Tierärztliche Hochschule Hannover
Tierindividuelle und bakterielle Einflussfaktoren bei der Behandlung klinischer Mastitiden beim Milchrind
INAUGURAL-DISSERTATION
zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae -
(Dr. med. vet.)
vorgelegt von Anne Schmenger
Karlsruhe
Hannover 2021
Wissenschaftliche Betreuung: Prof. Dr. Volker Krömker
Hochschule Hannover, Fakultät II,
Abteilung Bioverfahrenstechnik - Mikrobiologie
1. Gutachter: Prof. Dr. Volker Krömker
2. Gutachter: Prof. Dr. Peter Valentin-Weigand
Tag der mündlichen Prüfung: 18.05.2021
Für meinen Vater
Teile der vorliegenden Dissertation wurden bereits auf folgenden Tagungen und in folgenden Journalen vorgestellt:
Schmenger A, Krömker V: Resistenzsituation von Mastitiserregern und bakteriologische Heilungsraten in sechs Milchviehbetrieben
Vortrag auf dem Seminar „Mastitisnachmittag – Forschung für die Praxis“ der Hochschule Hannover, Hannover, 17. März 2017
Schmenger A, Leimbach S, Krömker V: Effekte eines modernen Schnelltests in der Mastitistherapie
Vortrag auf der 42. Leipziger Fortbildungsveranstaltung „Labordiagnostik in der Bestandsbetreuung“, Leipzig, 16. Juni 2017
Schmenger A, Leimbach S, Krömker V: Introducing an Evidence-Based Mastitis Therapy Concept to a Conventional Dairy Farm
(Die Einführung eines evidenzbasierten Mastitis-Therapiekonzepts auf einem konventionellen Milchviehbetrieb)
Vortrag auf “The NMC International Bovine Mastitis Conference 2018”, Mailand, 11.- 13. Juni 2018
Schmenger A, Leimbach S, Krömker V: Introducing an Evidence-Based Mastitis Therapy Concept to a Conventional Dairy Farm
(Die Einführung eines evidenzbasierten Mastitis-Therapiekonzepts auf einem konventionellen Milchviehbetrieb)
Vortrag auf dem “One Health & Food Safety Congress 2018”, Bonn, 18.- 19.
September 2018
Schmenger A, Leimbach S, Krömker V: Evidenzbasierte Mastitistherapie und Antibiotikaresistenz
Vortrag auf dem „11. Stendaler Symposium: Tierseuchen und Tierschutz beim Rind“, Stendal, 3.- 5. April 2019
Schmenger A, Leimbach S, Krömker V: Sociological Aspects of Introducing a Mastitis Rapid Test – Compliance, Concerns and Expectations
(Soziologische Aspekte im Rahmen einer Einführung eines Mastitis-Schnelltests - Compliance, Bedenken und Erwartungen)
Vortrag auf der „IDF Mastitis Conference 2019“, Kopenhagen, 14.-16. Mai 2019
Schmenger A, Leimbach S, Wente N, Zhang Y, Biggs AM, Krömker V:
Implementation of a targeted mastitis therapy concept using an on-farm rapid test – antimicrobial consumption, cure rates and compliance
(Umsetzung eines zielgerichteten Mastitis-Therapiekonzepts mit Hilfe eines On- Farm Schnelltest - antimikrobieller Verbrauch, Heilungsraten und Compliance) Veterinary Record 2020, Nov 14;187(10):401. doi: 10.1136/vr.105674. Epub 2020 Oct 6. PMID: 33024009.
Schmenger A, Krömker V: Characterization, Cure Rates and Associated Risks of Clinical Mastitis in Northern Germany
(Charakterisierung, Heilungsraten und assoziierte Risiken klinischer Mastitiden in Norddeutschland)
Veterinary Sciences 2020, Nov 3;7(4):170. doi: 10.3390/vetsci7040170. PMID:
33153084; PMCID: PMC7712256.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung ... 1
2 Publikation I: Characterization, Cure Rates and Associated Risks of Clinical Mastitis in Northern Germany ... 12
2.1 Abstract ... 12
2.2 Introduction ... 13
2.3 Materials and Methods ... 15
2.3.1 Herds and Study Design ... 15
2.3.2 Laboratory Procedures ... 16
2.3.3 Definition of the Outcome Variables ... 17
2.3.4 Statistical Analysis ... 18
2.4 Results ... 19
2.4.1 Descriptive Results ... 19
2.4.2 Results of mixed Regression Models ... 24
2.4.2.1 Bacteriological Cure ... 24
2.4.2.2 Cytological Cure ... 27
2.4.2.3 Full Cure ... 29
2.4.2.4 Recurrent Cases ... 30
2.5 Discussion ... 31
2.5.1 Characterization ... 32
2.5.2 Results of Mixed Regression Models ... 34
2.6 Conclusions ... 37
2.7 Author Contributions ... 37
2.8 Funding ... 37
2.9 Acknowledgements ... 37
2.10 Conflicts of Interest ... 38
2.11 References ... 38
3 Publikation II: Implementation of a targeted mastitis therapy concept using an on- farm rapid test – antimicrobial consumption, cure rates and compliance ... 42
3.1 Abstract ... 43
3.2 Introduction ... 43
3.3 Material and methods ... 45
3.3.1 Farms and previous therapy concepts ... 45
3.3.2 Sampling and mastitis definition ... 46
3.3.3 Clinical mastitis severity score ... 48
3.3.4 Treatment-unworthy cows ... 48
3.3.5 Targeted lactating cow therapy concept ... 48
3.3.6 Rapid test-phase ... 50
3.3.7 Study design ... 51
3.3.8 Definition of the outcome variables ... 53
3.3.9 Statistical analysis ... 53
3.4 Results ... 54
3.4.1 Description of treatment groups ... 54
3.4.2 Microbiological findings ... 55
3.4.3 Cure rates and antimicrobial consumption ... 55
3.4.4 Results of mixed regression model ... 59
3.4.5 Compliance ... 59
3.5 Discussion ... 61
3.6 Conclusion ... 68
3.7 Contributorship statement ... 68
3.8 Funding ... 68
3.9 Competing interests ... 69
3.10 References ... 69
4 Diskussion ... 74
4.1 Klinisches Mastitisgeschehen in norddeutschen Milchviehbetrieben ... 75
4.2 Heilungsraten und Einflussfaktoren ... 77
4.3 Evidenzbasiertes Therapiekonzept... 80
5 Fazit ... 88
6 Zusammenfassung... 90
7 Summary ... 94
8 Literaturverzeichnis ... 98
Abkürzungsverzeichnis
AIC Akaike information criterion AT antimicrobial therapy
BC bacteriological cure
BfArM Bundesinstituts für Arzneimittel und Medizinprodukte bLCT blanket lactating cow therapy
BLE Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (Federal Office for Agriculture and Food)
BMEL Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (Federal Ministry of Food and Agriculture)
cfu colony forming unit CM clinical mastitis CT conventional therapy CYC cytological cure
DHI Dairy Herd Improvement
DIM days in milk
DIMDI Deutsche Institut für Medizinische Dokumentation und Information DVG (GVA) Deutsche Veterinärmedizinische Gesellschaft (German Veterinary
Association) E. coli Escherischia coli
FC full cure
GfK Gesellschaft für Konsumforschung
GVA (DVG) German Veterinary Association (Deutsche Veterinärmedizinische Gesellschaft)
LA-MRSA livestock-associated Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus MS mastitis severity score
NaS/NAS Nicht-aureus Staphylokokken (non-aureus staphylococci) NIR new infection rate
NSAID nichtsteroidales Antiphlogistikum (non-steroidal anti-inflammatory drug)
OFC on-farm culture
S. agalactiae Streptococcus agalactiae SCC somatic cell count
S. aureus Staphylococcus aureus S. dysgalactiae Streptococcus dysgalactiae
SPC summary of product characteristics S. uberis Streptococcus uberis
tLCT targeted lactating cow therapy
tLCTmod modified targeted lactating cow therapy TÄHAV Tierärztlichen Hausapothekenverordnung T. pyogenes Trueperella pyogenes
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1 Einleitung
Die Mastitis ist eine der häufigsten Erkrankungen der Milchkuh. Vom Erfolg der Behandlung hängt nicht nur das Wohlergehen und der Weiterbestand der Tiere in der Herde ab, sondern auch der wirtschaftliche Gewinn der Milcherzeuger. Die meisten antibiotischen Dosen bei der erwachsenen Milchkuh werden für die Behandlung von Mastitiden eingesetzt (Merle et al., 2013). Noch häufiger werden in der Milcherzeugung nur noch Atemwegserkrankungen bei Kälbern antibiotisch behandelt. Doch nicht nur die Behandlungskosten machen die Mastitis zu der Krankheit mit den höchsten ökonomischen Verlusten für die Landwirte, sondern vor allem die verworfene Milch durch Wartezeiten, eine verringerte Milchleistung und womöglich ein verfrühter Abgang des Tieres aus dem Bestand (Kuipers et al., 2016; Oliveira und Ruegg, 2014).
Die bestmögliche Behandlung der betroffenen Tiere versucht nicht nur hohe Heilungsraten zu erzielen, sondern strebt dabei nach einer Minimierung der dazu notwendigen antibiotischen Dosen.
Der Antibiotikaeinsatz in der Nutztierhaltung ist besonders in den letzten Jahren stark kritisiert worden. Ausschlaggebend war vor allem eine vermehrte Resistenzproblematik in der Humanmedizin. Jede Behandlung mit einem antimikrobiellen Wirkstoff kann zu einer Selektion eines Erregers mit Resistenzgenen führen. Diese erworbene oder in einer Bakterienpopulation bereits vorhandene Resistenz verschafft den Isolaten einen möglichen Vorteil gegenüber anderen Erregern, da sie unempfindlicher gegenüber antimikrobiellen Wirkstoffen sind und sich infolgedessen unter einer Behandlung weiter vermehren können, wohingegen die sensible Begleitflora abgetötet wird (Lewy and Marshall, 2004). Hierdurch steigt auch die Wahrscheinlichkeit einer Übertragung in die Umwelt und auf weitere Lebewesen.
Dass eine Übertragung zwischen Menschen und Tieren möglich ist, zeigten Fischer et al. (2012; 2013), welche bei Mastschweinen ein Resistenzgen gegenüber Carbapenem nachwiesen, einem ausschließlich in der Humanmedizin verwendeten Antibiotikum, welches zudem als ein Mittel der letzten Wahl gilt. Wenngleich nur ein geringer Anteil der Krankenhausinfektionen mit MRSA (Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus) als „livestock-associated“ (LA) gelten, sich die Resistenzen
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also in der Landwirtschaft gebildet haben, wurden besonders bei Schweinehaltern vermehrt LA-MRSA Isolate auf der Haut nachgewiesen (Cuny et al., 2015).
Es wurden unterschiedliche rechtliche Schritte unternommen, um den Antibiotikaeinsatz in der Nutztierhaltung zu senken. So wird seit 2011 die Gesamtmenge an abgegebenen Antibiotika an Tierärzte über das Deutsche Institut für Medizinische Dokumentation und Information (DIMDI) erfasst, welches seit dem 26.05.2020 ein Teil des Bundesinstituts für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM) ist. Zudem trat 2014 die 16. Novelle des Arzneimittelgesetzes in Kraft welches Mastbetriebe verpflichtet, ihre angewandten Antibiotikamengen pro Tier über ein Onlinesystem monatlich zu melden. Überschreitet ein Mastbetrieb einen bestimmten Grenzwert, müssen mit dem Tierarzt Maßnahmenpläne aufgestellt und umgesetzt werden, um die Tiergesundheit zu verbessern und den Antibiotikaeinsatz zu senken.
Betrachtet man die unterschiedlichen antimikrobiellen Wirkstoffe, wird besonders der Einsatz am Tier von Wirkstoffen, die häufig in der Humanmedizin verwendet werden, kritisch gesehen. Dies betrifft die Wirkstoffe der Gruppe der Cephalosporine der 3. und 4. Generation sowie die Fluorchinolone. So war zwar die Gesamtmenge der abgegebenen Antibiotika an die Tierarztpraxen von 2011 bis 2014 um 27% zurückgegangen, jedoch die Abgabemenge an Fluorchinolonen um 50%
gestiegen, die Mengen an Caphalosporinen der jüngeren Generationen zudem auch leicht gestiegen (GERMAP, 2015). Seit der Änderung der Tierärztlichen Hausapothekenverordnung (TÄHAV) im Februar 2018 ist der Einsatz dieser Stoffe zusätzlich erschwert worden. Um diese nun anwenden zu können, muss ein Antibiogramm vorliegen. Dadurch ging die Abgabe an Cephalosporinen der 3. und 4.
Generation und an Fluorchinolonen an Tierarztpraxen immens zurück. War die Mastitisbehandlung von der 16. Novelle nicht betroffen, so kann man davon ausgehen, dass die neue TÄHAV zu einer Änderung der Medikation von Mastitiden beigetragen hat, denn anhand von Daten der Gesellschaft für Konsumforschung (GfK, Nürnberg, Deutschland) aus dem Jahr 2017 geht hervor, dass ca. 40% aller zu diesem Zeitpunkt verwendeten Euterinjektoren Wirkstoffe aus der Gruppe der 3. und 4. Cephalosporin- Generation enthalten. Die Abgabemengen an Fluorchinolonen und jüngeren Cephalosporinen sanken seit Inkrafttreten der neuen TÄHAV, da jedoch nur die
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Gesamtabgabemenge erfasst wird ist durch diese Daten keine Aussage darüber möglich, welche und wie viele der antibiotischen Wirkstoffe speziell für die Mastitismedikation abgegeben oder eingesetzt wurden (Wallmann et al., 2020).
Auch wenn die Milcherzeuger nicht im Fokus der Diskussionen über den Antibiotikaeinsatz stehen, kommen Studien über die Behandlung im Feld zu dem Schluss, dass Mastitiden eher überbehandelt werden um Heilungsraten zu maximieren (Vaarst et al., 2002). Die Behandlungsentscheidungen werden hierbei weniger nach den Ergebnissen wissenschaftlicher Publikationen getroffen. Ob ein Tier ein Antibiotikum erhält oder nicht hängt größtenteils von der äußeren Betrachtung durch die melkende Person ab (McCarron et al., 2009). In Europa sowie den USA werden nahezu alle Tiere bei einer klinischen Mastitis antibiotisch behandelt (Pol und Ruegg, 2007; Viora et al., 2014). Die aktuellste Studie aus dem Jahr 2019 aus Deutschland ergab, dass drei Viertel der Tiere umgehend nach Auftreten der Mastitis antibiotisch behandelt werden (Falkenberg et al., 2019). Auch wurde hierbei von 80% der Landwirte angegeben, dass so lange ein Antibiotikum verabreicht wird bis die Milch wieder flockenfrei ist, also eine klinische Heilung eingetreten ist. Zu diesem Ergebnis kamen auch schon Swinkels et al. (2015), welche Betriebe in Deutschland und den Niederlanden befragten.
Ziel einer antibiotischen Therapie stellt immer die bakteriologische Heilung und somit die Elemination des verursachenden Erregers dar, da Antibiotika Erreger abtöten (bakterizide Wirkung) oder diese in ihrem Wachstum und ihrer Vermehrung hemmen (bakteriostatische Wirkung). Im Fall einer bovinen Mastitis wird die bakteriologische Heilung eines erkrankten Euterviertels über zwei Milchproben bestimmt, welche meistens nach zwei und drei Wochen genommen werden. Ist in diesen Proben der verursachende Mastitiserreger mikrobiologisch nicht mehr nachweisbar, gilt das Viertel als bakteriologisch geheilt (Deutsche Veterinärmedizinische Gesellschaft (DVG), 2012; Sol et al., 2000). Daneben besteht eine klinische Heilung dann, wenn das Viertel keine äußeren Entzündungszeichen wie Rötungen oder Schwellungen mehr aufweist und das Milchsekret frei von sichtbaren Veränderungen ist. Anhand der klinischen Heilung sind keine Rückschlüsse auf eine bakteriologische Heilung möglich.
Von einer zytologischen Heilung wird gesprochen, wenn die Anzahl somatischer Zellen
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in der Milch wieder auf ein niedriges Niveau sinkt (DVG, 2012), wie unter 200.000 Zellen/ml Milch nach zwei und drei Wochen (Mansion-de Vries et al., 2016). Da die Verabreichung von Antibiotika nur eine bakteriologische Heilung bewirken kann, verspricht man sich eine klinische und zytologische Heilung als Folge der bakteriologischen Heilung. Wird in Publikationen so wie im folgenden Text nur von Heilung gesprochen, ist dies als Synonym für die bakteriologische Heilung zu lesen, da diese durch die antibiotische Therapie primär beeinflusst wird.
Folgt man den Erkenntnissen der Mastitisforschung der letzten zwei Jahrzehnte, sollten für die Therapieentscheidung fünf unterschiedliche Kriterien in Betracht gezogen werden: die Neuinfektionsrate der Herde, die Pharmakologie, die klinische Erscheinung der Mastitis, tierindividuelle Faktoren der erkrankten Kuh sowie der verursachende Erreger.
Besteht in einer Herde eine hohes Neuinfektionsrisiko, infizieren sich geheilte Tiere mit hoher Wahrscheinlichkeit sehr schnell wieder. Durch eine antibiotische Behandlung der Tiere in der Herde lässt sich der Infektionsdruck nicht senken (Barlow et al., 2009). Daher sollten nur Fälle mit einer sehr hohen Heilungswahrscheinlichkeit, wie junge Tiere mit Euterinfektionen durch einen Gram-positiven Erreger (Krömker et al., 2010), in diesen Herden antibiotisch behandelt werden.
Eine sachgerechte Anwendung antibiotischer Wirkstoffe ist einerseits erforderlich, um eine Heilung des Tieres zu erzielen, jedoch auch um einer weiteren Resistenzbildung vorzubeugen (Commission Note of the European Union: Guidelines for the prudent use of antimicrobials in veterinary medicine (2015/C 299/04)). Beachtet man pharmakologische Aspekte, sollte bestenfalls ein Schmalspektrum-Antibiotikum angewandt werden. Bolte et al. (2020) zeigte, dass in Deutschland Gram-positive Mastitiserreger, vor allem Streptokokken und Staphylokokken, eine hohe in-vitro Empfindlichkeit gegenüber Penicillinen aufweisen, welche daher als Mittel der Wahl in diesen Fällen gelten. Des Weiteren sollte kein Antibiotikum gegen einen Erreger angewendet werden, für den es Nachweise einer gebildeten Resistenz gegenüber dem Wirkstoff gibt. Um die Wirkung eines verabreichten Antibiotikums gezielt auf die krankheitsverursachenden Erreger zu beschränken und möglichst die Auswirkungen
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auf anderweitige Mikroorganismen im Tier zu minimieren, wie zum Beispiel auf das Mikrobiom des Darmtrakts, ist eine lokale, in diesem Fall intramammäre Therapie einer systemischen vorzuziehen. Eine verlängerte Therapie, abweichend von der angegebenen Behandlungsdauer der pharmazeutischen Hersteller, wird im Feld häufig angewendet (Falkenberg et al., 2019; Swinkels et al., 2015). Nach den Ergebnissen der hierzu durchgeführten klinischen Studien ist dies jedoch nur bei jungen Tieren und deren erster Mastitis in der Laktation gerechtfertigt (Krömker et al., 2011; Sol et al., 2000).
Die Beurteilung des klinischen Bildes des erkrankten Tieres ist nicht nur bei der Entscheidungsfindung hilfreich, ob es einer sofortigen antibiotischen Therapie bedarf, sondern auch, ob es überhaupt einer Antibiose bedarf. Abhängig davon, ob die erkrankte Kuh ein sinnbildlich verändertes Milchsekret aufweist, wird zwischen subklinischen und klinischen Mastitiden unterschieden. Im Falle einer subklinischen Mastitis mit unverändertem Milchcharakter sollte eine antibiotische Behandlung in der Laktation vermieden werden, da nur niedrige bakteriologische Heilungsraten erreicht werden können. Eine Ausnahme hiervon stellen Infektionen mit hoch kontagiösen Erregern wie Streptococcus agalactiae oder Staphylococcus aureus dar (Landin et al., 2011; Wenz et al., 2001). Folgt man den Richtlinien für einen sachgerechten Antibiotikaeinsatz, sollte die lokale Therapie der systemischen vorgezogen werden.
Eine klinische Diagnose, welche eine parenterale antimikrobielle Behandlung sofort erforderlich macht, ist eine schwere klinische Mastitis mit Störungen des Allgemeinbefindens (Mastitisgrad 3), da ein hohes Risiko für eine Bakteriämie und Septikämie besteht (Erskine et al., 2003; Wenz et al., 2001). Eine kombinierte lokale und systemische Therapie von leichten und mittleren Fällen (Mastitisgrad 1 und 2) hat in Studien keine höhere Heilungsrate erzielt als eine rein lokale (Erskine et al, 2002;
Pinzón-Sánchez et al., 2011; Wenz et al., 2005). Um Auswirkungen auf anderweitige Mikroorganismen neben den krankheitsverursachenden Erregern zu vermeiden ist daher in diesen Fällen eine lokale Behandlung mit antibiotischen Eutertuben empfohlen.
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Auch tierindividuelle Faktoren beeinflussen die Chancen auf eine Heilung wesentlich. So erreichen Tiere höherer Laktation eine geringere bakteriologische Heilungsrate (McDougall et al., 2007; Pyörälä et al., 1998; Taponen et al., 2003). Junge Tiere hingegen in ihrer ersten und zweiten Laktation haben, wie schon zuvor aufgeführt, besonders hohe Chancen auf eine bakteriologische Heilung, falls es sich um einen Gram-positiven Mastitiserreger handelt (Krömker et al., 2011; Sol et al., 2000). Weisen Kühe eine erhöhte somatische Zellzahl schon vor Eintreten der klinischen Mastitis auf, sinkt die Wahrscheinlichkeit dieser Tiere für eine bakteriologische Heilung (Linder et al., 2013; Sol et al., 2000; Swinkels et al., 2013).
Østerås (2006) beschrieb, dass Tiere mit einer Gesamtgemelkszellzahl unter 700.000 Zellen pro ml Milch signifikant bessere Heilungsaussichten haben als Tiere mit einer noch höheren somatischen Zellzahl. Zudem sinken die Heilungschancen, wenn es sich um eine wiederholte Mastitis des Tieres handelt (Pinzón-Sánchez und Ruegg, 2011).
Ein Großteil der Rezidive wird nicht durch persistierende Infektionen, sondern durch Neuinfektionen mit unterschiedlichen Erregern verursacht (Grieger et al., 2014).
Bereits zuvor erkranktes Drüsengewebe scheint immunologisch geschwächt und daher disponiert für Mastitiserreger und erneute Infektionen zu sein. Diese chronisch erkrankten Tiere sollten aufgrund ihrer geringen Chance auf eine Heilung keine antibiotische Behandlung mehr erhalten, es sei denn es handelt sich um fiebrige Mastitiden (Mansion-de Vries et al., 2016).
Eine weitere Variable, die bei der Behandlungsentscheidung berücksichtigt werden sollte, ist der verursachende Erreger. Mehrere Studien belegen eine sehr hohe Selbstheilungsrate für Infektionen mit Gram-negativen Erregern, insbesondere coliformen Erregern wie Escherischia (E.) coli (Pyörälä et al., 1994; Roberson et al., 2004; Suojala et al., 2010). Die bakteriologische Heilung dieser Mastitiden konnte durch die Behandlung mit einem Antibiotikum kaum verbessert werden. Ein Nachweis Gram-negativer Erreger erlaubt somit in nicht fiebrigen Fällen eine alleinige entzündungshemmende Behandlung mit einem nichtsteroidalen Antiphlogistikum (NSAID) und somit ein Einsparen an antibiotischen Dosen. Bei Infektionen des Euters durch Gram-positive Erreger hingegen lässt sich die Heilungsrate durch eine Antibiose signifikant erhöhen (Hillerton und Kliem, 2002; Roberson et al., 2004). Eine
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antibiotische Behandlung von Mastitiden, bei denen kein Erreger nachgewiesen werden kann, stellt hingegen keine sachgerechte Anwendung antimikrobieller Wirkstoffe dar (Roberson, 2003). Diese Mastitiden machen zwischen 20 und beinahe 50% aller Mastitiden in klinischen Studien aus (Erskine et al., 2002; Krömker et al., 2011; McDougall et al., 2009; Ruegg, 2010). Da die Anwendung von Antibiotika in diesen Fällen keinen Nutzen für das Tier bringen, stellen sie ein großes Einsparpotential dar, ohne eine Verschlechterung der Tiergesundheit zu riskieren.
Um dieses Wissen in die Behandlungsentscheidung mit einfließen lassen zu können, wurden unterschiedliche Schnelltests entwickelt, welche direkt auf den Betrieben angesetzt werden können und nach 12-24 Stunden ein Ergebnis bezüglich des Gram-Verhaltens, bzw. ob überhaupt eine bakterielle Infektion vorliegt, liefern (Kock et al., 2018; Lago et al., 2011a; Lago et al., 2011b; Mansion-de Vries et al., 2016;
Vasquez et al., 2017). Eine verzögerte Therapie von bis zu 24 Stunden nach Erkennen der Mastitis hat keinen negativen Einfluss auf die Behandlungsergebnisse gezeigt (Vasquez et al., 2017).
Unabhängig von all diesen Faktoren sollte jedoch bei jeder klinischen Mastitis eine Behandlung mit einem nichtsteroidalen Antiphlogistikum (NSAID) erfolgen. Diese zeigte eine positive Auswirkung auf die Heilung, zudem wirkt sie sich durch ihre schmerzlindernden Eigenschaften positiv auf das Wohlbefinden der Tiere aus (Mansion-de Vries et al., 2015; McDougall 2009; Shpigel et al., 1994). Für aktuell in Deutschland angewandte Mengen an NSAIDs gib es wenige Daten, jedoch wurden konventionelle Behandlungsschemata von Milchviehbetrieben beschrieben, welche ein NSAID nur bei schwereren Mastitiden vorsehen (Kock et al., 2018; Mansion-de Vries et al., 2016).
Seit einigen Jahren werden selektive Therapiekonzepte mit unterschiedlichen Schnelltests zur Erregergruppenbestimmung in klinischen Versuchen erprobt (Kock et al., 2018; Lago et al., 2011a; Lago et al., 2011b; Mansion-de Vries et al., 2016;
Vasquez et al., 2017). Das Ziel ist hierbei, antibiotische Dosen in den Fällen einzusparen, in denen keine höheren oder verbesserten Heilungsraten erreicht werden können, jedoch zuverlässig diejenigen Mastitiden zu erkennen, bei denen sich ein
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Antibiotikum positiv auf den Krankheitsverlauf auswirkt. Dieses Vorgehen ermöglichte eine Reduktion des Antibiotikaeinsatzes ohne negative Auswirkungen auf die Heilung der erkrankten Tiere. Die Behandlung der klinischen Mastitiden erfolgte hierbei basierend auf den Erkenntnissen der vorabbeschriebenen Studien: im Fall von milden und moderaten Mastitiden erhielten die Tiere der Versuchsgruppe eine sofortige Behandlung mit einem NSAID sowie eine verzögerte antibiotische Therapie nach Vorliegen eines Gram-positiven Testergebnisses. Mastitiden ohne Erregernachweis oder mit Gram-negativen nachgewiesenen Erregern blieben antibiotisch unbehandelt und wurden weiterhin beobachtet. In einer Kontrollgruppe wurden hingegen alle Mastitiden antibiotisch behandelt. Während Lago et al. und Vasquez et al. nur leichte und moderate Mastitiden in ihren Versuch aufnahmen, wurden in den Studien von Kock et al. und Mansion-de Vries et al. alle auftretenden Fälle, also auch schwere Mastitiden mit Störungen des Allgemeinbefindens, in die Behandlungsstudien aufgenommen. Diese Fälle wurden in den Versuchsgruppen umgehend systemisch antibiotisch behandelt, eine lokale Therapie wurde nur nach Gram-positivem Testergebnis verabreicht. Zudem wurden in diesen Versuchen auch tierindividuelle Faktoren für die Behandlungsentscheidung herangezogen, wozu die Therapiewürdigkeit der Tiere der Versuchsgruppe bei Auftreten einer Mastitis bestimmt wurde.
In den Behandlungsstudien konnten zwischen 35 und 65% an intramammären Dosen eingespart werden (Kock et al., 2018; Lago et al., 2011a; Mansion-de Vries et al., 2016; Vasquez et al., 2017). Die erfassten Eutergesundheitsparameter verschlechterten sich nicht durch den geringeren antibiotischen Behandlungsaufwand, die klinische Heilungsrate war bei Mansion-de Vries et al. sogar höher als in der Kontrollgruppe. Einen möglichen Grund sahen die Autoren hierfür in der Verabreichung eines NSAIDs bei jeder klinischen Mastitis.
Diese beschriebenen Versuche waren klinische Behandlungsstudien, die zwar auf Betrieben stattfanden, jedoch von den Autoren der Studien für einen begrenzten Zeitraum in einer Versuchsgruppe durchgeführt wurden (Kock et al., 2018; Lago et al., 2011a; Mansion-de Vries et al., 2016; Vasquez et al., 2017). Somit ist anhand dieser Ergebnisse keine Aussage über die Praxistauglichkeit in einem laufenden Betrieb ohne
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zusätzliche Arbeitskraft für das Behandlungskonzept möglich. Es wurde jedoch beschrieben, dass das moderne Behandlungskonzept und die Anwendung eines on farm-Tests einen geringen Mehraufwand für einen Betrieb darstellen kann (Mansion- de Vries et al., 2016).
Ein häufiges Problem von landwirtschaftlichen Beratern ist es, dass die Beratung in der Praxis scheitert und sie es nicht schaffen, Landwirte langfristig zu motivieren, Managementmaßnahmen dauerhaft umzusetzen (Ruegg et al., 2012). Der öffentliche Diskurs mitunter über den Einsatz von Antibiotika in der Nutztierhaltung führte jedoch dazu, dass Landwirte in den Fokus der Verbraucher gerieten. Darüber hinaus ist aber vor allem das Bewusstsein der Gesellschaft über das Risiko antimikrobieller Resistenzen der entscheidende Aspekt, welcher Nutztierhalter motiviert, Antibiotika verantwortungsvoll anzuwenden, dem Verbraucherwunsch nachzukommen und ihr Behandlungsverhalten aktiv zu hinterfragen und zu ändern (Van Dijk et al., 2016). Um den Antibiotikagebrauch in der Nutztierhaltung zu senken wurde das sogenannte RESET Mindset-Modell entwickelt und ab 2009 in den Niederlanden politisch umgesetzt (Lam et al., 2017). Ziel war es eine Verhaltensänderung bei Landwirten bezüglich ihres Antibiotikaeinsatzes durch unterschiedliche Motivatoren zu erreichen: Regeln und Vorschriften, Bildung und Information, Sozialer Druck, Ökonomie und Tools (Rules and regulations, Education and information, Social pressure, Economics, and Tools). Dieser Ansatz führte dazu, dass sich die eingesetzten Antibiotikamengen bis 2015 in den Niederlanden halbierten.
Die Autoren kamen zu dem Schluss, das unterschiedliche Motivatoren bei unterschiedlichen Landwirten Wirkung zeigten, der größte Erfolg sich jedoch dann einstellt, wenn man alle fünf genannten Motivatoren anwendet.
Vor diesem Hintergrund ergaben sich zwei Arbeitsschwerpunkte, aus denen zwei Publikationen hervorgingen. Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit der Beschreibung klinischer Mastitiden in Norddeutschland, aktuell erzielten Heilungsraten im Feld und der Untersuchung von unterschiedlichen Einflüssen auf die Heilung.
Hierfür wurden Daten von circa dreitausend klinischen Mastitiden der letzten Jahre zusammengetragen und statistisch ausgewertet. Besonderer Schwerpunkt lag hierbei einerseits auf der Analyse des aktuellen Erregerspektrums als auch auf Erkenntnissen
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zu auftretenden Schweregraden der Mastitiden je nach verursachendem Erreger. Die Häufigkeiten klinischer Mastitiden sowie die Erregerverteilung im Laktationsverlauf als auch nach Laktationsnummer wurden beschrieben sowie Risikofaktoren klinischer Mastitiden ermittelt. Die Ergebnisse dieser Untersuchung wurden in der ersten Publikation veröffentlicht und sollen einen Überblick über das aktuelle Mastitisgeschehen in norddeutschen Milchviehbetrieben geben. Zudem geben sie Hinweise über die Anforderungen an einen differenzierten Therapieplan, welcher eine selektive Behandlung klinischer Mastitiden ermöglichen soll, dessen Entwicklung und Erprobung den folgenden zweiten Arbeitsschwerpunkt dieser Doktorarbeit darstellte.
Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurde hierfür eine Studie mit acht norddeutschen Milchviehbetrieben durchgeführt, welche ein evidenzbasiertes Therapiekonzept erstmals in seiner Praxistauglichkeit erprobten. Hierbei sollten sowohl die tierindividuellen Faktoren als auch ein on farm-Test für die erregerabhängigen Faktoren bei der Behandlungsentscheidung berücksichtigt werden. Der Unterschied zu den bis dato veröffentlichten Studien bestand darin, nicht zwei Behandlungsgruppen zu bilden und zu vergleichen, sondern die Betriebe dahingehend zu schulen, zu motivieren und zu unterstützen, dass sie das Behandlungskonzept in ihren Betriebsablauf integrieren und langfristig selbstständig umsetzen können.
Über den kompletten Versuchszeitraum von drei Jahren wurden alle klinischen Mastitiden dokumentiert, beprobt und zytomikrobiologisch im Labor der Hochschule Hannover untersucht. Um den Behandlungserfolg bewerten zu können, wurden nach 14 und nach 21 Tagen Kontrollproben genommen. Der Einsatz an antimikrobiellen Wirkstoffen und an NSAIDs wurde erfasst. Nachdem die Betriebe acht Monate lang auftretende klinische Mastitiden wie gewohnt behandelten und das bestehende Behandlungskonzept dokumentiert wurde, wurde ihnen das neue Konzept sowie der on farm-Test mastDecide® vorgestellt. Es folgte eine Anwendungsphase von über zwei Jahren. Somit sollten nicht nur Ergebnisse darüber gewonnen werden, ob solch ein Konzept einerseits in bestehende Managementsysteme integrierbar und im Betriebsalltag realisierbar ist, sondern auch ob vergleichbare Ergebnisse bezüglich der Eutergesundheitsdaten und der Reduzierung an eingesetzten antibiotischen
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Wirkstoffen erzielt werden können, wie in schon veröffentlichten Studien beschrieben (Kock et al., 2018; Lago et al., 2011a; Mansion-de Vries et al., 2016; Vasquez et al., 2017). Abschließend wurde eine Befragung unter den teilnehmenden Betrieben durchgeführt um etwaige Zweifel, Hindernisse oder auch motivierende Faktoren und Erfolge zu erfassen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen genutzt werden, um zukünftig Betriebe besser bei der Einführung und Umsetzung von modernen evidenzbasierten Therapiekonzepten beraten und unterstützen zu können.
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2 Publikation I: Characterization, Cure Rates and Associated Risks of Clinical Mastitis in Northern Germany
Anne Schmenger1 and Volker Krömker2
1Department of Bioprocess Engineering and Microbiology, Faculty II, Hannover University of Applied Sciences and Arts, D-30453 Hannover, Germany;
anne.schmenger@hs-hannover.de
2Department of Veterinary and Animal Sciences, Section for Production, Nutrition and Health, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen, DK-1870 Frederiksberg C, Denmark
Corresponding author: Volker.Kroemker@sund.ku.dk
Received September 9, 2020; Accepted November 2, 2020; Published: November 3, 2020.
2.1 Abstract
The control of clinical mastitis on dairy farms is an essential part of animal health management. Knowledge of the causative microorganisms, the cure rates achievable in the field and essential associated factors are crucial for proper control. The objectives of the present study were to characterize clinical mastitis cases in Germany and to analyze factors influencing cure rates and the recurrence rate. Milk samples of every clinical mastitis case occurring on 12 participating farms were examined cytomicrobiologically. Post-treatment quarter samples were taken after 14 and 21 days. Treatments were performed according to existing farm protocols. Of 2883 clinical mastitis cases, the most prevalent pathogens were Streptococcus (S.) uberis (20.2%) and coliforms (11.6%). In 35% of the milk samples, no bacteriological growth was detected. The overall bacteriological cure rate was 73.3%, while the cytological cure
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rate was 22.3%, the full cure rate 21.4% and the recurrence rate 18.8%. Regarding the pathogen distribution of severe mastitis, coliform bacteria were detected in 30.5% of the cases, whereas S. uberis was detected in 26.5% thereof. The results show that severe mastitis is caused almost as frequently by Gram-positive as by Gram-negative microorganisms. The low cytological cure rates show that the therapy needs to be further developed with regard to calming the inflammation. The obtained data can be very helpful in assessing internal mastitis scenarios and the effect of measures and therapies.
2.2 Introduction
Although clinical mastitis has been the focus of numerous research studies, there is a lack of basic up-to-date data on the clinical cases actually occurring in Germany. Likewise, to date, there are no published articles on currently achieved cure rates with standard treatment protocols and related animal risk factors, which are decisive for the outcome. It is essential to regularly describe clinical mastitis cases in order to know which clinical manifestation can be caused by which pathogen, as the dominant mastitis-causing organisms are constantly shifting due to structural changes and management measures such as a professional milking routine and milking hygiene [1–3]. While most clinical mastitis cases were once caused by cow-associated pathogens like Staphylococcus (S.) aureus and Streptococcus (S.) agalactiae [4], current studies show that the pathogens with the highest prevalence on German dairy farms originate from the environment [5,6]. Of these pathogens, E. coli in particular is ascribed the cases with the most severe progression [7]. Severe mastitis is commonly known as “coli mastitis” by veterinarians and farmers and feverish clinical cases are virtually equated with E. coli infections or Gram-negative pathogens in general.
Nevertheless, in severe cases, other pathogens are also regularly detected microbiologically in the field. Moreover, S. uberis is a frequently detected pathogen on many German dairy farms [8], and it is likely that its frequent occurrence is sufficient to be causative even in a number of severe cases. The assumption that every severe case of mastitis is attributable to Gram-negative pathogens like E. coli or other coliforms may influence the fact that diagnostic methods are performed less frequently,
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as veterinarians and farmers supposedly consider the diagnosis to be correct solely based on the clinical picture.
Furthermore, to adapt treatment protocols to changing conditions, it is imperative to know what the chances of cure actually are outside of clinical studies and which factors influence them most significantly. The influence on cure and recurrence rate has been previously described, where mainly the effect on bacteriological cure was investigated [9,10]. An antibiotic treatment is only appropriate if a bacteriological cure can be achieved, which is defined as the elimination of the mastitis-causing pathogens from the mammary gland. Existing treatment protocols primarily focus on bacteriological cure, as clinical and cytological cure are seen as a consequence of this.
A quarter is considered cytologically cured when there is no longer a high somatic cell count (SCC) as a sign of a subsided inflammatory reaction. Nonetheless, even if high bacteriological cure rates were achieved for several mastitis-causing pathogen groups, the authors usually described an inadequate overall cure rate due to a persistently elevated SCC [11]. Therefore, especially the influence of different factors on the complete cure rate is of particular interest, not only to eliminate the pathogens but also to reduce the inflammation of the udder tissue.
The purpose of the present study was to characterize occurring clinical mastitis cases as well as to describe factors influencing cure rates and recurrent cases based on the analyzation of a large number of clinical mastitis cases in Northern Germany.
With the provided data, more accurate and appropriate decisions for diagnostics and treatment can be made on a daily basis, as low cure rates indicate insufficient or ineffective therapies. Raising awareness of poor chances of recovery and related recurrent cases can be beneficial so that farmers provide chronically ill animals with an anti-inflammatory drug as part of evidence-based therapy concepts instead of a continuing antibiotic treatment.
15 2.3 Materials and Methods
All applicable guidelines for the care and use of animals were followed. The study was approved by the Animal Welfare Committee of Hannover University, Germany. An application for a license for animal testing was not required by the local government due to the observational character of the study. The study met the International Guiding Principles for Biomedical Research Involving Animals (1985).
2.3.1 Herds and Study Design
All participating farms (n = 12) were free-stall dairy farms with herd sizes between 75 and 2200 dairy cows. Family-run farms as well as larger farms with up to 20 external employees took part. Participating farms had average to high level animal health management and bulk tank milk SSC ranged from 150,000 to 300,000 cells/mL milk. Most of the farms had two milking times per day, with only one having three; two farms had automatic milking systems. Average annual milk production was between 9500 and 12,200 kg. Two dairy farmers produced in accordance with the regulations of the German organic farming association “Bioland”.
The milk samples included in this study were regular samples of clinical mastitis cases sent into the laboratory of Hannover University of Applied Sciences and Arts, Germany for cytomicrobiological testing. The condition of participation in the study for farms was that they had been sending milk samples routinely for several years.
Therefore, farm staff were experienced in aseptic sampling in accordance with the guidelines of the German Veterinary Association [12], as well as being trained in mastitis severity classification, based on the definition from the International Dairy Federation [13]. Milk samples from clinical mastitis cases on 12 farms in Northern Germany in the period from 2014 to 2018 were enrolled in this study. Each farm was monitored on average for half a year. In cases of clinical mastitis, post-treatment quarter samples were taken after 14 (+/−3) and after 21 (+/−3) days by veterinarians in the working group with prior consent of the farmers. The treatment was performed in accordance with the guidelines of the German Veterinary Association [14]. Standard treatment protocols provided local antibiotic treatment (intramammary treatment) for
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mild and moderate cases and systemic antibiotics only for severe cases as a rule.
Administered pharmaceutical products differed between the farms, but they showed comparable withdrawal times.
The mastitis severity score (MS) was defined as follows: MS 1 if there was only change in the appearance of the milk (color, viscosity, consistency), MS 2 in the case of additional local clinical signs of the udder (swelling, heat), and MS 3 for cows with general clinical signs (fever, lack of appetite).
Objective variables were bacteriological cure, cytological cure, full cure, and recurrence rate at quarter level.
2.3.2 Laboratory Procedures
Milk samples were collected in test tubes containing the preserving agent boric acid (Ly20) [15]. Conventional cytomicrobiological diagnostic examinations were performed at the laboratory of Hannover University of Applied Sciences and Arts, Germany in accordance with the guidelines of the German Veterinary Association [12], which are similar to the National Mastitis Council recommendations [4]. Then, 10 μL of each well-mixed milk sample was plated with a sterile calibrated loop on a quadrant of an aesculin blood agar plate (Thermo Fisher Scientific, Langenselbold, Germany).
Plates were incubated for at least 48 h at 37 °C under aerobic conditions. Isolates were Gram stained to assist in organism identification. Furthermore, morphology of colonies, aesculin hydrolysis, catalase reactivity (3 per cent H2O2; Merck, Darmstadt, Germany), and hemolysis patterns were used for identification. Gram-positive and catalase-positive cocci were identified as staphylococci. For differentiation of S.
aureus, a clumping factor test was performed (Staph Plus Kit, DiaMondiaL, Vienna, Austria). Other staphylococci were referred to as non-aureus staphylococci (NaS).
Gram-positive and catalase-negative cocci were identified as streptococci. For differentiation of aesculin hydrolyzing cocci, modified Rambach agar was used. β-d- Galactosidase-positive and aesculin hydrolyzing cocci were identified as S. uberis.
Aesculin hydrolyzing, β-d-galactosidase-negative cocci were identified as enterococci.
ß-hemolytic streptococci were characterized by Lancefield serotyping (DiaMondiaL
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Streptococcal Extraction Kit Sekisui Virotech, Germany). Streptococci from group C were referred to as Streptococcus (S.) dysgalactiae, from group B as S. agalactiae.
Gram-positive, ß-hemolytic, catalase-negative irregular rods with V- or Y-shaped configurations were identified as Trueperella (T.) pyogenes. Gram-positive, catalase- positive, asporogenic colonies on aesculin blood agar were identified as coryneform bacteria. Bacillus species form colonies on aesculin blood agar which are catalase- positive and appear as Gram-positive rods forming endospores. Gram-negative and cytochrome oxidase-negative (Bactident oxidase, Merck, Darmstadt, Germany) rods were further differentiated using Chromocult Coliform Agar (Merck, Darmstadt, Germany). After incubation at 37 °C for 24 h, E. coli forms blue colonies and other coliforms form pink-red colonies. Gram-negative rods showing no mobility during the performance of the oxidative fermentative test were identified as Klebsiella species.
Gram-negative, catalase-positive, and cytochrome oxidase-positive rod-shaped bacteria showing oxidative glucose degradation were identified as Pseudomonas species. Yeasts, molds, and Prototheca species were differentiated microscopically.
Environment-associated, mastitis-causing microorganisms (S. uberis, E. coli, NaS, Klebsiella species, coliform bacteria, yeasts, Pseudomonas species, and Prototheca species) were recorded as a microbiologically positive result if at least ≥5 cfu/0.01 mL were cultured. Based on the recommendations of the National Mastitis Council, samples with two identified pathogens are covered by the definition of a mixed infection, whereas samples with more than two pathogens are described as contaminated, except in the event that a colony of a cow-associated microorganism (S. aureus, S. agalactiae, S. dysgalactiae or T. pyogenes) was found. Somascope Smart (Delta Instruments, The Netherlands) was used to determine the SCC by flow cytometry.
2.3.3 Definition of the Outcome Variables
Bacteriological cure was defined as an absence of the mastitis-causing pathogen in both post-treatment samples. If one post-treatment sample was contaminated, the other one was used to determine the bacteriological cure.
Cytological cure was defined as the SCC of both post-treatment samples being less
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than or equal to 200,000 cells/mL milk. A case was fully cured if there was a bacteriological cure and a cytological cure concurrently (in the case of no bacterial finding, a cytological cure was taken to be a full cure). A recurrent case was present if a new clinical case was detected up to 90 days after the preceding infection in the same udder quarter.
2.3.4 Statistical Analysis
Data per case were collected in Microsoft Access and Microsoft Excel 2016 (Microsoft Corporation, Washington, Redmond, WA, USA).
Due to the fact that the affected quarter within cow was the statistical unit of observation for the treatment outcome, clustering was used in the study (quarter in cow, cow in farm). All models contained cow and quarter within a cow as random effects to account for clustering within cows and repeated observations per quarter.
Bacteriological cure, cytological cure, full cure, and recurrence rate were evaluated using mixed model logistic regression analysis where parity (lactation number: 1, 2,
>2), days in milk (DIM; ≤100, 101–200, ≥201), MS (mild, moderate, severe), and pathogen group (S. aureus, S. dysgalactiae, S. uberis, NaS, T. pyogenes, coliforms, no growth, other, mixed infection, and contaminated) were included as fixed effects.
Cytological cure was categorized according to the cut-off value of 200,000 cells/mL as described above. For the statistical analysis, SPSS software (SPSS 26.0, IBM Corp., Armonk, NY, USA) was used. The full model was given by:
Logit (bacteriological cure, cytological cure, full cure, recurrence rate) = parity + DIM + MS + pathogen-group + (pathogen group x DIM) + (pathogen group x parity) + (pathogen group x MS) + herd (random) + cow (random) + quarter (random) + e.
A value of p < 0.05 was considered significant. The model quality was determined with the help of the Akaike information criterion. The random farm effect was not significant in the models but was kept as a design variable.
19 2.4 Results
2.4.1 Descriptive Results
A total of 2883 clinical mastitis cases were enrolled in the study. Most cases of clinical mastitis were caused by environmental pathogens. The detailed pathogen distribution is listed in Table 1. S. uberis was the most frequently detected pathogen (581 cases, 20.2%), followed by 333 cases with coliforms (11.6%) and 172 cases of NaS (6.0%). In 1010 milk samples, no bacteriological growth was detected (35.0%).
Table 1: Detailed microbiological results based on conventional diagnostic methods (n = 2883 mastitic udder milk samples).
Microbiological Findings n %
Streptococcus uberis 581 20.2
NaS 172 6.0
Staphylococcus aureus 164 3.7
Streptococcus dysgalactiae 86 3.0
Trueperella pyogenes 38 1.3
Coliforms 333 11.6
Mixed infections 106 3.7
Others1 193 6.7
No growth 1010 35.0
Contaminated2 200 6.9
Total 2883 100
1: Prototheca spp., Bacillus spp., Enterococcus spp., yeast, Pseudomonas spp., Corynebacterium spp., other streptococci.
2: More than two different pathogens were detected in one sample.
NaS: Non-aureus staphylococci.
Only 9.1% of all clinical mastitis cases were severe cases with general disorder of condition (249/2732), 35.7% of the detected cases had a MS2 (976/2732), and most clinical mastitis cases were classified as mild (55.2% (1507/2732)). The detailed distribution of the MS within the pathogen groups is shown in Table 2. Of all cases with S. uberis, 88.2% were mild or moderate and 11.8% severe. In contrast, 24.4% of all
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cases with proven coliform pathogens were severe cases. Of the total cases, 26.5%
of all severe cases were caused by S. uberis due to the large number of this pathogen, and 30.5% by coliforms. For all other pathogen groups, severe clinical conditions occurred only in 4.5 to 7% of the cases, with the exception of mixed infections, where 10.9% of cases were severe.
Most clinical mastitis cases occurred in the first 100 days after calving, with two cases shortly before first calving (46.5% (1341/2883)), the number of cases decreasing as lactation progressed (101–200 DIM = 28.3% (816/2883); DIM ≥201 = 25.2%
(726/2883)). The detailed distribution by phase of lactation is shown in Table 3.
In respect of the parity, most cases occurred in animals from the third lactation onwards (55.1% (1588/2883)) (Table 4). A total of 24.8% of the cases occurred in the second lactation (716/2883) and 20.1% occurred in primiparous cows (579/2883). The pathogen distribution over the different lactations shows that S. uberis and NaS occurred relatively more frequently during first lactation than in the following lactations (S. uberis: 24.4 vs. 19.4 and 19%; NaS: 8.5 vs. 4.7 and 5.6%). In contrast, from the second lactation onwards, proportionately more cases were caused by coliform pathogens (coliforms: 7.1 vs. 12.8 and 12.6%; no growth: 27.1 vs. 36.3 and 37.3%).
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22 Table 3: Microbiological results based on conventional diagnostic methods (n = 2883 mastitic udder milk samples) and their distribution by phase of lactation.Phase of LactationEarly Lactation (DIM ≤ 100)Mid Lactation (DIM 101–200)Late Lactation (DIM ≥ 201)Microbiological Findings n % 1 % 2 n% 1% 2n % 1% 2Total (n) Streptococcus uberis 27847.8 20.7 16929.1 20.7 13423.1 18.5 581NaS 9756.4 7.24325.0 5.33218.6 4.4172Staphylococcusaureus 6640.2 4.94326.2 5.35533.5 7.6164Streptococcusdysgalactiae 4350.0 3.22326.7 2.82023.3 2.886Trueperella pyogens2155.3 1.66 17.8 0.71128.9 1.538Coliforms 16148.3 12.0 9729.1 11.9 7522.5 10.3 333Mixed infections6359.4 4.82018.9 2.52321.7 3.2106Others3 9448.7 7.04633.2 5.65327.5 7.3193No growth44744.3 33.3 28928.6 35.4 27427.1 37.7 1010 Contaminated4 715.3809.8496.7200Total 1341 8167262883
1: Proportion of cases of all cases caused by the pathogen group. 2: Proportion of cases of all cases of the respective phase of lactation.3: Prototheca spp., Bacillus spp., Enterococcus spp., yeast, Pseudomonas spp., Corynebacterium spp., other streptococci. 4: More than two different pathogens were detected in one sample. DIM: days in milk, NaS: non-aureusstaphylococci.
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Table 4: Microbiological results based on conventional diagnostic methods (n =2883 mastitic udder milk samples) and their distribution by lactation number. Lactation First LactationSecond Lactation Third Lactation and Beyond Microbiological Findings n %1 %2 n %1 %2 n %1 %2 Total (n) Streptococcus uberis14124.3 24.4 13923.9 19.4 30151.8 19.0 581 NaS 4928.5 8.53419.8 4.78951.7 5.6172 Staphylococcus aureus 5131.1 8.84024.4 5.67344.5 4.6164 Streptococcus dysgalactiae2529.1 4.31719.8 2.44451.2 2.886 Trueperella pyogens6 15.8 1.01128.9 1.52155.3 1.338 Coliforms 4112.3 7.19227.6 12.8 20060.1 12.6 333 Mixed infections3331.1 5.72321.7 3.25047.2 3.1106 Others 3 3819.7 6.65126.4 7.110453.9 6.5193 No growth15715.5 27.1 26025.7 36.3 59358.7 37.3 1010 Contaminated4 386.6496.81137.1200 Total5797161588 2883 1: Proportion of cases of all cases caused by the pathogen group. 2: Proportion of cases of all cases of the respective phase of lactation. 3: Prototheca spp., Bacillus spp., Enterococcus spp., yeast, Pseudomonas spp., Corynebacterium spp., other streptococci. 4: More than two different pathogens were detected in one sample. NaS: non-aureusstaphylococci.
24 2.4.2 Results of Mixed Regression Models 2.4.2.1 Bacteriological Cure
A total of 1062 of 1448 clinical mastitis cases achieved a bacteriological cure (73.3%). The pathogen group was associated with bacteriological cure (p < 0.001) (Table 5), just like DIM (p = 0.006) and the MS (p = 0.02). In the following, only the significant subgroups in the tables are shown, because a complete representation of all would be too extensive. Parity did not show any significance in the multivariable model for bacteriological cure. The detailed bacteriological cure rates for the respective pathogens are shown in Table 6. Animals with mastitis caused by coliform bacteria had the highest bacteriological cure rate of 87.1%. S. dysgalactiae had a comparable bacteriological cure rate of 82.9%, while all other pathogen groups showed a significantly lower bacteriological cure rate with coliforms as reference. For animals with S. aureus, the risk of not being bacteriologically cured was seven times higher than for animals with coliform pathogens, the former having the lowest cure rate of 44.7% (p < 0.001).
Regarding the period of lactation, animals had greater chances of bacteriological cure at the end of lactation (DIM ≥201: p = 0.002). In order to further analyze this result, an interaction between bacteriological findings and period of lactation was investigated in the model. No significance for an interaction could be demonstrated. It was shown that the bacteriological cure rate increased the more severe the mastitis was (MS3: p = 0.016).
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Table 5: Final mixed logistic regression model for bacteriological cure of clinical mastitis from 12 different herds in Northern Germany.
Effect Coefficient SE t Value p-Value OR 95% CI Pathogen group
S. uberis 1.01 0.22 4.55 <0.001 2.73 1.77–4.21
NaS 0.88 0.29 3.08 0.002 2.41 1.38–4.22
S. aureus 1.98 0.27 7.39 <0.001 7.27 4.29–12.29 T. pyogenes 1.44 0.43 3.33 0.001 4.21 1.80–9.83
Coliforms Reference
Mixed infection 1.63 0.30 5.51 <0.001 5.11 2.86–9.13 Others 1 0.71 0.27 2.59 0.01 2.02 1.19–3.45 DIM
≥201 −0.57 0.18 −3.17 0.002 0.57 0.40–0.81
≤100 Reference
Mastitis score
MS3 −0.60 0.25 −2.41 0.016 0.55 0.34–0.90
MS2 −0.30 0.14 −2.10 0.036 0.74 0.56–0.98
MS1 Reference
1: Prototheca spp., Bacillus spp., Enterococcus spp., yeast, Pseudomonas spp., Corynebacterium spp., other streptococci. NaS: non-aureus staphylococci, DIM: days in milk, MS: mastitis severity score.
