muscles have greater potential for force production than Border terriers, suggesting a greater requirement for spinal stability in the Dachshund. The longer fascicles in the M. longissimus of affected Dachshunds may suggest compensation due altered position of the spine. The decreased CSA and increased fat infiltration may be related to compressive IVDD in Dachshunds. We conclude that breed differences must be considered when evaluating muscle structure. Further, our results supports previous evidence that the epaxial muscle structure may be compromised in Dachshunds with IVDD.

Selkäongelmista kärsivillä koirilla on todettu selkälihasten surkastumista, joka ilmenee lihasten poikkipinta-alan pienentymisenä ja rasvoittumisen lisääntymisenä. Aiemmissa tutkimuksissa käytetyt menetelmät eivät kuitenkaan ole olleet riittävän luotettavia eikä rotukohtaisia rakenne-eroja ole otettu huomioon. Tutkimuksen tavoitteena oli validoida magneetti- ja tietokonetomografiakuvauksen avulla selkälihasten koon ja koostumuksen arviointimenetelmä sekä tutkia selkälihasten toiminnallisia eroja mäyräkoirilla ja borderterriereillä. Lisäksi tavoitteena oli tutkia välilevytyrän vaikutusta selkälihasten rakenteeseen ja koostumukseen. Selkälihasten (Mm. multifidi, M. spinalis et semispinalis and M. longissimus) poikkipinta-alaa ja rasvoittumista arvioitiin magneetti- ja tietokonetomografiakuvista. Mittausmenetelmä todettiin luotettavaksi. Kahden sokkoutetun arvioijan sisäinen sekä arvioijien välinen yksimielisyys vaihteli huomattavasta lähes täydelliseen kaikkien muuttujien osalta. Selkälihasten voiman- ja tehon tuoton arvioimiseksi mitattiin selkälihasten massa, lihasrungon ja lihassyykimpun pituudet sekä niiden fysiologiset poikkipinta-alat. Mäyräkoirilla oli merkittävästi korkeampi fysiologinen poikkipinta-ala ja merkittävästi lyhyemmät lihassyykimput tietyissä selän lihaksissa (M. semispinalis complexus ja M. iliocostalis lumborum) verrattuna borderterriereihin. Välilevysairailla mäyräkoirilla oli merkittävästi pidemmät lihassyykimput M. longissimus lihaksessa verrattuna terveisiin mäyräkoiriin. Välilevytyrää sairairastavien mäyräkoirien selkälihaksia tutkittiin lisäksi myös korkeakenttämagneettikuvauksen avulla. Selkälihasten (M. multifidi ja M. longissimus ) poikkipinta-ala oli merkittävästi pienempi ja niillä oli enemmän lihasten rasvoittumista kuin selkäydininfarktia sairastavilla koirilla. Tutkimustulostemme perusteella koirien selkälihasten poikkipinta-alaa ja rasvoittumista voidaan luotettavasti mitata sekä magneetti- että tietokonetomografiakuvista. Mäyräkoirien selkälihaksilla on suurempi voimantuottokyky verrattuna borderterriereihin, viitaten suurempaan tarpeeseen selkärangan stabilointiin mäyräkoirilla. Pitkät lihassyykimput M. longissimus lihaksessa välilevytyrää sairastavilla mäyräkoirilla saattaa viitata kompensaatioon selkäongelman seurauksena. Pienentynyt poikkipinta-ala ja lisääntynyt rasvoittuminen mäyräkoirien selkälihaksissa voi johtua välilevytyrän aiheuttamasta selkäytimen kompressiosta. Rotukohtaiset erot tulisi ottaa huomioon selkälihasten arvioinnissa. Tuloksemme tukee aiempaa käsitystä siitä, että selkälihasten rakenne ja koostumus voi olla häiriintynyt välilevysairailla mäyräkoirilla.