Towards a better understanding of dental pathology in domesticated alpacas

Alpacas are increasingly popular in Western Europe, not only bringing new challenges to their owners, but also to the local veterinarians. Dental disease is recognized as a frequent condition affecting alpacas (Vicugna pacos), but peer-reviewed research is currently mainly limited to tooth root abscessation. Etiopathogenesis of dental disease in this species is poorly understood and specific risk factors have only been hypothesized without any scientific supportive evidence. No prevalence data on the occurrence of specific dental disorders are currently available. Diagnosis is often only made in a chronic stage of the disease based on the accidental detection of a hard and bony swelling at the level of the mandible. Treatment options are limited and often comprise of exodontia. Advanced dental treatments are not fully developed and habituated in this species given the lack of supportive anatomical information needed for the successful performance of this techniques. To allow disease prevention and provision of scientifically substantiated devices to owners regarding specific management strategies, there is a great need for objective studies unravelling risk factors associated with specific dental disorders. However, another aspect to prevention holds the early diagnosis of specific dental disorders which is of primary importance to avoid the development of advanced disease processes associated with a guarded prognosis. The best strategy to allow a timely diagnosis of dental disease in alpacas has not been elucidated yet. The study of the general and (pulpar anatomy) of cheek teeth in this species might lead to novel necessary insights into the etiopathogenesis of dental disease. Also, the development of more advanced tooth saving techniques in this species might benefit from these findings given the small amount of cheek teeth elements contributing to the occlusal surface. Therefore, the overall aim of this doctoral thesis was to gain a better understanding of the prevalence, etiopathogenesis and diagnostics of dental disease in alpacas, paving the path for better diagnostic and therapeutic approaches in the future. In the general introduction (Chapter 1) a literature review on current knowledge regarding dental anatomy and structural characteristics of alpaca teeth is given. Subsequently, scientific literature concerning prevalence, etiopathogenesis and diagnosis of dental disease in this species is summarized. In the final part of the general introduction, treatment strategies applicable for different specific dental disorders are described in detail. In the first study, the histological appearance of normal, non-diseased alpaca cheek teeth was studied to gain a better understanding of their structure and possible susceptibility to disease (Chapter 3). The histological results of the investigated dental tissues showed great similarities with dental tissues in other hypsodont species. Nevertheless, a rare type of dentin called ‘vasodentin’ could be identified in all studied cheek teeth. Another remarkable finding includes the presence of massive resorptive lesions at the level of neighboring roots in extremely close proximity, originating from adjacent elements. The massive resorptive lesions at a root level have been hypothesized as important factors contributing the development and spread of dental disease in alpacas. Although histology has led to the discovery of these resorptive lesions at specific locations, the overall frequency of contacting roots still remains to be unraveled. Therefore, a two- part μ-CT study has been conducted focusing on mandibular and maxillary cheek teeth specifically. Distomesial root contacts have been frequently observed between Triadan 09-10s (80%) and 10-11s (67%) at the mandibular level (Chapter 4.1). Physical contacts between the roots of adjacent teeth were also found in most examined molars (range 82-94%) at the level of the maxillary dental arcade (Chapter 4.2). Next to the prevalence of contacting roots, age-dependent characteristics of the conformation of the pulp system were studied. These insights prove to be of primary importance for the development of advanced treatment strategies whereby details of the pulp system appear vital for the acquirement of good results. Also, focus on the subocclusal dentinal thickness on a cheek teeth level showed minimal amounts of secondary dentin being present subocclusally, supporting the current advice of only performing dental floating in case of wear abnormalities. Routine floating of the cheek teeth in this species should be avoided. Further studies of the subocclusal dentinal thickness in teeth suffering from wear abnormalities remain necessary to be able to formulate a definite advice in these specific cases. The prevalence of specific dental disorders in all types of teeth was unknown at the start of this research project. However, a high prevalence of dental disease was expected based on findings in other herbivorous species. A large field study including over 200 alpacas from Belgium and the Netherlands was conducted to determine the prevalence of specific dental disorders in alpacas by means of oral examination (Chapter 5.1). Furthermore, mutual relationships between these detected abnormalities were studied to gain novel insights into the etiopathogenesis of dental disease in this species. Historically, several risk factors have been hypothesized as contributing factors for the development of apical disease in alpacas. To gain a better understanding and to allow an assessment of the contribution of these risk factors to specific dental disorders, questionnaires were answered by all alpaca owners willing to participate in the field study. Multivariable logistic regression was used to identify risk factors associated with the different dental disorders (Chapter 5.2). Every increase in herd size resulted in increase of the risk for PD with 2% (95% CI, 1-4%). Surprisingly, stocking density did not show the same association. Periodontal disease also showed a significant association with mandibular swelling and BCS. With the latter indicating a painful situation, possibly impairing animal welfare. For each 1-day increase in interval between pasture cleanings, the odds of finding pulp exposure for a single animal was estimated to increase by 1% (95% CI, 0-2%). Up until now, oral health in alpacas has often been neglected until a stage of severe dental disease whereby a pronounced swelling becomes evident in case of pathology at the level of the lower dental arcade. For the purpose of this study, severe dental disease was defined as any advanced disease process including endodontic disease, apical infection, and/or severe PD. The influence of age, gender and measurement level were studied as factors possibly influencing thickness of the mandible in non-diseased animals. Using this knowledge, a tool for the screening for severe dental disease based on a mandibular thickness measurement was developed whereby a cut-off of 19 mm was found as an indication for severe dental disease (Chapter 6.1). On average, severe dental disease showed to cause an increased mandibular thickness by 1.9 ± SE 0.3 mm (95% CI= 1.29-2.51 mm). Sensitivity and Sp of this technique was 0.41 and 0.92, respectively. This technique shows potential to aid in the earlier detection of animals in need of specialized dental care, but the relatively low Se indicates other screening strategies remain necessary to allow timely detection. Finally, in Chapter 6.2, the value of the novel designed mandibular thickness measurement tool was evaluated compared to other easily accessible screening tools in the field. Diagnostic accuracy of mandibular thickness measurement (cut off= 19 mm, measured at two levels, based on a line drawn from the mesial aspect of the medial canthus of the eye or from the lateral canthus of the eye, respectively, perpendicular to the longitudinal axis of each mandibular arcade), oral examination (Presence of gingival recession combined with pulp exposure and/or purulent gingival drainage, and/or increased mobility of one or more teeth), and presence of low BCS (BCS £ 1.5) was compared by means of a BLCM to account for the absence of a gold standard. The Bayesian estimate of the prevalence of severe dental disease was 2.6% (95% CrI: 0.9-5.2%). Se and Sp were obtained for mandibular thickness measurement and were 51.4% (95% CrI: 22.5-88.4%) and 88.3% (95% CrI: 85.9-90.5%), respectively. For body condition scoring Se and Sp reached 68.6% (95% CrI: 37.5-97.9%) and 80.8% (95% CrI: 78.0-83.5%), respectively. Se and Sp of oral examination were 79.0% (95% CrI: 60.1-92.0%) and 97.9% (95% CrI: 96.2-99.4%), respectively. The results of this study show increased mandibular thickness and to a lesser extent low BCS, to be very specific for severe dental disease, but generally lack Se in order to reliably detect animals with severe dental disease. The conclusion of this study was that routine oral examinations currently provide the sole means for the screening for severe dental disease at the level of the mandibular arcade in alpacas. Additional advantages include the diagnosis of minor, possibly preceding disorders in an early stage and the possibility to allow an evaluation of the dentition at the level of the maxillary arcade. In the general discussion (Chapter 7), novel insights into the etiopathogenesis and epidemiology of dental disease in alpacas are discussed. Different diagnostic strategies, including serial testing using combinations of 2 of the 3 aforementioned tests, are evaluated using Fagan Nomograms. Low sensitivities were associated with the use of BCS (54.2%) and mandibular thickness measurement (40.6%) as screening tool for the detection of animals which could benefit from an oral examination and subsequent treatment. The use of oral examination as a sole screening tool proves to be superior to any of the combinations, showing a Se of 79.0%. Animals exhibiting any sign of severe dental disease upon oral examination at the level of a specific location are expected to be diseased at that specific level in 67% of cases. Finally, also novel insights into specific treatment strategies are discussed. In this thesis, novel insights into the etiopathogenesis of dental disease in alpacas were acquired. The prevalence of dental disorders in alpacas in Belgium and the Netherlands is very high (Chapter 5.1). Preventive measures on a management level might include the aiming for stress reduction in larger herds and the frequent clearing of feces from the animals’ premises on regular intervals (Chapter 5.2). This thesis provides evidence for the need of oral examination to be performed on a regular basis to allow the early detection of dental disease in alpacas (Chapter 6.2). This should be a major step to allow a timely diagnosis of minor dental abnormalities prior to the development of advanced dental disease and to detect severe dental disease at an early disease stage, allowing a good prognosis by prompt treatment. Novel insights into the general and pulpar anatomy in this species (Chapter 4) might provide a basis for the development of more advanced tooth saving strategies in case of the development of severe dental disease in this species, bringing veterinary dentistry in the alpaca to a next level.Alpaca’s winnen steeds meer aan populariteit binnen West-Europa. Verschillende nieuwe uitdagingen gaan hier mee gepaard, zowel voor de eigenaars als voor de lokale dierenartsen. Tandproblemen zijn gekend als frequente aandoening bij de alpaca (Vicugna pacos). Desondanks focust beschikbaar en betrouwbaar wetenschappelijk onderzoek zich nog steeds enkel op tandwortelabcessen bij deze diersoort. De etiopathogenese van tandproblemen bij de alpaca is tot op heden slecht begrepen en het belang van specifieke risicofactoren is voorlopig nog niet onderbouwd met onafhankelijk wetenschappelijk bewijs. Prevalentiedata betreffende het voorkomen van specifieke tandproblemen ontbreken tot op heden. De diagnose van dergelijke aandoeningen vindt vaak pas plaats in een chronisch ziektestadium en is vaak gebaseerd op de accidentele ontdekking van een harde en beenderige zwelling ter hoogte van de onderkaak. De behandelingsopties zijn gelimiteerd en bestaan vaak uit tandextracties. Geavanceerde tandheelkundige behandelingstechnieken staan heden ten dage nog niet op punt voor de alpaca gezien het gebrek aan ondersteunende kennis nodig voor het succesvol ontwikkelen en uitvoeren van dergelijke gespecialiseerde technieken. Objectieve studies waarbij de focus ligt op het aantonen van specifieke risicofactoren geassocieerd met tandproblemen bij de alpaca blijken noodzakelijk voor de preventie en het formuleren van wetenschappelijk onderbouwd advies over specifieke managementstrategieën. Een ander aspect binnen de preventie is het voorkomen van ernstige tandproblemen geassocieerd met een gereserveerde prognose via een vroege diagnose van specifieke, vaak mildere tandproblemen. Toch is de beste strategie voor het bekomen van een tijdige diagnose nog steeds onbekend. Het bestuderen van de algemene anatomie en de specifieke anatomie van het pulpasysteem ter hoogte van de maaltanden kan mogelijks tot nieuwe inzichten leiden in de etiopathogenese van tandproblemen bij de alpaca. Ook kunnen dergelijke bevindingen mogelijks bijdragen tot de verdere ontwikkeling van geavanceerde tandsparende technieken dewelke van groot belang zijn gezien het laag aantal maaltanden dat bijdraagt aan het kauwoppervlak bij de alpaca. Daarom was het algemene doel van deze thesis om betere inzichten te verkrijgen in het voorkomen, de etiopathogenese en de diagnostiek van tandproblemen bij alpaca’s. Nieuwe bevindingen kunnen op deze manier aanleiding geven tot een betere diagnostische en therapeutische aanpak. In de algemene inleiding (Hoofdstuk 1) wordt de huidige kennis omtrent de anatomie en structurele eigenschappen van de maaltand bij de alpaca weergegeven. Daaropvolgend wordt de beschikbare wetenschappelijke literatuur die handelt over de prevalentie, etiopathogenese en diagnose van tandproblemen bij de alpaca samengevat. Finaal worden ook de huidige behandelingsstrategieën voor verschillende tandproblemen uitgebreid beschreven. In de eerste studie werden de histologische eigenschappen van normale, gezonde alpacatanden bestudeerd. Het doel van deze studie was een beter inzicht te krijgen in de algemene structuur van deze tanden en hun gevoeligheid aan ziekte (Hoofdstuk 3). De histologische resultaten van de onderzochte tandweefsels vertoonden grote gelijkenissen met deze van de tandweefsels in andere hypsodonte diersoorten. Toch werd een eerder zeldzaam type van dentine, ‘vasodentine’, aangetroffen in alle bestudeerde tanden. Een andere opmerkelijke bevinding omvat de aanwezigheid van uitgebreide resorptieve letsels ter hoogte van aanpalende wortels van verschillende tanden, in extreem dichte nabijheid van elkaar. Deze uitgebreide resorptieve letsels werden vooropgesteld als belangrijke factoren die mogelijks kunnen bijdragen tot de ontwikkeling en verspreiding van tandproblemen bij de alpaca. De frequentie van de contacten tussen de verschillende tandwortels blijft desondanks onbekend. Daarom werd een tweedelige μ-CT studie uitgevoerd met specifieke focus op de aanwezige maaltanden in zowel de boven- als de onderkaak. Disto-mesiale contacten werden frequent teruggevonden tussen Triadan 09s-10s (80%) en 10-11s (67%) in de onderkaak (Hoofdstuk 4.1). De fysieke contacten tussen de wortels van aanpalende tanden werden ook teruggevonden ter hoogte van de meerderheid van de onderzochte maaltanden (range 82-94%) ter hoogte van de bovenkaak (Hoofdstuk 4.2). Naast het voorkomen van deze wortelcontacten werden ook de leeftijdsafhankelijke eigenschappen van de conformatie van het pulpasysteem bestudeerd. Deze inzichten zijn van groot belang voor de verdere ontwikkeling van geavanceerde behandelingstechnieken waarbij de details van het pulpasysteem essentieel zijn voor het verkrijgen van goede resultaten. Bovendien kon het bestuderen van de subocclusale dikte van het dentine, subocclusaal ter hoogte van de maaltanden, enkel gelimiteerde hoeveelheden van dit specifieke tandweefsel aantonen. Deze bevindingen onderbouwen het huidige advies dat routinematig bijvijlen van de maaltanden bij de alpaca vermeden zou moeten worden. Bijkomende studies waarbij de focus ligt op het bestuderen van de subocclusale dikte van het dentine in tanden met slijtagestoornissen blijven noodzakelijk om specifieke adviezen omtrent de behandeling van deze specifieke afwijkingen wetenschappelijk te kunnen onderbouwen. Het voorkomen van specifieke tandproblemen ter hoogte van alle types van tanden was onbekend bij de aanvang van dit onderzoeksproject. Desalniettemin werd een hoge prevalentie van tandproblemen verwacht gezien de beschikbare bevindingen bij andere herbivore diersoorten. Een grote veldstudie met 200 alpaca’s in België en Nederland werd uitgevoerd om de algemene prevalentie van specifieke tandproblemen bij de alpaca te kunnen bepalen met behulp van een mondonderzoek (Hoofdstuk 5.1). Bovendien werden de verbanden tussen de verschillende specifieke tandproblemen bij de alpaca bestudeerd om een beter inzicht te verkrijgen in de etiopathogenese van tandproblemen bij deze diersoort. Verschillende risicofactoren werden in het verleden reeds geopperd als factoren die bijdragen aan het ontwikkelen van tandwortelabcessen bij de alpaca. Enquêtes werden ingevuld door bereidwillige alpaca eigenaars in deze veldstudie om een beter inzicht te verkrijgen in de bijdrage van verschillende risicofactoren aan het ontwikkelen van specifieke tandproblemen bij de alpaca. Multivariabele logistische regressie werd gebruikt om risicofactoren geassocieerd met specifieke tandproblemen te identificeren (Hoofdstuk 5.2). Elke toename in grootte van de kudde resulteerde in een toename van het risico voor periodontitis met 2% (95% CI: 1-4%) voor een specifiek dier. Verrassend genoeg werd dezelfde associatie niet teruggevonden voor de bezettingsgraad. Het voorkomen van periodontitis was bovendien ook gerelateerd aan het voorkomen van een zwelling ter hoogte van de onderkaak en aan de lichaamsconditiescore. Deze laatste bevinding suggereert een pijnlijke situatie waarbij het dierenwelzijn mogelijk aangetast wordt. Bij elke toename van 1 dag aan het interval tussen verschillende ruimbeurten van mest stegen de kansen op het aantreffen van een geëxposeerde pulpa voor een specifiek dier met 1% (95% CI: 0-2%). Tot nu toe werd de gezondheid van het gebit bij alpaca’s vaak genegeerd tot op het punt waarbij een gevorderd stadium van tandproblematiek werd aangetroffen, onder de vorm van een uitgesproken zwelling ter hoogte van de onderkaak. Ernstige tandproblematiek werd gedefinieerd als een gevorderd ziektestadium voor het verdere verloop van het wetenschappelijk onderzoek, hetwelk endodontische ziekte, apicale infectie en/of ernstige periodontitis omvat. De invloed van leeftijd, geslacht en de specifieke locatie van de meting werden bestudeerd als mogelijke factoren met een invloed op de dikte van de onderkaaktak bij gezonde dieren. Gebruikmakend van deze kennis werd een screeningsmethode ontwikkeld voor de detectie van ernstige tandproblematiek op basis van de dikte van de onderkaak waarbij een afkapwaarde van 19mm werd teruggevonden (Hoofdstuk 6.1). Gemiddeld zorgde de aanwezigheid van ernstige tandproblematiek voor een toename in dikte van de onderkaak met 1.9 ± SE 0.3 mm (95% CI: 1.29-2.51 mm). De sensitiviteit en specificiteit van deze techniek waren respectievelijk 0.41 en 0.92. Deze techniek toont potentieel om te helpen bij de vroege detectie van dieren die een behoefte hebben aan gespecialiseerde verzorging van het gebit. De relatief lage sensitiviteit indiceert dat andere screening strategieën noodzakelijk blijven om een tijdige detectie te kunnen garanderen. Finaal werd in Hoofdstuk 6.2 de waarde van de nieuw ontwikkelde metingstool geëvalueerd en vergeleken met andere gemakkelijk toegankelijke screeningstools in het veld. De diagnostische accuraatheid van de diktemeting van de onderkaak (Afkapwaarde= 19 mm, gemeten op 2 niveaus, gebaseerd op een lijn getrokken van het mesiale aspect van de mediale canthus van het oog of van de laterale canthus van het oog, respectievelijk, loodrecht ten opzichte van de lengteas van de onderkaaktak), mondonderzoek (aanwezigheid van gingivale recessie gecombineerd met een geëxposeerde pulpa en /of de drainage van etter en/of een verhoogde beweeglijkheid van 1 of meer element(en)), en de aanwezigheid van een lage lichaamsconditiescore (£ 1.5) werden vergeleken door middel van een Bayesian latent class model om de afwezigheid van een gouden standaard op te vangen. De geschatte prevalentie bedroeg hierbij 2.6% (95% CrI: 0.9-5.2%). De sensitiviteit en de specificiteit werden berekend voor de meting van de kaakdikte op een specifieke locatie en bedroegen respectievelijk 51.4% (95% CrI: 22.5-88.4%) en 88.3% (95% CrI: 85.9-90.5%). Voor de lichaamsconditiescore werden een respectievelijke sensitiviteit en specificiteit bekomen van 68.6% (95% CrI: 37.5- 97.9%) en 80.8% (95% CrI: 78.0-83.5%). De sensitiviteit van het mondonderzoek was 79.0% (95% CrI: 60.1-92.0%) en bedroeg 97.9% (95% CrI: 96.2-99.4%) voor de specificiteit. Resultaten van deze studie tonen aan dat een verhoging van de dikte ter hoogte van de onderkaaktak, en in mindere mate ook een vermindering van de lichaamsconditiescore, zeer specifiek blijken voor het aantonen van ernstige problematiek ter hoogte van de tanden. Desondanks vertonen deze testen een lage sensitiviteit, wat ze ongeschikt maakt om op een betrouwbare manier dieren met een ernstige problematiek ter hoogte van de ta