Bioverfahrenstechnik der Hochschule Hannover
Zur Bedeutung des Zitzenkanals in der Ätiologie und Prophylaxe der Mastitis
beim Rind
Habilitationsschrift
zur Erlangung der Venia legendi
an der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover
Vorgelegt von
Prof. Dr. med. vet. Volker Krömker
Hannover 2014
nichtöffentliche wissenschaftliche Aussprache: 23.01.2014
Es gibt zwei Arten sein Leben zu leben:
entweder so, als wäre nichts ein Wunder, oder so, als wäre alles ein Wunder.
Albert Einstein
Heinrich und Heinz Krömker - in memoriam
INHALTSVERZEICHNIS
I EINLEITUNG... 7
II BEDEUTUNG DES ZITZENKANALS IN DER MASTITISÄTIOLOGIE ... 10
II.1 Aufbau der Zitze und des Zitzenkanals ... 10
II.2 Rolle des Zitzenkanals in der Mastitisätiologie ... 14
III EIGENE UNTERSUCHUNGEN ... 24
III.1 Die mikrobielle Besiedlung des Zitzenkanals bei Milchkühen - Bedeutung und Einflussfaktoren ... 24
III.3 Zitzenkanalschluss von nichtlaktierenden Rindern vor der ersten Abkalbung und dessen Einfluss auf die Eutergesundheit in der Folgelaktation ... 27
III.4 Neuinfektionsrate der bovinen Milchdrüse nach Applikation interner Zitzenversiegler zum Trockenstellen 28 III.5 Risikofaktoren für intramammäre Infektionen und subklinische Mastitiden bei Färsen nach der ersten Abkalbung ... 29
III.6 Beziehungen zwischen Zitzenendhyperkeratosen und der mikrobiellen Besiedelung des Zitzenkanals bei laktierenden Milchkühen ... 30
III.7 Beziehungen zwischen dem Einstreumaterial und der mikrobiellen Besiedlung der Zitzenhaut und des Zitzenkanals bei laktierenden Milchkühen ... 31
IV DISKUSSION... 33
V ZUSAMMENFASSUNG ... 40
VI SUMMARY ... 42
VII LITERATUR ... 44
VIII DARSTELLUNG DES EIGENEN ANTEILS AN DEN WISSENSCHAFTLICHEN PUBLIKATIONEN ... 61
VORWORT
Die vorliegende Habilitationsschrift beinhaltet eine zusammenfassende Darstellung der Untersuchungen zur Bedeutung des Zitzenkanals und seiner mikrobiellen Besiedlung in der Mastitisätiologie und -prophylaxe. Der Schrift liegen 7 wissenschaftliche Arbeiten zugrunde, die im Anhang als Originalpublikationen aufgeführt sind. Die Besprechung der erzielten Resultate beginnt mit einer in die Thematik einführenden Einleitung (Kapitel I). Es folgt eine Darstellung des Kenntnisstands zur Bedeutung des Zitzenkanals und seiner mikrobiellen Besiedlung in der Mastitisätiologie und –prophylaxe (Kapitel II). Die in den eigenen Untersuchungen verwendeten Methoden und die wichtigsten Ergebnisse der einzelnen Arbeiten werden in Kapitel III erläutert.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wurde dabei auf die Darstellung methodischer Details, die in den Publikationen ausführlich beschrieben sind, weitgehend verzichtet. In Kapitel IV erfolgt eine übergreifende Diskussion, in der alle Ergebnisse verknüpfend betrachtet und kritisch gewertet werden. Nach Zusammenfassung (Kapitel V) und Summary (Kapitel VI) werden im Literaturverzeichnis (Kapitel VII) die in Kapitel I bis IV aufgeführten Zitationen berücksichtigt.
Die umfassende Bibliographie ist den Publikationen (Kapitel IX) zu entnehmen. Schließlich ist der eigene Anteil an den wissenschaftlichen Arbeiten dargestellt.
I Einleitung
Als Mastitis des Rindes wird eine entzündliche Reaktion der Milchdrüse mit infektiöser, traumatischer oder toxischer Ursache bezeichnet (IDF 1987). Infektionen mit euterpathogenen Erregern sind hierbei der häufigste Auslöser (IDF 1987). Mastitiden sind Faktorenerkrankungen;
ihre Entstehung wird neben dem verursachenden Mikroorganismus durch die lokale und systemische Abwehr des Tieres bestimmt (DVG 2002). Die Mastitis des Rindes ist, soweit diese Tierart in Herden gehalten wird, als infektiöse Erkrankung ein Bestandsproblem (DVG 2012).
Dieses variiert in Abhängigkeit von der Zeit in Bezug auf die Merkmale „Anteil erkrankter Drüsenkomplexe“, „Anteil infizierter Drüsenkomplexe“ und der Erkrankungsausprägung, die auf einem unterschiedlichen Niveau subklinisch oder auch klinisch sein kann. Dabei wird die Mastitisprävalenz durch die Erkrankungsdauer und die Neuinfektionsrate determiniert (DODD 1981, KLEINBAUM et al. 1982).
Das einzelne Milchtier unterliegt in der Herde einem Erkrankungsdruck, der einerseits durch die Infektionslage in der Herde (im Sinne eines Erregerreservoirs) und andererseits durch das Ausmaß von haltungstechnischen und hygienischen Mängeln bestimmt wird, welche die Kontamination der Euter- und Zitzenhaut sowie die Invasion von Mikroorganismen in die Milchdrüse begünstigen (DVG 2012). Das Maß der lokalen und systemischen Infektionsabwehr und die Pathogenität und Virulenz des verursachenden Mikroorganismus bestimmen die Erkrankungsausprägung, aber auch die Dauer und Heilungswahrscheinlichkeit der Infektion (KRÖMKER 2007). Die Neuerkrankungsrate und die Schwere einer Entzündung des Drüsengewebes werden durch eine Vielzahl von Faktoren, wie den verursachenden Erregenr, das Laktationsstadium, das Alter, die Abwehrsituation des Tieres, die Genetik und den Ernährungszustand beeinflusst (SMITH et al. 1985, NICKERSON et al. 1993, HARMON 1994).
So führen Mastitiserreger erst beim Zusammenwirken von endogenen und/oder exogenen Stressoren, welche sowohl die systemischen (Gesamtorganismus) als auch die lokalen (Milchdrüse, Zitzengewebe) Abwehrmechanismen beeinträchtigen, zu subklinischen bzw.
klinischen Mastitiden (DVG 2002). Hierbei lassen sich infektionsfördernde Einflüsse
untergliedern in solche, die in Abhängigkeit von der Empfänglichkeit des Einzeltieres oder gar des Einzelviertels wirksam werden und andere, die als herdenspezifische Elemente zu einer Minderung der Fähigkeit zur Infektionsabwehr des Einzeltieres in der Herde führen. In Deutschland entstehen nach Schätzungen der Deutschen Veterinärmedizinisches Gesellschaft jährlich durch Mastitiden bedingte ökonomische Verluste in Höhe von 1,4 Milliarden € (DVG 2002).
Die meisten Mastitiserreger dringen exogen durch den Zitzenkanal in die Zitzenzisterne und das Euterlumen ein und besiedeln anschließend die Schleimhäute des Drüsengewebes (DVG 2002). Die Zitzenspitze stellt mit dem Zitzenkanal eine physikalische Barriere für invadierende euterpathogene Mikroorganismen dar (SORDILLO et al. 1997). Im Rahmen dieses Invasionsweges kommt den Abwehrmechanismen des Zitzenkanals eine wesentliche Bedeutung als Infektionsbarriere zu (HAMANN und MEIN 1988). Störungen der Funktionalität des Zitzenkanals oder der Gewebebeschaffenheit der Zitze, wie sie beispielsweise durch melktechnische Faktoren hervorgerufen werden können, sind geeignet, zur Schwächung der lokalen Abwehr mit daraus resultierender Erhöhung der Neuinfektionsrate zu führen (HAMANN und MEIN 1988).
II Bedeutung des Zitzenkanals in der Mastitisätiologie
II.1 Aufbau der Zitze und des Zitzenkanals
Die Milchdrüse ist ein Hautorgan. Sie entwickelt sich während der Gravidität aus dem Ektoderm des Embryos. Neben dem Drüsenparenchym, in dem Milchsynthese, -sekretion und -speicherung stattfinden, besitzt sie ein weitläufiges Hohlraumsystem, über das die Milch in die Papillae mammae (Zitzen) abgeleitet wird (BRUCKMAIER 2007). Beide Euterhälften des Rindes umfassen zwei Drüsenviertel, jedes Viertel besteht aus einem Milchdrüsenkomplex mit einer Zitze. Im Durchschnitt weist eine Rinderzitze eine Länge von 6 bis 8 cm und einen Durchmesser von 2,5 bis 3,2 cm auf. Die einzelnen Euterviertel bilden jeweils eine selbstständige Einheit (MICHEL 1994).
Die Zitzen lassen sich in die Abschnitte Zitzenbasis, Zitzenschaft und Zitzenkuppe einteilen (DYCE et al. 1997). Abbildung 1 stellt den Bau der Zitze dar.
Durch den Fürstenberg’schen Venenring an der Zitzenbasis ergibt sich lumenseitig zwischen dem Drüsen- (Pars glandularis) und dem Zitzenteil (Pars papillaris) der Milchzisterne (Sinus lactiferus) eine Wulst, die eine relative Selbständigkeit des Zitzenlumens bedingt und Bedeutung für den Milchfluss hat. Im unteren Bereich der Zitzenzisterne liegt die Fürstenberg’sche Rosette, ein mit Abwehrzellen unterlegter, faltiger Schleimhautring, der die interne Zitzenkanalöffnung bildet (WENDT 1998, PAULRUD 2005). Die Wand der Zitze besteht aus dem Epithel des Zitzenkanals bzw. der Zitzenzisterne, einer bindegewebig-muskulösen Mittelschicht und der äußeren Haut.
Das lumenseitige Epithel der Zitze setzt sich aus zwei Schichten prismatischer Zellen zusammen, deren Oberfläche durch Faltenzüge, Wabenstruktur und Kontraktilität sehr dehnbar, flexibel und günstig mit Blut versorgt ist. Dieses Epithel ist über die Basalmembran fest mit der bindegewebig-muskulösen Zitzenmittelwand, die auch als Gefäßschicht oder gemischte Faserzone (MICHEL 1994) bezeichnet wird, verbunden. Durch spiralige Muskellagen sowie elastische Fasern, die sich im Bereich der Zitzenspitze zu einem mehr zirkulär mobilisierenden
Ringmuskel, dem Schließmuskel (Musculus sphincter papillae) konzentrieren, werden die Kontraktilität der Zitze und das Öffnen und Schließen des Zitzenkanals während des Milchentzuges gewährleistet. Der vollständige Verschluss des Zitzenkanals durch den Ringmuskel stellt außerdem eine Barriere gegenüber euterpathogenen Mikroorganismen dar. Mit zunehmendem Laktationsstadium der Tiere findet in der Zitze eine Rückbildung der Muskelfasern und eine Auflockerung des Fasergeflechts infolge einer Zunahme der Blutgefäße statt, so dass der vollständige Verschluss des Zitzenkanals durch den Ringmuskel beeinträchtigt werden kann (MICHEL 1994, WENDT 1998). In der Zitzenmittelwand befinden sich größere Arterien und relativ dickwandige Schwellvenen sowie zahlreiche Nervenendorgane, so genannte Mechanorezeptoren, die Ausgangsort der Reizleitung im Rahmen der Stimulation sind (WENDT 1998). Die spezielle Struktur dieses Geflechts aus Muskelfasern, kollagenen Fasern und Blutgefäßen verhindert eine Beeinflussung des Blutstroms bei den Kontraktionen während des Melkprozesses (MICHEL 1994).
Abbildung 1: Längsschnitt durch Zitze und Milchzisterne (eigene schematische Darstellung) Der Zitzenkanal (Ductus papillari) als Mündung des Kanalsystems weist Längen von 9,44 mm bis zu 18,3 mm bei mittleren Durchmessern von 1,7 mm bis 2,95 mm auf (BITMAN et al.
1988, PAULRUD und RASMUSSEN 2001, WEISS et al. 2004, KLEIN et al. 2005). Es wird postuliert, dass er für den Milchfluss, die Melkbarkeit und die Infektionsabwehr eine zentrale Bedeutung einnimmt (MIELKE und MICHEL 1994, WENDT 1998). Die Zitzenkanallänge ist bei schwermelkenden Tieren länger als bei leichtmelkenden (LOPPNOW 1959). Die Länge und Weite des Zitzenkanals weisen weiterhin verschiedene genetische Korrelationen mit anderen Zitzenmerkmalen auf. So korrelieren Zitzenlänge, Zitzendurchmesser und Wanddicke positiv mit der Zitzenkanallänge (r = 0,494; r = 0,451; r = 0,270) und die Zitzenkanallänge mit dem
Zitzenkanaldurchmesser (r = 0,285) (HEBEL 1978). Für einen Zitzenkanal mit einer Länge von 10 mm und einem Durchmesser von 6 mm unter Dehnung wird eine Kontaktfläche zwischen Epithel und Milch von 60 mm2 kalkuliert (WILLIAMS und MEIN 1985). Im Bereich der Fürstenberg’sche Rosette geht das zweischichtige, isoprismatische Epithel der Zitzenzisterne in das mehrschichtige, verhornte Plattenepithel (Stratum corneum) des Zitzenkanals über (NICKERSON 1985, LIEBICH et al. 2004, PAULRUD 2005). Die Zitzenkanalkeratinschicht (Stratum corneum) entsteht durch die Verhornung der Zellen des Stratum granulosum. Während des Verhornungsprozesses gehen Lipidglobuli aus den Zellen des Stratum granulosum in den extrazellulären Raum über und sind in der Folge zwischen den desmosomalen Bindungen lokalisiert. Sowohl interzelluläre Lipide als auch Reste der desmosomalen Bindungen sind neben der Verzahnung der Zellen wahrscheinlich für den Zusammenhalt des Stratum corneum verantwortlich (WILLIAMS und MEIN 1985, PAULRUD 2005). Der Zitzenkanal weist im Mittel Zitzenkanalkeratinmassen von 3,8 mg bis 12,3 mg auf (BITMAN et al. 1988, HOGAN et al. 1986, SENFT et al. 1990); zwischen der entfernbaren Keratinmenge und der Zitzenkanallänge besteht eine lineare Korrelation (PAULRUD und RASMUSSEN 2001). Neutrale Lipide nehmen am Zitzenkanalkeratin laktierender Tiere einen Anteil von 33,3 µg/mg ein (BITMAN et al. 1988), nach HOGAN et al. (1986) kann der Anteil extrazellulärer Lipide sogar bei im Mittel 37,1 µg/mg liegen.
Durch die im oberflächlichen Bereich des Stratum corneum nachweisbaren Phospholipide ähnelt dieser Teil dem Hauttalg, der von den Talgdrüsen gebildet wird; er wird daher als
„Laktosebum“ bezeichnet. Seine Wirkung ist bakterizid (DYCE et al. 1997, MICHEL 1994, MIELKE und MICHEL 1994, SEYKORA und MC DANIEL 1985).
Die Innenauskleidung des Zitzenkanals und seiner Mündung besteht aus einem mehrschichtigen Plattenepithel mit einem relativ kurzen Generationszyklus. Im Vergleich zu anderen verhornenden Epithelien ist die Zellneubildung vermehrt (MICHEL et al. 1974, NEIJENHUIS et al. 2004, WENDT und LÜDER 1991). Die Verhornung erfolgt über die gesamte Länge des Zitzenkanals, dabei wird mündungswärts das Horn nach außen vorgeschoben und überragt kranzförmig die Zitzenkanalmündung. Dieser Vorschub des Horns wird auch als Hyperkeratose bezeichnet, ist besonders nach dem Melken sichtbar und als normale, für die
Erregerabwehr notwendige Struktur anzusehen (MIELKE und MICHEL 1994). Intensive Hyperkeratosen können zu fransenartigen Fortsätzen führen und bei starker Ausprägung - häufig ausgelöst durch Blindmelken - zur Ursache von Melkstörungen werden (MICHEL 1994).
Die äußerlich sichtbare Hyperkeratose, die bei vielen Kühen um die Zitzenkanalöffnung herum zu beobachten ist, kann nach ihrer Ausprägung klassifiziert werden (MEIN et al. 2001, NEIJENHUIS et al. 2001, SHEARN und HILLERTON 1996). MEIN et al. (2001) teilen Hyperkeratosen in vier Klassen ein. Die Klassen N („normal“ - keine Erhebung um die Zitzenkanalöffnung) und S („smooth“ - glatter, leicht erhabener Ring) sind dabei nach Aussage von MICHEL et al. (1974) oder auch NEIJENHUIS et al. (2004) als physiologisch einzustufen.
Erst raue Erhebungen mit fortsatzartigen Keratinwucherungen (Klasse R – „rough“ und VR –
„very rough“) überschreiten dieses physiologische Maß.
II.2 Rolle des Zitzenkanals in der Mastitisätiologie
Die Bedeutung des Zitzenkanals laktierender Milchrinder für die Abwehr von in die Milchdrüse eindringenden fakultativ pathogenen und pathogenen Mikroorganismen wird als hoch eingeschätzt, da Mastitiserreger vorwiegend über die Pforte „Zitzenkuppe – Zitzenkanalmündung – Zitzenkanal“ in das Euter eindringen und durch den Melkprozess vor allem die natürlichen Abwehrmechanismen in der Zitze beeinträchtigt werden (HAMANN und MEIN 1990, ZECCONI et al. 1992).
Verschiedene physikalische, chemische und immunologische Abwehrmechanismen des Zitzenkanals laktierender Milchrinder sind bekannt. Darüber hinaus liegen Kenntnisse zur mikrobiellen Besiedlung des Zitzenkanals vor, die mit den Abwehrmechanismen interagieren.
Dabei existieren sowohl Nachweise protektiver als auch pathogener Mikroorganismen (GILL et al. 2006, ESPECHE et al. 2009).
Physikalische Abwehrmechanismen Zitzenkanalkeratin
Die antimikrobiellen Eigenschaften des Zitzenkanalkeratins zählen zu den wesentlichen Abwehrmechanismen des Zitzenkanals (NICKERSON 1989). Sie umfassen die Adsorption von Mikroorganismen an das Zitzenkanalkeratin und die Entfernung von mit Mikroorganismen behaftetem Keratin aus dem Zitzenkanal durch Scherkräfte als Folge des Milchflusses (CHANDLER et al. 1969, WILLIAMS und MEIN 1985, CAPUCO et al. 1990, CAPUCO et al.
1994). Während der Laktation wird durch den Milchentzug kontinuierlich Zellmaterial aus dem Kanal entfernt (PAULRUD 2005). Im Mittel werden 0,5 mg bis 1,3 mg Zitzenkanalkeratin in der Zwischenmelkzeit nachgebildet (CAPUCO et al. 1990, BITMAN et al. 1991).
Zitzenkanalpropf
In der Trockenperiode entsteht aus dem Zitzenkanalkeratin ein den Zitzenkanal verschließender Propf. Von zentraler Bedeutung für die Entstehung von Eutergesundheitsstörungen bei Erstkalbinnen scheint der vorzeitige (vor dem Erstabkalbetermin) Verlust des Keratinpfropfes im Zitzenkanal zu sein (WILLIAMSON 2002). Bei älteren Kühen führte der Verschluss des Zitzenkanals in einem frühen Stadium der Trockenperiode zu einer signifikanten Abnahme des Neuinfektionsrisikos (DINGWELL et al. 2004).
Hyperkeratosen
Während eine gering ausgeprägte Hyperkeratose im Hinblick auf die Eutergesundheit als durchaus positiv beurteilt werden kann, weil sie den natürlichen Verschluss des Zitzenkanals fördert (NEIJENHUIS et al. 2004), sind deutlicher ausgeprägte und vor allem raue Hyperkeratosen als nachteilig für die Eutergesundheit einzustufen. WENDT und LÜDER (1991) beschreiben, dass übermäßige Hyperkeratosen prädisponierend für die Entwicklung einer Mastitis sein können, da es in Folge einer durch Hyperkeratosen entstandenen erschwerten Melkbarkeit zu einer erhöhten mechanischen Belastung des Gewebes kommt. Weiterhin begünstigen Hyperkeratosen durch Rhagaden und Schmutzansammlungen die
Erregeransammlung an der Zitzenspitze. Besonders raue Zitzenspitzen sind zudem schwer zu reinigen (ZUCALI et al. 2009).
Hyperkeratosen können nach TIMMS et al. (1998) die Besiedlung des Zitzenendes mit euterpathogenen Mikroorganismen fördern. Auch der Verschluss der Zitzenkanalöffnung wird beeinträchtigt und ist nach dem Melken verzögert (MICHEL et al. 1974, NEIJENHUIS et al.
2004).
MICHEL et al. (1974) beschreiben zudem, dass ausgeprägten Hyperkeratosen mit einer veränderten Keratinqualität einhergehen, was zu einer Beeinträchtigung der Abwehrfunktion des Keratins im Zitzenkanalbereich beitragen könnte.
Ein Zusammenhang zwischen dem Infektionsstatus der Milchdrüse und dem Auftreten ausgeprägter Hyperkeratosen konnte nicht in allen Studien nachgewiesen werden (GOSSEN et al.
2007, MICHEL et al. 1974, SIEBER und FARNSWORTH 1981, THOMPSON und SIEBER 1980). GLEESON et al. (2004) konnten jedoch zeigen, dass eine signifikante Korrelation (P<0,01) zwischen somatischer Zellzahl und ausgeprägter Hyperkeratose besteht. Diese Feststellung gilt nur für Tiere, bei denen keine Zitzendesinfektion nach dem Melken durchgeführt wurde.
Allerdings kann aufgrund von Querschnittsstudien das Bestehen eines - zumindest assoziativen - Zusammenhangs zwischen dem Vorliegen von Hyperkeratosen und dem Auftreten von Neuinfektionen der Milchdrüse nur vermutet werden. Lediglich longitudinale Untersuchungen sind geeignet, etwaige direkte Abhängigkeiten zu beweisen.
NEIJENHUIS et al. (2001) wiesen in einer Langzeitstudie mit 2157 Kühen einen Zusammenhang zwischen Hyperkeratosen und dem Auftreten klinischer Mastitiden nach. Sie stellten fest, dass Euterviertel im Monat vor dem Auftreten einer klinischen Mastitis im Durchschnitt in eine höhere Hyperkeratosenklasse eingestuft wurden als die Nachbarviertel desselben Euters, die keine Mastitis entwickelten. An Mastitis erkrankte Kühe hatten stärkere und häufiger raue Hyperkeratosen als gesunde Herdenmitglieder. Dieser Zusammenhang war vor allem für Mastitiden, die zwischen dem zweiten und vierten Laktationsmonat auftraten, deutlich.
ZUCALI et al. (2009) konnten die Ergebnisse von NEIJENHUIS et al. (2001) bestätigen.
Zitzenspitzen von Tieren, bei denen in einem Untersuchungszeitraum durchgehend eine Zellzahl
von <200.000 Zellen/ml nachgewiesen wurde, wurden bezüglich der Ausprägung ihrer Hyperkeratosen konstant niedriger eingestuft als diejenigen von Tieren mit >200.000 Zellen/ml im Sekret. POTRAFKI (2005) fand eine signifikant niedrigere (P < 0,05) Anzahl von Infektionen und unspezifischen Mastitiden in Eutervierteln, die zuvor mit besseren Zitzenscorewerten (≤ 2 auf einer Skala von 1 bis 5) beurteilt worden waren.
Hyperkeratosen extremer Dicke und raue Hyperkeratosen, die zugleich von Corynebakterien besiedelt waren, wurden von ZADOKS et al. (2001) als Risikofaktoren für eine Staphylococcus (S.) aureus Infektion des zugehörigen Viertels identifiziert. NEIJENHUIS et al. (2001) stellten fest, dass klinisch mastitiskranke Viertel, die kulturell negativ waren, und solche, aus denen Milchproben gewonnen wurden, in denen Klebsiella pneumoniae, Hefen oder Enterobacter aerogenes nachgewiesen wurde, durchschnittlich dickere Zitzen und häufiger raue Hyperkeratosen aufwiesen als Viertel mit klinischen Mastitiden, die durch andere Mikroorganismen hervorgerufen wurden.
Zitzenkanalmorphologie
Zwischen der Morphologie des Zitzenkanals, dem Milchfluss und der Eutergesundheit bestehen signifikante Beziehungen (GRINDAL und HILLERTON 1991, MIELKE und MICHEL 1994, WAAGE et al. 1998).
So besteht eine positive Korrelation zwischen der Weite des Zitzenkanals und dem Infektionsrisiko: anfällige Tiere weisen deutlich weitere Lumina auf (1,0-1,25 mm) als gesunde Tiere (0,40-0,55 mm) (MIELKE und MICHEL 1994). Mit steigenden Milchflussraten (kurzer und weiter Zitzenkanal) steigt die Anzahl der Neuinfektionen mit pathogenen Keimen bzw. die Rate klinischer Mastitiden (GRINDAL und HILLERTON 1991). MC DONALD (1971) stellte fest, dass der Zitzenkanal anfälliger Euterviertel bzw. solcher Euterviertel, die mit S. aureus und coliformen Keimen infiziert waren, einen größeren Durchmesser und ein dünneres Stratum corneum aufwies. Auch CHRYSTAL et al. (1999) fanden höhere Zellzahlen und eine höhere Anfälligkeit für Mastitis bei einem größeren Durchmesser des Zitzenkanals. Der Einfluss der Zitzenkanallänge auf Neuinfektionen war bei Untersuchungen von GRINDAL und HILLERTON (1991) sowie LACY-HULBERT und HILLERTON (1995) ebenfalls erkennbar (ein längerer
Zitzenkanal senkt die Gefahr einer neuen Infektion). Dabei untersuchten die Autoren den Einfluss der Zitzenkanalmorphologie auf die Infektion mit pathogenen Erregern im Allgemeinen (GRINDAL und HILLERTON 1991) und speziell auf das Auftreten von Streptococcus (Sc.) agalactiae und Sc. uberis (LACY-HULBERT und HILLERTON 1995).
Entgegen bisheriger Aussagen fanden WAAGE et al. (1998) allerdings ante partum bei Tieren mit einem langsameren Milchfluss eine höhere Mastitisanfälligkeit als bei Tieren mit einem mittleren oder hohen Milchfluss. Hier wird jedoch angenommen, dass eine klinische Mastitis ante partum den Milchfluss während der frühen Laktation negativ beeinflusst. MYLLYS und RAUTALA (1995) fanden ebenfalls höhere Zellzahlen und eine höhere Mastitisanfälligkeit bei einem niedrigeren Milchfluss.
Zitzenkanalschluss
Nach dem Melken können Verhärtungen oder Schwellungen an den Zitzen auftreten, die durch Flüssigkeitsansammlungen in der Zitzenwand verursacht werden. Gelegentlich sehen die Zitzen nach Abnahme des Melkzeuges deshalb keilförmig oder zusammengedrückt aus (MEIN et al. 2001). Die Ursachen hierfür sind Blindmelken, hohes Vakuum, Fehler in der Pulsation, unterschiedlich lange Entlastungs- und Saugphasen, unangepasste Zitzengummis oder die Verwendung unterschiedlicher Melksysteme (HAMANN und MEIN 1990, HAMANN und MEIN 1988, HAMANN et al. 1993, MEIN et al. 2001). Diese Veränderungen des Zitzengewebes werden auch als „interne Läsionen“ bezeichnet. Es wird zwischen Ödemen, die als extravaskuläre Flüssigkeitsansammlungen definiert sind, und Kongestionen (Blutstauungen), die eine intravaskuläre Ansammlung von Flüssigkeiten darstellen, unterschieden (HAMANN und MEIN 1990). Schwellungen des Zitzengewebes stehen in Zusammenhang mit intramammären Infektionen, da sie die natürlichen Abwehrmechanismen des Zitzengewebes schwächen (HAMANN et al. 1993, HAMANN und MEIN 1988, RONNINGEN und REITAN 1990).
HAMANN und MEIN (1988, 1996) stellten fest, dass die Zitzenwanddicke in Abhängigkeit der Vakuumapplikation (30, 50, oder 70 kPa) und der Einstellung des Pulsators um 2 %, 8 % bzw. 21 % zunimmt. Wird ohne Pulsator gemolken, so nimmt die Zitzendicke um mehr als 30 % zu (HAMANN und MEIN 1990). Der intramammäre Druck, der vom Füllungszustand des Euters
ausgeht, wirkt sich nur geringfügig auf die Zitzenwanddicke aus (HAMANN und MEIN 1988).
Flüssigkeitsansammlungen im Gewebe führen zu einer längeren Melkzeit, da der Milchfluss reduziert wird (HAMANN und MEIN 1990, SIEBER und FARNSWORTH 1984). Eine längere Melkzeit geht wiederum mit einer stärkeren Belastung des Zitzengewebes einher (SHEARN und HILLERTON 1996, SIEBER und FARNSWORTH 1981). RONNINGEN und REITAN (1990) fanden keine Zusammenhänge zwischen dem Grad der Flüssigkeitsansammlungen und den Melkzeiten. Sie erkannten jedoch, dass mit Zunahme der Gewebeschwellungen an der Zitzenkuppe die Anzeichen klinischer Mastitiden stiegen. Dies wurde von FOX und CUMMING (1996) und ZECCONI et al. (1992) bestätigt. Gewebeschwellungen an der Zitzenspitze korrelieren positiv mit Rissen in der Zitzenhaut und so auch mit der Besiedlung der Haut durch pathogene Mikroorganismen (BURMEISTER et al. 1998) bzw. S. aureus (FOX und CUMMING 1996).
Chemische Abwehrmechanismen
Die Fettsäuren des Zitzenkanalkeratins sind an der Hemmung pathogener Mikroorganismen im Zitzenkanal beteiligt (WILLETT und MORSE 1966, HOGAN et al. 1986, HOGAN et al.
1987). Im Zitzenkanalkeratin dominieren vor allem die langkettigen Fettsäuren C16, C18 und C18:1 (HOGAN et al. 1986). Der Anteil der kurzen bis mittellangen Fettsäuren C4 bis C14 an den Gesamtfettsäuren liegt bei laktierenden Tieren bei 19,4 % (BITMAN et al. 1988).
In vitro wird die vollständige Hemmung von Sc. agalactiae durch die ungesättigten Fettsäuren C18:2 und C18:3 in Konzentrationen von jeweils 5 µg/ml erzielt. Um denselben Effekt zu erreichen, sind von den Fettsäuren C16 und C12 Konzentrationen von 25 µg/ml bzw.
über 40 µg/ml erforderlich (WILLETT und MORSE 1966). Auch HOGAN et al. (1987) weisen auf die bakteriozide Wirkung der ungesättigten Fettsäuren C18:2 und C18:3 in Konzentrationen von bis zu 100 µg/ml auf S. aureus, S. hyicus, Sc. agalactiae und C. bovis hin.
Neben Fettsäuren wurden in verschiedenen Studien antimikrobielle Proteine und Enzymsysteme im Zitzenkanalepithel nachgewiesen. So isolierten HIBBITT et al. (1969) aus dem Zitzenkanalkeratin Proteine, die in vitro in Konzentrationen von 2 µg/ml bis 5 µg/ml bzw.
11,5 µg/ml das Wachstum von S. aureus bzw. Sc. agalactiae um 50 % reduzieren. Der Anteil dieser Proteine am Zitzenkanalkeratin liegt den Autoren zufolge bei 4 bis 5 % bezogen auf die Feuchtmasse. Lysozym konnte in dieser Arbeit nicht im Zitzenkanal nachgewiesen werden. Auch SENFT et al. (1990) beobachteten die Hemmung von S. aureus durch Proteine des Zitzenkanalepithels. Die Autoren bestimmten eine mittlere Proteinmasse von 1,4 mg im Zitzenkanal. Kationische Proteine des Zitzenkanals führen zu morphologischen Veränderungen der Zellen von S. aureus (MACMILLAN und HIBBITT 1969).
COLLINS et al. (1988) wiesen im Plattenepithel des Zitzenkanals das Enzym Xanthinoxidase nach, das in vitro die antimikrobielle Wirkung des Lactoperoxidase-Systems gegenüber Sc.
uberis unterstützt.
NICKERSON (1987) und PAULRUD (2005) betonen, dass interzelluläre Lipide und freie Aminosäuren die Besiedlung des Zitzenkanals mit Mikroorganismen begünstigen können.
Immunologische Abwehrmechanismen
Bislang liegen nur unzureichende Erkenntnisse zur Immunaktivität des Zitzenkanalepithels vor. So sind die Keratinozyten aufgrund der Bildung von Cytokinen an der Entstehung lokaler inflammatorischer Prozesse und der Aktivierung von Leukozyten beteiligt und bilden nach der Aktivierung durch IFN-γ Klasse II MHC-Moleküle. Lymphozyten, die in das Epithel des Zitzenkanals eindringen, sind in den basalen Schichten des Stratum granulosum lokalisiert.
Aufgrund des Übergangs vom keratinisierten Plattenepithel des Zitzenkanals in das Epithel der Zitzenzisterne kommt es im Bereich der Fürstenberg’sche Rosette vermehrt zu Interaktionen zwischen eindringenden Mikroorganismen bzw. Toxinen und Epithelzellen und Lymphozyten (PAULRUD 2005). In Vierteln, die mit S. aureus infiziert sind, durchdringen Leukozyten die basale Epithelschicht im Bereich der Fürstenberg’sche Rosette und wandern bis zur luminalen Zellschicht (NICKERSON und PANKEY 1984). Mikroorganismen, die das Zitzenkanalkeratin besiedeln, werden möglicherweise durch polymorphkernige, neutrophile Leukozyten, die in das Zitzenkanalgewebe eindringen, phagozytiert (NICKERSON 1985). SIMON et al. (2007) wiesen an der Fürstenberg’sche Rosette von Vierteln mit somatischen Zellgehalten über 100.000 Zellen/ml ein vermehrtes Auftreten L-Selectin- und β2-Integrin-positiver Zellen nach.
Mikrobielle Besiedlung der Zitzenhaut und des Zitzenkanals
In verschiedenen Arbeiten wurde gezeigt, dass die Bakteriendichte im Einstreumaterial mit der Mikroorganismendichte auf der Zitzenhaut laktierender Milchkühe positiv korreliert ist (RENDOS et al. 1975, HOGAN und SMITH 1997, HOGAN et al. 1999, ZDANOWICZ et al.
2004). Darüber hinaus stellten einige Autoren fest, dass der Zusatz saurer oder alkalischer Substanzen zu organischen Einstreumaterialien die mikrobiellen Populationen im Einstreumaterial und auf der Zitzenhaut reduzierte (HOGAN und SMITH 1997, HOGAN et al.
1999). Bislang liegen nur wenige Erkenntnisse zu den Wechselwirkungen zwischen der Mikroflora der Zitzenhaut und der des Zitzenkanals vor. Die Ergebnisse der Untersuchung der genetischen Profile verschiedener Isolate von S. aureus weisen darauf hin, dass die Zitzenhaut, die Zitzenöffnung und der Zitzenkanal durch dieselben Pulsfeldtypen besiedelt werden können (HAVERI et al. 2008). Daher ist derzeit von einem Austausch zwischen den Populationen auszugehen. Im Vergleich zu der Zitzenöffnung weist jedoch der Zitzenkanal eine geringere Diversität Koagulase-negativer Staphylokokken auf (TAPONEN et al. 2008).
Etwa 25 % der untersuchten Isolate der Mikroflora der Zitzenhaut, die den Gattungen Corynebacterium (C.), Bacillus und Aerococcus zuzuordnen sind, können in vitro Mastitiserreger hemmen. Daher ist davon auszugehen, dass die Besiedlung der Zitzenhaut mit C. xerosis, Bacillus sp. und Aerococcus viridans in Beziehung mit der Widerstandsfähigkeit der bovinen Milchdrüse gegenüber der Entstehung von Mastitiden steht (WOODWARD et al. 1987, WOODWARD et al. 1988). Viertel von Färsen, deren Zitzenspitzen im präpartalen Zeitraum mit S. chromogenes besiedelt sind, weisen, verglichen mit unbesiedelten Vierteln, in den ersten Laktationstagen geringere somatische Zellzahlen auf (DE VLIEGHER et al. 2003). Zwei von zehn S. chromogenes-Isolaten hemmten in vitro das Wachstum von S. aureus, Sc. dysgalactiae und Sc. uberis. Keines der Isolate besaß jedoch eine hemmende Wirkung gegenüber Escherichia (E.) coli (DE VLIEGHER et al. 2004). Von sieben Milchsäurebakterien-Isolaten aus Zitzenkanälen hemmten Enterococcus saccharolyticus die Erreger Sc. dysgalactiae, Enterococcus faecium und Listeria monocytogenes sowie Lactococcus lactis subsp. lactis die Erreger Sc. dysgalactiae und Sc. uberis (ESPECHE et al. 2009).
Neben einer Kolonisation mit Mikroorganismen, die hemmend auf pathogene Mikroorganismen wirken, findet insbesondere eine Besiedlung des Zitzenkanals durch Staphylokokken statt. Zu den typischen Besiedlern des bovinen Zitzenkanals zählen vor allem S.
aureus, Koagulase-negative Staphylokokken und C. bovis (DEVRIESE und DE KEYSER 1980, WILLIAMS und MEIN 1985, TAPONEN et al. 2008). Aus der Studie von DU PREEZ (1985) geht hervor, dass Koagulase-negative Staphylokokken mit einem Anteil von 45 %, S. aureus mit 18 %, C. bovis mit 16 % und Sc. agalactiae mit 8 % die dominierenden Mikroorganismen darstellen. DEVRIESE und DE KEYSER (1980) wiesen in Zitzenkanälen die Koagulase- negativen Staphylokokken S. epidermidis, S. xylosus und S. haemolyticus nach. Mithilfe des Ribotypings konnten S. chromogenes, S. sciuri carnaticus, S. simulans, S. succinus succinus und S. xylosus als wichtige Besiedler der Zitzenkanäle laktierender Tiere identifiziert werden (TAPONEN et al. 2008). Daneben besiedeln Micrococcus spp. die Zitzenkanäle von Färsen und Tieren in der ersten und zweiten Laktation (FORBES 1968).
Trotz aller Detailkenntnisse zur Rolle des Zitzenkanals im Infektionsgeschehen der Milchdrüse fehlen bislang klinisch epidemiologische Studien, die die kausale Kette vervollständigen. Die Einschätzung der mikrobiellen Flora erfolgt bislang nahezu ausschließlich qualitativ, sodass Beeinflussungen der mikrobiellen Besiedlung nur im Ansatz dargestellt werden können. Die mikrobielle Kolonisation kann wahrscheinlich vor allem durch die Haltungsumwelt der Tiere, durch Pflege und Desinfektion der Zitzenhaut und indirekt durch die Einwirkung der, beim maschinellen Milchentzug herrschenden, Kräfte beeinflusst werden. Insbesondere bei auftretenden Vakuumschwankungen unter der Zitze können Mikroorganismen, die das Epithel des Zitzenkanals besiedeln, in tiefer liegende Regionen der Milchdrüse gelangen und dort Infektionen verursachen. Ebenso sind der Effekt des Zitzenkanalschlusses in der nicht laktierenden Phase und die Bedeutung der Zitzenkanalmorphologie auf die Entstehung von Infektionen der Milchdrüse und Mastitiden nicht so weit untersucht worden, dass daraus Ableitungen für das Management in Milchviehbetrieben gezogen werden können. Die
durchgeführten eigenen Arbeiten versuchen hier Bausteine hinzuzufügen und so den Bogen von der theoretischen zur anwendungsorientierten Ebene zu bilden.
Abbildung 2 gibt einen schematischen Überblick über die Rolle des Zitzenkanals im Rahmen der Entstehung von Mastitiden.
Abbildung 2: Zitzenspitze eines laktierenden Rindes (HE Färbung; 400 fache Vergrößerung) – Einflussfaktoren auf die Besiedlung und die Infektionsabwehr des Zitzenkanals
III Eigene Untersuchungen
III.1 Die mikrobielle Besiedlung des Zitzenkanals bei Milchkühen - Bedeutung und Einflussfaktoren
(Anhang, Publikation1)
Im Rahmen eines Literaturreviews wurde der Kenntnisstand zur mikrobiellen Besiedlung des Zitzenkanals bei Milchkühen ermittelt. Dabei lag der Schwerpunkt auf der Analyse der Rolle des Zitzenkanals im Infektionsgeschehen von Mastitiden. Die verfügbare Literatur benennt verschiedene physikalische Mechanismen im Zitzenkanal, die als Barriere gegen eindringende Mikroorganismen zur Verfügung stehen, wie den nach außen gerichteten Milchfluss und die dadurch entstehenden, Keratin- und Bakterien-abtragenden Scherkräfte, die nach distal orientierten Papillen und die physiologische Hyperkeratose sowie die Häufung von Muskelfasern in der Zitzenspitze zur Aufrechterhaltung des Zitzenkanalschlusses. Unterstützt werden die unspezifischen Abwehrfunktionen des Zitzenkanals durch antimikrobielle Eigenschaften von Fettsäuren, Proteinen und Enzymen, die im Stratum corneum, dem Zitzenkanalkeratin, lokalisiert sind. Die Arbeiten zeigen aber auch, dass trotz dieser Mechanismen bereits der Zitzenkanal nulliparer Färsen und laktierender primiparer und multiparer Tiere durch eine Vielzahl von Bakterien, vor allem aber durch Staphylokokken, besiedelt werden. Neben solchen Mikroorganismen, die eher als pathogen charakterisiert werden, zeigen weitere Arbeiten jedoch, dass im Zitzenkanal, im Bereich der Zitzenöffnung und auf der Zitzenhaut Bakterien nachzuweisen sind, die eine hemmende Wirkung gegenüber Mastitiserregern besitzen. Zurzeit werden in der Literatur vor allem Methoden beschrieben, die lediglich eine qualitative oder semiquantitative Untersuchung der Besiedlung boviner Zitzenkanäle erlauben.
Es wird gezeigt, dass die Besiedlung des Zitzenkanals im Wesentlichen durch hygienische Maßnahmen, die im Zusammenhang mit dem Milchentzug stehen, beeinflusst werden kann.
Hierzu gehören die Reinigung der Zitzen vor dem Melken, eine entsprechende Melkzeughygiene
sowie die Desinfektion der Zitzen nach dem Milchentzug. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass akute Zitzenkonditionsstörungen, die durch den maschinellen Milchentzug induziert werden, mit einer Zunahme des Anteils besiedelter Zitzenkanäle einhergehen. In epidemiologischen Studien konnte bereits ein Erregertransfer zwischen den Populationen des Zitzenkanals und sowohl den sich proximal anschließenden Drüsenbereichen als auch der Umwelt der Tiere nachgewiesen werden. Inwieweit jedoch der Zitzenkanal als Erregerreservoir von Bedeutung ist, konnte bislang nur unzureichend geklärt werden.
Die Ergebnisse der Literaturrecherche unterstützen die bisher gültigen Empfehlungen zur Melkhygiene. Milcherzeugende Betriebe sollten Maßnahmen umsetzen, die einer Besiedlung des Zitzenkanals mit vor allem pathogenen Mikroorganismen entgegenwirken. Dazu zählen eine entsprechende Qualität der Reinigung der Zitzen vor dem Melken und eine wirksame Zitzendesinfektion nach dem Melken. Der Transfer von Mikroorganismen von Zitzengummis und anderen Melkzeugkomponenten auf Zitzenepithelien ist durch wirksame erregerreduzierende Maßnahmen (z.B. Melkzeugzwischendesinfektion) zu minimieren. Daneben kommt aber auch der Aufrechterhaltung der Abwehrmechanismen der Zitze eine besondere Bedeutung zu. Vor allem akute Zitzenkonditionsstörungen können die mikrobielle Besiedlung von Zitzenkanälen begünstigen.
III.2Besiedlung von Zitzenhaut und Zitzenkanal laktierender Milchrinder durch euterpathogene Mikroorganismen
(Anhang, Publikation 2)
Da zum besseren Verständnis der mikrobiellen Besiedlung der Zitzenhaut und des Zitzenkanals eine quantitative Beschreibung der entsprechenden Mikroorganismenflora notwendig ist, wurde eine entsprechende Methode entwickelt. Ergebnisse, die mit Hilfe dieser Methode innerhalb einer Prävalenzstudie in 32 deutschen Milchviehherden gewonnen wurden, sind dargestellt. Insgesamt wurden 839 Zitzenhaut- und 1358 Zitzenkanaltupfer von 474 Tieren untersucht. Verschiedene qualitative Studien konnten zeigen, dass die Zitzenhaut und das
Zitzenkanalepithel vor allem durch Staphylokokken sowie andere pathogene oder fakultativ pathogene Mikroorganismen besiedelt werden. Um den auf die Milchdrüse einwirkenden Erregerdruck abschätzen zu können, wurde in dieser Prävalenzstudie mit Hilfe der Nass- Trockentupfertechnik nach DIN 10113-1: 1997-07 die Besiedlung der bovinen Zitzenhaut und des Zitzenkanals mit S. aureus, Sc. uberis, Enterokokken und coliformen Keimen untersucht.
Insgesamt wiesen 84,5 % der untersuchten Zitzenkanäle (n = 1358 Viertel) klinisch eutergesunder Tiere eine mikrobielle Besiedlung durch mindestens eine der Erregergruppen auf.
Während von den untersuchten Zitzenkanälen 72,2 % durch S. aureus und 77,6 % durch Sc.
uberis besiedelt waren, lag der Anteil positiver mikrobiologischer Nachweise für Enterokokken, E. coli sowie andere coliforme Keime bei maximal 42,0 %. Innerhalb der Erregergruppen sowie für umweltassoziierte Erreger konnten Korrelationen zwischen den Erregerdichten auf der Zitzenhaut und im Zitzenkanal nachgewiesen werden. Der Vergleich der logarithmierten Mikroorganismendichten der einzelnen Erregergruppen auf der Zitzenhaut und im Zitzenkanal zeigte, dass diese nicht unabhängig voneinander sind. Innerhalb der vier Erregergruppen S.
aureus, Sc. uberis, E. coli und andere coliforme Keime konnten für die logarithmierten Erregerdichten jeweils Korrelationskoeffizienten von r ≥ 0,30 (p < 0,001) ermittelt werden. Die festgestellte hohe Variationsbreite der Erregerdichten auf den Zitzenepithelien weist darauf hin, dass in Milchviehbetrieben durch Managementmaßnahmen Einfluss auf die mikrobiellen Populationen im Zitzenkanal genommen werden kann. Die Ergebnisse dieser Studie machen deutlich, dass die Beprobung der Zitzenkanäle mit der Nass-Trockentupfertechnik zukünftig eine Beurteilung der Effektivität haltungs- und melkhygienischer Maßnahmen unter Feldbedingungen ermöglicht.
III.3 Zitzenkanalschluss von nichtlaktierenden Rindern vor der ersten Abkalbung und dessen Einfluss auf die Eutergesundheit in der Folgelaktation
(Anhang, Publikation 3)
Der Verschluss des Zitzenkanals in nichtlaktierenden Phasen durch einen Keratinpfropf wird als sicherer Schutz vor Neuinfektionen der Milchdrüse bewertet (COMALLI et al. 1984). Da jedoch viele Erstlaktierende ihre ersten Laktationen bereits mit Infektionen der Milchdrüsen beginnen und diese zu einer Reduktion der Lebensmilchleistung führen, stellt sich die Frage, wann der Keratinpfropf aus den Zitzenkanälen gravider Rinder verschwindet und inwieweit dies mit einer Zunahme von Infektionen der Milchdrüsen einhergeht. Zur Beantwortung dieser Frage wurden 84 Färsen der Rasse Deutsch-Holstein aus sechs Milchviehbetrieben in Norddeutschland (Niedersachsen und Sachsen-Anhalt) mit überdurchschnittlich hoher Milchleistung (Herdenmittel
> 9000 kg) im Rahmen einer Longitudinalstudie, beginnend 10 Wochen vor ihrer ersten Abkalbung, klinisch untersucht. Falls die Einzelviertel bei den Untersuchungen nicht mehr durch einen Keratinpfropf verschlossen waren, wurden Sekretproben entnommen und mikrobiologisch untersucht. Bis zur Geburt wurden die Untersuchungen in höchstens vierwöchentlichen Abständen wiederholt. Nach der Geburt erfolgte eine zytobakteriologische Untersuchung alle 10 Wochen bis zum Ende der ersten Laktation, sowie bei klinischen Mastitisfällen. Nach der Geburt wurden die Viertelgemelksproben als Doppelproben entnommen. Die vorliegenden Daten zeigen, dass geöffnete Zitzenkanäle bereits lange vor der Abkalbung auftreten und mit mikrobiellen Besiedlungen einhergehen können. Diese stehen wiederum in enger Beziehung zu klinischen und subklinischen Mastitisfällen der ersten Laktation. Bis zu 80 Tage vor der Geburt waren keine geöffneten Zitzenkanäle vorhanden. 60 Tage vor der Geburt waren jedoch schon 60 % der Zitzenkanäle geöffnet. Ein zeitabhängiges Infektionsmuster der Färsen mit geöffneten Drüsenvierteln wurde ermittelt. Während Infektionen, die zwischen 90 und 61 Tage vor dem Abkalben auftraten, durch Hautbewohner (Koagulase negative Staphylokokken, coryneforme Mikroorganismen) verursacht wurden, traten zwischen dem 60. und dem 31. Tag vor dem Abkalben dominierend kuhassoziierte Mikroorganismen und im letzten Monat vor der Geburt vor allem umweltassoziierte Mikroorganismen auf. 77 % der zur Abkalbung nachgewiesenen
intramammären Infektionen waren bereits im präpartalen Zeitraum vorhanden. Die Inzidenz klinischer Mastitiden in der ersten Laktation wurde vor allem von der Länge der intramammären Besiedlung ante partum und den jeweiligen Mastitiserregern beeinflusst. Diese Studie zeigte als erste Arbeit, dass bereits einige Monate vor der Geburt ein großer Prozentsatz der Euterviertel von Färsen nicht mehr durch einen Keratinpropf verschlossen ist und dass die vorzeitige Öffnung des Zitzenkanals einen wichtigen Faktor in der Ätiologie der Färsenmastitis darstellt.
III.4 Neuinfektionsrate der bovinen Milchdrüse nach Applikation interner Zitzenversiegler zum Trockenstellen
(Anhang, Publikation 4)
Mit diesen Untersuchungen sollte erstmals in Deutschland der Effekt des Zitzenkanalverschlusses anhand der Applikation eines internen Zitzenversieglers (OrbeSeal®, Pfizer Animal Health) zum Trockenstellen in einem kontrollierten Versuchsdesign nachgewiesen werden. Der interne Zitzenversiegler soll durch den Verschluss des Zitzenkanals von Milchkühen gesunde Drüsenkomplexe während der Trockenperiode vor Neuinfektionen schützen. Das Ziel zweier Feldversuche bestand darin, die Neuinfektionsrate der Milchdrüsen unter alleiniger Anwendung von OrbeSeal® im Vergleich zu einer unbehandelten Kontrollgruppe zu bestimmen. In Experiment 1 wurden 128 Kühe aus 24 Milchviehbetrieben Niedersachsens in die Studie aufgenommen. Vor der Trockenstellung nach dem letzten Melken und der intramammären Anwendung des Präparates bei den Versuchstieren wurden Viertelanfangsgemelksproben zur zytobakteriologischen Analyse 14 Tage, 7 Tage und unmittelbar vor dem letzten Melken entnommen. Nach der Abkalbung wurden weitere Viertelanfangsgemelksproben zwischen dem ersten und dritten Tag nach der Abkalbung und 7 bzw. 14 Tage später entnommen. Die Neuinfektionsrate in der OrbeSeal®- Gruppe betrug auf Viertelebene 7,4 %. In der Kontrollgruppe lag die Neuinfektionsrate bei 12,7 % (P = 0,01). In Experiment 2 wurde die Neuinfektionsrate von mit OrbeSeal® behandelten Eutervierteln im sogenannten „Split-udder-Design“ gegenüber den benachbarten
Eutervierteln bei 93 nach den DVG-Kriterien auf allen vier Eutervierteln gesunden (normale Sekretion) Kühen aus sechs Milchviehbetrieben Norddeutschlands bestimmt. Es wurden jeweils die vorderen rechten und hinteren linken Euterviertel mit OrbeSeal behandelt, während die beiden anderen Viertel als Kontrolle dienten. Die Untersuchungsmethodik erfolgte wie im Experiment 1. Hier wurde in der OrbeSeal®-Gruppe eine Neuinfektionsrate von 2,8 % und in der Kontrollgruppe eine Neuinfektionsrate von 11,5 % erreicht (P < 0,05).
Somit konnte gezeigt werden, dass die Applikation von OrbeSeal® zum Trockenstellen die Neuinfektionsrate von Milchdrüsenvierteln in der Trockenperiode signifikant senken kann, ohne eine vollständige Verhinderung von Neuinfektionen zu erreichen.
III.5 Risikofaktoren für intramammäre Infektionen und subklinische Mastitiden bei Färsen nach der ersten Abkalbung
(Anhang, Publikation 5)
Im Rahmen einer Querschnittsstudie wurde der Frage nachgegangen, welche tier- und insbesondere viertelindividuellen morphologischen Merkmale und Haltungsbedingungen mit der Mastitisprävalenz am Auktionstag erstlaktierender Milchkühe in Beziehung stehen. Hierzu wurden 436 abgekalbte erstlaktierende Auktionstiere der niedersächsischen Zuchtviehmärkte am Auktionsplatz klinisch untersucht und die Zitzenmaße ermittelt. Zudem wurden Viertelgemelksproben entnommen und weitere Daten zur Haltung der Tiere anhand eines Fragebogens ermittelt. Die Auktion fand im Mittel am 41. Laktationstag statt. An diesem Tag wiesen 31 % der Erstlaktierenden intramammäre Infektionen in wenigstens einem Euterviertel auf. 18 % der Euterviertel waren infiziert. Am häufigsten wurden Infektionen mit Koagulase negativen Staphylokokken (68 % der bakteriologisch positiven Befunde) ermittelt. Mit Hilfe logistischer Regressionsmodelle wurde ermittelt, dass juveniles Besaugen, Zitzen mit einer Länge unter 35 mm und Zitzen mit einem Durchmesser < 18 mm sowie Euterödeme am Tag der Auktion mit intramammären Infektionen assoziiert waren. Mit subklinischen Mastitiden – also
mit einer Erhöhung der Viertanfangsgemelkszellzahl > 100.000 Zellen/ml – waren die Tiere assoziiert, die während der Trächtigkeit in Offenställen und auf organischen Einstreumitteln gehalten wurden, die mit juvenilen Besaugern konfrontiert waren oder eine klinische Mastitis unmittelbar nach der Abkalbung (in der ersten Laktationswoche) aufwiesen. Ferner wiesen Viertel mit einem Zitzendurchmesser von weniger als 18 mm ebenfalls ein höheres Risiko für das Auftreten einer subklinischen Mastitis auf.
III.6 Beziehungen zwischen Zitzenendhyperkeratosen und der mikrobiellen Besiedelung des Zitzenkanals bei laktierenden Milchkühen
(Anhang, Publikation 6)
Das Ziel dieser Untersuchung war es, die Beziehung zwischen der Verhornung der Zitzenspitze, die durch das maschinelle Melken induziert werden kann, und der mikrobiellen Besiedlung des Zitzenkanals zu untersuchen. Aminosäuren und interzelluläre Lipide können die mikrobielle Kolonisation des Zitzenkanalepithels unterstützen. In dieser Feldstudie wurden Zitzenpaare, die sich in den zitzenendigen Hyperkeratosegraden unterscheiden, in einem Split- udder Experiment verglichen.
In den meisten Milchviehbetrieben bestehen bei morphologisch ähnlichen Zitzen einzelner Tiere keine Unterschiede in den ermittelbaren Hyperkeratosegraden der Zitzenspitzen. In zwei Milchviehbetrieben mit Melkkarussellen, die aufgrund ungleicher Positionierung der Melkzeuge unter den Milchdrüsen unterschiedliche Hyperkeratosegrade benachbarter Zitzen aufwiesen, wurde die mikrobielle Besiedlung der Zitzenkanäle mit Hilfe der Nass-Trockentupfer-Technik untersucht. S. aureus, Sc. uberis, E. coli und andere coliforme Mikroorganismen wurden kulturell quantitativ bestimmt. Der Nachweis und die Anzahl von E. coli im Zitzenkanal war signifikant mit dem Hyperkeratosegrad assoziiert (P < 0.05). Signifikante Unterschiede des positiven E. coli- Nachweises und auch der Mikroorganismenzahl von E. coli und Sc. uberis wurden zwischen wenig hyperkeratotischen und stark hyperkeratotischen Eutervierteln identifiziert. Keine signifikanten Unterschiede konnten in Bezug auf den S. aureus-Nachweis in Zitzenkanälen unter
Berücksichtigung des Hyperkeratosescores nachgewiesen werden. Zitzenkanäle mit ausgeprägten Hyperkeratosen wiesen mehr Mikroorganismen auf als ihre Vergleichszitzen. Die Ergebnisse dieser Studie, die vom experimentellen Design bislang einmalig ist, zeigen, dass im Gegensatz zu den bisherigen Annahmen umweltassoziierte Mikroorganismen im Zitzenkanal mit dem Hyperkeratosegrad assoziiert sind. Somit konnte ein wesentlicher Einflussfaktor auf die Erregerdichte im Zitzenkanal - insbesondere von Mastitiserregern - beschrieben werden. Weitere Arbeiten müssen nun die Bedeutung anderer möglicher Einflussfaktoren klären.
III.7 Beziehungen zwischen dem Einstreumaterial und der mikrobiellen Besiedlung der Zitzenhaut und des Zitzenkanals bei laktierenden Milchkühen
(Anhang, Publikation 7)
Verschiedene Mikroorganismen sind in der Lage, den Zitzenkanal des Rindes zu besiedeln.
Wenngleich diese Kolonisation als Vorstufe der Mastitisentstehung betrachtet wird, sind die Kenntnisse über die im Zitzenkanal vorherrschende Mikroorganismenflora und die Möglichkeiten ihrer Beeinflussung gering. Das Ziel der Untersuchung bestand darin, den Einfluss eines Einstreumittels aus Holzspänen, welches mit Hilfe eines Löschkalk basierten kommerziellen Zusatzes stark alkalisiert war, auf die Art und Dichte der Mikroorganismen auf der Zitzenhaut und im Zitzenkanal zu untersuchen. In der Untersuchung wurde ein Überkreuz Design benutzt. Zehn laktierende Kühe der Rasse Deutsch Holstein ohne Infektionen der Milchdrüsen dienten als Probanden.
Die Tiere wurden entweder in einem Laufstall mit Tiefboxen gehalten, in dem die Tiefboxen mit Sägespänen beschickt wurden, oder in einem baugleichen Laufstall mit Boxen, die eine Füllung aus Sägespänen und einem kommerziellen Einstreuzusatz auf der Basis von Löschkalk enthielten. Einmal am Tag wurde frisches Einstreumaterial ergänzt. Nach drei Wochen wurde das Einstreumaterial aus den Boxen entfernt und frisches Einstreumaterial in die Boxen gefüllt. Dann wechselten die Tiere, die zuvor im Stall mit Einstreuzusatz gehalten wurden in den Stall ohne Zusatz und umgekehrt.
Mit Hilfe der Nass-Trockentupfertechnik wurden Zitzenhaut und Zitzenkanäle nach den Versuchswochen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 beprobt. In den Proben wurde die Anzahl von S. aureus, Sc.
uberis, E. coli und anderen coliformen Mikroorganismen bestimmt. Die alkalisierte Einstreu beeinflusste den Erregergehalt von Sc. uberis, E. coli und anderen coliformen Mikroorganismen auf der Zitzenhaut.
Weiterhin wurde eine Assoziation zwischen dem Einstreumaterial und der Besiedlung der Zitzenkanäle mit coliformen Mikroorganismen gefunden. Die Anzahl von S. aureus war nicht mit dem verwendeten Einstreumaterial assoziiert. Insgesamt zeigte die Arbeit, dass durch eine alkalisierte Einstreu auf der Basis von Sägespänen die Anzahl von Umwelterregern auf der Zitzenhaut und im Zitzenkanal signifikant reduziert werden kann.
IV Diskussion
Ziel der eigenen Untersuchungen war es, die Bedeutung des Zitzenkanals und seiner mikrobiellen Besiedlung im Rahmen der Ätiologie der Mastitis des Rindes besser einschätzen und aufgrund dieser Einschätzung Präventionsmaßnahmen bewerten zu können. Wenngleich die Bedeutung des Zitzenkanals in der Mastitisätiologie grundsätzlich bekannt ist, fehlen verschiedene Details zur Bewertung der Bedeutung und zu Einflussmöglichkeiten. Für die wissenschaftliche Einschätzung ist weiterhin die Quantifizierung der mikrobiologischen Besiedlung boviner Zitzenkanäle erforderlich. Hierzu sollte eine praxisfähige Methode entwickelt und etabliert werden, da die vorliegenden Methoden lediglich die qualitative oder semiquantitative Untersuchung der Besiedlung boviner Zitzenkanäle erlaubten. Nach Darstellung des wissenschaftlichen Kenntnisstandes und Entwicklung einer entsprechenden Methode stellen verschiedene Feldstudien die Basis der Untersuchung dar. Die Studien sind entsprechend ihrer jeweiligen Fragestellungen als Querschnittsstudien (Deutschlandweite Prävalenzstudie zur mikrobiellen Besiedlung der Zitzenhaut und des Zitzenkanals [Studie 2], Auktionsuntersuchung von erstlaktierenden Tieren [Studie 5]), Longitudinalstudien (Untersuchung zur Öffnung des Zitzenkanals bei Färsen [Studie 3]) oder als randomisierte und kontrollierte Fall-/Kontrollstudien (Teat sealer-Studie [Studie 4], Hyperkeratose und mikrobielle Besiedlung [Studie 6], Alkalisierung der Einstreu und mikrobielle Besiedlung [Studie 7]) durchgeführt worden. Es wurden verschiedene methodische Maßnahmen getroffen, um eine Beeinflussung der Daten durch Bias gering zu halten. Hierzu gehörte die Sicherstellung entsprechender Stichprobengrößen mit randomisierter Auswahl genauso wie das Training der Untersucher und Probenehmer und die Beschränkung dieser auf kleine Personengruppen. Im Falle der Untersuchung erstlaktierender Tiere zum Auktionstermin weist die Studie einen bewusst gewählten „Selection Bias“ auf. So wurde eine überdurchschnittlich leistungsstarke und gesunde Subkohorte gewählt, da diese der gewünschten Zielpopulation am meisten entspricht. Die durchgeführten Beobachtungsstudien erlauben ihrem Wesen nach nur die Ermittlung von Assoziationen zwischen vermuteten Ursachen und Wirkungen, wenngleich stets versucht wurde, die entsprechenden
substanzwissenschaftlichen Kriterien zur Abgrenzung einer Kausalbeziehung von einer indirekten Beziehung zu berücksichtigen.
Besiedlung von Zitzenhaut und Zitzenkanal laktierender Milchrinder durch euterpathogene Mikroorganismen
Bislang lagen nur qualitative bis semiquantitative Untersuchungsergebnisse zur Zitzenkanalbesiedlung vor (MYLLYS et al. 1994, SCHÖTT 1993). Dabei kann die mikrobielle Besiedlung des Zitzenkanals, so schlussfolgern einige Autoren aus ihren Untersuchungen, die Entstehung von Mastitiden begünstigen (DU PREEZ 1985, ZECCONI et al. 1992). Zwischen den Erregerdichten in der Einstreu und auf der Zitzenspitze können positive Korrelationen bestehen (HOGAN et al. 1999, ZDANOWICZ et al. 2004). Somit war das Ziel der 2. Arbeit die Entwicklung einer entsprechenden quantitativen Technik und die quantitative Beschreibung der pathogenen Zitzenkanalflora.
Mit der Nass-Trockentupfer-Technik nach DIN 10113–1: 1997–07 ließen sich im Rahmen dieser Arbeit die euterpathogenen Mikroorganismen S. aureus, Sc. uberis, Enterokokken und coliforme Keime sowohl auf der bovinen Zitzenhaut als auch im Zitzenkanal ohne Beschädigungen nachweisen. Als nichtdestruktives Verfahren weist diese Methode Wiederfindungsraten von unter 100% auf (DORSA et al. 1996). Bei einer standardisierten Durchführung ermöglicht die Methode jedoch eine definierte Probeentnahme von Oberflächen (PFANNENSCHMIDT 2003). Die Beprobung der Zitzenkanäle nach dem maschinellen Milchentzug erleichtert das Einführen der Tupfer und reduziert so das Risiko, das Zitzenkanalepithel zu verletzen und damit zu einer Erhöhung des Mastitisrisikos beizutragen. Nach DU PREEZ (1986) erleichtern Milchreste im Zitzenkanal die Probenahme mit Tupfern. Der Probenahmezeitpunkt (vor/nach dem Milchentzug) hat keinen Effekt auf den qualitativen Mikroorganismengehalt der Zitzenkanaltupfer (SCHÖTT 1993). Dies deckt sich jedoch nicht mit der Einschätzung von WATTS et al. (1991), dass Milch aus der Zitzenzisterne zu einer möglichen Kontamination des Zitzenkanalepithels führen kann.
Die hohe Variationsbreite der Daten innerhalb der untersuchten Tiergruppe weist darauf hin, dass
durch entsprechende Managementmaßnahmen eine Beeinflussung der Erregerpopulationen erzielt werden kann. Als Risikofaktoren für die mikrobielle Besiedlung boviner Zitzenkanäle wurden bislang durch den Milchentzug induzierte Veränderungen der Zitzendicke, chronische Zitzenkonditionsstörungen, die mikrobiologische Einstreuqualität sowie die Melkhygiene identifiziert (KRÖMKER et al. 2009, NEWBOULD et al. 1970, PADUCH et al. 2009, SPOHR 2007, WATTS et al. 1991, ZECCONI et al. 1992), sodass vor allem Maßnahmen zur Erhaltung und zur Erzielung einer guten Zitzenkondition sowie zur Optimierung der Melk- und Haltungshygiene in Milchviehbetrieben Umsetzung finden müssen. Weiterhin kann aus den quantitativen Daten zur Zitzenkanalbesiedlung erstmalig abgeleitet werden, dass S. aureus und Sc. uberis zur autochthonen Zitzenkanalflora gezählt werden müssen – im Mittel sind die Zitzenkanäle mit 1,66 log KbE besiedelt, wohingegen Enterokokken, E. coli und coliforme Keime als kontaminierende Flora (im Mittel nicht vorhanden) bewertet werden müssen. Dies steht im Gegensatz zu den Ergebnissen von PRYOR (2008), die aufgrund ihrer Versuchsmethodik den Nachweis von Sc. uberis im Zitzenkanal nicht sicher einordnen konnte.
Die in dieser Studie erhobenen Daten zeigen, dass bei klinisch eutergesunden Tieren zwischen den Mikroorganismendichten auf der Zitzenhaut und im Zitzenkanal sowohl innerhalb der Erregerguppen als auch zwischen den umweltassoziierten Erregern (Sc. uberis, coliforme Keime) Korrelationen bestehen. Bisher liegen in der Literatur jedoch nur unzureichende Daten zu den Wechselwirkungen zwischen Zitzenhaut- und Zitzenkanalfloren sowie der Dynamik der Mikroorganismenpopulationen auf den Zitzenepithelien vor. So konnten CULLEN und HEBERT (1967) zwar leichte Anstiege der Zitzenhautbesiedlung durch Koagulase-negative Staphylokokken in den Sommermonaten, aber keinen jahreszeitlichen Effekt auf die Zitzenkanalkolonisation beobachten.
Öffnung des Zitzenkanals bei Färsen und Assoziationen zum Auftreten von Mastitiden
Die Rolle des Zitzenkanals in der Entstehung von Mastitiden lässt sich bei Färsen am besten prüfen, da erst durch die erstmalige Öffnung des Zitzenkanals vor und zu Beginn der ersten Laktation ein unmittelbarer Zugang von der Außenwelt des Tieres zum laktierenden Epithel
entsteht. Zum ersten Mal konnte gezeigt werden, dass geöffnete Zitzenkanäle, die nicht durch einen Keratinpropf geschützt werden, bereits 10 Wochen vor der Abkalbung auftreten. Diese Befunde unterscheiden sich von den Ergebnissen von WILLIAMSON (2002), der geöffnete Viertel nicht früher als vier Wochen vor der Geburt identifizierte. Möglicherweise unterliegen diese Unterschiede genetischen Effekten, da die angewandten Methoden gut reproduzierbar sind.
In Übereinstimmung mit der Arbeit von Williamson wurden bakterielle Besiedlungen in 66% der offenen Zitzen bereits vor der Geburt identifiziert. Insofern stützt diese Arbeit die These und beweist auf Ebene der Bakterienspezies, dass viele Mastitisfälle der Frühlaktation Folgen von Infektionen der Milchdrüse aus der vorlaktierenden Phase sind. Somit werden die Ergebnisse der Arbeit von DINGWELL et al. (2004) bestätigt, die zeigen konnten, dass die frühzeitige Bildung des Keratinpfropfens das Mastitisrisiko in der Folgelaktation senken kann. Die nachgewiesenen Mastitiserreger - Koagulase-negative Staphylokokken, S. aureus und Umwelterreger in absteigender Bedeutungsreihenfolge in den drei Beprobungsperioden (vor der Kalbung, Kolostralphase, Frühlaktation) - entsprechen den Verteilungen anderer Studien (OLIVER und MITCHELL 1983, TRINIDAD et al. 1990, PANKEY et al. 1991, ROBERSON et al. 1994, FOX et al. 1995, MYLLYS 1995, AARESTRUP und JENSEN 1997).
Die Ergebnisse einer Feldstudie zur Wirksamkeit eines internen Zitzenversieglers auf Basis von Wismuthsubnitrat in Paraffin (OrbeSeal®) in 28 norddeutschen Milcherzeugerbetrieben bestätigen die vorgenannten Ergebnisse zur Bedeutung des Zitzenkanals in der Mastitisätiologie (KRÖMKER et al. 2010). Hinzu kommt, dass keine der bislang publizierten Studien zudem den Einfluss der Anwendung eines internen „Teat sealer“ bei nach den geltenden Definitionen vollständig eutergesunden Tieren untersuchte, so dass eine massive Reduktion von Confoundern angenommen werden kann. Unter Bedingungen niedriger Neuinfektionsraten wurden in zwei randomisierten und kontrollierten Experimenten signifikante Neuinfektionsratenunterschiede zwischen mit OrbeSeal® behandelten Vierteln und Tieren und ihren unbehandelten Kontrollgruppen von 5-7 % ermittelt. Hieraus kann abgeleitet werden, dass der künstliche Verschluss des Zitzenkanals durch einen internen „Teat sealer“ effektiv auf die Entstehung von Mastitiden Einfluss nehmen kann.
Neben dem experimentellen Nachweis erfolgte ein klinisch epidemiologischer Nachweis durch eine Querschnittsstudie, in der mögliche Risikofaktoren für das Vorliegen von intramammären Infektionen und subklinischen Mastitiden auf Viertelebene an einer Kohorte hochleistender erstlaktierender Milchkühe überprüft wurden (KRÖMKER et al. 2012, Publikation 5). Die Identifikation von relevanten Risikofaktoren, deren Risikomechanismus immer die Öffnung des Zitzenkanals begünstigt, unterstützt die Ergebnisse von KRÖMKER und FRIEDRICH (2009, Publikation 3) und weist auf die Bedeutung der Haltungshygiene und organischer Einstreumaterialien in der Mastitisätiologie hin (ZADOKS et al. 2001, MAGNUSSON et al.
2008).
Hyperkeratosen und Einstreu als Einflussfaktoren der Zitzenkanalbesiedlung
Neben der physikalischen Bedeutung des Zitzenkanals in der Mastitisätiologie ist die Kolonisation des Zitzenkanals mit pathogenen Mikroorganismen als mögliche Stufe des Infektionsprozesses wichtig. Verschiedene Risikofaktoren der bovinen Mastitis konnten bislang im Rahmen klinisch epidemiologischer Studien als bedeutsam identifiziert werden, über die Assoziation hinausgehende Erkenntnisse, die eine kausale Beziehung nachweisen, stehen jedoch noch aus.
Dies gilt beispielhaft für die Bedeutung von Hyperkeratosen als Mastitisrisikofaktor und für die Bedeutung von das Mikroorganismenwachstum beschränkenden Zusätzen zu organischen Einstreumaterialien (NEIJENHUIS et al. 2001, HOGAN und SMITH 1997). Theoretisch lässt sich ableiten, dass die Kolonisation des Zitzenkanals durch Mikroorganismen und ihre Wachstumsraten bestimmt sowie durch die Keratinauskleidung, -abschwemmung und - regeneration beeinflusst wird (WILLIAMS und MEIN 1985, CAPUCO et al. 1994). All diese Variablen werden durch den maschinellen Milchentzug beeinflusst (MEIN et al. 1986, ZECCONI et al. 1992, TIMMS et al. 1998).
In einer eigenen Studie (PADUCH et al. 2012, Publikation 6) wurde erstmalig der Effekt von Hyperkeratosen auf die Besiedlung des Zitzenkanals mit pathogenen Mikroorganismen im Rahmen eines „Split-udder-Designs“ untersucht. Dabei konnte eine signifikant höhere
Besiedlungsdichte des Zitzenkanals in Vierteln mit ausgeprägter Hyperkeratose ermittelt werden.
Im Vergleich zu den tierindividuellen Kontrollvierteln wiesen die hyperkeratotischen Viertel signifikant höhere Besiedlungen der Zitzenkanäle mit Sc. uberis und E. coli auf. Die Ergebnisse zeigen, dass für die Besiedlung der Zitzenkanäle mit kontagiösen und umweltassoziierten Mikroorganismen unterschiedliche Risikofaktoren existieren. NEIJENHUIS et al. (2001) stellten die Hypothese auf, dass starke Hyperkeratosen die Verankerung von Bakterien im Zitzenkanalkeratin begünstigen, die Desinfektionswirkung von Zitzendesinfektionsmitteln verringern und den Schluss des Zitzenkanals behindern. Eine weitere Arbeit (PADUCH et al.
2013, Publikation 7) untersuchte erstmals experimentell den Effekt einer alkalisierten Einstreu auf die mikrobielle Besiedlung des Zitzenkanals und fand einen Einfluss des Einstreumaterials auf die Anzahl coliformer Mikroorganismen im Zitzenkanal. Die auch untersuchte Erregerdichte von Sc. uberis, E. coli und anderen coliformen Keimen auf der Zitzenhaut wurde signifikant durch den Einstreuzusatz verringert. Möglicherweise wäre für die Beeinflussung anderer Erregergruppen im Zitzenkanal eine längere Studiendauer erforderlich gewesen. Somit zeigen die Daten, dass Hyperkeratosen und mikrobielle Belastungen der Einstreu Einfluss auf die mikrobielle Besiedlung des Zitzenkanals nehmen.
Schlussfolgerung
Der Zitzenkanal und seine mikrobielle Besiedlung sind von besonderer Bedeutung in der Mastitisätiologie. Die Kenntnis wichtiger Kausalzusammenhänge erlaubt die Einschätzung von Eutergesundheitsrisiken und die Entwicklung von Prophylaxe- und Therapiekonzepten. Die eigenen Untersuchungen, die im Rahmen größerer Feldstudien unter der Prämisse hoher interner und externer Validität angefertigt wurden, zeigen, dass die mikrobielle Besiedlung der Zitzenkanäle messbar ist (Publikation 2) und dass Risikofaktoren für die mikrobielle Besiedlung aber auch für Neuinfektionen der Milchdrüsen identifiziert werden können. So konnten erhebliche Fortschritte in der Einschätzung des Verlusts des in nichtlaktierenden Phasen schützenden Keratinpfropfs des Zitzenkanals gemacht werden (Publikation 3); Risikofaktoren, die den Verlust des Pfropfs begünstigen, konnten beschrieben (Publikation 4) sowie Effekte des
therapeutischen Ersatzpfropfs (interner Teat sealer) ermittelt werden (Publikation 5). Dabei zeigte sich, dass der Verlust des Keratinpfropfs für die Entstehung von Infektionen der Milchdrüse und Mastitiden von großer Bedeutung ist. Kurze und dünne Zitzen, sowie solche mit ausgeprägten Zitzenödemen begünstigen den Verlust des Pfropfs und damit die Entstehung von Infektionen.
Hyperkeratosen und hohe Erregerdichten im Haltungsumfeld gehen mit einer vermehrten Besiedlung des Zitzenkanals insbesondere mit umweltassoziierten Mikroorganismen einher (Publikation 6 und 7), sind aber erkennbar und können somit minimiert oder verhindert werden.
Weitere Forschungsaktivitäten zur Einordnung des Zitzenkanals in der Mastitisentstehung werden sich mit Fragen der Adaptation von Mikroorganismen im Zitzenkanal, der Interaktion und Ökologie verschiedener Bakteriengattungen und -arten und den Einflussfaktoren für den Übergang von der Besiedlung des Zitzenkanals und des Milchdrüsenepithels bis hin zur Entzündungsantwort des Drüsengewebes beschäftigen.
