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Hiller, Anna1,2, Stock, Kathrin Friederike1, Meyer-Lindenberg, Andrea2 , Distl, Ottmar1

1Institut für Tierzucht und Vererbungsforschung

2Klinik für Kleintiere der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover

3 Analyse von familiären Zusammenhängen des kongenitalen portosystemischen Shunts beim Hovawart

Analysis of familial correlations of congenital portosystemic shunts in the Hovawart

Summary

The aim of the present study was to provide evidence of a familial cumulation of PSS and to attain a hypothesis for its inheritance by means of this cumulation for the Hovawart. Own investigations were based on information on dogs with PSS within the German population of the Hovawart. These were made available with help of the Rassezuchtverein für Hovawart-Hunde e.V. (RZV-HO). Altogether, historical data of 34 dogs of the breed Hovawart with a PSS were considered. In the context of comparative pedigree analysis, inbreeding and relationship coefficients were estimated and analyzed for significant differences between dogs with and without PSS. We found that the relationship between the dogs with PSS was on average closer than between dogs of the reference population. The coefficient of inbreeding was significantly higher in the group of reference dogs than in the dogs with PSS.

The evaluation of important ancestors revealed four ancestors which were ranked among the 20 most important ancestors of the dogs with PSS, but not among the 100 most important ancestors of the reference population. The pedigree of the dogs with PSS could be traced back to seven male and twelve female founders. The pedigrees of up to 64.7 % of the PSS affected dogs could be traced back to one founder. The results of this study indicate that the PSS of the Hovawart shows familial accumulation. Therefore it may be concluded that a genetic background forms the basis of this disease. A recessive mode of inheritance appears to be probable, with probably several genes being involved.

Zusammenfassung

Das Ziel der vorliegenden Studie war es, über den Nachweis einer familiären Häufung von PSS zu einer Erbgangshypothese für den PSS beim Hovawart zu

gelangen. Die eigenen Untersuchungen basierten auf den Informationen über Hunde mit portosystemischem Shunt (PSS) innerhalb der deutschen Population des Hovawart, die vom Rassezuchtverein für Hovawart-Hunde e.V. (RZV-HO) zur Verfügung gestellt wurden. Insgesamt lagen Abstammungsdaten über 34 an PSS erkrankten Hovawarten vor. Im Rahmen einer vergleichenden Pedigreeanalyse wurden sowohl die Inzucht- als auch die Verwandtschaftskoeffizienten geschätzt und die Inzuchtkoeffizienten auf signifikante Unterschiede zwischen Hunden mit und ohne PSS getestet. Dabei stellte sich eine im Mittel höhere Verwandtschaft zwischen den Hunden mit PSS als zwischen den Hunden der Referenzpopulation heraus. Der Inzuchtkoeffizient war innerhalb der Referenzpopulation signifikant höher als in der Gruppe von an PSS erkrankten Hunden. Bei der Ermittlung der bedeutenden Ahnen ergab sich jeweils für vier Ahnen eine Rangierung unter den 20 bedeutendsten Ahnen der PSS-Hunde, die sich nicht unter den 100 bedeutendsten Ahnen der Hunde der Referenzpopulation wiederfanden. Die Hunde mit PSS gingen auf sieben männliche und 12 weibliche Gründertiere zurück. Die Pedigrees von bis zu 64,7%

aller PSS-Hunde konnten auf ein Gründertier zurückverfolgt werden. Die Ergebnisse dieser Studie lassen den Schluss zu, dass der PSS beim Hovawart familiär gehäuft auftritt und dass eine genetische Ursache dieser Erkrankung zu Grunde liegt. Ein rezessiver Erbgang erscheint wahrscheinlich, wobei eine Beteiligung von mehr als einem Gen nicht auszuschließen ist.

Einleitung

Kongenitale portosystemische Shunts (PSS) entstehen durch embryonale Missbildungen von Venen, die zu einer teilweisen oder nahezu vollständigen Umgehung der venösen Blutzufuhr aus der Pfortader in die Leber führen. Infolge dessen werden große Mengen der im Blut mitgeführten Nährstoffe, Hormone und Toxine in der Leber nicht metabolisiert und gelangen so in hohen Konzentrationen in den systemischen Kreislauf. Portosystemische Shunts werden meist nur von einzelnen Gefäßen gebildet, die intra- und / oder extrahepatisch verlaufen können (Payne et al., 1990). Während noch zu Beginn der 80er Jahre weder der Hinweis auf eine erbliche Genese noch auf eine Rassedisposition bestand (Rothuizen et al.,

1982), wird heute allgemein von einem häufigeren PSS-Vorkommen bei Rassehunden als bei Mischlingshunden ausgegangen (Hunt et al., 2004; Kummeling et al., 2004; Tobias und Rohrbach, 2003; Winkler et al., 2003). Über verschiedene Hunderassen finden sich in der Literatur Hinweise auf eine Prädisposition für PSS (Hunt, 2004; Kerr und van Doorn, 1999; Tobias, 2003; Tobias und Rohrbach, 2003).

Angaben zur Häufigkeit des PSS variieren allerdings je nach Rasse (Hunt et al., 2000). Zu den vorwiegend betroffenen Rassen zählen unter anderem Malteser, Australian Cattle Dog, Mops, Zwergschnauzer, Shih Tzu, Golden und Labrador Retriever sowie Irischer Wolfshund (Bostwick et al., 1995; Kummeling et al., 2004;

Meyer et al, 1995; Tisdall et al., 1994; Tobias und Rohrbach, 2003; White und Burton, 2000). Vor allem über die Yorkshire Terrier liegt eine Vielzahl von Berichten, eine auffällig hohe Prävalenz von PSS betreffend, vor (Tobias und Rohrbach, 2003;

D´Anjou et al., 2004; Watson und Herrtage, 1998; White et al., 2003; Kummeling et al., 2004).

Die Vererblichkeit von PSS wird in diesem Zusammenhang zunehmend häufiger diskutiert (Hunt, 2004; Tobias, 2003; Tobias und Rohrbach, 2003; Ubbink et al., 1998a,b; van Straten et al., 2005), bisher wurde jedoch noch kein Erbgang nachgewiesen.

Bei einer Auswertung der nachgewiesenen Fälle von PSS an der Klinik für Kleintiere der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover der vergangenen 15 Jahre stellte sich heraus, dass die betroffenen Hunde häufiger den Rassen Yorkshire Terrier, Hovawart, Irischer Wolfshund und Golden Retriever angehörten. Aufgrund dieser Feststellung sollte untersucht werden, ob ein möglicher Zusammenhang zwischen dem Auftreten des PSS und der Zugehörigkeit zur Rasse, insbesondere beim Hovawart besteht.

Ziel dieser Studie war es daher, über den Nachweis einer familiären Häufung von PSS zu einer Erbgangshypothese für den PSS zu gelangen.

Material und Methoden

Informationen zu Hunden mit portosystemischem Shunt (PSS) innerhalb der deutschen Population des Hovawart wurden vom Rassezuchtverein für Hovawart-Hunde e.V. (RZV) zur Verfügung gestellt. Die Hovawart-Hunde stammten aus den

Geburtsjahrgängen 1988 bis 2008, wobei knapp 70% der von PSS betroffenen Hunde zwischen 1996 und 2006 geboren wurden.

Um zu ermitteln, ob sich die Hunde mit PSS im Hinblick auf ihre Abstammung von nicht PSS-betroffenen Hunden unterschieden, wurde eine vergleichende Pedigreeanalyse durchgeführt. Die hierfür zur Verfügung stehende Pedigreedatei umfasste insgesamt 46.418 Hunde; Elterninformationen lagen über 42.063 dieser Hunde vor. Abstammungsinformationen der im RZV registrierten Hunde reichten bis zu 18 Generationen zurück. Der Pedigree Completeness Index (PEC) nach MacCluer et al. (1983) errechnet sich aus den separat für die paternale und maternale Seite bestimmten Vollständigkeitsindizes (CVater, CMutter). Diese wiederum ergeben sich aus den über d Generationen summierten Anteilen bekannter Ahnen, dividiert durch die Anzahl hierbei berücksichtigter Generationen d.

Mutter

Alle im RZV registrierten Hunde der Geburtsjahrgänge 1998 bis 2001, bei denen kein PSS dokumentiert war, dienten in dieser Studie als Referenzpopulation.

Für die Pedigreeanalysen wurden Programme der Software PEDIG (Boichard 2007) verwendet. Die ermittelten Inzuchtkoeffizienten wurden mittels der Prozedur GLM (General Linear Model) des Software-Paketes SAS (Statistical Analysis System), Version 9.2 (SAS Institute Inc., Cary, NC, 2008) auf signifikante Unterschiede zwischen den Hunden mit PSS und den Hunden der Referenzpopulation getestet.

Hierbei wurde die Gruppenzugehörigkeit (PSS, Referenzpopulation) als unabhängige Variable und der Inzuchtkoeffizient des Tieres als abhängige Variable berücksichtigt:

yij = μ + GRUPPEi + eij

mit yij = Inzuchtkoeffizient des Tieres, μ = Modellkonstante, GRUPPEi = fixer Effekt der i-ten Gruppe (i = 1, 2) und eij = zufälliger Rest. Mit Hilfe des Inzuchtkoeffizienten kann man die Wahrscheinlichkeit beschreiben, mit der ein Individuum an einem zufälligen Genort zwei aufgrund der Abstammung identische Allele aufweist (Wright, 1921). Die Wahrscheinlichkeit, dass zwei Individuen an einem zufällig ausgewählten

Genort herkunftsgleiche Allele besitzen, bezeichnet man als Verwandtschaftskoeffizient.

Verglichen wurden anschließend die Rangierungen der 150 bedeutendsten Ahnen bei den PSS-Hunden (n = 34) und Referenzhunden (n = 5.368) anhand des marginalen Genanteils.

Die weiblichen und männlichen Gründertiere der Hunde mit PSS und der Hunde der Referenzpopulation wurden ermittelt, indem die weibliche Seite der Mutterlinie und die männliche Seite der Vaterlinie so weit wie möglich zurückverfolgt wurden.

Diejenige Hündin, über die keine Elterninformationen vorlagen, galt als das weibliche Gründertier, und derjenige Rüde, über den keine Elterninformationen vorlagen, galt als das männliche Gründertier des jeweiligen Hundes.

Danach wurde eine, den Hovawart betreffende, einfache Segregationsanalyse nach Nicolas (1984) durchgeführt. Um die Nullhypothese zu testen, dass es sich beim PSS um ein monogen autosomal rezessiv vererbtes Merkmal handelt, wurde zunächst Ober- und Untergrenze der geschätzten Segregationsfrequenz und deren Varianz ermittelt.

pˆ

Hierbei steht A für die Gesamtzahl bekannter PSS-betroffener Hunde und T für die Gesamtzahl Nachkommen von Eltern mit PSS-betroffenen Nachkommen. Bei der Ermittlung der Obergrenze steht A1 für die Anzahl Familien mit einem PSS-betroffenen Hund und A2 für die Anzahl Familien mit zwei PSS-betroffenen Hunden.

Bei der Ermittlung der Untergrenze steht A1 für die Gesamtzahl Familien mit PSS-betroffenen Hunden, wobei A2 = 0. Die Datenstruktur spricht dann für das Vorliegen eines monogen autosomal rezessiven Erbgangs, wenn gilt:

pU

Weiterhin wurden die Abstammungsdaten der von PSS betroffenen, in der Klinik für Kleintiere der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover vorgestellten Yorkshire Terrier, Golden Retriever und Irischen Wolfshunde ermittelt und auf familiäre Verbindungen untersucht.

Ergebnisse

Tabelle 1 stellt die Berechnung der Vollständigkeit der verfügbaren Abstammungsinformationen unter Berücksichtigung von 8 Ahnengenerationen der Hunde der deutschen Hovawart-Population dar. Der PEC sowohl von PSS-Hunden als auch von Hunden der Referenzpopulation lag bei fast 100 %. Die in der Gruppe der 34 Hunde mit PSS, in der Gruppe der PSS-Eltern und in der Referenzpopulation ermittelten Inzuchtkoeffizienten sind der Tabelle 2 zu entnehmen. Die Inzuchtkoeffizienten der PSS-Hunde schwankten zwischen 0,005 und 0,074; im Mittel ergab sich ein Inzuchtkoeffizient von 0,043 ± 0,013. In der Referenzpopulation lag der Inzuchtkoeffizient im Mittel bei 0,058 ± 0,039 mit einer Spannbreite von 0,001 bis 0,306. Damit war der Inzuchtkoeffizient signifikant höher als bei den Hunden mit PSS (P = 0,02). Die 34 betroffenen Hunde gehen auf 31 weibliche und 31 männliche Elterntiere sowie 31 Vater-Mutter-Kombinationen zurück (Tabelle 3). Da sich unter den betroffenen Hunden einige Vollgeschwister befanden, wurde der Inzuchtkoeffizient der Elterntiere berechnet. Dieser wich kaum von dem Inzuchtkoeffizienten innerhalb der Gruppe von Hunden mit PSS ab (0,045 ± 0,022).

Die Ergebnisse der Berechnung des Verwandtschaftskoeffizienten sind in Tabelle 4 aufgeführt. Die Verwandtschaftskoeffizienten bei den Hunden mit PSS reichten hierbei von 0,047 bis 0,582. Der Vergleich der Verwandtschaftskoeffizienten zwischen den Hunden mit PSS und den Hunden der Referenzpopulation ergab eine im Mittel 2,5fach höhere Verwandtschaft innerhalb der Gruppe der PSS-Hunde (0,104 ± 0,044) als innerhalb der Referenzpopulation (0,086 ± 0,064). Auch der Verwandtschaftskoeffizient zwischen den PSS-Hunden und der Referenzpopulation (0,083 ± 0,041) war doppelt so hoch wie innerhalb der Referenzpopulation. Der Verwandtschaftskoeffizient der Elterntiere wich kaum von dem der betroffenen Hunde ab (0,100 ± 0,049). Alle 34 Hovawarte mit PSS dieser Studie waren miteinander verwandt. Abbildung 1 stellt die Verteilung der Verwandtschaftskoeffizienten innerhalb der Gruppe der Hovawart-Hunde mit PSS dar.

Die bedeutenden Ahnen bei Hunden mit PSS und Hunden der Referenzpopulation sind der Tabelle 5 zu entnehmen. Unter den 20 bedeutendsten Ahnen der Hunde mit

PSS waren 12 Rüden und 8 Hündinnen, die zwischen 1952 und 1972 geboren waren. Der auf die 20 bedeutendsten Ahnen zurückzuführende marginale Genanteil betrug zwischen 0,012 und 0,091 bei den PSS-Hunden. Insgesamt ergab sich jeweils bei vier Ahnen, je zwei Rüden und Hündinnen, eine Rangierung unter den 20 bedeutendsten Ahnen der PSS-Hunde, die sich nicht unter den 100 bedeutendsten Ahnen der Rüden bzw. Hündinnen der Referenzpopulation wiederfanden.

Die Verteilung der männlichen und weiblichen Gründertiere bei den Hunden mit PSS und den Hunden der Referenzpopulation ist Tabelle 6 aufgeführt. Die Hunde mit PSS gingen auf sieben männliche und zwölf weibliche Gründertiere zurück. Die männlichen Gründertiere hatten in unterschiedlichem Maße Anteil an den von PSS betroffenen Nachfahren. Das männliche Gründertier mit den wenigsten PSS-Nachkommen beteiligte sich mit einem Anteil von 2,9% erkrankter Welpen, das männliche Gründertier mit dem größten Anteil zeugte 64,7% der Welpen mit PSS.

Auf Seiten der weiblichen Gründertiere lag der Anteil an PSS-Nachkommen von 2,9 bis 32,4%. Im Gegensatz dazu gingen die Hunde der Referenzpopulation auf insgesamt 34 weibliche und 54 männliche Gründertiere zurück, wobei der maximale Anteil Nachfahren pro Gründertier bei 33,6% auf der männlichen und 18,5% auf der weiblichen Seite lag. Abbildung 2 zeigt das Pedigree der Gründertiere MGI und WGI. Acht der von PSS betroffenen Hunde gehen auf beide Gründertiere zusammen zurück.

Die einfache Segregationsanalyse ergab für die Obergrenze der geschätzten Segregationsfrequenz = 0,0364 und für die Untergrenze der geschätzten Segregationsfrequenz = 0,0185. Die entsprechenden Varianzen betrugen

pˆO

σ = 0,0106. Damit war die Bedingung

pU erfüllt, so dass nicht von einem monogen autosomal rezessiven Erbgang des PSS beim Hovawart auszugehen ist.

In den folgenden Abbildungen 3 bis 7 sind die gemeinsamen Pedigrees der von PSS betroffenen Yorkshire Terrier, Golden Retriever und Irischen Wolfshunde dargestellt.

Innerhalb eines 5-Generationen-Pedigrees konnte zwischen vier von PSS betroffenen Yorkshire Terriern verwandtschaftliche Verhältnisse nachgewiesen werden. Bei den Golden Retrievern ließen sich die Pedigrees der beiden Familien

über einen gemeinsamen männlichen Ahnen in der siebten Generation verbinden.

Zwischen den beiden Irischen Wolfshunden mit PSS konnte mittels der 10-Generationen-Pedigrees eine Verwandtschaft der Hündinnen belegt werden.

Diskussion

Die erhöhte Häufigkeit einer Erkrankung innerhalb einer Gruppe von verwandten Tieren im Vergleich zur übrigen Population ist ein Hinweis auf die genetische Grundlage eines Defekts (Patterson et al., 1989). Anhand der Pedigree-Analyse und der Ergebnisse der Berechnung der Verwandtschaftskoeffizienten ließ sich das familiäre Auftreten des PSS beim Hovawart nachweisen. Auch die gemeinsamen Pedigrees der anderen drei Hunderassen deuten ebenfalls auf einen familiären Hintergrund hin. Über den Hovawart gibt es bisher keine Angaben bezüglich eines familiär gehäuften Auftretens von PSS. Lediglich zwei deutsche Autorinnen berichten von drei bzw. einem betroffenen Hovawart (Bahr, 2006; Grevel et al., 1987). In der Regel steigt die Prävalenz einer erblichen Erkrankung mit zunehmender Inzucht (Patterson et al., 1989). Der Inzuchtkoeffizient war in der Gruppe der betroffenen Hunde der vorliegenden Untersuchung im Vergleich zur Kontrollgruppe geringer, was recht ungewöhnlich ist. Möglicherweise ist dies darauf zurückzuführen, dass das Problem des PSS den Züchtern bereits bekannt gewesen ist und sie aufgrund dessen Inzucht bewusst vermieden haben. Denkbar wäre auch, dass der PSS in der Referenzpopulation häufiger aufgetreten ist, aber nicht diagnostiziert oder gemeldet wurde. Anhand der unterschiedlichen Verwandtschaftskoeffizienten war aber zu erkennen, dass die betroffenen Hunde sich hauptsächlich von anderen Vorfahren ableiten als die Hunde der Referenzgruppe. Dieses Resultat wird auch durch die Ermittlung der bedeutenden Ahnen und die signifikanten Gründertiere untermauert.

Es wurde zwar trotz des hohen PEC kein Hund gefunden, der in allen Pedigrees vorhanden war. Dennoch konnte nachgewiesen werden, dass bestimmte Vorfahren häufiger in den Ahnentafeln betroffener Hunde auftauchen und gleichzeitig für die Gesamtpopulation keinen relevanten Genanteil beisteuerten. Dieses Ergebnis und das Vorhandensein von mehreren Gründertieren könnte durchaus ein Hinweis darauf sein, dass nicht nur ein Gen für die Entstehung des PSS verantwortlich ist.

Bei einem chromosomalen Erbgang liegt das merkmalsprägende Gen auf dem X-Chromosom. Rüden sind bezüglich der Gene auf dem X-Chromosom immer hemizygot, so dass der PSS auch bei rezessiver Vererbung in jedem Wurf auftreten und verhältnismäßig mehr Rüden betreffen würde. Bei dominanten Allelen sind die weiblichen Tiere selbst erkrankt und geben das Merkmal zu 50 % an ihre Söhne und Töchter weiter, die ebenfalls erkranken. In der vorliegenden Untersuchung waren Rüden (n = 19) und Hündinnen (n = 15) bei den Hovawart-Hunden annähernd gleich häufig betroffen. Auch in der zugänglichen Literatur werden männliche und weibliche Tiere als gleichermaßen häufig betroffen beschrieben (D'Anjou et al., 2004; Hunt, 2004; Hunt et al., 2004; Kummeling et al., 2004; Tobias und Rohrbach, 2003). Bei einem autosomal dominanten Erbgang müsste einer der Eltern selber betroffen sein, und es würden mehrere Wurfgeschwister einen PSS aufweisen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung lassen den Schluss zu, dass es sich bei dem Erbgang des PSS nicht um einen geschlechtsgebundenen oder einen einfachen autosomal dominanten Erbgang handeln kann. Es ist wahrscheinlich, dass es sich beim PSS des Hovawart um einen autosomal rezessiven Erbgang handelt. Bei einem monogen, autosomal rezessiven Erbgang erkranken rund 25 % der Nachkommen. Bei den Hovawart-Hunden waren unter den 193 Nachkommen von Eltern, von denen Nachkommen mit PSS bekannt waren, lediglich 18% mit einem PSS auffällig geworden, was einen weiteren Hinweis auf die Beteiligung von nicht nur einem Gen bedeutete. Demgemäß sprach auch das Ergebnis der einfachen Segregationsanalyse gegen einen monogen autosomal rezessiven Erbgang. Anhand der Pedigree-Darstellungen, mittels derer sich für verschiedene Rassen eine familiäre Beziehung zwischen PSS-betroffenen in maximal neun Ahnengenerationen darstellen ließ, kann man jedoch die Vermutung aufstellen, dass es sich um wenige Gene handelt, die zur Entstehung des PSS beim Hund führen können.

Schlussfolgerung

Anhand der Ergebnisse der vorliegenden Untersuchung konnte eine familiäre Häufung des PSS bestätigt werden. Diese Feststellung stützt die Annahme, dass es sich bei der Entstehung des PSS um eine genetische Genese handelt. Ein

autosomal rezessiver Erbgang unter Beteiligung mehrerer Gene scheint in diesem Zusammenhang wahrscheinlich. Es wäre sinnvoll im nächsten Schritt umfangreichere komplexe Erbgangsanalysen durchzuführen, die die Grundlage für weiterführende, molekulargenetische Untersuchungen bilden sollen.

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