Development and Validation of a Method of Cilia Motility Analysis for the Early Diagnosis of Primary Ciliary Dyskinesia

Abstract

Background

Primary ciliary dyskinesia (PCD) is a clinically uniform entity, but cilia motility and structure can vary between patients, making the diagnosis difficult. The aim of this study was to evaluate the sensitivity and specificity in diagnosing PCD of a system of high-resolution digital high-speed video analysis with proprietary software that we developed for analysis of ciliary motility (Desinsoft-Bio 200). The secondary aim was to correlate nasal ciliary activity with clinical and structural abnormalities in PCD.

Material and methods

We analysed nasal mucociliary transport, cilia ultrastructure, nasal ciliary beat frequency and beat pattern studied by high-resolution digital high-speed video in 25 cases of PCD (11 Kartagener syndrome), 27 secondary ciliary dyskinesia and 34 healthy volunteers.

Results

Nasal mucociliary transport was defective in both primary and secondary ciliary dyskinesia. Ciliary immotility was observed only in 6 patients with Kartagener syndrome and correlated with the absence of dynein. We observed a correlation between partial dynein deficiencies and ciliary dyskinesia. Cilia activity and structure were normal in secondary ciliary dyskinesia.

Conclusion

Nasal mucociliary transport showed high sensitivity for PCD diagnosis with a low specificity. High-resolution digital high-speed video has a high sensitivity and specificity for diagnosing PCD. This system of video analysis is more useful than ultrastructural study and mucociliary transport for PCD screening. Dynein absence is correlated with cilia immotility and is more common in patients with Kartagener syndrome.

Resumen

Introducción

La discinesia ciliar primaria (DCP) es una entidad clínica de difícil diagnóstico debido a que la motilidad y la estructura ciliar pueden variar según los pacientes. El objetivo principal ha sido evaluar la sensibilidad y especificidad para el diagnóstico de la DCP de un sistema de videoanálisis de alta resolución digital junto con un software propio desarrollado por nosotros para el análisis de la movilidad ciliar (Desinsoft-Bio 200). El objetivo secundario ha sido relacionar la actividad nasal ciliar con la clínica y las anomalías estructurales del cilio respiratorio.

Material y métodos

Se analizaron el transporte mucociliar mediante un método isotópico, la ultraestructura con microscopia electrónica y la frecuencia y el patrón de batida ciliar mediante el sistema Desinsoft-Bio 200. Veinticinco pacientes con DCP (11 de ellos con síndrome de Kartagener), 27 con discinesia ciliar secundaria y 34 sanos.

Resultados

El transporte mucociliar fue defectuoso en los pacientes con DCP y discinesia ciliar secundaria. La inmovilidad ciliar se observó en 6 de los pacientes con síndrome de Kartagener correlacionándose con la ausencia de dineína. Un movimiento ciliar alterado (discinesia) aconteció en el resto de pacientes con DCP, correlacionándose con un déficit parcial de dineína o ulraestructura normal. La movilidad ciliar y la estructura fueron normales en las discinesias ciliares secundarias y en sanos.

Discusión y conclusiones

El transporte mucociliar nasal posee una gran sensibilidad cercana al 100% para el diagnóstico de la DCP, pero muy baja especificidad. El sistema de análisis de la movilidad ciliar mediante el sistema videodigital de alta velocidad y resolución tiene una sensibilidad y especificidad elevadas para el diagnóstico de la DCP. Este sistema de videoanálisis es más útil que el estudio ultraestructural y el transporte mucociliar como cribado de la DCP. La ausencia de dineína se correlaciona con la inmovilidad ciliar y es más frecuente en pacientes con síndrome de Kartagener.