Evaluation of the biomechanics of locomotion in the athletic horse by accelerometry

Abstract

INTRODUCTION. In recent years there has been an expansion in the development of various systems to study equine locomotion that can be applied easily and practically in field and clinical situations. One of these systems is the EquimetrixR accelerometer, used fundamentally in the functional evaluation of various sport horses and in the assessment of the degree of sedation induced by various sedatives. The use of this system in monitoring lameness is very limited. Navicular syndrome is one of the most common causes of lameness of the equine forelimbs. One of the medical treatments is the administration of bisphosphonates. Although the clinical evaluation of the bisphosphonate tiludronate has been previously published, clinical studies on the administration of clodronate are scarce and objective systems for evaluating the possible improvement they induce have not been used. On the other hand, the exercise on a water treadmill (WT) is increasingly used for training and rehabilitation of the sport horse. This fact contrasts with the lack of scientific knowledge about this form of exercise. OBJECTIVES. The main objective of this research is to evaluate the possibility of using accelerometry in various clinical and research scenarios in the sport horse. Three particular objectives are proposed: 1) To analyze the accelerometric changes of horses with lameness associated with navicular syndrome in response to the administration of the bisphosphonate clodronate and its relationship with subjective clinical evaluation; 2) To describe the accelerometric changes in horses exercised on a WT, at different water depths and speeds; 3) To investigate whether the accelerometric changes that horses on a WT have, persist during overground locomotion. MATERIAL AND METHODS. Study I. Eleven horses with clinical and radiographic findings compatible with navicular syndrome have been studied. These animals were treated with a single intramuscular dose of clodronic acid (765 mg/horse). Subjective lameness and accelerometry controls were made before treatment (baseline), at 7, 30 and 90 days after treatment. Study II. Two trials have been carried out: Trial A. Six horses without lameness, exercised on the WT for 40 min, in 4 different situations (without water WW; with water at the level of the metacarpophalangeal joint FET; carpus CAR; at stifle level, STF). The velocity was 6 km/h at depths WW, FET and CAR and 5 km/h at depth STF. Trial B. Another 5 horses performed the same exercise sessions, but at a speed of 5 km/h. Study III. Six horses have been studied, exercised on a WT at a velocity of 5 km/h, for 40 min, at 4 water depths (WW, FET, CAR and STF). Accelerometric recordings were made before (baseline) and at 30 min after each exercise session, on the track, at walk and at trot. The percent of change of the studied accelerometric parameters after exercise on the WT in relation to baseline was obtained. Accelerometry. The triaxial accelerometer Equimetrixc has been used. In study I it was placed in the pectoral region, while in studies II and III it was also placed in the midline of the sacrum. In studies I and III, the accelerometric recordings were made on asphalt (study I) and on a training track (study III), at walk and at trot. In study II, the accelerometric recordings were made on the WT. Three groups of parameters have been obtained: accelerometric parameters (total accelerometric activity, TAA; dorsoventral DVAA; longitudinal LAA; mediolateral MLAA accelerometric activities; dorsoventral displacement DVD); stride coordination parameters (REG regularity; SIM symmetry) and stride spatiotemporal parameters (SF stride frequency, SL stride length; velocity). RESULTS. Study I. Clinical improvement was observed in 6 of the 11 horses diagnosed with navicular syndrome, consisting of a mean reduction of 2 degrees in the lameness evaluation. From an accelerometric point of view, these 6 horses had increases in velocity, SL, REG and DVD, and reductions in SF. Study II. Total accelerometric activity increased with water depth, from WT to FET and CAR, but did not increase with water at the STF level (Trial A). A reduction in TAA was observed when the velocity was lower (Trial B). Increases in DVAA and DVD were found during exercise on the WT, increasing with depth and velocity, at the expense of a reduction in LAA and MLAA. The increase in water depth resulted in a higher SL and in a lower SF. Study III. An increase in TAA, DVAA, LAA, MLAA and DVD were found after exercise on the WT at levels of WW, FET and CAR. The most evident elevations corresponding to CAR level and with the accelerometer located in the pectoral region. However, a reduction in TAA, LAA, DVD, and velocity was observed, particularly at trot, with the accelerometer at the sacrum midline, and after exercise on the WT at level of STF. CONCLUSIONS. The EquimetrixR accelerometer allowed the detection of changes associated with a lower score of lameness in horses diagnosed with navicular síndrome treated with a single dose of the bisphosphonate clodronate. Horses exercised on a WT showed an increase in accelerometric activity, especially in the dorsoventral axis and an elongation of the stride, these changes being dependent on velocity and water depth. Above the carpus, greater water depth did not imply a greater accelerometric activity. These modifications persisted short-term in terrestrial locomotion. However, when the exercise was carried out at the level of STF, the horse showed accelerometric changes on the track compatible of fatigue. CLINICAL RELEVANCE. The EquimetrixR accelerometer is an easy device, which can be used in clinical and field conditions to monitor the progress of treatments in lame horses. Water treadmill exercise led to some accelerometric adaptations associated with a better athletic performance in show jumping and dressage horses. These adaptations persisted at least for 30 min, in terrestrial locomotion. However, special care must be taken when exercising on a WT at the STF level in horses with injuries or poorly trained, since it can cause fatigue.

INTRODUCCIÓN. En los últimos años se ha producido una expansión del desarrollo de diversos sistemas de estudio biomecánico que pueden ser aplicados de forma fácil y practica en situaciones de campo y clínicas. Uno de estos sistemas es el acelerómetro EquimetrixR, utilizado fundamentalmente en la evaluación locomotora funcional de diversos caballos de deporte y en la valoración del grado de sedación inducida por diversos sedantes. El uso de este sistema en la monitorización de cojeras es muy limitado. El síndrome del navicular constituye una de las causas de cojeras más frecuente de miembros anteriores en caballos. Uno de los tratamientos médicos es la administración de bifosfonatos. Si bien la evaluación clínica del bifosfonato tiludronato ha sido publicada previamente, los estudios clínicos sobre la administración de clodronato son escasos y no se han utilizado sistemas objetivos de evaluación de la posible mejoría que inducen. Por otro lado, cada vez se utiliza más el ejercicio en cinta rodante o treadmill acuático (WT) para el entrenamiento y rehabilitación del caballo de deporte. Este hecho contrasta con la falta de conocimiento científico sobre esta modalidad de ejercicio. OBJETIVOS. El objetivo principal de esta investigación es evaluar la posibilidad del uso de la acelerometría en varios aspectos del caballo de deporte. Se proponen tres objetivos particulares: 1) Analizar los cambios acelerométricos que experimentan los caballos con cojera asociada a síndrome de navicular en respuesta a la administración del bifosfonato clodronato y su relación con la evaluación clínica subjetiva; 2) Describir los cambios acelerométricos en caballos ejercitados en WT, a diferentes profundidades de agua y velocidades; 3) Investigar si, los cambios acelerométricos que los caballos ejercitados en WT muestran, persisten durante la locomoción terrestre en pista. MATERIAL Y MÉTODOS. Estudio I. Se han estudiado 11 caballos con hallazgos clinicos y radiográficos compatibles con síndrome del navicular. Estos animales fueron tratados con una dosis única intramuscular de ácido clodrónico (765 mg/caballo). Se hicieron controles subjetivos de cojera y acelerometría, antes del tratamiento (basal), a los 7, 30 y 90 días del tratamiento. Estudio II. Se han realizado dos experimentos: A. Se han estudiado 6 caballos sin cojera, ejercitados en WT durante 40 min, en 4 situaciones diferentes (sin agua WW; con el agua a nivel de la articulación metacarpofalangiana FET; a nivel del carpo CAR; a nivel de la babilla, STF). La velocidad fue de 6 km/h a profundidades WW, FET y CAR y a 5 km/h a profundidad STF. Experimento B. Otros 5 caballos realizaron las mismas sesiones de ejercicio, pero todas ellas a una velocidad de 5 km/h. Estudio III. Se han estudiado 6 caballos, ejercitados en WT a una velocidad de 5 km/h, durante 40 min, a 4 profundidades de agua (WW, FET, CAR y STF). Se realizaron registros acelerométricos antes (basal) y a los 30 min después de cada sesión de ejercicio, en pista, al paso y al trote. Se obtuvo el porcentaje de variación de los parámetros acelerométricos registrados en pista, tras el ejercicio en WT en relación al basal. Acelerometría. Se ha utilizado el acelerómetro triaxial EquimetrixR. En el estudio I se colocó en la región pectoral, mientras que en los estudios II y III se colocó también en la línea media del sacro. En el estudio I y III, los registros acelerométricos se hicieron en asfalto (estudio I) y en una pista de entrenamiento (estudio III), al paso y al trote. En el estudio II, los registros se hicieron en el WT. Se han obtenido tres grupos de parámetros: parámetros acelerométricos (actividad acelerométrica total AAT; dorsoventral DVAA; longitudinal LAA; mediolateral MLAA; desplazamiento dorsoventral DVD); parámetros de coordinación del tranco (regularidad REG; simetría SIM) y parámetros espaciotemporales del tranco (frecuencia de tranco SF, longitud de tranco SL; velocidad). RESULTADOS. Estudio I. Se observó una mejoría clínica en 6 de los 11 caballos diagnosticados de síndrome del navicular, consistente en una reducción media de 2 grados en la valoración subjetiva de la cojera. Desde un punto de vista acelerométrico, estos 6 caballos presentaron un incremento de velocidad, SL, REG y DVD, y una reducción de SF. Estudio II. La TAA se incrementó con la profundidad del agua, desde WT a FET y CAR, pero no aumento con el agua a nivel de STF (experimento A). Se observo una reducción de TAA cuando la velocidad fue inferior (experimento B). Se han encontrado incrementos de DVAA y DVD durante el ejercicio en WT, aumentando con la profundidad y con la velocidad, a expensas de una reducción de LAA y MLAA. El incremento en la profundidad de agua dio lugar a una SL mayor junto con una SF inferior. Estudio III. Se ha encontrado un aumento de TAA, DVAA, LAA, MLAA y DVD tras el ejercicio en WT a profundidades de WW, FET y CAR, correspondiendo las elevaciones más evidentes a la profundidad CAR y con el acelerómetro situado en el esternón. Sin embargo, se ha observado una reducción de TAA, LAA, DVD y velocidad, particularmente al trote, con el acelerómetro en la línea media del sacro y tras el ejercicio en WT a una profundidad de STF. CONCLUSIONES. El acelerómetro EquimetrixR permitió detectar las modificaciones asociadas con un menor grado de cojera en caballos diagnosticados de síndrome de navicular tratados en una única dosis del bifosfonato clodronato. Los caballos ejercitados en WT presentaron un incremento de TAA, sobre todo en el eje dorsoventral y una elongación del tranco, siendo estos cambios dependientes de la velocidad y de la profundidad del agua. Una vez superado el carpo, una mayor profundidad del agua no implico una mayor actividad acelerométrica. Estas modificaciones persistieron durante la locomoción terrestre a corto plazo. Sin embargo, cuando el ejercicio se llevó a cabo con una profundidad de agua a nivel de babilla, el caballo mostro cambios acelerométricos en pista indicativos de fatiga. RELEVANCIA CLÍNICA. El acelerómetro EquimetrixR es un método fácil, que se puede usar en condiciones clínicas y de campo para seguir la evolución de diversos tratamientos en caballos con cojera. El ejercicio en WT mostró adaptaciones acelerométricas asociadas con un mejor rendimiento deportivo en caballos de salto y de doma clásica. Estas adaptaciones persistieron en la locomoción terrestre a corto plazo. Sin embargo, debe tenerse un cuidado especial del ejercicio en WT a nivel de STF en caballos con lesiones o poco entrenados, ya que puede condicionar fatiga.