Wilms-K3-Hygiene-Holz in der bovinen Mastitisprophylaxe

Transcription

Fachhochschule Osnabrück
University of Applied Sciences
Fakultät für Agrarwissenschaften und Landschaftsarchitektur
Diplomarbeit
Wilms-K3-Hygiene-Holz
in der bovinen Mastitisprophylaxe
Vorgelegt von
Marius Pötting
Cerisy Platz 2
33154 Scharmede
Immatrikulationsnummer 239714
am 12.09.2005
Erstprüfer: Prof. Dr. Robby Andersson
Zweitprüfer: Dipl.-Ing. Chemietechnik/Biotechnologie (FH) Stefan Gebken
Meinem Sohn Oscar
Danksagung
An dieser Stelle möchte ich mich bedanken bei all denen, die mich bei
der Fertigstellung dieser Arbeit unterstützt haben.
Neben den vielen die ich namentlich nicht nennen kann, möchte ich
besonders
Dr.
Helmut
Steinkamp
für
die
Bereitschaft
zur
Zusammenarbeit, Professor Robby Andersson für die Bereitstellung
des Themas, die Erstkorrektur und die Betreuung, Dr. Med. vet. Luis
Leon für die Vertretung von Prof. Andersson in den letzten Zügen des
Zusammenschreibens, Stefan Gebken für die Hilfe bei den Versuchen
und der Auswertung, die kritische Durchsicht der Arbeit, die vielen
hilfreichen Anregungen und für die Zweitkorrektur, Dr. Daniel Dietrichs
für die kritische Durchsicht der Arbeit und die Möglichkeit der Arbeit in
seiner Abteilung, den Mitarbeitern des DIL in Quakenbrück besonders
der mikrobiologischen Abteilung für die Unterstützung, Manfred
Kahtenbrink und seinen Eltern für die Möglichkeit der Feldversuche
auf ihrem Betrieb und der Firma WILMS mit ihrem Geschäftsführer
Gustav Wilms und dem Leiter der Entwicklungsabteilung Manfred
Rauer für die finanzielle Unterstützung und die Bereitstellung des
Materials danken.
Ohne diese Menschen wäre die Verwirklichung der Arbeit nicht
möglich gewesen.
Inhaltsverzeichnis
IV
Inhaltsverzeichnis
I. ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ________________________________________ VII
II. GLOSSAR _____________________________________________________IX
III. VERWENDETE GERÄTE UND APPARATUREN ____________________________ X
IV. TABELLENVERZEICHNIS __________________________________________XI
V. ABBILDUNGSVERZEICHNIS ________________________________________ XII
1. EINLEITUNG ___________________________________________ 1
2.THEORETISCHE GRUNDLAGEN ___________________________ 4
2.1 MASTITIS ____________________________________________________ 4
2.1.1 Mastitis als Faktorenkrankheit ________________________________ 6
2.1.2 Infektiöse Mastitis __________________________________________ 8
Klinische Mastitis___________________________________________________ 8
Subklinische Mastitis ________________________________________________ 9
2.1.3 Mastitiserreger ___________________________________________ 10
2.1.4 Einteilung der Mastitiserreger________________________________ 12
2.1.5 Erregerreservoire _________________________________________ 14
2.1.6 Stallsysteme _____________________________________________ 15
2.1.7 Anforderungen an die Liegeflächen ___________________________ 17
2.2 EINSTREU ___________________________________________________ 18
2.2.1 Anforderungen an die Einstreu_______________________________ 20
2.2.2 Einstreumengen __________________________________________ 21
2.2.3 Einstreumaterialien________________________________________ 23
2.2.4 Zusatzstoffe _____________________________________________ 23
2.2.5 Chemische und physikalische Eigenschaften von Einstreumaterialien 24
C-N-Verhältnis____________________________________________________ 25
Feuchte und pH-Wert ______________________________________________ 25
Korngrößenverteilung ______________________________________________ 26
Wasserhaltekapazität ______________________________________________ 26
Chemische Inhaltstoffe und Parameter _________________________________ 27
2.2.6 Einstreu als Mastitisrisiko ___________________________________ 29
2.2.7 Mikrobiologie der Einstreu __________________________________ 30
2.2.8 Mikrobielle Belastung unbenutzter Einstreu _____________________ 32
Inhaltsverzeichnis
V
2.3 WILMS-K3-HYGIENEHOLZ ALS BAKTERIZIDE EINSTREU? ________________ 36
2.3.1 Holz in hygienisch sensiblen Bereichen ________________________ 36
2.3.2 Erklärungsansätze ________________________________________ 37
Abtötung über die Inhaltsstoffe _______________________________________ 42
Abtötung über Entzug des lebensnotwendigen Wassers ___________________ 43
2.3.3 WILMS-K3-Hygieneholz ____________________________________ 44
3. LABORVERSUCHE ____________________________________ 48
3.1 MATERIAL UND METHODEN ______________________________________ 48
3.1.1 Eingesetzte Mikroorganismen _______________________________ 48
3.1.2 Reaktivierung von Mikroorganismen aus Stammkulturen __________ 49
3.1.3 Herstellen von Zellsuspensionen mit bekannter Zellkonzentration ___ 49
3.1.4 Nährmedien _____________________________________________ 51
3.1.5 Hemmstofftest ___________________________________________ 56
3.1.6 Holzmaterial _____________________________________________ 59
3.1.7 Statistische und darstellende Methoden________________________ 61
3.2 DURCHFÜHRUNG ______________________________________________ 62
3.2.1 Materialvorbehandlung _____________________________________ 63
3.2.2 Suspensionsauftragung ____________________________________ 63
3.2.3 Versuchsreihen___________________________________________ 63
3.2.4 Probenahme und Auswertung _______________________________ 64
3.2.5 Hemmstofftest ___________________________________________ 64
3.3 ERGEBNISSE _________________________________________________ 65
3.3.1 Vorversuche mit E.coli _____________________________________ 66
3.3.2 Versuche mit mastitisrelevanten Mikroorganismen _______________ 69
3.3.3 Hemmstofftest ___________________________________________ 73
4 FELDVERSUCH ________________________________________ 77
4.1 MATERIAL UND METHODEN ______________________________________ 77
4.1.1 Kriterien für die Auswahl des Versuchsbetriebes _________________ 77
4.1.2 Beschreibung des Versuchsbetriebes _________________________ 78
4.1.3 Einstreu des Versuchsbetriebes______________________________ 80
4.1.4 Lagerung der Einstreu _____________________________________ 81
Inhaltsverzeichnis
VI
4.2 DURCHFÜHRUNG ______________________________________________ 81
4.2.1 Vorbereitungen ___________________________________________ 81
4.2.2 Probenahme _____________________________________________ 82
4.3 ERGEBNISSE _________________________________________________ 84
5. DISKUSSION__________________________________________ 88
MASTITIS ______________________________________________________ 88
LABORVERSUCHE ________________________________________________ 90
FELDVERSUCH __________________________________________________ 95
6. FAZIT _______________________________________________ 100
7. KURZFASSUNG ______________________________________ 102
8. ABSTRACT __________________________________________ 104
9. QUELLENVERZEICHNIS _______________________________ 105
10. ANHANG _____________________________________________ A
Abkürzungsverzeichnis
I. Abkürzungsverzeichnis
Abb.
Abbildung
ATCC
American Type of Culture Collection, Rockville, Md. USA
Aqua dest.
Aqua destilata – destilliertes Wasser
Bact.
Bakterium
CASO
Casein Sojapeptonagar
cm
Zentimeter
d. h.
das heißt
DIL
Deutsches Institut für Lebensmitteltechnologie (Quakenbrück)
DSM
Deutsche Stammsammlung für Mikroorganismen und
Zellkulturen GMBH (Braunschweig)
E.coli
Escherichia coli
EU
Europäische Union
GV
Grossvieheinheiten
h
Stunde oder Stunden
Hrsg.
Herausgeber
i. A.
im Allgemeinen
i. d. R.
in der Regel
inkl.
Inklusive
Inku. Temp.
Inkubationstemperatur
KBE/g
Kolonienbildende Einheiten pro Gramm Substrat
KBE/ml
Kolonienbildende Einheiten pro ml Lösung
min
Minute oder Minuten
ml
Milliliter
NaCl
Natrium-Chlorid/Kochsalz
Nr.
Nummer
pH
pH-Wert negativer dekadischer Logarithmus der Konzentration
der freien H+ Ionen in einem Medium
rel.
relativ; relative
Staph.
Staphylococcus
Strept.
Streptococcus
Tab.
Tabelle
TMR
Totale Misch Ration
VII
Abkürzungsverzeichnis
upm
Umdrehungen pro Minute
u. a.
unter anderem
USA
United States of America – Vereinigte Staaten von Amerika
W/m2
Watt pro Quadratmeter
z. B.
zum Beispiel
°C
Grad Celsius
%
Prozent
µg/l
Mikrogramm pro Liter
VIII
Glossar
IX
II. Glossar
Drigalskispatel
dreieckiger Spatel aus Glas zum Verteilen von
Flüssigkeiten
DSM-Katalog
Bestellkatalog für Mikroorganismen
DSM-Stamm
Mikroorganismen von der DSM
Kieselgel
Medium zur Lagerung von Mikroorganismen
Merck
Bestellorganisation für Mikroorganismen
opak
lichtundurchlässig
Petrischale
Gefäß zum Anzüchten von Mikroorganismen
Schüttle:
Gerät zum gleichmäßigen Schütteln z. B. von Lösungen
Selektivmedien
Nährböden auf denen nur bestimmte Mikroorganismen
wachsen
Sterilbank
Arbeitsplatz mit Luftabsaugung
Stomacherbeutel
steriler Plastikbeutel
Apparaturen und Geräte
X
III. Verwendete Geräte und Apparaturen
•
Mixer Mulinette
Mulinette Haushaltsmixer von Mulinex
•
Stomacher Blender
Stomacher Lab Blender Modell 400 (BA 7021)
von seward medical
•
Photometer
Spectronic 20 Spektralphotometer
von Milton Roy
Tabellenverzeichnis
XI
IV. Tabellenverzeichnis
Tabelle 1:
Eigenschaften verschiedener Einstreumaterialien ___________ 25
Tabelle 2:
Verwendete Mikroorganismenkulturen ____________________ 48
Tabelle 3:
verwendete Holzproben _______________________________ 59
Tabelle 4:
Betriebsparameter Milchviehbetrieb Kathenbrink ____________ 78
Tabelle 5:
Einstreumaterialien für den Feldversuch___________________ 80
Abbildungsverzeichnis
XII
V. Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1:
Prädisponierende Faktoren der Mastitis ____________________ 7
Abbildung 2:
Veränderung der Erregerverteilung_______________________ 13
Abbildung 3:
Erregerreservoire verschiedener Mastitiserreger ____________ 14
Abbildung 4:
Liegezeiten auf unterschiedlichen Materialien ______________ 19
Abbildung 5:
Chemische Inhaltstoffe und Parameter____________________ 28
Abbildung 6:
Risikofaktoren für klinische Mastitiden ____________________ 30
Abbildung 7:
Mikrobielle Belastung unbenutzter Stroheinstreu ____________ 33
Abbildung 8:
Bakterienbelastung von unbenutzten Einstreumaterialien _____ 34
Abbildung 9:
Lebendkeimzahlbestimmung frischer Holzproben ___________ 39
Abbildung 10:
Keimzahlbestimmung verschiedener Holzproben____________ 40
Abbildung 11:
Identifizierung der Isolate von frischen Holzproben __________ 41
Abbildung 12:
Wachstum von E.coli auf WILMS-K3-Hygieneholz und
Kunststoff __________________________________________ 45
Abbildung 13:
Vergleich verschiedener Materialien ______________________ 47
Abbildung 14:
Wachstum von E.coli auf unbehandeltem Kiefernholz ________ 66
Abbildung 15:
Wachstum von E.coli auf unbehandeltem Kiefernholz
und WILMS-K3-Hygieneholz ___________________________ 67
Abbildung 16:
Wachstum von E.coli auf verschiedenen Hölzern____________ 68
Abbildung 17:
Wachstum von Staphylococcus aureus auf verschiedenen
Hölzern____________________________________________ 69
Abbildung 18:
Wachstum von Streptococcus uberis auf verschiedenen
Hölzern____________________________________________ 70
Abbildung 19:
Wachstum von Micrococcus varians auf verschiedenen
Hölzern____________________________________________ 70
Abbildung 20:
Wachstum von Enterococcus faecium auf verschiedenen
Hölzern____________________________________________ 71
Abbildung 21:
Wachstum von Staphylococcus epidermidis auf
verschiedenen Hölzern _______________________________ 71
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 22:
XIII
Wachstum von Enterobacter aerogenes auf
verschiedenen Hölzern _______________________________ 72
Abbildung 23:
Mittelwerte aller Laborversuche _________________________ 72
Abbildung 24:
Hemmstofftest WILMS-K3-Hygieneholz – unbehandelte Kiefer
bei pH 6,0 mit Bacillus subtilis __________________________ 74
Abbildung 25:
Abbildung 26:
Abbildung 27:
Hemmstofftest WILMS-K3-Hygieneholz – Buche – Fichte
Abbildung 28:
Abbildung 29:
Abbildung 30:
Stallgrundriss mit Lage der beprobten Boxen _______________ 79
Abbildung 31:
coliforme Keime auf verschiedenen Einstreumaterialien ______ 84
Abbildung 32:
Enterokokken auf verschiedenen Einstreumaterialien ________ 85
Abbildung 33:
Staphylokokken auf verschiedenen Einstreumaterialien_______ 86
Abbildung 34:
Streptokokken auf verschiedenen Einstreumaterialien ________ 87
Einleitung
1
1. Einleitung
Die Mastitis zählt weltweit zu den wichtigsten Krankheiten im Bereich der
Milchproduktion.
Neben
den
Fruchtbarkeitsstörungen
gehört
sie
zu
den
wirtschaftlich bedeutendsten Erkrankungen beim Milchvieh. (BLOWEY, 1998 nach
SCHULZE NAHRUP, 2000)
Deshalb wird sie auch als die „Berufskrankheit“ der Hochleistungskühe bezeichnet
(HÖLLDOBLER, 1999 nach SCHULZE NAHRUP, 2000).
Sie verursacht erhebliche direkte und indirekte Kosten. Ihre Bekämpfung ist
schwierig, teuer und nicht immer erfolgreich. Deshalb ist der Prophylaxe
besondere Aufmerksamkeit zu schenken (WENDT et al. 1998).
In den letzten Jahren wurde in diesem Bereich der Prophylaxe viel in Bezug auf
die so genannte ansteckende oder kontagiöse Mastitis erreicht. Im gleichen
Zeitraum nahmen jedoch die Fälle der umweltbürtigen Mastitiden zu. Durch den
fortwährenden Preisdruck im Bereich der Milchproduktion und dem damit
zusammenhängenden Drang, ständig höhere Milchleistungen zu erzielen, wird
das verwendete Tiermaterial gleichzeitig anfälliger für Eutererkrankungen. Daher
ist es in Bezug auf die Prävention der Mastitis unumgänglich, die Anstrengung in
der Bekämpfung, auch der umweltbürtigen Mastitis, zu erhöhen.
Der Gestaltung der Liegeflächen, die in ständigem direktem Kontakt zu den Zitzen
stehen, kommt hierbei eine besondere Bedeutung zu (KRÖMKER, 1995).
In den USA werden dazu aufgrund der hygienischen Eigenschaften vor allen
Dingen anorganische Einstreumaterialien wie z. B. Sand eingesetzt. In
Deutschland jedoch werden in der Regel organische Materialien wie Stroh oder
Holzspäne verwendet. Dies geschieht im Wesentlichen aufgrund der Kompatibilität
mit den üblichen Flüssigmistsystemen. Diese organischen Materialien bieten den
für die Mastitiden verantwortlichen, pathogenen Mikroorganismen jedoch zum Teil
ideale Wachstums- und Lebensbedingungen. (KRÖMKER, 1995)
Einleitung
Seit Jahrhunderten schon setzten die Menschen den Werkstoff Holz auf
verschiedenste Weise ein.
Somit sind der Mensch und damit auch die im Laufe der Zeit von ihm
domestizierten Tiere seit langem in ständigem Kontakt mit diesem Material. Schon
in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts haben die Menschen Holzspäne aus der
Gefäßherstellung als Einstreu für Tiere verwendet. (GOIA, 2003)
Holz und Holzprodukte kamen aber auch als Hilfsmittel in hygienisch sensiblen
Bereichen, für die Gewinnung und Zubereitung von Lebensmitteln, als Essgerät
und Geschirr und als Transportbehälter zum Einsatz (SCHULZ, 1995 nach
SCHÖNWÄLDER, 2000).
Gerade aus diesen sensiblen Bereichen wurde der Werkstoff aufgrund der ihm
nachgesagten schlechten hygienischen Eigenschaften jedoch in der jüngeren
Vergangenheit teilweise per Gesetz oder durch Gewohnheit immer mehr verbannt.
Stattdessen wurden immer mehr Edelmetalle und Kunststoffe eingesetzt.
(SCHÖNWÄLDER 2000)
Wissenschaftliche Untersuchungen im Bereich der Lebensmittelindustrie und der
Krankenhaushygiene haben jedoch für Kiefernkernholz und im Besonderen für
das mit einen speziellen Wasch- und Trocknungsverfahren behandelte WILMSK3-Hygieneholz der Firma Gustav WILMS mit Sitz in Bad Essen, antibakterielle
Eigenschaften nachgewiesen. In diesem Verfahren werden die Zellstrukturen des
Holzes teilweise zerstört, wodurch seine natürlichen antibakteriellen Eigenschaften
verstärkt werden. (STREHLEIN et al., 2004; SCHÖNWÄLDER et al. 2002)
Die Firma Gustav WILMS ist bereits seit einigen Jahren mit verschiedenen
Produkten aus diesem Material auf dem Markt. So produziert sie beispielsweise
Schneidunterlagen für den Küchenbereich oder Türgriffe mit antibakteriellen
Eigenschaften. Im landwirtschaftlichen Bereich ist die Firma bisher nicht vertreten,
doch besteht das Bestreben, die Produktpalette auch in diese Richtung
auszuweiten.
In der landwirtschaftlichen Milchviehhaltung werden Holzspäne verschiedenster
Holzarten in vielen Betrieben als Einstreu in den Hoch- und Tiefboxen der
vorherrschenden Boxenlaufställe verwendet.
2
Einleitung
3
In der Literatur fehlen jedoch wissenschaftliche Untersuchungen über die
hygienischen Eigenschaften dieser Einstreumaterialien.
In der jüngeren Vergangenheit wurden verschiedene Untersuchungen mit
Kiefernkernholz und im speziellen mit WILMS-K3-Hygieneholz durchgeführt. In
diesen Versuchen konnten antibakterielle, antivirale und fungizide Eigenschaften
der Hölzer nachgewiesen werden.
Diese bisher gefundenen Ergebnisse lassen die Vermutung zu, dass eine Einstreu
aus
diesen
Materialien
in
Milchviehställen
den
mit
für
die
Mastitiden
verantwortlichen Keimdruck an euterpathogenen Mikroorganismen reduzieren
könnte.
Ziel dieser Arbeit ist es, herauszufinden, inwieweit sich die bereits gefundenen
Ergebnisse auf die Gegebenheiten in der Milchviehhaltung übertragen lassen.
Dazu werden im Praxisteil zunächst die Eigenschaften verschiedener Hölzer
gegen euterpathogene Mikroorganismen unter standardisierten, aber mit den
Gegebenheiten der Praxis vergleichbaren Bedingungen im Labor getestet.
In diesen Versuchen soll geklärt werden, inwiefern verschiedene Holzarten
imstande
sind,
unter
simulierten
Praxisbedingungen
mastitisrelevante
Mikroorganismen abzutöten.
Danach werden die Ergebnisse einem Praxistest auf einen landwirtschaftlichen
Betrieb unterzogen.
Hierbei soll untersucht werden, wie sich die Belastung der Einstreu mit
euterpathogenen Mikroorganismen durch den Einsatz von Einstreu aus WILMSK3-Hygieneholz
reduzieren
lässt.
Dazu
werden
die
Liegeboxen
eines
Boxenlaufstalles in eine Versuchs - und eine Vergleichsgruppe unterteilt. Während
die Vergleichsgruppe weiterhin herkömmlich eingestreut wird, werden die Boxen
der Versuchsgruppe mit Einstreu aus WILMS-K3-Hygieneholz gefüllt.
Theoretische Grundlagen
4
2.Theoretische Grundlagen
2.1 Mastitis
Die als Mastitis bezeichnete Entzündung des bovinen Euterparenchyms ist im
Bereich der landwirtschaftlichen Rinderhaltung ein zentrales Problem.
Sie steht in direktem Zusammenhang mit der Milchleistung, die gerade für
Betriebe
die
sich
auf
Milchproduktion
spezialisiert
haben,
die
zentrale
Einnahmequelle darstellt.
Dieser wechselseitige Zusammenhang ist durch die Tatsache gekennzeichnet,
dass zum einen die Milchleistung durch eine Euterentzündung gemindert, zum
anderen
aber
die
Anfälligkeit
für
Euterentzündungen
mit
hohen
Milchmengenleistungen gesteigert wird.
Da unter den derzeitigen Gegebenheiten auf dem Milchmarkt eine wirtschaftliche
Milchproduktion jedoch nur bei hohen Milchmengenleistungen möglich ist, stellt
die Mastitis eine der größten Probleme und damit Herausforderung für
Betriebsleiter und Berater dar. Neben Fruchtbarkeitsstörungen stellen die
Eutergesundheitsstörungen in Form der Mastitiden ökonomisch gesehen die
höchste Verlustrate in der Milchrinderhaltung dar. (KRON, 2000)
Im Einzelnen setzten sich die Verluste durch Eutergesundheitsstörungen aus
folgenden Parametern zusammen:
•
Milchgeldabzüge für erhöhte Milchzellgehalte in der Anlieferungsmilch
(geregelt durch die Milchgüteverordnung von 1980, zuletzt geändert am
27.12.1993)
•
Verminderte Milchproduktion
•
Nicht verwertbare Milch
•
Tierarzt- und Medikamentenkosten
•
Größerer Arbeitsaufwand
•
Kürzere Nutzungsdauer kranker Tiere
(WENDT et al., 1998)
5
Die Mastitis kann als Euterentzündung bei allen Säugetieren auftreten. Im
Rahmen dieser Arbeit beziehen sich jedoch alle Aussagen auf die bovine Mastitis.
Die meisten Mastitiden entstehen durch die Infektion eines oder mehrerer
Euterviertel durch so genannte Mastitiserreger. Neben einer Infektion kann die
Mastitis auch andere Gründe haben. Diese können sowohl traumatisch als auch
toxisch sein. (FELICIANO DA SILVA, 1993)
Eine weitere Einteilungsmöglichkeit beschreiben WENDT et al. (1998):
Die
Ursache
einer
Mastitis
kann
demnach
unbelebt,
das
heißt,
nicht
erregerbedingt oder erregerbedingt sein. Die nicht erregerbedingten Ursachen
sind mechanischer, chemischer, toxischer und/oder thermischer Natur.
Durch diese unbelebten Faktoren können aseptischen Mastitiden ausgelöst
werden. Bei diesen können keine pathogenen Organismen nachgewiesen werden.
Aseptische Mastitiden sind deshalb i.d.R. nur am erhöhten Zellgehalt (mehr als
100.000 somatische Zellen/ml) (nach HAMANN 1992) der Milch erkennbar.
Solche, auch als Euterviertel mit Sekretionsstörungen bezeichnete Viertel sind
jedoch besonders anfällig für eine Infektion mit Mastitiserregern. Deshalb kann
sich aus einer zunächst aseptischen sehr schnell eine erregerbedingte Mastitis
entwickeln.
Erwähnt werden muss jedoch, dass es aus ätiologischer und pathogenetischer
Sicht keine abakteriellen Mastitiden gibt. Eine Ausnahme bildet dabei die
aseptische Mastitis. (KRÖMKER, 1995)
Es gibt in der Literatur sehr unterschiedliche Meinungen über die Anzahl der
somatischen Zellen (Zellzahl), durch die eine Mastitis gekennzeichnet ist. So liegt
dieser Wert laut ANONYM (1976) bei 500.000 Zellen/ml Milch. DOGGWEILER kam
1982 zu 100.000 bis 150.000 Zellen/ml Milch. Jedoch beruht die Diskrepanz
zwischen den Zahlen im Wesentlichen auf der üblichen Sicherheitsgrenze von der
doppelten Standardabweichung die nur von einigen Autoren berücksichtigt wird.
(KRÖMKER, 1995)
6
2.1.1 Mastitis als Faktorenkrankheit
Generell ist zu sagen, das die Mastitis zwar allgemein als Faktorenkrankheit
bezeichnet wird, aber alle Faktoren außer der Invasion des Erregers in das Euter
die Mastitis lediglich fördern oder hemmen können, sie aber letztenendes nicht
auslösen.
Deshalb ist die Verhinderung des Eindringens der Krankheitserreger die erste und
wichtigste Maßnahme zur Kontrolle der Mastitis. (GRUNER, 1992)
Die weiteren Erläuterungen dieser Arbeit sind stets in Bezug auf die infektiöse und
damit erregerbedingte Mastitis zu betrachten.
Prädisponierende Faktoren
Die Begründung für die Bezeichnung der Mastitis als Faktorenkrankheit liegt in
den vielfältigen prädisponierenden Faktoren die zur Krankheitsentstehung
beitragen. Die Krankheit wird dabei im Wesentlichen durch die Wechselwirkungen
zwischen dem Tier, seiner Umwelt und den Mastitiserregern beeinflusst.
Obwohl
Mikroorganismen
der
unabdingbare
ätiologische
Faktor
bei
der
Mastitisentstehung sind, gibt es eine ganze Reihe von anderen Faktoren die die
Entstehung beeinflussen. (FELICIANO DA SILVA, 1993)
Die wesentlichen Faktoren werden in der folgenden Abbildung dargestellt:
Abbildung 1:
7
Prädisponierende Faktoren der Mastitis
(GRUNER, 1992)
Es wird deutlich, das neben den Erregern noch eine ganze Reihe weiterer
Faktoren an der Mastitisentstehung beteiligt sein können. Auf der linken Seite der
Grafik sind dabei die endogenen, das heißt, an das Tier gebundenen Faktoren
aufgelistet.
Für unsere Fragestellung sind jedoch die exogenen Faktoren, die sich in der
Umwelt der Tiere befinden, von größerer Bedeutung.
Besonders zu nennen ist hier der Punkt: „Reinigung und Desinfektion der
Stallanlage, Keimbesatz auf Euter, Stallboden und Einrichtungen, Luftkeimgehalt“.
Hier besteht ein direkter Zusammenhang zur Qualität der Liegeflächen und damit
zum Einstreumanagement.
Die DVG machte 1999 eine Unterteilung zwischen externen Umweltfaktoren zu
denen sie unter anderem Klima, Geographie und Traditionen zählte und internen
Umweltfaktoren.
Innerhalb
dieser
internen
Faktoren
wird
unter
den
8
herdenspezifischen Faktoren unter anderem auch die Einstreu als wichtiger
Einflussfaktor auf die Mastitis genannt. Besonders in Grossbetrieben sei laut der
DVG die mangelnde Einstreuhygiene eine entscheidende Ursache für Mastitiden.
(ANONYM, 1999)
GRUNER kam 1992 zu dem Schluss, dass aufgrund der schwierigen und teuren
Bekämpfungsmöglichkeiten für die Mastitis die Prophylaxe einen wichtigen
Stellenwert einnehmen sollte.
2.1.2 Infektiöse Mastitis
Die Erreger der infektiösen Mastitis, gelangen über die Euterdrüse und über den
Drüsenkanal,
bestimmte
Erreger
auch
über
die
Blutbahnen
oder
das
Lymphgewebe (hämatogenem / lymphogenem Wege) in das Euter und
verursachen dort die Entzündungen. Diese werden zum Teil durch die
Pathogenen selbst oder durch die von ihnen produzierten Toxine verursacht. Das
kann bis zu einer Blutvergiftung der Kuh und zu deren Tod führen.
Die Übertragung der Bakterien kann dabei von infizierten Kühen z. B. über die
Melkanlagen oder Hände des Pflegers erfolgen. Somit ist die Hygiene im Stall und
vor allem beim Melken äußerst wichtig. Andere Erreger können leicht aus der
Umwelt der Tiere durch den Strichkanal oder Verletzungen der Euterhaut
eindringen. Sie finden in der Milch einen hervorragenden Nährboden und
außerdem meist eine lokal überforderte Immunabwehr.
Diese Erreger kommen z. B. aus dem Kot der Tiere oder aus belasteter,
auslaufender Milch und vermehren sich gut in organischen Einstreumaterialien.
Legen sich die Tiere dann darauf ab, treten sie in direkten Kontakt mit hohen
Konzentrationen von schädigenden Mikroorganismen. (ANONYM, 1989)
Klinische Mastitis
9
Bei der klinischen Mastitis, die teilweise auch als akute Mastitis bezeichnet wird,
handelt es sich um die makroskopisch erkennbare, schwere Form der
Euterentzündung.
Sie ist durch die offensichtlichen Entzündungssymptome
•
erhöhte Temperatur des Euters
•
Fieber
•
Schmerzen
•
Schwellung
•
veränderte Milch (z. B. gelbe oder weiße Flocken) gekennzeichnet.
Die Milchleistung nimmt dabei, vor allen Dingen in dem oder den betroffenen
Eutervierteln, stark ab. (ANONYM, 1994)
Diese Art der Mastitis, die zwar durch einen relativ schweren Verlauf der
klinischen Symptome gekennzeichnet ist, ist jedoch betriebswirtschaftlich
betrachtet weniger bedeutend als die Verluste durch die subklinischen Mastitiden,
die weitaus häufiger auftreten. (WENDT et al., 1998)
Die bakteriologische Untersuchung der Milch ergibt bei der subklinischen Mastitis
fast immer einen erhöhten Milchzellgehalt. Ist dies nicht der Fall und sind trotzdem
klinische Symptome nachzuweisen, spricht man von einer unspezifischen Mastitis.
(ANONYM, 1994)
Subklinische Mastitis
Bei der subklinischen Mastitis, die auch als unterschwellige Euterentzündung
bezeichnet wird, handelt es sich um die in ihren klinischen Symptomen
abgeschwächte
und
oft
makroskopisch
nicht
ohne
geeignete
Hilfsmittel
erkennbare Form.
Zu diesen Hilfsmitteln zählt der, in der Praxis häufig angewandte Schalm-MastitisTest, (oft auch einfach Schalm-Test genannt) bei dem über Verfärbung und
Konsistenzveränderungen nach Zugabe von Alkylarysulfonat zu den einzelnen
Viertelgemelksproben semiquantitative Aussagen zu Zellzahlen über 300.000/ml
Milch sowie zu pH-Wert Abweichungen machen lassen. Daneben ist ein
10
Rückgang der Milchleistung charakteristisch für die subklinische Mastitis. (WENDT
et al. 1998)
2.1.3 Mastitiserreger
Zwar schreibt TOLLE bereits 1971 nach ANDERSSON (1991), dass fast jeder
Mikroorganismus in der Lage ist, eine Mastitis auszulösen, jedoch gibt es eine
Anzahl von Erregern, die als besonders wichtig angesehen werden.
Die Mastitis wird vor allem von bestimmten Mikroorganismen (Streptokokken,
Staphylokokken, Mykoplasmen) hervorgerufen. Dabei werden nach KRÖMKER
(1995) 90 % aller Mastitisinfektionen durch Kokken verursacht. TOLLE kommt 1982
nach ANDERSSON (1991) zu dem Schluss, dass 90 % aller Mastitiden durch
Strepto- und Staphylokokkeninfektionen verursacht werden.
Nach ANDERSSON, der 1991 TOLLE, (1982); ROLLE und MAYR, (1984) und ANONYM,
(2002) zitiert, gibt es folgende, wichtige Mastitiserreger:
1. Familie Micrococcaceae
Staphylococcus
Koagulase
Epithelzellen
aureus:
und
des
grampositiv,
Hämolysine;
Strichkanals,
bildet
bevorzugt
der
die
Enterotoxin,
Katalase,
Anlagerung
Milchzisterne
und
der
an
die
großen
Milchgänge. Staph.aureus ist der äthiologisch häufigste Mastitiserreger. Die
Erfolgschancen für eine bakteriologische Heilung liegen auch bei gezielten,
erregerspezifischen, längeren Behandlungen, nur bei maximal 50 bis 60 %.
Die koagulase-negativen Staphylokokken wurden noch vor einigen Jahren
als Erreger mit geringer Euterpathogenität bezeichnet. Nach neueren
Untersuchungen müssen sie jedoch als typische Mastitiserreger bezeichnet
werden. (GRIFFIN et al., 1977; HAMANN, 1992 nach KRÖMKER, 1995)
11
2. Familie Streptococcaceae
Sie können in der Regel relativ gut antibiotisch bekämpft werden. Auch
trockenstehende Kühe und Rinder können Träger dieser Erreger sein.
Sie
sind
nach
Staph.aureus
die
zweithäufigsten
Mastitiserreger.
Streptococcus agalactiae: grampositiv, überlebt nur innerhalb des Euters,
Krankheitsverlauf meist chronisch, hohe Übertragbarkeit und die Gefahr
symptomloser
Infektionen
(relativ
unauffällige
Zellzahlen)
sind
Problempunkte. (GRIFFIN et al., 1977; HAMANN, 1992 nach KRÖMKER,
1995) Streptococcus dysgalactiae: grampositiv, pathogen in erster Linie im
Euter, aber auch in anderen Organen nachweisbar, Krankheitsverlauf und
Pathogenese wie bei Strept.agalactiae Streptococcus uberis: grampositiv,
kein obligatorischer Mastitiserreger, Infektion führt i. d. R. zu subklinischer
Mastitis
3. Familie Enterobacteriaceae (Coliforme)
Escherichia coli: gramnegativ, Vertreter der Darmbakterien, Infektion auch
auf hämatogenem und lymphogenem Weg (DREIST, 1988 und WEIGT, 1985
nach ANDERSSON, 1991). Nach BARTLETT et al. (1991) ist Sägemehl als
Einstreu ein Risikofaktor für coliform bedingte Mastitiden.
4. Familie Coryneforme
Corynebacterium, Actinomyces pyogenes: grampositiv, Übertragung beim
Melken und durch Insekten, Krankheitsverlauf meistens akut.
5. Hefen
relativ selten, meist nach Euterbehandlungen durch mangelnde Hygiene
(ROLLE und MAYR, 1984). Hefeinfektionen treten typischerweise 10 bis 14
Tage nach einer Antibiotikabehandlung auf. In der Mehrzahl der Fälle
werden die Erreger spontan abgetötet, und die Entzündung klingt nach
einigen Wochen ab. (GRIFFIN et al., 1977; HAMANN, 1992 nach KRÖMKER,
1995)
12
2.1.4 Einteilung der Mastitiserreger
In der Literatur werden die verschiedenen Erreger auch entsprechend ihrer
Pathogenität in die beiden Gruppen „minor“ und „major pathogens“ eingeteilt.
(FERNANDO et al., 1981, ROLLE und MAYR, 1984, WENDT et al., 1986 und STUMPF,
1988)
Minor pathogens
•
Koagulasenegative Mikrokokken
•
Nicht-aureus Staphylokokken
•
Actinomyces bovis
Major pathogens
•
Staph.aureus
•
Strept.agalactiae
•
Strept.dysgalactiae
•
Strept.uberis
•
Coliforme
Die „minor pathogenen“ Erreger stellen nur dann eine Gefahr für die
Eutergesundheit dar, wenn sie in großer Anzahl auftreten und wenn die Kuh durch
andere Faktoren geschwächt ist.
Im
Bereich
der
präventiven
Mastitisbekämpfung
sind
sie
jedoch
nicht
unbedeutend, zunächst sollte das Augenmerk aber auf den „major pathogenen“
Organismen liegen.
Neben der Einteilung nach der Pathogenität werden nach GLENN (2004) und
FRITON (1998) bei der Mastitis zwei Erregergruppen unterschieden:
•
Umweltbürtige Krankheitserreger: ubiquitär vorhanden
•
Ansteckende Krankheitserreger: auf kranken Tieren vorhanden oder von ihnen
ausgeschieden
13
Demnach gibt es zum einen die umweltbedingte und die ansteckende Mastitis.
Während die ansteckende Mastitis in der Regel von einer Kuh auf die andere
während der Melkzeiten übertragen wird, wird die umweltbedingte Mastitis von
ubiquitär vorhandenen Erregern ausgelöst, die das Euter der Kuh vor allen Dingen
in den Zwischenmelkzeiten befallen. (GLENN, 2004; FRITON, 1998)
Auch KRÖMKER schreibt 1995 über die Zweckmäßigkeit der Einteilung des
Erregerspektrums aus epidemiologischer Sicht in kontagiöse (=ansteckende) und
Umwelterreger.
Die Form der umweltbürtigen Mastitis wird in erster Linie von coliformen Keimen
(inkl.
Klebsiellen)
und
bestimmten
Streptokokken
(außer
Streptococcus
agalactiae) ausgelöst. (GLENN, 2004)
Die Staphylokokken, vor allen Dingen Staphylococcus aureus, die in der
Vergangenheit mehr zu den ansteckenden Keimen zählten, kommen in letzter Zeit
immer mehr in den Blickwinkel der umweltbedingten Keime. Einige neuere Studien
haben sie auch in der Umwelt der Kuh nachgewiesen. Staph.aureus kann auf
Einstreumaterial nachgewiesen werden, wenn auch nicht so häufig wie koagulase
negative Staphylokokken. (HOGAN et al., 1989 nach ELBERS et al., 1998)
Während coliforme Keime als typische Erreger der umweltbedingten Mastitis
natürlicherweise in der Umwelt vorkommen und im Stall vor allen Dingen im Mist
zu finden sind, werden die Klebsiellen in erster Linie mit Holzspänen der Einstreu
in Verbindung gebracht. (DÜNGELHOEF, 1960)
In den letzten Jahren ist es zu einer Veränderung in der Erregerverteilung
gekommen.
Abbildung 2:
Veränderung der Erregerverteilung
(KRÖMKER, 1995)
14
Die Darstellung gibt eine Gegenüberstellung nach KRÖMKER wieder, der seine
eigenen Versuche aus dem Jahr 1995 mit denen von TILGNER aus dem Jahr 1954
verglichen hat. In beiden Fällen wurden die Daten von über 10000 infizierten
Kühen aus ganz Deutschland zusammengefasst. Es ist ersichtlich, dass sich die
Erregerverteilung in den letzten Jahren stark zu den umweltassoziierten Erregern
verschoben hat. (KRÖMKER, 1995)
Zu ähnlichen Ergebnissen kam bereits 1989 der Sachverständigenausschuss
„Subklinische
Mastitis“
der
Fachgruppe
Milchhygiene
der
deutschen
Veterinärmedizinischen Gesellschaft der in seiner Leitlinie feststellte, dass die
klassischen Erreger wie Strept.agalactiae oder Staph.aureus relativ erfolgreich
bekämpft wurden. An ihre Stelle sind jedoch immer mehr Umweltkeime getreten,
die ungleich schwerer zu bekämpfen sind. (FELICIANO DA SILVA, 1993)
2.1.5 Erregerreservoire
Abbildung 3:
Erregerreservoire verschiedener Mastitiserreger
(+ = seltenes Vorkommen; ++ = gelegentliches Vorkommen;
+++ = starkes Vorkommen)
(verändert nach KRÖMKER, 1995)
15
Anhand dieser Darstellung wird deutlich, dass es einige Erreger gibt, die ihr
Erregerreservoir nur im infizierten Euter haben und die damit zu den kontagiösen
Erregern zählen. Hiernach zählt allerdings auch Staph.aureus zu den kontagiösen
Erregern. Wie oben bereits ausgeführt, wird dieser Erreger mittlerweile allerdings
von vielen Autoren zu den Umwelterregern gezählt.
Deutlich wird auch, dass eine strikte
Trennung
zwischen
den
beiden
Erregergruppen nur schwer möglich ist. Vielmehr geht es um eine grobe
Zuordnung der Hauptreservoire.
Diese Einteilung ist auch nicht als eine statische zu verstehen, da sich sowohl die
Erreger wie auch die Umwelt derselben verändern und es somit zu
Verschiebungen und Veränderungen kommen kann.
Nach ANONYM (1994) lassen sich die Informationen aus Wissenschaft und Praxis
dermaßen konzentrieren, dass die baulichen Gegebenheiten, aus denen die
hygienische Situation der Kühe weitestgehend resultiert, in erster Linie für die
Infektion in der Zwischenmelkzeit verantwortlich sind. Demnach sind bei der
Beurteilung des Einzelfalls unter anderem die Aufstallungsform, die Boxengröße,
die Bodenbeschaffenheit und die Gestaltung der Liegeflächen zu berücksichtigen.
2.1.6 Stallsysteme
Die Stallsysteme in der Milchviehhaltung waren in der jüngeren Vergangenheit
vielen Veränderungen unterworfen. In der ersten Hälfte des 20ten Jahrhunderts
herrschte noch die Haltungsform der Anbindehaltung mit Einstreu vor. Daneben
gab es noch einige Tiefstreuställe. Vor allen Dingen in den Ackerbaugebieten
Nord- und Ostdeutschlands wurde diese Aufstallungsform gewählt um eine höhere
Mistmenge zu erzielen. Es handelte sich dabei stets um Einraumtieflaufställe.
(KULKE et al., 1953; HENRICHS, 1954 nach HÖRNING, 1997)
Nach den ursprünglichen Einraumlaufställen wurden rasch Zweiraumställe mit
befestigtem Fressplatz eingeführt um die Strohmengen reduzieren zu können.
Bereits Anfang der 60er Jahre wurden die ersten Boxenlaufställe mit Melkstand in
Deutschland bekannt. In erster Linie durch die sich verändernden Bedingungen in
der Landwirtschaft und im Lohnniveau wurde diese neue Aufstallungsform für viele
Betriebsinhaber interessant. (MACKROTT, 1994)
Die
Entwicklung
Mechanisierung,
16
einstreuloser
führte
Systeme,
schließlich
zur
unterstützt
Etablierung
durch
der
die
bessere
Liegeboxen,
der
Spaltenböden und der planbefestigten Laufflächen mit Faltschieber ab Anfang der
70er Jahre.
Heute ist ein großer Teil der Kühe in Liegeboxenlaufställen (auch kurz und hier im
weiteren Boxenlaufstall genannt) untergebracht. (HÖRNING, 1997)
Daneben gibt es noch einige andere Stallsysteme, die hier der Vollständigkeit
halber jedoch nur genannt werden sollen:
•
Tretmiststall
•
Tiefstreustall
•
Fressliegeboxenaufstall
Der Boxenlaufstall ist die, auch nach den Ausführungen der KTBL heute wichtigste
Aufstallungsform für Milchkühe in Deutschland. Sie ist gekennzeichnet durch
getrennte
Bereiche
innerhalb
des
Stalls
für
die
unterschiedlichen
Funktionsbereiche der Milchkühe. Hierbei wird zwischen den Bewegungs/Laufflächen, dem Bereich der Fütterung und den Liegeboxen getrennt.
Zu unterscheiden sind dabei die eingestreuten und die nicht eingestreuten
Boxenlaufställe.
Bei den eingestreuten Boxenlaufställen können dabei grundsätzlich zwei Formen
auftreten:
1. Liegeboxen und planbefestigte Laufgänge werden eingestreut
2. eingestreute Liegeboxen, planbefestigte Laufgänge werden mehrmals
täglich mechanisch gereinigt oder bestehen aus Spaltenböden.
Bei dieser Aufstallungsform gibt es hinsichtlich der Ausgestaltung der Liegeboxen
verschiedene Varianten. Zum einen wird zwischen Hoch- und Tiefboxen
unterschieden.
17
Bei Hochboxen ist das Niveau der planbefestigten Unterlage gegenüber dem der
Laufgänge um 12 bis 25 cm angehoben. Die notwendige Elastizität wird diesen
Boxen durch den Einbau einer Kunststoff- oder Gummimatratze gegeben.
(ANONYM, 1995)
Dennoch sind sie im Vergleich zu Tiefboxen (siehe unten) in der Regel härter,
feuchter, rutschiger und weisen eine höhere Wärmeableitung auf. Teilweise
werden sie deshalb noch dünn mit gehäckseltem Stroh oder Sägespänen
eingestreut
um
die
unzureichenden
Eigenschaften
hinsichtlich
Elastizität,
Trockenheit und Rutschfestigkeit zu verbessern. (DUMELOW, 1995)
Bei den Tiefboxen ist das Niveau nicht angehoben und es werden normalerweise
keine Kunststoffmatratzen eingebaut. Stattdessen wird die Elastizität durch eine
dickere Schicht Einstreu, zum Beispiel als ca. 15 cm dicke, feste Mistmatratze,
gewährleistet. (ANONYM, 1995; NYSCHAP, 2004)
Tiefboxen werden von der Lauffläche durch eine Streuschwelle getrennt. Sie sind
in der Regel etwa 10 cm länger als die Hochboxen da sich die Tiere aufgrund der
Streuschwelle weiter vorne ablegen. Dadurch kommt es oft zu stärkerer Verkotung
der Boxen was einen höheren Reinigungsaufwand bedeutet. (BOCKFISCH und ZIPS
1985; BATZ, 1990)
2.1.7 Anforderungen an die Liegeflächen
In der Aufstallungsform des Boxenlaufstalls kommt der Beschaffenheit der
Liegeflächen in den Liegeboxen eine besondere Bedeutung zu. Gerade in
Boxenlaufställen mit uneingestreuten Laufgängen müssen die Liegeboxen den
Kühen die Möglichkeit zum ungestörten Wiederkäuen und Ausruhen geben.
(MACKROTT, 1994; BATZ, 1990)
HÖRNING führt 1997 aus, dass die Liegefläche von Rindern verschiedene
Anforderungen erfüllen muss. So muss sie elastisch sein, um die Kräfte, die
18
gerade beim Abliegen z. B. auf die Karpalgelenke der Rinder wirken, abfedern und
verteilen zu können.
Neben der Elastizität muss die Liegefläche eine ausreichende Wärmeabstrahlung
zwischen 60 und 100 W/m2 gewährleisten. (RIST und MATHYS, 1973)
Um ein für das Wiederkauen optimales Abliegen der Rinder von mehr als 5
Stunden pro Tag zu gewährleisten, muss die Liegefläche ausreichend trocken
sein. (KEYS et al., 1975)
2.2 Einstreu
Einstreu bezeichnet Material, das in Stallungen, Käfigen und ähnlichem den
Boden bedeckt um die Ausscheidungen der dort lebenden Tiere aufzunehmen.
(HAGENLOCHER, 2005)
Bereits 1971 wurden von WANDER Versuche mit unterschiedlichen Bodenbelägen
in Liegeboxen durchgeführt. Auffallend war dabei die starke Bevorzugung der
Kühe von Schüttungen aus Kies oder Sägemehl. ZEEB (1970) und ANDREAE und
PAPENDIEK (1971) bestätigten diese Ergebnisse.
Im Jahr 2003 wurden von TUCKER et al. eine ähnliche Studie durchgeführt. Dabei
wurden in zwei voneinander unabhängigen Durchgängen die Liegezeiten von
Kühen
auf
unterschiedlichem
Untergrund
festgehalten.
Es
wurden
Untergründe Sägemehl, Sand und Kunststoffmatratzen miteinander verglichen.
Die wesentlichen Ergebnisse werden in der folgenden Abbildung dargestellt:
die
Abbildung 4:
19
Liegezeiten auf unterschiedlichen Materialien
Durchgang 1
Durchgang 2
(TUCKER et al., 2003)
Anhand der Ergebnisse wird deutlich, dass die Kühe auf Sägemehl längere
Liegezeiten haben als auf den anderen Untergründen. Begleitend zu den
Aufzeichnungen bezüglich der reinen Liegezeiten wurden auch die Stehzeiten in
den Boxen untersucht. Auch hier zeigte sich ein deutlicher Vorteil des Sägemehls.
Abschließend wurden die Kühe auf mögliche Verletzungen hin untersucht, die von
der Art der Liegefläche herrühren können. Hierbei schnitten die Kühe die auf
Sägemehl lagen, ebenfalls besser ab.
20
Im Allgemeinen scheinen Kühe eine Vorliebe für weiche Materialien wie Sand oder
Späne zu haben (TUCKER et al., 2003). Zu ähnlichen Ergebnissen kamen vorher
schon zahlreiche andere Autoren. Eine Auflistung der Ergebnisse findet sich bei
HÖRNING (1997).
2.2.1 Anforderungen an die Einstreu
Die Bedeutung der Einstreu für die Gesundheit und die Leistungsfähigkeit der
landwirtschaftlichen Nutztiere wurde bereits 1922 von RAHM dargestellt. Er
beschreibt, dass eine gute Einstreu den Tieren ein trockenes, warmes und
elastisches Lager bieten soll. Außerdem soll sie den Gehalt an Ammoniak in der
Stallluft
senken
und
entwicklungshemmend
auf
krankheitserregende
Mikroorganismen wirken. (nach DÜNGELHOEF, 1960)
In verschiedenen Versuchen wurde festgestellt, dass die Gefahr für Verletzungen
ohne Einstreu höher ist als mit Einstreu. So kommt es ohne Einstreu vermehrt zu
Verletzungen an den Klauen, dem Bewegungsapparat der Haut und dem Euter.
Indirekt hat somit die Einstreu auch über diesen Weg einen nicht unerheblichen
Einfluss auf die Eutergesundheit der Kühe. Durch eine schlechte Konstitution
steigt nämlich die Anfälligkeit für Infektionen, außerdem bieten Verletzungen an
der Haut und am Euter Eintrittspforten für pathogene Mikroorganismen. (BERGER,
1985)
WELCOME nennt 2003 in seiner Arbeit die fünf wichtigsten Einstreueigenschaften:
1. Komfort: Das Einstreumaterial soll ein trockenes haltgebendes „Bett“ liefern,
das die Kuh ermutigt, sich hinzulegen. Um eine ausreichende Elastizität zu
gewährleisten, sollte die Einstreu eine Eindringtiefe von mindestens 3 cm
aufweisen. Für die Wärmeableitung dagegen ist nach den Versuchen von RIST
und MATHYS von 1973 eine Strohschicht von 1 bis 2 cm Dicke die beste
Isolationsschicht.
21
2. Feuchtigkeit: Im Zusammenhang mit organischen Einstreumaterialien schafft
Feuchtigkeit einen idealen Nährboden für Mikroorganismen. Die Einstreu sollte
deshalb immer so trocken wie möglich gehalten werden. Die Trockenheit der
Einstreu ist aber auch für das Abliegen der Kühe wichtig. So fanden KEYS et al.
1975
heraus,
das
Kühe
auf
feuchten
Einstreumaterialien
mit
29%
Trockensubstanz nur eine halbe Stunde pro Tag lagen. Im Gegensatz dazu
lagen die Tiere auf trockenen Materialien mit 90% Trockensubstanz bis zu 6,2
Stunden pro Tag.
3. Inhaltsstoffe: Idealerweise sollten Einstreumaterialien von ihren Inhaltsstoffen
her kein bakterielles Wachstum fördern. Dies ist allerdings nur bei
anorganischen Materialien wie Sand der Fall.
4. Sauberkeit: Einstreu, die an der Kuh hängen bleibt, trägt nicht zur Sauberkeit
bei, außerdem sollte sie die Zitzen- und Euter-Haut nicht reizen oder
verletzten. Dies würde den Liegekomfort mindern und Eintrittspforten für
Erreger schaffen.
5. Korngrößenverteilung: Je kleiner die einzelnen Partikel sind, um so eher
unterstützen sie mikrobielles Wachstum. Darüber hinaus verkürzen kleine
Partikel die wirkungsvolle Nutzungsdauer der Einstreu.
2.2.2 Einstreumengen
Im Normalfall wird in Liegeboxenlaufställen mit Einstreumengen zwischen 0,3 und
0,8 kg pro GV und Tag gerechnet. Diese Einstreumengen beziehen sich auf
trockene und saubere Einstreu. Bei schlechter Lagerung und dementsprechend
schlechteren Einstreuqualitäten sind die Werte jeweils nach oben zu korrigieren.
Die
Einstreuqualität
wird
dabei
in
erster
Linie
von
ihrem
Wasserbindungsvermögen bestimmt. (HAIDN, 1996)
SANDHOLM et al. kommen 1995 zu idealen täglichen Einstreumengen von 1 bis 2
kg. HÖRNING veröffentlichte 1997 in seiner Arbeit eine Zusammenstellung
verschiedener Autoren, die praktisch übereinstimmend zu ähnlichen Ergebnissen
kommen. Hierbei unterscheiden sich die erforderlichen Einstreumengen zum Teil
deutlich, je nachdem ob in dem jeweiligen System Flüssig- oder Festmist erzeugt
wird. Die Mengen variieren dabei je nach Autor zwischen 0,2 und 3 kg für
Flüssigmist und zwischen 1 und 4 kg pro GVE und Tag für Festmist.
Zum Vergleich: Im Tieflaufstall werden zwischen 10 und 18 kg pro GVE und Tag
verbraucht.
WANDER und FRICKE führten 1974 Untersuchungen mit unterschiedlichen
Schüttungsstärken durch. Sie kamen zu dem Ergebnis, dass weder zu dünne (10
cm dick) noch zu dicke (20 cm dick) Schüttungsstärken bevorzugt werden.
In Ihren Versuchen kamen sie zu dem Ergebnis, das eine Schüttungsstärke von
ca. 15 cm den Kühen die erforderliche Plastizität und Haltbarkeit liefert, die sie für
den Funktionskreis des Ruheverhaltens bevorzugen. (BOCK, 1990)
Die unter ANONYM (1995) veröffentlichten Versuche kommen zu dem Ergebnis,
dass die Dicke der Strohmatratze in Tiefboxen zwischen 10 und 15 cm betragen
sollte. Weiterhin sprechen sie die Empfehlung aus, für den Komfort der Kühe und
für die Eutergesundheit ein bis zweimal die Woche neu einzustreuen und die
Einstreu täglich mindestens einmal von groben Verunreinigungen zu säubern.
Dabei empfehlen sie Einstreumengen von 0,5 kg pro Kuh und Tag in der Tiefbox
mit fester Mistmatratze aus langem Stroh und maximal die selbe Menge für die
Hochbox mit fest eingebauter Kunststoff- oder Gummimatratze.
Die Frage nach der Einstreumenge ist nicht nur für den Komfort der Milchkühe von
Bedeutung, sondern steht auch in Zusammenhang mit der Eutergesundheit der
Kühe. So schreibt MATZKE (1959) über den Einfluss der Einstreumenge auf die
Keimzahlen der Milch. Er kommt zu dem Ergebnis, dass sich die Keimzahlen der
Tankmilch mit steigender Einstreumenge und Einstreufrequenz senken lassen.
Leider finden sich in seinen Aufzeichnungen keine konkreten Zahlen zu dieser
Fragestellung.
22
2.2.3 Einstreumaterialien
Grundsätzlich werden verschiedene Materialien als Einstreu in den Liegeboxen
von Boxenlaufställen eingesetzt.
Die Auswahl des jeweiligen Materials hängt dabei von unterschiedlichen Faktoren
ab. So sind der Preis und die regionale Verfügbarkeit neben den Anforderungen
des Aufstallungssystems von großer Bedeutung. (ANONYM, 1995)
Nach ANONYM (1995) sind im Folgenden die üblichsten Einstreumaterialien
aufgelistet:
•
Aufbau einer Mistmatratze aus langem Stroh
•
Einstreu aus gehäckseltem Stroh
•
Einstreu aus Hobelspänen oder Sägemehl
•
Einstreu aus Spelzen von Getreide oder Reis
•
Einstreu aus gehäckseltem Altpapier
•
Einstreu aus Sand und anderen anorganischen Materialien
2.2.4 Zusatzstoffe
Um die Anforderungen an die Einstreu zu erreichen oder zu verbessern, wird in
einigen Betrieben mit so genannten Conditioners (Zusatzstoff zur Verbesserung
der Materialeigenschaften (ANONYM, 1984)) gearbeitet.
Eine Studie, die von HOGAN et al. 1999 durchgeführt wurde, untersuchte die
Wirkung von Zusatzstoffen in Verbindung mit verschiedenen Einstreumaterialien.
Sägemehl und Mist wurden mit einem sauren und einem alkalischen Zusatzstoff,
sowie mit gelöschtem Kalk behandelt, daneben wurde jeweils eine unbehandelte
Vergleichsprobe untersucht. Dabei fanden sie heraus, dass alkalische und saure
Zusatzstoffe die Anzahl von gram-negativen Bakterien reduzieren, bevor das
Substrat als Einstreu genutzt wird.
Die mit saurem Zusatzstoff behandelte Einstreu hatte zudem noch nach zwei
Tagen signifikant geringere Bakterienbelastung als das unbehandelte Material.
23
24
Allerdings nahm bei ihren Versuchen die Wirkung von Zusatzstoffen, wie zum
Beispiel Kalk, rasch ab. In den meisten Fällen war schon einen Tag nach dem
Einbringen der Zusatzstoffe wieder das alte Bakterienniveau erreicht.
Zu ähnlichen Ergebnissen kommt auch das „NEW YORK STATE CATTLE HEALTH
ASSURANCE PROGRAM“ auf seiner Internetseite. Hier schreibt es, dass die Wirkung
von Additiven rasch nachlässt. Kalk, der in einer Konzentration von mindestens 2
kg pro Liegebox eingesetzt werden muss, ist schon nach 24 Stunden uneffektiv.
Um eine effektive Wirkung zu erreichen muss eine Kalkzufuhr daher täglich
erfolgen. (ANONYM, 2004) Dies ist jedoch in den meisten Betrieben nicht
praktikabel, selbst wenn man von den absoluten Kosten absehen würde.
Ein zusätzlicher Faktor sind die möglichen Hautverätzungen durch die starke
Lauge, die der Kalk in Verbindung mit Feuchtigkeit bildet (siehe auch eigene pHWert-Untersuchungen der Einstreu im Anhang)
2.2.5 Chemische und physikalische Eigenschaften von Einstreumaterialien
Für die Beurteilung und besonders für die Erklärung der unterschiedlichen
Einflüsse verschiedener Einstreumaterialien, ist die Kenntnis der relevanten
chemischen und physikalischen Eigenschaften der Materialien erforderlich.
Zu den wichtigsten Eigenschaften zählen:
•
C-N-Verhältnis
•
Feuchte beim Einbringen
•
pH-Wert
•
Korngrößenverteilung
•
Wasserhaltekapazität
•
Inhaltsstoffe
(WARD et al., 2000)
25
Im Folgenden findet sich eine tabellarische Übersicht der wichtigsten Parameter
im Vergleich der unterschiedlichen Einstreumaterialien. Nähere Erläuterungen und
Quellenangaben dazu finden sich in den anschließenden Abschnitten.
Tabelle 1:
Eigenschaften verschiedener Einstreumaterialien
Stroh
Holzspäne Altpapier
Sand
Eigenschaft/Material
organisch/anorganisch
organisch
organisch organisch Anorganisch
C/N-Verhältnis
26:1
519:1
pH-Wert
6,0
3,9
6,0
Wasserbindungsvermögen 214 - 315 %
450%
(eigene Darstellung)
C-N-Verhältnis
Das ideale C-N-Verhältnis für das Wachstum von Bakterien liegt bei ca. 30:1
(RYNC, 1992 nach WARD et al., 2000).
Während bei sauberem Stroh, im Rahmen einer Untersuchung von WARD et al. im
Jahre 2000, ein C-N-Verhältnis von 26:1 ermittelt wurde, lag das Verhältnis bei
unbenutzten Sägespänen bei 519:1.
Feuchte und pH-Wert
Die Materialfeuchte und der pH-Wert haben einen entscheidenden Einfluss auf die
Wachstumsmöglichkeiten von Bakterien (HOGAN, 1997 nach WARD et al., 2000).
Die natürliche Feuchte der Materialien ist sehr unterschiedlich, da diese sehr vom
Alter, der Lagerung und anderen Faktoren abhängig ist.
In der Untersuchung von WARD wurden die pH-Werte von verschiedenen
Materialien miteinander verglichen. Grundsätzlich hatten die Holzproben dabei
niedrigere pH-Werte (um 3,9) als die Stroh- und Papierproben (um 6,0). Damit
liegen die stärker im sauren Bereich liegenden Holzmaterialien eher im
bakterienungünstigen pH-Wert-Bereich als die anderen Materialien. (WARD et al.,
2000)
26
Die
Strukturbildung
und
der
ist
für
die
physikalischen
Wasserhaltekapazität,
aber
Eigenschaften
auch
für
der
eventuelle
Hautreizungen und Verletzungen verantwortlich.
Es konnten jedoch in der Literatur keine allgemeingültigen Aussagen über die
Korngrößenverteilung gefunden werden. Dies spiegelt jedoch die Situation in der
Praxis wider. Sägespäne und Stroh sind keine homogenen Güter für die
bestimmte
Qualitätskriterien
gelten.
Die
Eigenschaften
hängen
bei
den
Sägespänen vielmehr vom liefernden Sägewerk, aber auch vom dort gerade
verarbeiteten Holz ab.
Wichtig für den Einsatz der Späne als Einstreumaterial ist daher der so genannte
„Unterarmtest“. Dabei werden eine Hand voll Späne in die hohle Hand genommen
und über die Haut des Unterarms gerieben. Es sollten weder größere Mengen
Späne hängen bleiben, noch sollten die Späne Verletzungen verursachen. (Dieser
Test eignet sich, weil die Haut des Unterarms in Bezug auf Dicke und Struktur in
etwa der des Kuheuters entspricht.) (ROTH und KNAPPSTEIN, 2000).
Wasserhaltekapazität
Für die Eignung von Materialien als Einstreu ist die Wasserhaltekapazität von
entscheidender Bedeutung. Durch sie wird in erster Linie die Fähigkeit zur
Bindung von Flüssigkeiten bestimmt, die zu den wichtigsten Aufgaben der
Einstreu zählt. (KRÖMKER, 1995)
WARD et al. führten im Jahr 2000 Versuche zur Wasserhaltekapazität
verschiedener
Einstreumaterialien
durch.
Dabei
wurden
die
Materialien
unterschiedliche Zeiten mit Wasser begossen oder untergetaucht. Anschließend
wurde nach dem Abtropfen über die Gewichtszunahme die Wasserhaltekapazität
bestimmt. Aus den Ergebnissen geht hervor, dass die Wasserhaltekapazität der
Materialien in Abhängigkeit von der Zeit und von der Art des Eintrags schwankt.
Dabei nehmen untergetauchte Hobelspäne schon nach kurzer Zeit mehr als
400 % Feuchte auf, während andere Materialien wie Stroh oder pelletiertes
Altpapier für die gleiche Feuchtigkeitsaufnahme bis zu 48 Stunden benötigen.
Ähnlich gute Werte lieferte nur gehäckseltes Altpapier.
27
Wird das Material nicht untergetaucht, sind die Unterschiede geringer, jedoch sind
auch hier die Werte für Hobelspäne zusammen mit denen für Altpapier deutlich
besser als die der anderen Materialien. Stroh schneidet in allen Fällen schlechter
ab.
Nach
ANONYM
(1995)
wird
der
Bedarf
an
Einstreu
von
deren
Wasserbindungsvermögen bestimmt. Dieses wird bei Stroh von seinem
Trockensubstanzgehalt und vom Zerkleinerungsgrad bestimmt.
Nach
RAHM
(1922)
der
1960
von
DÜNGELHOEF
zitiert
wird,
liegt
das
Wasserbindungsvermögen von Stroh je nach Getreideart zwischen 214 und 315
%, das von Sägespänen jedoch bei 450 %.
Chemische Inhaltstoffe und Parameter
Für die Beurteilung der Qualität von Einstreu sind die chemischen Inhaltsstoffe
von Bedeutung. Diese können zum einen positiv im Sinne der gewünschten
Eigenschaften, aber in Bezug auf den Gehalt an gefährlichen Stoffen auch negativ
sein.
Durch den direkten Kontakt der Tiere mit der Einstreu kann es zur Vermischung
mit dem Futter und damit zur Aufnahme der Einstreu kommen. Ebenso ist ein
Anheften der Einstreu am Euter und damit, bei unzureichender Reinigung, eine
gewisse Vermischung mit der Milch möglich.
Wichtig sind in diesem Bereich besonders die toxischen Schwermetalle. Der
Gehalt an Blei von Holzspänen liegt bei 0,17 mg/kg und von Stroh bei 0,13 mg/kg.
Die Gehalte der anderen Schwermetalle liegen zwar für Holzspäne in einigen
Fällen über denen von Stroh, aber immer noch unter denen von Altpapier.
Lediglich der Gehalt an Cadmium (Cd) liegt geringfügig darüber, aber immer noch
im Bereich der zulässigen Grenzwerte.
Im Bereich der gewünschten Eigenschaften ist der hohe Gehalt an Ätherextrahierbaren Stoffen, denen antimikrobielle Eigenschaften nachgesagt werden,
von Bedeutung. So liegt deren Gehalt in Holzspänen bei 3,4 %, Stroh dagegen
weist nur 2,4 % auf. (WARD et al., 2000)
Abbildung 5:
28
Chemische Inhaltstoffe und Parameter
RN
= recycled newspaper – Altpapier
S
= straw – Stroh
WS
= wood shawings - Holzspäne
(WARD et al., 2000)
Höss untersuchte 1954 neben der bakteriziden Wirkung auch die Toxizität der
Koniferenöle für Mensch und Tier. Beschrieben wird in seinen Ausführungen die
schädigende Wirkung des Terpentinöls auf den Organismus. Ebenso berichtet er
von örtlichen Rötungen und Entzündungen durch ätherische Öle.
Daneben werden von ihm verschiedene Autoren zitiert, die über Nierenreizungen,
Stoffwechselstörungen oder tödliche Vergiftungen bei Pferden nach dem Benagen
von unbehauenen Kiefernstämmen berichten.
Für die Frage nach der Verwendbarkeit von Kiefernholz als Einstreu ist jedoch
neben der qualitativen Toxizität, vor allen Dingen die quantitative Toxizität, d.h.,
die Menge an Material die von einem Organismus aufgenommen werden muss,
bevor eine schädigende Wirkung eintritt, entscheidend.
HÖSS schreibt dazu in seiner Arbeit, dass dazu das entsprechende Holz „als
Futterersatz“ aufgenommen werden müsste. (HÖSS, 1954)
29
Keiner der Autoren stellte eine schädigende Wirkung durch die flüchtigen
Bestandteile der Hölzer fest. Das gleiche gilt nach ROLLE und HAUSMANN (1951),
die von HÖSS zitiert werden, auch für Desinfektionsversuche in Rinderställen mit
vernebelten Aerosolen aus Koniferenölen.
2.2.6 Einstreu als Mastitisrisiko
Der Stall und die Einstreu sind ein wichtiger Teil der Umgebung einer Milchkuh.
Es ist allgemein bekannt, dass der Hygienestatus des Stalls einen Einfluss auf die
Keimbelastung hat. Auch wissenschaftliche Studien sind zu dem Ergebnis
gekommen,
dass
besonders
von
der
Einstreu
eine
große
Gefahr
für
Neuinfektionen ausgeht.
Die Einstreu spielt eine Schlüsselrolle bei der Übertragung von so genannten
umweltbürtigen Erregern (environmental pathogens) auf das Euter, denn die
Zitzen der Kuh stehen in häufigem, engen Kontakt zu diesem Material. Außerdem
können Bakterien für lange Zeit in der (organischen) Einstreu überleben (ELBERS
et al., 1998).
In verschiedenen Studien wird der Zusammenhang zwischen Stallsauberkeit, der
Anzahl kolonienbildender Einheiten von Mastitiserregern in der Einstreu und dem
Auftreten von klinischen Mastitiden dargestellt. Die Sauberkeit des Stalls und der
Einstreu steht dabei in direktem Zusammenhang mit der Häufigkeit der Reinigung.
Einfluss hat aber auch die Dicke der Einstreuschicht. Bei gleicher Häufigkeit der
Reinigung
wird
eine
dünne
Schicht
vergleichsweise
schneller
komplett
ausgewechselt als eine dicke. Unter für Bakterien günstigen, warm-feuchten
Bedingungen vermehren sie sich dann schnell in der nicht rechtzeitig
ausgewechselten Einstreu. (SMITH, 1983 nach ELBERS et al., 1998)
In einer anderen Studie wurde versucht, die Infektionsquellen von Staph.aureus
auf verschiedenen Milchviehbetrieben zu identifizieren. Dazu wurden die
verschiedensten Materialien, Gegenstände und Lebewesen, die in irgendeiner
Weise in Kontakt mit den Kühen stehen, auf das Vorhandensein des Keimes
untersucht. In erster Linie konnten Keime auf der Haut von infizierten Kühen
nachgewiesen werden. Aber auch auf allen anderen Materialien, Gegenständen
30
(Gerät, Maschinen, etc) und Lebewesen (Mensch, Hund, Fliege, etc) konnten
lebende Erreger gefunden werden. In dieser Studie machte der Anteil an Proben
die aus der Einstreu gezogen wurden und einen positiven Befund von
Staph.aureus aufwiesen 1 % aus (ROBERSON et al., 1994).
2.2.7 Mikrobiologie der Einstreu
DÜNGELHOEF beschreibt 1960 den direkten Einfluss der Einstreu und der in ihr
enthaltenen Keime auf den Keimgehalt der Milch. Er bezeichnet Stroh als sehr
bakterienreiche Einstreu.
Die
Minimierung
von
Situationen
in
denen
die
Kühe
euterpathogenen
Mikroorganismen ausgesetzt sind, ist nach SEARS UND WILSON (2003) die Basis der
Mastitisprävention. Sie führen weiter aus, dass besonders während der Laktation
das Umfeld der Kühe zu beachten ist. Dabei sei es besonders wichtig, dass
Liegeflächen und Einstreu sauber, frei von pathogenen Mikroorganismen und
trocken sind.
Abbildung 6:
Risikofaktoren für klinische Mastitiden
(KRÖMKER, 1995)
31
Aus der obenstehenden Grafik ist ersichtlich, dass Einstreumängel den mit
Abstand größten Risikofaktor für klinische Mastitiden darstellen.
Damit
stellen
die
Beseitigung
von
Einstreumängeln
und
ein
effektives
Einstreumanagement einen wichtigen Bereich der gesamten Mastitisprophylaxe
dar.
Im Rahmen der umweltspezifischen Streptokokken-Mastitiden kommt diesem
Einstreumanagement nach SEARS UND WILSON (2003) dabei große Bedeutung zu.
Diese machen mittlerweile einen Anteil von 30 % von allen klinischen
Mastitisfällen aus.
Nach ANONYM (1992) liegt die Häufigkeit von Mastitiden im Boxenlaufstall ohne
Einstreu bei 21,7 % Kühen pro Jahr. Mit Einstreu dagegen liegt sie nur bei 10,1 %.
ANONYM (1987) kommt zu dem Ergebnis, dass die Gefahr für klinische Mastitiden
bei Aufstallungsformen mit Einstreu nur halb so groß ist wie bei Aufstallungen
ohne Einstreu.
Allerdings kommt es neben dem Vorhandensein in erster Linie auf die Qualität der
Einstreu an. So stellte GRUNER (1992) heraus, dass im Bereich der
Mastitisprophylaxe die Einhaltung der Stallhygiene und dabei besonders die
Einstreuhygiene von besonderer Bedeutung ist.
Bezogen auf den, wie oben beschrieben, immer wichtiger werdenden Bereich der
umweltbedingten Mastitis ist es wichtig, den vorhandenen Keimdruck in der
Umgebung der Kühe so weit wie möglich zu senken. (ELBERS et al., 1998)
Im Boxenlaufstall sind die Liegeboxen die Bereiche, die am häufigsten in direktem
Kontakt zum Euter stehen. Daher finden sie in Bezug auf die Mastitisprophylaxe
die größte Beachtung. (TUCKER et al., 2003)
Ist die Keimkonzentration in diesen Bereichen sehr hoch, so ist auch die Gefahr
der Infektion mit umweltbedingten Krankheitserregern und damit der Mastitis groß.
Gerade diese Bereiche werden jedoch durch die verschiedenen Sekrete der Kühe
(Urin, Kot, Milch, Eiter, Blut, etc) zunehmend mit euterpathogenen Keimen
belastet. Daher ist besonders hier darauf zu achten, den pathogenen Bakterien
keine Bedingungen zu bieten, die Ihr Wachstum fördern. Dies sind in erster Linie
feucht-warm-dunkle Bereiche die nur schlecht oder selten gereinigt werden
(können). (GLENN, 2004)
Schon 1930 kam NISSEN in seiner Veröffentlichung zu dem Ergebnis, dass es
einen direkten Zusammenhang zwischen dem Keimgehalt der Einstreu und dem
Keimgehalt der Milch gibt. (nach DÜNGELHOEF, 1960) WELCOME beschreibt 2003
den linearen Anstieg umweltbedingter Mastitiden mit steigender Keimbelastung
der Einstreu.
Nach der FAO können sich die Bakterien in erster Linie in organischen (Einstreu-)
Materialien vermehren. Deshalb raten sie, organische Einstreu einmal täglich zu
wechseln oder anorganische Einstreu, z. B. Sand zu verwenden die das
Bakterienwachstum weniger unterstützen. (WELCOME, 2003; NYSCHAP, 2004)
2.2.8 Mikrobielle Belastung unbenutzter Einstreu
Im Bereich der einstreugebundenen Mastitisprophylaxe spielt die mikrobielle
Ausgangsbelastung der unbenutzten Einstreu eine große Rolle.
In einer von KRÖMKER (1995) veröffentlichten Untersuchung wurde die mikrobielle
Belastung von Stroheinstreu in Bezug auf verschiedene Getreidearten, das
Erntewetter und unterschiedliche Lagerung untersucht:
32
Abbildung 7:
33
Mikrobielle Belastung unbenutzter Stroheinstreu
(verändert nach KRÖMKER, 1995)
Deutlich wird der Einfluss, sowohl der Getreideart, wie auch der Art der Lagerung
auf den Keimgehalt. Noch deutlicher ist jedoch die große Streuung der
Ergebnisse. Stroh ist ein Naturprodukt, von dem keine eindeutigen Keimgehalte in
verschiedenen Chargen erwartet werden können.
Die Ergebnisse lassen sich jedoch soweit verallgemeinern, das Stroh, besonders
bei unsachgemäßer Ernte und Lagerung, schon vor dem Einbringen in den Stall
hohe
Keimkonzentrationen
aufweist.
So
liegen
alle
gemessenen
Keimkonzentrationen weit über dem von DÜNGELHOEF (1960) beschriebenen
Grenzwert von einer Million Keimen/g.
In einer anderen Versuchsreihe wurden im gleichen Jahr die Keimgehalte von
(jeweils unbenutztem) Altpapier, Sand und Spänen untersucht. Die wesentlichen
Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle wiedergegeben:
Abbildung 8:
34
Bakterienbelastung von unbenutzten Einstreumaterialien
(in KBE/ml)
unused wet paper – Altpapier
unused sand – ungebrauchter Sand
unused dry sawdust – ungebrauchte trockene Hobelspäne
(WELCOME, 2003)
Es ist ersichtlich, dass unbenutzter Sand die geringste Keimbelastung aufweist.
Die Späne sind in Bezug auf einige Bakterienstämme höher belastet, bei anderen
aber auch geringer. Im Allgemeinen liegt die Belastung aber auch noch weit unter
der kritischen Grenze von einer Million Keimen/ml. (DÜNGELHOEF, 1960)
Diese Grenze wird beim Altpapier jedoch in Bezug auf die Streptokokken um den
Faktor zwei überschritten. Leider fanden sich in den Ausführungen keine näheren
Angaben über die getesteten Materialien. Dennoch wird deutlich, dass auf der
einen Seite die Lagerung der unbenutzten Einstreu, auf der anderen Seite aber
auch die Wahl des Materials einen entscheidenden Einfluss auf die Keimbelastung
und damit auf die Qualität der Einstreu haben.
BLOWEY und EDMONDSON veröffentlichten 1995 Ergebnisse von BRAMLEY der 1980
Versuche
zum
Gehalt
von
coliformen
Keimen
in
verschiedenen
Einstreumaterialien durchgeführt hat. Er fand heraus, dass sich in Sand mit 37000
Keimen/g Material die wenigsten Erreger befanden. In Stroheinstreu befanden
sich 47000 und in trocken gelagerter Sägemehleinstreu 44000 Keime/g Material.
In den drei Wintermonaten der Untersuchung gab es jedoch nicht einen einzigen
Fall von coliformer Mastitis bei 150 untersuchten Kühen. In schlecht und feucht
35
gelagerten Sägespänen fanden sich daher bis zu 69000 Keime/g Material und 7
der untersuchten 24 Kühe zeigten eine coliforme Mastitis. Hierdurch wird noch
einmal die Wichtigkeit der richtigen Lagerung der Einstreu, aber auch der Einfluss
des Materials deutlich.
In derselben Veröffentlichung wurden von BLOWEY und EDMONDSON auch
Ergebnisse von RENDOS et al. von 1975 zitiert, die ebenfalls das Wachstum von
verschiedenen
Mastitiserregern
in
unterschiedlichen
Einstreumaterialien
untersucht haben. Sie untersuchten weiterhin Wischproben von den Zitzen auf
anlagernde Keime. Dabei kamen Sie zu dem Ergebnis, dass sich in Sägemehl
generell weniger Keime befanden als in Hobelspänen und Stroheinstreu. Dies
führte jedoch nicht zu ähnlichen Ergebnissen bei den Euterwischproben. So war
bei diesen Proben die Anzahl an coliformen Keimen mit 127 bei Sägemehl am
größten. Die meisten Streptokokken fanden sich mit 717 in den Hobelspänen und
mit 2064 in der Stroheinstreu. Aus diesen Zahlen wird die Schwierigkeit deutlich,
eindeutige Beziehungen zwischen der Anzahl der Mikroorganismen in der Einstreu
und denen auf dem Euter herzustellen.
Im Rahmen eines EU-Forschungsprojektes wurden im Jahre 2000 von ROTH und
KNAPPSTEIN Proben von unbenutzter Einstreu in 18 Betrieben untersucht, um das
Hygienemanagement der Betriebe zu beschreiben.
Die Einstreuproben enthielten Gesamtkeimzahlen von bis zu 1,1 x 108 KBE/g in
der Einstreu aus Stroh. Die geringsten Keimgehalte im Hinblick auf den
Gesamtkeimgehalt wurden in Proben aus speziell behandelten Sägespänen
ermittelt. Hier lag auch der Gehalt an coliformen Keimen unterhalb der
Nachweisgrenze von 102KBE/g. Dagegen wurden in unbehandelten Sägespänen
bis zu 4,2 x 106 coliforme KBE/g nachgewiesen.
Hieraus wird deutlich, dass schon in der Ausgangskeimbelastung deutliche
Unterschiede zwischen den verschiedenen Einstreumaterialien bestehen.
Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass eine bestimmte Vorbehandlung der
Sägespäne die Ausgangskeimbelastung bis unter die Nachweisgrenze minimieren
kann.
Es handelte sich bei den speziell behandelten Sägespänen um Späne der Firma
„Allspan Spanverarbeitung GMBH, Karlsruhe“ (www.allspan.de).
Bei
der
Behandlung
36
werden
diese
Hobelspäne
2-mal
entstaubt.
Dabei werden sie einmal gesiebt und einmal geschüttelt, während die oberen
Luftschichten abgesogen werden. Zusätzlich wird das Material extra getrocknet.
Benutzt werden Hobelspäne von Weichhölzern, wie z. B. Fichte.
ROTH und KNAPPSTEIN führen weiterhin aus, dass die Art und Weise der Lagerung
der Einstreu einen entscheidenden Einfluss auf die Ausgangskeimbelastung hat.
So soll die trockene und nicht Hitze stauende Lagerung vor allen Dingen für
Holzspäne von Bedeutung sein, weil sonst sehr schnell Keime und Pilze das Holz
besiedeln. Für Stroh ist ebenfalls eine entsprechende Lagerung von Bedeutung,
auch um kein nasses Stroh einzubringen und damit die Liegezeiten der Kühe
herabzusetzen.
2.3 WILMS-K3-Hygieneholz als bakterizide Einstreu?
2.3.1 Holz in hygienisch sensiblen Bereichen
Die Stellung, die der Rohstoff Holz heute in hygienisch sensiblen Bereichen hat,
ist von unterschiedlichen Strömungen gekennzeichnet.
Im Lebensmittelbereich wurde Holz als Werkstoff im Laufe der letzten 20 Jahre
durch die Gesetzgebung, zum Beispiel durch die Lebensmittelhygieneverordnung,
fast völlig aus der Produktion und Verarbeitung von offenen Lebensmitteln
verbannt.
In
einer
Anzahl
von
wissenschaftlichen
Publikationen
wurden
schlechte
hygienische Eigenschaften von Holz nachgewiesen (KELCH und PALM, 1958;
BORNEFF et al., 1988; KAMPELMACHER et al., 1971, nach SCHÖNWÄLDER, 2000).
Bei diesen Untersuchungen standen vor allen Dingen die Fragen nach den
hygienischen Eigenschaften von Holz im Vergleich zu Kunststoff und Edelstahl im
Vordergrund.
1958 wurden zu diesem Thema die ersten systematischen Untersuchungen an der
Bundesforschungsanstalt für Fleischwirtschaft von KELCH und PALM durchgeführt.
Hierbei ging es um die Frage des Einsatzes von Holz als Schneidunterlage in der
37
Fleischindustrie. Bei diesen Untersuchungen wurde der Keimgehalt von
Holzflächen mit dem von Metallflächen verglichen.
Durchweg lag der Keimgehalt der Holzflächen, die zu diesem Zweck bis zu einer
Tiefe von 2 mm abgehobelt worden waren, erheblich über denen der unter
gleichen Bedingungen geprüften Metallflächen.
Ein Verzicht auf den Werkstoff Holz in den hygienisch sensiblen Bereichen der
offenen Lebensmittelproduktion schien nach diesen Untersuchungen gerechtfertigt
und wurde durch Verankerung in Verordnungen und Richtlinien umgesetzt
(SCHÖNWÄLDER, 2000).
1993 wurde jedoch von AK und CLIVER eine Studie veröffentlicht, die zu dem
Ergebnis kommt, das Holz wesentlich bessere hygienische Eigenschaften besitzt
als Kunststoff.
In
dieser
Studie
wurden
Testbrettchen
unterschiedlicher
Holzarten
und
verschiedener Kunststoffe mit einer Bakteriensuspension beimpft und nach
bestimmten Einwirkzeiten Proben zur Bestimmung der Keimzahlen gezogen. Das
Ergebnis ergab eindeutig eine geringere Keimbelastung auf den Holzoberflächen
als auf den Kunststoffflächen. (AK und CLIVER, 1994 nach SCHÖNWÄLDER, 2000)
Die Ergebnisse wurden aufgrund der großen Skepsis, mit der die Studie vor allen
Dingen im deutschsprachigen Raum zur Kenntnis genommen wurde, unter
anderem von RÖDEL et al. 1994 durch eigene Untersuchungen überprüft. Dadurch
wurden sie in den Grundzügen bestätigt. (RÖDEL et al., 1994 nach SCHÖNWÄLDER,
2000)
2.3.2 Erklärungsansätze
Um die Wirkmechanismen, die zur Keimreduzierung auf Holzoberflächen führen,
verstehen zu können, ist zunächst die natürliche Besiedlung von Holz mit
Mikroorganismen zu betrachten.
38
Als erstes ist festzustellen, das Holz, als ein in der Wachstumszeit lebender Stoff,
natürlicherweise von anderen Organismen besiedelt ist. Es kann durch pflanzliche
und tierische Parasiten angegriffen werden.
Die tierischen Schädlinge, zu denen in erster Linie Insekten, Käfer und Schnecken
zählen, schädigen oder zerstören das Holz in der Regel mechanisch durch Fraß
oder Anbohren. (SCHÖNWÄLDER, 2000)
Die bekanntesten und schon am längsten untersuchten pflanzlichen Holzparasiten
sind Pilze, die sich unter günstigen Bedingungen schnell durch Hyphenwachstum
ausbreiten können. Die Zerstörung des Holzes erfolgt hierbei in erster Linie durch
Enzyme, die von den Pilzen abgegeben werden und einzelne Holzbestandteile
auflösen können. (FENGEL und WEGENER, 1984 nach SCHÖNWÄLDER, 2000)
Erst in den 50er Jahren wurden auch die Bakterien als Schaderreger für den
lebenden Baum und das tote Holz in Betracht gezogen. Vor allen Dingen in
Waldschadensgebieten kommen Bakterien schon im lebenden Baum vor. (LIESE,
1992 nach SCHÖNWÄLDER, 2000)
Bakterien können sich im Holz nur durch Zellteilung ausbreiten und sich nicht im
Holz bewegen, wenn es nicht direkt unter Wasser gelagert wird.
Dadurch ist die Ausbreitung von Bakterien im Holz stark eingeschränkt, da die
zurückgelegte Strecke viel geringer ist als die durch das Hyphenwachstum der
Pilze. (FENGEL und WEGENER, 1984 nach SCHÖNWÄLDER, 2000)
Die Bakterien greifen die verschiedenen Holzanteile des Baumes allerdings nicht
in gleicher Weise an. Vielmehr beschränkt sich der Angriff in erster Linie auf das
Splint- oder Weichholz. Im Bereich der Harzkanäle wird der bakterielle Abbau
durch das vorhandene Harz verhindert.
Obwohl das meist härtere und durch bestimmte Stoffeinlagerungen besser
geschützte Kernholz weitestgehend gegen den bakteriellen Angriff geschützt ist,
konnten im nassen Kernholz einiger Nadelhölzer dennoch Bakterienstämme
nachgewiesen werden. (LIESE, 1992 nach SCHÖNWÄLDER, 2000)
Die Fähigkeit zum Abbau der verschiedenen Holzkomponenten sowie die
physiologischen Bedingungen unter denen die Bakterien leben können (z. B.
aerob/anaerob) sind sehr bakterienstammspezifisch. (SCHMIDT
UND
LIESE, 1994
nach SCHÖNWÄLDER, 2000)
Von 80 verschiedenen Bakterienstämmen, die 1976 von SCHMIDT und DIETRICHS
getestet wurden, vermochten nur zwei unbehandelte Hölzer abzubauen. Dabei
39
erfolgt der Abbau unter aeroben Bedingungen häufiger als der unter anaeroben.
(SCHMIDT und DIETRICHS, 1976)
Von 1996 bis 2000 wurde an der biologischen Bundesanstalt für Land- und
Forstwirtschaft in Braunschweig ein Forschungsprojekt durchgeführt, bei dem die
Keimzahlen auf frischem und abgelagertem Holz bestimmt wurden.
Die Ergebnisse sind in den folgenden Abbildungen dargestellt.
Abbildung 9:
Lebendkeimzahlbestimmung frischer Holzproben
(SCHÖNWÄLDER, 2000)
Aus der Grafik wird deutlich, dass es sowohl zwischen den einzelnen Holzarten,
wie auch zwischen den einzelnen Holzfraktionen Unterschiede gibt. Grundsätzlich
ist Splintholz stärker befallen als Kernholz (Buche und Ahorn besitzen weder
Splint- noch Kernholz). Bei Kiefer, Lärche und Eiche ist dieser Unterschied
besonders groß. Kiefer und Eiche weisen beim Vergleich der Holzarten
untereinander besonders im Bereich des Kernholzes die geringste Keimbelastung
auf. Das Holz der Fichte wies mit 4 x 108 KBE/g die höchste Gesamtkeimzahl auf.
Abbildung 10:
40
Keimzahlbestimmung verschiedener Holzproben
Beim Vergleich der Werte von frischen und abgelagerten Proben wird deutlich,
dass bei allen Holzarten weniger Keime nach sieben Wochen Lagerung zu
verzeichnen sind. Auch hierbei gibt es jedoch Unterschiede zwischen den
einzelnen Holzarten. So sind bei Fichtenholz nach der Lagerung immer noch 104
KBE/g nachzuweisen, während Kiefernholz keine nachweisbaren KBE/g mehr
aufweist.
Des Weiteren wurden in den Untersuchungen von SCHÖNWÄLDER (2000) auch die
einzelnen
Vertreter
der
bakteriellen
Gemeinschaft
identifiziert,
die
die
Gesamtkeimzahl auf den Hölzern ausmachen.
In der Landwirtschaft werden im Bereich der Einstreu vornehmlich Weichhölzer
eingesetzt. Bei den Untersuchungen dieser Weichhölzer kam man zu folgendem
Ergebnis.
Abbildung 11:
41
Identifizierung der Isolate von frischen Holzproben
Auffällig ist, dass auf Fichtenholz mit 58 eine ganze Reihe verschiedener Isolate
nachgewiesen werden konnten, bei Lärche waren es 18 und bei Kiefer nur 5.
Die wenigen bei der Kiefer nachgewiesenen Isolate stammen alle aus der Familie
der Gram-negativen Bakterien, ebenso wie die Isolate der Lärche. Bei der Fichte
stammt
ebenfalls
der
(SCHÖNWÄLDER, 2000).
überwiegende
Teil
(72%)
aus
dieser
Familie.
42
Die antimikrobiellen Eigenschaften einiger Hölzer werden in der Literatur mit drei
grundsätzlichen Erklärungsansätzen bedacht:
•
Abtötung über die Inhaltsstoffe
•
Abtötung über Entzug des lebensnotwendigen Wassers
•
Festhalten durch rein physikalische Kräfte
Am wahrscheinlichsten erscheint dabei eine Kombination der verschiedenen
Abläufe, denn durch keinen der drei Ansätze allein können alle bisher
gewonnenen Versuchsergebnisse erklärt werden. (SCHÖNWÄLDER, 2000)
Abtötung über die Inhaltsstoffe
Als
wesentliche,
verantwortliche
für
die
Inhaltstoffe
antimikrobielle
werden
von
Eigenschaft
vielen
Autoren
einiger
die
Holzarten
Polyphenole
beschrieben (BAYER, 1987; LAKS und MCKAIG, 1988; MÜLLER et al., 1995 nach
SCHÖNWÄLDER, 2000). SCHMIDT (1981) und LIESE (1992) schreiben vom Schutz
des Kernholzes verschiedener Bäume durch die Einlagerung von Lignin.
Auch mikrobiologische Standardwerke wie von SCHLEGEL (1985) berichten von
antimikrobiellen Pflanzenstoffen, die in ihrer Wirkung Detergenzien ähneln und die
Zellgrenzschichten oder die Struktur der Bakterien schädigen.
SCHÖNWÄLDER (2000) attestiert, dass generell in Hölzern (Eiche, Kiefer und
Lärche) und Holzteilen (Kernholz) die hohe Anteile an phenolischen Strukturen
besitzen, weniger Bakterien nachzuweisen sind als in anderen.
Bereits 1958 untersuchte FUCHS die antibakteriellen Eigenschaften von natürlichen
Gewürzen. Er fand heraus, dass diese Eigenschaften in erster Linie bestimmten
Inhaltstoffen zuzuschreiben sind. Im Wesentlichen sind es ätherische Öle,
Gerbstoffe und bestimmte Alkaloide, die diese Eigenschaften besitzen. Hier
besteht für FUCHS ein direkter Zusammenhang zur antibakteriellen Wirkung
anderer natürlicher Stoffe, wie zum Beispiel Holz, das ebenfalls hohe Anteile
dieser Stoffe enthält. (FUCHS, 1958)
HÖSS schreibt bereits 1954 seine Dissertation über die bakterizide Wirkung von
Koniferenölen auf coliforme Keime. Er beschreibt, dass schon seit langem das
Terpentinöl, das aus verschiedenen Koniferenhölzern hergestellt wird, als
bakterienabtötendes Mittel bekannt ist. Nach seinen Untersuchungen besitzen die
Öle der Koniferen jedoch auch nach der Entfernung des Terpentins noch
bakterizide Stoffe. Er beschreibt sehr detailliert die Versuche von 10 Autoren die
mit unterschiedlichen Bakterienstämmen und verschiedenen Koniferenölen
gearbeitet haben. Trotz der stamm- und holzspezifischen Unterschiede kommen
alle Autoren zur übereinstimmenden Meinung, dass Hölzer mit gewissen Anteilen
an ätherischen Ölen und Gerbstoffen, antibakterielle Eigenschaften besitzen.
Diese Eigenschaften lassen sich durch das „Freilegen“ dieser Inhaltstoffe über die
Zerstörung der Zellstruktur. (Erfolgt u.a. beim mechanischen Zerkleinern des
Holzes) noch verstärken. Anhand der verschiedenen Versuche der Autoren ist
ersichtlich, dass Koniferen, besonders Lärche und Kiefer, besonders hohe Anteile
an ätherischen Ölen aufweisen.
Weiterhin berichtet HÖSS über die guten bakteriziden Eigenschaften der flüchtigen
Bestandteile der ätherischen Öle aus verschiedenen Hölzern, insbesondere der
Kiefer. (HÖSS, 1954)
Nach CHEEKE und LUNDGREN haben die chemischen Verbindungen der Phenole
die in einigen Hölzern, besonders aber im Kiefernkernholz nachgewiesen werden
können, stark antibakterielle Wirkungen. Dagegen ist die Toxizität dieser
Stoffgruppe, besonders gegenüber Wiederkäuern, eher gering. (CHEEKE, 1989;
LUNDGREN, 1987)
Abtötung über Entzug des lebensnotwendigen Wassers
Holz ist ein kapillarporöser Stoff. Daher kann er Wasser aus der Luft in sein
Hohlraumsystem absorbieren und darüber hinaus auch direkt Wasser und andere
Flüssigkeiten kapillar aufnehmen (ELBERS et al., 1998).
Die Abtötung der Bakterien durch den Entzug des für sie lebensnotwendigen
Wassers hängt mit der Wasseraktivität, die auch als aw –Wert bezeichnet wird und
mit dem Sauerstoff-Partialdruck (pO2-Wert) zusammen. Holz ist porös und damit
43
44
hygroskopisch. Hierdurch entzieht es den Bakterien die Feuchtigkeit. Diese
werden dadurch geschädigt und/oder abgetötet. (SCHULZ, 1995)
Der Zusammenhang zwischen Bakterienwachstum und aw –Wert wird in vielen
Standardwerken beschrieben, so auch bei SCHLEGEL (1985). Es werden Bereiche
angegeben, in denen Bakterien überleben können. (SCHLEGEL, 1985)
Auch der rein physikalische Vorgang des Festhaltens der Bakterien, die zwar noch
lebensfähig, aber mehr oder weniger unablösbar mit dem Holz verbunden sind,
findet in der Literatur Beachtung. (LUKOWSKY, 1994; KAMPELMACHER et al., 1971
nach Schönwälder, 2000)
2.3.3 WILMS-K3-Hygieneholz
In einer Studie des Instituts für Umweltmedizin und Krankenhaushygiene wurde
die
antimikrobielle
Wirkung
von
WILMS-K3-Hygieneholz
gegen
typische
nosokomiale Keime untersucht. Anhand des RODAC-Abklatschverfahrens wurde
dabei die Keimreduktion auf WILMS-K3-Hygieneholz mit der auf Kunststoff und
kunststoffbeschichteten Plattenoberflächen ohne Desinfektion verglichen.
(STREHLEIN et al., 2005) Beispielhaft ist im Folgenden das Keimabbaudiagramm
von E.coli dargestellt. Dieser Hygieneindikatorkeim findet als mastitisrelevanter
Keim auch in den nachfolgenden Versuchen Verwendung.
Abbildung 12:
45
Wachstum von E.coli auf WILMS-K3-Hygieneholz und
Kunststoff
Holz 1 = WILMS-K3-Hygieneholz, Charge 1
Holz 2 = WILMS-K3-Hygieneholz, Charge 2
(STREHLEIN et al., 2005)
Deutlich ist der rasche Abfall der KBE auf beiden Chargen aus WILMS-K3Hygieneholz. Schon nach einer Stunde waren hierauf keine KBE mehr
nachzuweisen, während dies auf Kunststoff und kunststoffbeschichteten Platten
mehr als 20 Stunden dauerte. (STREHLEIN et al., 2005)
In einer anderen Studie konnten die virusinaktivierenden Eigenschaften von
WILMS-K3-Hygieneholz gegenüber dem „Bovine Viral Diarrhea Virus“ (BVDV) als
Surrogat für den „Hepatitis-C Virus“ nachgewiesen werden.
In dieser Studie ist eine Virussuspension auf die Prüfmaterialien WILMS-K3Hygieneholz, Buche, Kunststoff (PE) und Glas gegeben worden. Nach einer
Antrocknungszeit wurde die residuale Infektiosität von BVDV bestimmt.
In allen Fällen konnte dabei eine signifikant niedrigere Infektiosität auf WILMS-K3Hygieneholz nachgewiesen werden. (STEINMANN, 2005)
Im gleichen Jahr konnten WEBER und RUDOLPH die fungizide Wirkung von WILMSK3-Hygieneholz gegenüber typischen Erregern von menschlichem Fußpilz
nachweisen. In entsprechenden Versuchsreihen wurden Spänematten aus
WILMS-K3-Hygieneholz, mit entsprechenden Testpilzen und Bakterien beimpft.
Die mechanische Beanspruchung der Matten während des möglichen Gebrauchs
in öffentlichen Einrichtungen wurde mit einem Mörser simuliert.
In den Versuchsreihen konnte eine signifikant fungizide Wirkung nachgewiesen
werden. Staph.aureus, der auch als Testorganismus eingesetzt wurde, konnte
nach Einwirkzeiten größer 6 Stunden nicht mehr nachgewiesen werden.
Das Überleben von Bakterien auf und in verschiedenen Brettchen aus Holz und
Kunststoff wurde von SCHÖNWÄLDER et al. 2002 mit mikrobiologischen Methoden
untersucht. Verschiedene Holzarten und Polyethylen wurden mit Escherichia coli
und Enterococcus faecium als hygienisch relevante Testbakterien beimpft. Die
Entwicklung des Bakterientiters ist durch Abklatschproben und Untersuchung von
Hobelspänen verfolgt worden. Das Überleben der Testbakterien war dabei von
verschiedenen Faktoren abhängig, wie z. B. von der Holzart, der Animpfdichte und
der Art des inokulierten Bakterienstamms. Der Bakterientiter nahm im Vergleich zu
anderen Holzarten (Fichte, Buche, Pappel) und Kunststoff am schnellsten auf
Kiefernholz ab. Nur Kiefernholz war innerhalb weniger Stunden an der Oberfläche
und im Innern des Holzes keimfrei. Das Überleben der Bakterien auf Pappel- und
Buchenholz war mit dem auf Kunststoff vergleichbar das ebenfalls keine
antibakterielle Eigenschaft zeigte. Die antibakterielle Wirkung von Kiefernholz
wurde in den Versuchen durch die Dauer der Lagerung nach der Holzernte und
den Gebrauchszustand der Brettchen bis zu einer Keimbelastung von 108
KBE/cm2 E.coli nicht beeinflusst.
In einer weiteren, von der Firma WILMS veröffentlichten Studie wurden die
Materialien
•
•
Polyethylen
•
Glas
•
VA-Stahl
mit E.coli beimpft und das Überleben der Mikroorganismen auf den Materialien
miteinander verglichen.
Die wesentlichen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Abbildung dargestellt:
46
Abbildung 13:
47
Vergleich verschiedener Materialien
nach Beimpfung mit E.coli (1x10E6 KBE/cm2)
(ANONYM, 2005)
Besonders deutlich ist die rasche Abtötung der Mikroorganismen durch KieferKernholz – K3 (=WILMS-K3-Hygieneholz) zu erkennen. Während bei allen
anderen Materialien noch nach 120 h, bei Polyethylen sogar noch nach 216 h
Bakterien nachgewiesen werden konnten, war dies bei WILMS-K3-Hygieneholz
schon nach 2 h nicht mehr der Fall.
Laborversuche
48
3. Laborversuche
3.1 Material und Methoden
In Absprache mit DANIEL DIETRICHS, dem Leiter der mikrobiologischen Abteilung
des Deutschen Instituts für Lebensmitteltechnologie in Quakenbrück in dem die
Versuche durchgeführt wurden, wurden folgende mikrobiologische Materialien und
Methoden unter Berücksichtigung der gültigen Bestimmungen und Richtlinien
angewandt. Dabei wurden die Hinweise von ANONYM (1981), die vergleichbare
Untersuchungen im Bereich der mikrobiellen Mastitisforschung durchgeführt
haben, beachtet.
3.1.1 Eingesetzte Mikroorganismen
Die Auswahl der Keime beruhte auf den Informationen der Literatur. Es handelt
sich um Vertreter der Erregergruppen die als besonders mastitisrelevant gelten.
Zusätzlich wurden die Verfügbarkeit der Keime, die Kosten für die Beschaffung
und die gesetzlichen Bestimmungen zur Verwendung berücksichtigt.
Dabei wurden Vertreter der Staphylokokken, der Streptokokken, der Mikrokokken
und als Hygieneindikatorkeim E.coli ausgewählt.
Tabelle 2:
Verwendete Mikroorganismenkulturen
Art und Gattung
Enterobacter aerogenes
Enterococcus faecium
Escherichia coli
Micrococcus varians
Staphylococcus aureus
Staphylococcus epidermidis
Streptococcus uberis
Bestellnummer
ATCC 13048
DSM 20477
DSM 1607
DSM 348
DSM 1104
DSM 20044
ATCC 19436
Nährmedium
CASO + 0,2 % Hefe
CASO + 0,2 % Hefe
CASO + 0,2 % Hefe
CASO + 0,2 % Hefe
CASO + 0,2 % Hefe
CASO + 0,2 % Hefe
CASO + 0,2 % Hefe
Inku.
Temp.
37 °C
37 °C
37 °C
37 °C
37 °C
37 °C
37 °C
Laborversuche
49
3.1.2 Reaktivierung von Mikroorganismen aus Stammkulturen
Die Mikroorganismen der DIL-Stammsammlung waren nach folgender Anleitung in
Kieselgel konserviert:
1 g weißes Kieselgel (Nr. 60, Merck 7733) wurden in ein Glasröhrchen
eingewogen, mit einem Wattestopfen verschlossen und anschließend bei 121 °C
15 min autoklaviert. Über Nacht erfolgte die Trocknung bei 100 °C. Anschließend
wurde das Röhrchen in Gegenwart von Blaugel im Exsikkator aufbewahrt.
Die Animpfung von 1 ml einer 10 %igen Magermilchlösung (15 min bei 121 °C
autoklaviert) erfolgte mit dem zu konservierenden Zellmaterial. Diese Suspension
wurde bei 0 °C über das Kieselgel gegeben. Die Trocknung erfolgte 7 Tage bei
Raumtemperatur im Exsikkator. Das Glasröhrchen wurde gut verschlossen und
bei 4 °C im Kühlschrank gelagert. (NAGEL und ANDREESEN, 1991)
Um die in Kieselgel zur längerfristigen Lagerung konservierten Kulturen für die
Versuche nutzen zu können, müssen sie zunächst reaktiviert, d. h. in die
vermehrungsfähige Form überführt werden.
Dazu werden 10 ml einer CASO–Bouillon + Hefeextrakt (0,2 %) mit dem jeweiligen
DSM-Stamm angeimpft und 24 h bei 30 °C auf dem Schüttler (65 upm) inkubiert.
Von dieser Lösung wird ein Ausstrich auf einem für jeden Mikroorganismus
spezifischen Nährmedium angefertigt und dieser 24 h, unter den im DSM-Katalog
vorgeschriebenen Bedingungen inkubiert.
3.1.3 Herstellen von Zellsuspensionen mit bekannter Zellkonzentration
Für die mikrobielle Beanspruchung der zu untersuchenden Holzproben mit
definierten Mengen von Mikroorganismen bei gegebener Materialfeuchte war es
nötig, Zellsuspensionen mit einer definierten Konzentration von Mikroorganismen
herzustellen. Dazu wurde mit Hilfe der Photometrie die optische Dichte (OD) der
verwendeten Zellsuspension gemessen. Von diesem OD-Wert wurde die
entsprechende
Zellkonzentration
des
jeweiligen
Mikroorganismus
durch
Ausplattieren auf Selektivnährböden ermittelt. Anhand von diesen Werten wurde
Laborversuche
50
aufgrund des Lambert-Beerschen Gesetzes der Photometrie (siehe Anhang) das
Verhältnis zwischen optischer Dichte und Zellkonzentration ermittelt. Somit konnte
vor der Beanspruchung der Holzproben die Zellkonzentration der Suspension
überprüft werden ohne auf die ausplattierten Kontrollverdünnungsreihen warten zu
müssen. (NAGEL und ANDREESEN, 1991)
Eingesetztes Photometer: Milton Roy Spectronic 20 D
Es wurden 9 ml einer CASO–Bouillon + Hefeextrakt (0,2 %) mit der Kieselkultur
des ausgewählten Mikroorganismus angeimpft und 24 h bei 30 °C und 65 upm auf
dem Schüttler inkubiert. Von dieser Anreicherungslösung wurde ein Ausstrich auf
CASO–Agar + 0,2 % Hefe angefertigt und dieser 24 h bei 37 °C inkubiert.
Das Beimpfen von 500 ml CASO–Bouillon + Hefeextrakt (0,2 %) mit den
ausgewählten Mikroorganismen erfolgte mit dem 24 Stunden Ausstrich der CASOAgar-Kulturen.
Hierfür wurden von jedem Mikroorganismus jeweils zwei dichtbewachsene
Nährböden verwendet. Die Inkubation der angeimpften CASO–Bouillon +
Hefeextrakt (0,2 %) erfolgte bei 30 °C und 65 upm auf dem Schüttler. Nach 24 h
wurde die optische Dichte gemessen.
Von dieser Suspension wurden Verdünnungsreihen von 1,0 x 10
hergestellt und von den Verdünnungsstufen 1,0 x 10
-7
-1
bis 1,0 x 10
bis 1,0 x 10
-9
-9
jeweils 100
µl auf Selektivmedien ausplattiert um die Bestimmung der Zellkonzentration über
die optische Dichte kontrollieren zu können.
Nach
der
vorgegebenen
Inkubationszeit
und
-temperatur
wurden
die
gewachsenen kolonienbildenden Einheiten ausgezählt. Die Bestimmung der
Keimzahl erfolgte über das gewogene arithmetische Mittel. Dabei wird die Summe
aller
gezählten
Substratmenge.
Kolonien
dividiert
durch
die
Summe
der
untersuchten
Laborversuche
51
Ć = ( ∑ c/n1*1 + n2 * 0,1)*d
Ć
=
gewogenes arithmetisches Mittel der Kolonienzahlen
∑C
=
Summe der Kolonien aller Petrischalen, die für die
Auswertung herangezogen werden (niedrigste und nächst
höhere auswertbare Verdünnungsstufe)
n1
=
Anzahl der Petrischalen der niedrigsten auswertbaren
Verdünnungsstufe
n2
=
Anzahl der Petrischalen der nächst höheren
Verdünnungsstufe
d
=
Verdünnungsfaktor der niedrigsten ausgewerteten
Verdünnungsstufe (hierbei handelt es sich um die auf n1
bezogene Verdünnungsstufe)
(BAUMGART, 1990)
3.1.4 Nährmedien
Die folgenden Nährmedien wurden nach den angegebenen Rezepturen
hergestellt:
In Klammern befinden sich jeweils die Bestellinformationen.
Azid-Blutagar-Basis (Oxoid LTD, CM 259, England)
Azid-Blutagar (pH 7,2 ± 0,2) ist ein Selektivnährboden zum Nachweis und
Isolierung
von
Streptokokken
aus
Stuhl,
Abwasser
Untersuchungsmaterial mit Mischflora.
Zusammensetzung:
Tryptose
10,00 g/l
Fleischextrakt `Lab-Lemco`
3,00 g/l
Natriumchlorid
5,00 g/l
Natriumazid
0,20 g/l
Agar
12,00 g/l
und
anderen
Laborversuche
52
Es wurden 30 g Azid-Blutagar-Basis in 1 l Aqua. dest. gelöst. Das Autoklavieren
erfolgte 15 min bei 121 °C. Nach dem Abkühlen im Wasserbad auf 50 °C wurde 5
% defibriniertes Schafblut zugesetzt und unter der Sterilbank in jede Petrischale
25 ml Nährmedium gegossen. Azid-Blutagar-Basis gleicht dem Nährboden der
von Edwards zur Isolierung von Mastitis-Streptokokken eingesetzt wurde.
Natriumazid
wirkt
auf
die
meisten
gramnegativen
Mikroorganismen
bakteriostatisch, lässt jedoch das Wachstum grampositiver Bakterien wie
Streptokokken zu (ANONYM, 2003).
Baird-Parker-Nährboden-Basis (pH 6,8 ± 0,2) (Oxoid LTD,CM 275, England)
Diagnostischer Selektivnährboden zur Isolierung und Koloniebestimmung von
Staphylokokken.
Zusammensetzung:
Caseinpepton
10,00 g/l
Fleischextrakt `Lab-Lemco`
5,00 g/l
Hefeextrakt
1,00 g/l
Natriumpyruvat
10,00 g/l
Glycin
12,00 g/l
Lithiumchlorid
Agar
5,00 g/l
20,00 g/l
Es wurden 63 g Baird-Parker-Nährboden-Basis in 1 l Aqua. dest. gelöst. Das
Autoklavieren erfolgte 15 min bei 121 °C. Nach dem Abkühlen im Wasserbad auf
50 °C wurden 50 ml Eigelb-Kaliumtellurid-Emulsion (Oxoid, SR 54) zugegeben,
gut gemischt und unter der Sterilbank in jede Petrischale 25 ml Nährmedium
gegossen.
Auf diesem Nährboden ergeben sich für die beiden wichtigsten MastitisStaphylokokken folgende Differenzierungsmöglichkeiten:
Staph.aureus: Gutes Wachstum; grauschwarze, glänzende, gewölbte Kolonien;
Nach 18-24 h Bebrütung können in den klare Zonen opake Höfe auftreten.
Staph.epidermidis: Variables Wachstum; matte, schwarze Kolonien, selten von
klaren Zonen umgeben. (ANONYM, 2003)
Laborversuche
53
CASO–Agar + Hefeextrakt (0,2 %) (pH 7,3 ± 0,2) (Oxoid LTD, CM 131,
England)
Hemmstoff- und indikatorfreier, universeller Nährboden.
Zusammensetzung:
Caseinpepton
15,00 g/l
Sojamehlpepton
5,00 g/l
NaCl
5,00 g/l
Agar
15,00 g/l
Hefeextrakt
2,00 g/l
Für die Anzucht der Vorkulturen sowie für die Keimzahlbestimmung nach der
Versuchsdurchführung wurde CASO–Agar eingesetzt. Es wurden 40 g CASO–
Agar + Hefeextrakt (0,2 %) in 1 l Aqua. dest. gelöst.
Das Autoklavieren erfolgte 15 min bei 121 °C. Nach dem Abkühlen im Wasserbad
auf 50 °C wurden unter der Sterilbank in jede Petrischale 25 ml Nährmedium
gegossen (ANONYM, 2003).
Galle-Äsculin-Agar (pH 7,1 ± 0,2) (Oxoid LTD,CM 888, England)
zur Differenzierung zwischen Enterokokken und Streptokokken
Zusammensetzung:
Pepton
Gallensalz
8,00 g/l
20,00 g/l
Eisen(III)-ammoniumcitrat
0,50 g/l
Äsculin
1,00 g/l
Agar
15,00 g/l
Laborversuche
54
Es wurden 44,5 g Galle-Äsculin-Agar in 1 l Aqua. dest. gelöst.
gegossen. (ANONYM, 2003).
Kartoffel-Glucose-Agar (pH 5,6 ± 0,2) (Oxoid LTD, CM 139, England)
Zum Nachweis und zur Koloniezahlbestimmung von Hefen und Schimmelpilzen.
Zusammensetzung:
Kartoffelextrakt
4,00 g/l
Glucose
20,00 g/l
Agar
15,00 g/l
Es wurden 39 g Kartoffel-Glucose-Agar in 1 l Aqua. dest. gelöst.
auf 50 °C wurde unter der Sterilbank in jede Petrischale 25 ml Nährmedium
gegossen (ANONYM, 2003).
MacConkey-Nährboden Nr.2 (pH 7,2 ± 0,2) (Oxoid LTD,CM 109, England)
Zum
Nachweis
von
Enterokokken
aus
stark
Untersuchungsmaterial.
Zusammensetzung:
Pepton
20,000 g/l
Laktose
10,000 g/l
Gallensalze Nr. 2
1,500 g/l
Natriumchlorid
5,000 g/l
Neutralrot
0,005 g/l
Kristallviolett
0,001 g/l
Agar
15,000 g/l
kontaminierten
Laborversuche
55
Es wurden 51,5 g MacConkey-Nährboden Nr.2 in 1 l Aqua. dest. gelöst.
gegossen.
Auf MacConkey-Nährboden Nr.2 bilden Enterokokken kleine, intensiv rot gefärbte
Kolonien mir blassem Rand. Identifizierung von E.coli erfolgt durch, unter UV-Licht
erkennbarer, Fluoreszenz. Galle-Tolerierende Mikrokokken und nichtfäkale
Streptokokken werden vollständig im Wachstum gehemmt (ANONYM, 2003).
Maximale Wiederbelebungslösung (Oxoid LTD, CM 733, modifiziert, England)
Zusammensetzung:
Pepton
1,00 g/l
NaCl
8,50 g/l
Es wurden 9,5 g maximale Wiederbelebungslösung in 1 l Aqua. dest. gelöst und je
9 ml Lösung in Reagenzgläser abgefüllt. Diese wurden 20 min bei 121 °C im
Dampfdrucktopf autoklaviert. Die Herstellung dezimaler Probenverdünnungen
erfolgte durch die Zugabe von je 1 ml Probenmaterial (ANONYM, 2003).
CASO–Bouillon + Hefeextrakt (0,2%) (pH 7,3 ± 0,2) (Oxoid LTD,CM 131,
England)
Zusammensetzung:
Caseinpepton
17,00 g/l
Sojamehlpepton
3,00 g/l
NaCl
5,00 g/l
K2HPO4
2,50 g/l
Glucose
2,50 g/l
Hefeextrakt
2,00 g/l
Laborversuche
56
Es wurden 32 g des Pulvers in 1 l Aqua dest. gelöst und anschließend 20 min bei
121 °C im Dampfdrucktopf autoklaviert. (ANONYM, 2003).
3.1.5 Hemmstofftest
Für
den,
zum
Nachweis
der
extrahierbaren
antibakteriellen
Substanzen
verwendeten Hemmstofftest wurden folgende Materialien verwendet:
Trimetroprim-Lösung
Es wurden 2,5 mg Trimetroprim in 2 ml Ethanol gelöst und auf 50 ml aufgefüllt
(Stammlösung1).Von Stammlösung 1 werden 10 ml entnommen und auf 100 ml
aufgefüllt (Stammlösung 2 mit 0,5 mg/100 ml). Stammlösung 2 wurde nach der
Sterilfiltration zu 10 ml-Portionen in sterile Hangate-Röhrchen abgefüllt und bei 4
°C gelagert. Die Endkonzentration im Agar mit pH 7,2 betrug 50 µg/l.
Overlay
Setzt sich aus 0,95 % max. Wiederbelebungslösung, 0,1 % Hefeextrakt und 0,5 %
Agar zusammen. Es wurden 3,5 ml-Portionen abgefüllt, bei 15 min bei 121 °C
autoklaviert und bei Raumtemperatur aufbewahrt.
Vor dem Verwenden wurden entsprechend viele Röhrchen im Wasserbad 10 min
aufgekocht und auf 50 °C abgekühlt.
Laborversuche
57
Testagar pH 6,0 (Merck, Bestellnummer: 1.10663)
Zusammensetzung:
Pepton aus Casein
3,45 g/l
Pepton aus Fleisch
3,45 g/l
Natriumchlorid
5,10 g/l
Agar
13,00 g/l
Es wurden 25,0 g Testagar in 1 l Aqua. dest gelöst und ein pH-Wert von 6,0 ± 0,1
eingestellt. Das Autoklavieren erfolgte 15 min bei 121 °C. Nach dem Abkühlen im
Wasserbad auf 50 °C wurden unter der Sterilbank in jede Petrischale 25 ml
Nährmedium gegossen.
Testagar pH 7,2 (Merck, Bestellnummer 1.15787)
Zusammensetzung:
Pepton
7,00 g/l
Natriumchlorid
5,00 g/l
Tri-Natriuphosphat-12-hydrat
0,80 g/l
Agar
13,00 g/l
Wasserbad auf 50 °C wurde dem Testagar 10 ml Trimetroprimstammlösung 2
zugegeben und unter der Sterilbank in jede Petrischale 25 ml Nährmedium
gegossen.
Laborversuche
58
Antibiotika: Sulfamidin
Es wurden 40 g Sulfamidin in 5-10 ml Ethanol gelöst und auf 100 ml aufgefüllt
(Stammlösung 1 mit 40 mg/100 ml). Nach der Sterilfiltration wurde die Lösung
lichtgeschützt aufbewahrt.
Testagar pH 8,0 (Merck, Bestellnummer: 1.10664)
Zusammensetzung:
Pepton aus Casein
3,45 g/l
Pepton aus Fleisch
3,45 g/l
Natriumchlorid
5,10 g/l
Tri-Natriuphosphat-12-hydrat
2,40 g/l
Agar
13,00 g/l
Wasserbad auf 50 °C wurden unter der Sterilbank in jede Petrischale 25 ml
Nährmedium gegossen.
Laborversuche
59
3.1.6 Holzmaterial
Für die Laborversuche wurden Hölzer aufgrund der vorwiegenden Verwendung
als Einstreumaterialien und der natürlichen Verfügbarkeit in Deutschland
ausgewählt:
•
Kiefer K3 (=WILMS-K3-Hygieneholz)
•
Kiefer unbehandelt (Rohstoff für die Produktion von WILMS-K3Hygieneholz)
•
Fichte
•
Eiche
•
Mischprobe fein aus Weichhölzern
•
Holzpellets aus WILMS-K3-Hygieneholz
•
Mischprobe grob aus Harthölzern
Tabelle 3:
Verwendete Holzproben
Bezeichnung
Zusammensetzung
Botanischer
Name
WILMS-K3Hygieneholz
100 % Kiefernkernholz
Kiefer
unbehandelt
Baumteil
Behandlung
Pinus sylvestris
Kern des
Stammes
K3
Pinus sylvestris
Kern des
Stammes
keine
Fichte
100 % Fichtenstammholz
Picea abies
Eiche
100 % Eichenkernholz
Quercus robur
Mischprobe
fein
90 % Fichte, 5 % Tanne,
5 % Lärche
Picea abies,
Abies
nordmanniana;
Larix decidua
Stamm
keine
Pinus sylvestris
Kern des
Stammes
K3
50 % Eiche, 50 %Buche
Quercus robur,
Fagus sylvatica
Stamm
keine
Pellets aus
WILMS-K3Hygieneholz
Mischprobe
grob
Stamm
Kern des
Stammes
keine
keine
(eigene Darstellung nach RAUER, 2004; JÄNICKE et al., 2003)
Laborversuche
60
Bei allen Holzproben handelte es sich um Hobelspäne der jeweiligen Hölzer mit
einer Korngrößenverteilung von 1 bis 10 mm.
Bei den Proben aus WILMS-K3-Hygieneholz handelt es sich um Hobelspäne aus
100 % Kiefernkernholz das durch ein spezielles, von der Firma Gustav WILMS
entwickeltes und patentiertes Wasch- und Trocknungsverfahren behandelt wurde.
Dadurch wird, nach Aussagen und Veröffentlichungen der Firma WILMS, die
Zellstruktur bis ins Innere des Holzes teilweise zerstört und aufgelöst. Hierdurch
sollen die natürlichen antibakteriellen Eigenschaften verstärkt werden.
Das unbehandelte Kiefernholz ist der Rohstoff aus dem WILMS-K3-Hygieneholz
hergestellt wird.
Die Eichenspäne bestanden ausschließlich aus heimischem Eichenkernholz von
Stieleichen.
Die „Mischprobe fein“ aus Weichhölzern bestand zu 90 % aus Fichte, der Rest
setzt sich aus ca. 5 % Tannenholz und ca. 5 % Lärchenholz zusammen.
Bei den Pellets handelt es sich um von der Firma Gustav WILMS produzierte
Pellets aus WILMS-K3-Hygieneholz mit einem Durchmesser von ca. 3 mm und
einer Länge von ca. 8 mm.
Die „Mischprobe grob“ aus Harthölzern bestand zu 50 % aus Eiche und zu 50 %
aus Buche. (RAUER, 2004; JÄNICKE et al., 2003)
Die Fichtenprobe wurde im DIL durch Aufhobeln von Fichtenleisten aus dem
Baumarkt hergestellt. Alle anderen Holzproben wurden von der Firma Gustav
WILMS zur Verfügung gestellt.
Firma Gustav WILMS - Hygieneholz
Ansprechpartner:
Manfred Rauer
Leiter der Entwicklungsabteilung
Adresse:
Im Glanetal 6
49152 Bad Essen
Telefon:
05427-942336
Email:
M.Rauer@wilms.com
Internet:
www.wilms.com
Laborversuche
61
3.1.7 Statistische und darstellende Methoden
Sowohl für die Auswertung der Labor- wie auch der Feldversuche wurden die
gleichen statistischen und darstellenden Methoden gewählt. Hierdurch soll eine
größtmögliche Vergleichbarkeit der Ergebnisse gewährleistet sein.
Es wurde ausschließlich mit dem Programm „Excel“ der Firma Microsoft
gearbeitet. Zum Einsatz kam dabei die Version aus dem „Office-2000“ Paket.
Die ausgezählten Ergebnisse wurden zunächst in Exceltabellen übertragen. Hierin
wurden anschließend die beiden Werte der Doppelbestimmung zu einem
Mittelwert zusammengefasst. Diese Mittelwerte wurden danach in den Zahlenwert
Keime/g Einstreu umgerechnet. Von den einzelnen Werten einer Gruppe bzw.
Behandlung wurde nun wiederum ein Mittelwert berechnet der die mittlere
Keimbelastung in der jeweiligen Gruppe an dem jeweiligen Tag wiedergibt. Auf
Basis der ausgezählten Daten aus den jeweiligen Doppelbestimmungen wurden
anschließend die Standardfehler dieser Mittelwerte gegenüber den Rohdaten
bestimmt.
Zur
Veranschaulichung
der
Ergebnisse
wurden
sie
mit
Hilfe
des
Diagrammassistenten des Excelprogramms in Balkendiagrammen für die
einzelnen
Versuchsgruppen
dargestellt.
Die
bestimmte
statistische
Standardabweichung wurde dabei als Fehlerindikator nach oben und unten
abgetragen.
Daneben wurden beispielhaft einige Ergebnisse fotografisch dargestellt. (siehe
auch im Anhang)
Da die durchgeführten Hemmstofftests qualitative und keine quantitativen
Ergebnisse liefern, wurde zur Darstellung auf eine beispielhafte fotografische
Abbildung der Platten zurückgegriffen.
Laborversuche
62
3.2 Durchführung
Im Rahmen der Versuchsreihen wurde die Reduzierung der Keimzahl auf
verschiedenen Holzproben untersucht. Dabei sollte die keimhemmende Wirkung
von Wilms-K3-Hygieneholz mit der anderer Hölzer verglichen werden. Die
Untersuchungen wurden mit verschiedenen, mastitisrelevanten Mikroorganismen
durchgeführt.
Die Ausgestaltung der Laborversuche stellte dabei einen Kompromiss dar. Auf der
einen Seite standen die Gegebenheiten der Praxis und damit auch des
nachfolgenden Feldversuches. Auf der anderen Seite waren die Vorgaben der
mikrobiologischen Praxis hinsichtlich der geforderten definierten Bedingungen zur
Auswertbarkeit der Ergebnisse zu berücksichtigen.
Folgende Parameter waren dabei zu beachten:
•
Holzart und Form der zu beprobenden Hölzer
•
Art der Mikroorganismen
•
Form des Auftrags (z. B. als Suspension)
•
Umgebungstemperatur
•
Luftfeuchtigkeit
•
Zeitfaktor (für die Beanspruchung und für die antimikrobielle
Wirkungsentfaltung)
•
relative Feuchte
In der Praxis wird die Einstreu auf verschiedene Weise beansprucht:
•
mechanische Beanspruchung durch die Tiere (aufstehen, abliegen, etc.)
•
Verschmutzung durch Exkremente und Flüssigkeiten
•
Mikrobielle Belastung
Laborversuche
63
Im Versuchsaufbau wurden diese Beanspruchungen folgendermaßen simuliert:
•
mechanische Beanspruchung durch die Behandlung im Mixer
•
Verschmutzung/Befeuchtung durch die Suspensionsauftragung
•
mikrobielle Belastung durch das Auftragen der Mikroorganismen
Nach
einigen
sondierenden
Vorversuchen
hinsichtlich
verschiedener
Versuchsaufbauten wurden die Laborversuche wie folgt angelegt:
3.2.1 Materialvorbehandlung
Um Verfälschungen der Ergebnisse durch Luftkeime zu vermeiden, wurden die
Holzproben 24 h bei 60 °C im Trockenschrank wärmebehandelt. Hierdurch wurden
Mikroorganismen die sich auf dem Material befanden abgetötet.
3.2.2 Suspensionsauftragung
Um eine definierte Homogenisierung zu gewährleisten, wurde die Durchmischung
der Holzprobe mit einem Mixer zum Zerkleinern durchgeführt. Dazu wurde die
Mulinette von Mulinex verwendet. 10 g Holzprobe wurde im Mixer mit der
angegebenen Menge an Bakteriensuspension versetzt und 20 Sekunden auf
höchster Stufe durchmischt. Danach wurde Probenmaterial vom Deckel des
Mixers rückgeführt und aufgelockert. Nach weiterer Durchmischung von 20
Sekunden wurde die Holzprobe in einer Kunststoffschale mit 4,8 cm Durchmesser
die angegebene Zeit bei Raumtemperatur und unkontrollierter Luftfeuchtigkeit
offen gelagert.
3.2.3 Versuchsreihen
Laborversuche
Bei
der
64
Auswahl
der
Versuchsreihen
wurden
zunächst
unterschiedliche
Einwirkzeiten gewählt. Da aus der vorliegenden Literatur ersichtlich war, das ein
Teil der antibakteriellen Wirkung auf dem Entzug des lebensnotwendigen Wassers
basiert,
wurde
in
den
ersten
Versuchsreihen
auch
die
Menge
der
Bakterienemulsion variiert, mit der die Hölzer beansprucht wurden.
Aus diesen Versuchen ergaben sich die Bereiche in denen eine signifikant
keimhemmende Wirkung des Holzes zu erwarten ist. In diesen Bereichen wurden
die oben beschriebenen Holzproben dann hinsichtlich ihrer bakteriziden
Eigenschaften getestet.
3.2.4 Probenahme und Auswertung
Es wurden 10 g Holzprobe mit 90 ml steriler max. Wiederbelebungslösung im
Stomacherbeutel versetzt und 60 Sekunden bei mittlerer Stufe im Stomacher
Blender homogenisiert. Jeweils 100 µl wurden auf Selektivnährmedien pipettiert
und mit einem sterilen Drigalskispatel ausplattiert. Die Inkubationszeit und –
temperatur wurde nach Vorschrift gewählt.
Nach Ablauf der Inkubationszeit von 24 h bzw. 48 h wurden die kolonienbildenden
Einheiten (KBE) ausgezählt. Entsprechend den mathematischen Verhältnissen
wurden
diese
Ergebnisse
dann
in
KBE/g
potenzielles
Einstreumaterial
umgerechnet.
3.2.5 Hemmstofftest
Der flüssige Overlay wurde mit 0,1 ml einer Anreicherungslösung von Bacillus
subtilis angeimpft und gut vermischt. Bei der Verwendung von Testagar pH 8,0
wurde
eine
parallel
laufende
Versuchsreichen
mit
Micrococcus
varians
durchgeführt.
Der angeimpfte Overlay wurde auf den Testagar überführt und gleichmäßig
verteilt.
Von den zu untersuchenden Holzproben wurden jeweils 50 g Probe mit je 50 ml
Aqua dest. versetzt und gut vermischt.
Laborversuche
65
Nach der Einwirkzeit von 60 min wurde auf die unterschiedlichen Testagar
Probenmaterial überführt und 24 h bei 30 °C inkubiert.
Zusätzlich erfolgte die Durchführung mit unbeschickten Testplättchen die mit
Flüssigkeit der Holzproben befeuchtet und auf den Testagar gelegt wurden. Eine
Kontrolluntersuchung
zur
Überprüfung
der
Versuche
wurde
ebenfalls
durchgeführt. Hierfür wurden bei pH 6,0 Testplättchen mit Penicillin, bei pH 7,2 mit
Sulfadimin und bei pH 8,0 mit Streptomycin auf den Testagar gelegt. Die Proben
wurden 24 h bei 30 °C inkubiert.
Bei dem Probenmaterial handelte es sich um Wilms-K3-Hygieneholz mit drei
unterschiedlichen Körnungsgrößen. Diese wurden mit unbehandeltem KieferKernholz verglichen.
In einer weiteren Versuchsreihe wurde die keimhemmende Wirkung von WILMSK3-Hygieneholz mit der von Fichten und Buchenholz verglichen. Dazu wurde mit
dem zu beprobenden Material analog zu den oben beschrieben Versuchen
verfahren. Auf Versuche mit unbeschickten Plättchen wurde aufgrund der unten
beschriebenen Ergebnisse aus der ersten Versuchsreihe verzichtet. Analog
wurden ebenfalls Kontrolluntersuchungen wie oben beschrieben, durchgeführt.
3.3 Ergebnisse
Laborversuche
66
3.3.1 Vorversuche mit E.coli
Abbildung 14:
KBE pro Gramm Späne
(Doppelbestimmung; 5x105 Keime/ml Suspension auf 10
Gramm Späne; Mittelwert +/- Standardabweichung)
3,00E+05
2,50E+05
2,00E+05
1,50E+05
1,00E+05
5,00E+04
0,00E+00
2,5 ml
10 ml
20 ml
Suspensionsmenge
5 Minuten Einwirkzeit
10 Minuten Einwirkzeit
Anhand der in Abbildung 14 dargestellten Ergebnisse wird folgendes deutlich:
Bei keiner der drei Suspensionsmengen von 2,5; 10 und 20 ml können signifikante
Unterschiede zwischen der Einwirkzeit von 5 und 10 Minuten nachgewiesen
werden. Zwar sind bei 10 ml Suspensionsmenge nach 10 Minuten Einwirkzeit
signifikant weniger KBE pro Gramm Späne nachzuweisen, dieser Unterschied
kehrt sich jedoch, zumindest von der Tendenz her bei 20 ml Suspensionsmenge
um.
Sehr deutlich und auch statistisch nachweisbar sind jedoch die Unterschiede
zwischen den Suspensionsmengen. So steigen die ausgezählten KBE/g
signifikant mit der Suspensionsmenge an. (Die entsprechenden Werte sind der
Grafik und den Tabellen im Anhang auf der CD zu entnehmen.)
Laborversuche
67
Abbildung 15:
und WILMS-K3-Hygieneholz
(Doppelbestimmung; 10 ml Suspension auf 10 Gramm
Späne;3x106 Keime/ml Suspension; Mittelwert +/Standardabweichung)
6,0E+04
5,0E+04
4,0E+04
3,0E+04
2,0E+04
1,0E+04
0,0E+00
17 h
18 h
19h
20h
24h
26h
43h
45h
48h
120h
Einwirkzeit
Kiefer unbehandelt
Bei dem in Abbildung 15 dargestellten Vergleich zwischen unbehandeltem
Kiefernholz und WILMS-K3-Hygieneholz wird in allen Zeitabschnitten die
geringere Anzahl an KBE pro Gramm Späne auf WILMS-K3-Hygieneholz deutlich.
Dieser Unterschied ist im Bereich zwischen 20 und 24 Stunden Einwirkzeit am
größten.
Laborversuche
Abbildung 16:
68
Wachstum von E.coli auf verschiedenen Hölzern
(Doppelbestimmung; 10 ml Suspension auf 10 Gramm Späne;
3*106 Mikroorganismen/ml, 24 h Einwirkzeit; Mittelwert +/Standardabweichung)
1,2E+05
1,0E+05
8,0E+04
6,0E+04
4,0E+04
2,0E+04
0,0E+00
WILMS-K3Hygieneholz
Kiefer
unbehandelt
Fichte
Eiche
Mischprobe
Weichholz
Pellets aus
WILMS-K3Hygieneholz
Mischprobe
Hartholz
Testsubstanz
Vergleicht man die KBE pro Gramm Späne von verschiedenen Holzproben wie in
Abbildung 16 dargestellt, wird nach Inokulation mit 10 ml einer mit 3*106 Keimen
pro ml angereicherten Suspension und nach 24 Stunden Einwirkzeit folgendes
Ergebnis erkennbar:
Weder bei der Probe aus normalem WILMS-K3-Hygieneholz noch bei der Probe
aus WILMS-K3-Hygieneholz Pellets waren noch KBE nachzuweisen.
Die Probe aus unbehandelter Kiefer wies danach die nächst geringere KBE
Anzahl von 18.000 auf. Danach folgt die Fichtenprobe mit 50.000 Keimen. Die
Proben von Eiche, die Mischprobe aus Weichholz und die Mischprobe aus
Hartholz wiesen die höchsten KBE Zahlen von 100.000 auf.
Laborversuche
69
3.3.2 Versuche mit mastitisrelevanten Mikroorganismen
Die in den nachfolgenden Abbildungen 17 bis 22 dargestellten Versuchsreihen
bestätigen im Wesentlichen die Ergebnisse des Vorversuches mit E.coli, mit
Vertretern der für die Mastitis wichtigsten Erregergruppen.
Die erregerspezifischen Unterschiede sind den einzelnen Grafiken zu entnehmen.
Abbildung 17:
Wachstum von Staphylococcus aureus auf verschiedenen
Hölzern
2,5E+05
2,0E+05
1,5E+05
1,0E+05
5,0E+04
0,0E+00
WILMS-K3Kiefer
Hygieneholz unbehandelt
Fichte
Eiche
Mischprobe
Weichholz
Pellets aus Mischprobe
WILMS-K3Hartholz
Hygieneholz
Testsubstanz
Laborversuche
70
Abbildung 18:
Wachstum von Streptococcus uberis auf verschiedenen
Hölzern
7,0E+04
6,0E+04
5,0E+04
4,0E+04
3,0E+04
2,0E+04
1,0E+04
0,0E+00
WILMS-K3Hygieneholz
Kiefer
unbehandelt
Fichte
Eiche
Mischprobe
Weichholz
Pellets aus
WILMS-K3Hygieneholz
Mischprobe
Hartholz
Testsubstanz
Abbildung 19:
Wachstum von Micrococcus varians auf verschiedenen
Hölzern
5,0E+04
4,5E+04
4,0E+04
3,5E+04
3,0E+04
2,5E+04
2,0E+04
1,5E+04
1,0E+04
5,0E+03
0,0E+00
WILMS-K3Kiefer
Fichte
Eiche
Mischprobe
Weichholz
Pellets aus
WILMS-K3Hygieneholz
Mischprobe
Hartholz
Testsubstanz
Laborversuche
Abbildung 20:
71
Wachstum von Enterococcus faecium auf verschiedenen
Hölzern
1,8E+05
1,6E+05
1,4E+05
1,2E+05
1,0E+05
8,0E+04
6,0E+04
4,0E+04
2,0E+04
0,0E+00
WILMS-K3Hygieneholz
Kiefer
unbehandelt
Fichte
Eiche
Mischprobe
Weichholz
Pellets aus
WILMS-K3Hygieneholz
Mischprobe
Hartholz
Testsubstanz
Abbildung 21:
Wachstum von Staphylococcus epidermidis auf
verschiedenen Hölzern
2,5E+03
2,0E+03
1,5E+03
1,0E+03
5,0E+02
0,0E+00
WILMS-K3Kiefer
Fichte
Eiche
Mischprobe
Weichholz
Pellets aus
WILMS-K3Hygieneholz
Mischprobe
Hartholz
Testsubstanz
Laborversuche
Abbildung 22:
72
Wachstum von Enterobacter aerogenes auf
verschiedenen Hölzern
1,8E+05
1,6E+05
1,4E+05
1,2E+05
1,0E+05
8,0E+04
6,0E+04
4,0E+04
2,0E+04
0,0E+00
WILMS-K3Hygieneholz
Kiefer
unbehandelt
Fichte
Eiche
Mischprobe
Weichholz
Pellets aus
WILMS-K3Hygieneholz
Mischprobe
Hartholz
Testsubstanz
Abbildung 23:
Mittelwerte aller Laborversuche
(n=96; 10 ml Suspension auf 10 Gramm Späne; 3*106
Mikroorganismen/ml, 24 h Einwirkzeit; Mittelwert +/Standardabweichung)
2,0E+05
KBE/Gramm
1,6E+05
1,2E+05
8,0E+04
4,0E+04
0,0E+00
WILMS-K3Kiefer
Fichte
Eiche
Mischprobe
Weichholz
Pellets aus
WILMS-K3Hygieneholz
Mischprobe
Hartholz
Testsubstanz
Laborversuche
73
In Abbildung 23 sind die Ergebnisse aller Versuche mit mastitisrelevanten
Mikroorganismen
zusammengefasst.
Die
zum
Teil
sehr
großen
Standardabweichungen sind in erster Linie auf die absoluten Zahlenunterschieden
zwischen den einzelnen Erregern zurückzuführen. Dennoch ist auch in dieser
Zusammenfassung die Tendenz der Versuche deutlich zu erkennen. So sind
weder auf den Spänen aus WILMS-K3-Hygieneholz noch auf den aus gleichem
Material
hergestellten
Holzpellets
lebens-
und
vermehrungsfähige
Mikroorganismen nachzuweisen. Auf der unbehandelten Kiefer sind mit 3.107 nur
wenige Keime nachweisbar. Die Proben von Fichte und die Mischprobe aus
Weichholz weisen mit 13.354 und 14.721 Keimen vergleichbare Werte nach. Die
Mischprobe aus Hartholz hatte 39.971 und das Eichenholz 102.593 Keime.
(Zahlen im Anhang)
3.3.3 Hemmstofftest
Das Ergebnis der ersten Versuchsreihe zeigte eine zunehmende keimhemmende
Wirkung
mit
steigendem
pH-Wert.
Keinen
ersichtlichen
Einfluss
übten
Materialfeuchte und Körnungsgröße aus. Ein Unterschied zwischen WILMS-K3Hygieneholz und unbehandeltem Kiefern-Kernholz konnte nicht festgestellt
werden.
Die
Versuche
auswertbaren Ergebnisse.
mit
unbeschickten
Testplättchen
ergaben
keine
Laborversuche
Abbildung 24:
74
Hemmstofftest WILMS-K3-Hygieneholz – unbehandelte
Kiefer bei pH 6,0 mit Bacillus subtilis
--
unbehandelte Kiefer
(eigenes Foto)
Abbildung 25:
--
unbehandelte Kiefer
(eigenes Foto)
Abbildung 26:
--
unbehandelte Kiefer
(eigenes Foto)
Laborversuche
Die
75
Ergebnisse
der
zweiten
Versuchsreihe
bestätigen
zunächst
die
keimhemmende Wirkung des WILMS-K3-Hygieneholz. Die Unterschiede bezogen
auf den pH-Wert sind nicht so deutlich zu erkennen wie in der ersten Reihe,
jedoch in der Tendenz vergleichbar.
Deutlicher ist hier der Unterschied zu Buchen- und Fichtenholz die beide bei
keinem der getesteten pH-Werte eine keimhemmende Wirkung zeigten.
Abbildung 27:
bei pH 6,0 mit Bacillus subtilis
WILMS-K3Hygieneholz
Buchenholz
Fichtenholz
(eigenes Foto)
Abbildung 28:
WILMS-K3Hygieneholz
Buchenholz
Fichtenholz
(eigenes Foto)
Laborversuche
Abbildung 29:
76
WILMS-K3Hygieneholz
Buchenholz
Fichtenholz
(eigenes Foto)
Die Ergebnisse der oben beschriebenen Hemmstoffteste sind rein qualitativer
Natur. Das heißt, mit den Versuchen konnte aufgrund der Hemmhofbildung um die
entsprechenden Hölzer nachgewiesen werden, das Kiefernkernholz und WILMSK3-Hygieneholz vom pH-Wert abhängige keimhemmende Wirkung besitzen. Für
Fichten- und Buchenspäne konnte eine solche Wirkung nicht nachgewiesen
werden.
Feldversuch
77
4 Feldversuch
Die im Rahmen der Laborversuche unter standardisierten Bedingungen
gefundenen Ergebnisse wurden in einem Feldversuch auf die Übertragbarkeit in
die landwirtschaftliche Praxis untersucht.
Ziel dieses Feldversuches war es, zu überprüfen ob sich der Keimdruck in der
Einstreu,
dem
die
Tiere
und
besonders
das
Euter
der
Tiere
als
infektionsgefährdete Stelle, in direktem Kontakt ausgesetzt sind, durch den
Einsatz von WILMS-K3-Hygieneholz reduzieren lässt.
Die Feldversuche wurden in Absprache mit dem DIL, der Firma Gustav WILMS,
dem
betreuenden
Professor
und
dem
zuständigen
Tierarzt
unter
der
Berücksichtigung der folgenden Kriterien auf dem Milchviehbetrieb von MANFRED
KAHTENBRINK durchgeführt:
4.1 Material und Methoden
4.1.1 Kriterien für die Auswahl des Versuchsbetriebes
Um möglichst praxisrelevante Ergebnisse zu bekommen wurden bei der Auswahl
des Versuchsbetriebes folgende Kriterien beachtet. Wichtig waren dabei neben
praktischen Kriterien auch solche, die zu einem mit der Praxis vergleichbaren
Versuchsbetrieb führen:
•
Betriebsgröße, Milchleistung
•
Mastitisproblematik
•
Bereitschaft des Betriebsleiters
•
Begleitung der Versuche durch den Bestandstierarzt
•
Räumliche Nähe zum mikrobiologischen Labor
•
Aufstallung
•
Einstreuart
•
Einstreumanagement
Feldversuch
78
4.1.2 Beschreibung des Versuchsbetriebes
Landwirtschaftlicher Milchviehbetrieb von MANFRED KAHTENBRINK
Adresse:
Feldstrasse 1, 49638 Nortrup
Telefonnummer:
05436-968755
Mobil:
0171-3043550
Eingetragener Herdbuchzuchtbetrieb für Holstein Frisian Kühe seit 1972
Tabelle 4:
Betriebsparameter Milchviehbetrieb Kahtenbrink
Flächenausstattung
58 ha landwirtschaftliche Nutzfläche
Tierbestand
140 Rinder davon 60 laktierende
Milchkühe
Spermaeinsatz
Holstein Frisian international gemischt
Fütterung
Totale Misch Ration
Milchleistung
ca. 10000 kg
Melkstand
Doppelsechser side by side
(eigene Darstellung nach KAHTENBRINK, 2004)
Die Aufstallung erfolgt in zwei Leistungsgruppen. Die 24 höher leistenden Tiere
werden auf der linken Stallhälfte in einreihigen Fressliegetiefboxen mit
Sägemehleinstreu gehalten. Die restlichen 36 Tiere befinden sich auf der rechten
Stallhälfte in zweireihigen Hochboxen mit Matratzenauflage und dünner
Sägemehleinstreu.
Die Breite der Boxen beträgt dabei auf beiden Seiten 115 cm.
Die Länge der Boxen variierte zwischen den beiden Seiten. So betrug die Länge
auf der linken Stallseite in den Tiefboxen 1,80 m und auf der rechten Seite in den
Hochboxen 2,25 m.
In der folgenden Grafik ist die Boxenanordnung mit den entsprechenden Maßen
dargestellt.
Auf der linken Seite befinden sich die 24 Tiefboxen die mit WILMS-K3Hygieneholz eingestreut wurden, auf der rechten Seite die Referenzgruppe und
die vier Boxen die ebenfalls mit WILMS-K3-Hygieneholz eingestreut wurden.
Feldversuch
Abbildung 30:
79
Stallgrundriss mit Lage der beprobten Boxen
Futtergang
Futtergang
Jungvieh
Jungvieh
(Maße in Metern)
K1 bis K5 = Boxen in denen die Proben „WILMS-K3-Hygieneholz in Tiefboxen“ gezogen wurden
K3R1 bis K3R4 = Boxen in denen die Proben „WILMS-K3-Hygieneholz in Hochboxen“ gezogen wurden
A1 bis A5 = Boxen in denen die Proben „herkömmliche Einstreu in Hochboxen“ gezogen wurden
(eigene Darstellung nach KAHTENBRINK, 2004)
Feldversuch
80
4.1.3 Einstreu des Versuchsbetriebes
Einmal in der Woche werden ca. 40 l Einstreu pro Tiefbox und ca. 30 l pro
Hochbox neu eingestreut. Täglich werden einmal grobe Verunreinigungen aus
dem hinteren drittel der Boxen entfernt. Des Weiteren wird einmal täglich morgens
nach dem Melken der Spaltenboden hinter den Boxen und das hintere fünftel der
Boxen selbst mit handelsüblichem Futterkalk bestreut. Dabei kommen in jede Box
ca. 50 Gramm Kalk.
Für
den
Feldversuch
Weichholzmischspänen
wurden
(siehe
neben
unten)
der
herkömmlichen
Späne
aus
Einstreu
aus
eingesetzt. Die Eigenschaften dieser Einstreu sind sowohl mit den Proben aus den
Laborversuchen als auch mit der normalen Einstreu des Betriebes vergleichbar
und unten genauer aufgeführt.
Folgende Materialien wurden während des Versuchszeitraumes verwendet:
Tabelle 5:
Einstreumaterialien für den Feldversuch
Gruppe
Vergleichsgruppe
Versuchsgruppe
Material
Weichholzmischspäne
Herkunft
Sägewerk Ortland GMBH
Gewerbestrasse 6 49626 Bippen
Firma Gustav WILMS
Im Glanetal 6 49152
Bad Essen
Zusammensetzung
ca. 90 % Fichtenholzspäne
ca. 5 % Lärchenholzspäne
ca. 5 % andere Weichholzspäne
Eigenschaften rel. Feuchte ca. 30 - 35 %
Korngrößenverteilung von
1 bis 10 mm
Rindenanteil unter 3 %
rel. Feuchte 10 - 12 %
von 1 bis 10 mm
max. 4 Wochen Lagerzeit
Behandlung
keine weitere Behandlung
K3 Wasch- und
Trocknungsverfahren
(eigene Darstellung nach KAHTENBRINK, 2005; RAUER, 2004 UND RAUER, 2005)
Feldversuch
81
An der üblichen Praxis des wöchentlichen Nachstreuens wurde auch während des
Versuchszeitraumes festgehalten. So wurde einmal in der Woche die durch das
säubern der Boxen fehlende Einstreu in allen Boxen durch neue ersetzt. Die
Einstreumenge betrug dabei ca. 40 l in der Versuchsgruppe und ca. 30 l in der
Vergleichsgruppe.
4.1.4 Lagerung der Einstreu
Die Späne der Vergleichsgruppe wurden, wie üblich, direkt vom Sägewerk
abgeholt und auf den entsprechenden Anhängern bis zum Einbringen unter Dach
gelagert.
Die Einstreu der Versuchsgruppe aus WILMS-K3-Hygieneholz wurde in ca. 1 m3
großen Kartons auf Paletten in unterschiedlicher Sortierung angeliefert. Die
Kartons waren mit einem Deckel versehen und somit vor eventuellen
Verunreinigungen geschützt. Aufgrund der unterschiedlichen Sortierung musste
das
Material
vor
dem
Einbringen
in
die
Boxen
auf
eine
einheitliche
Mischsortierung gebracht werden. Diese entsprach dann der Sortierung der
Vergleichseinstreu.
4.2 Durchführung
4.2.1 Vorbereitungen
Die Versuche wurden in der Zeit vom 20.11. bis zum 10.12. 2004 durchgeführt. In
dieser Zeit befanden sich die Tiere ausschließlich im Stall und auf dem direkt an
den Stall angrenzenden befestigten Laufhof.
Zu Beginn des Versuches wurden alle Boxen des Stalles grob gereinigt um
einheitliche Ausgangsbedingungen zu schaffen. Hierzu wurde alles
alte
Einstreumaterial entfernt was im normalen Betriebsablauf nicht durchgeführt wird.
Anschließend wurden die 24 Tiefboxen der höher leistenden Tiere mit WILMS-K3Hygieneholz eingestreut. Dazu wurde in jede Box 80 l Material eingebracht.
Feldversuch
82
In 32 Hochboxen der Vergleichsgruppe wurden je Box ca. 50 l der herkömmlichen
Einstreu
eingebracht.
unterschiedlichen
Die
geringere
Boxenbeschaffenheit.
Einstreumenge
So
braucht
resultiert
eine
aus
der
Hochbox
mit
Gummimatratze weniger Einstreu als eine Tiefbox ohne Matratze.
Die verbleibenden 4 Boxen der linken Stallseite wurden aufgrund der
unterschiedlichen Boxengröße und Bodenbeschaffenheit zwischen Versuchs- und
Vergleichsgruppe ebenfalls mit WILMS-K3-Hygieneholz eingestreut.
Das Einstreumaterial wurde jeweils im vorderen Bereich der Boxen eingebracht
und im Laufe des Versuches durch die Aktivität der Tiere nach hinten befördert.
Die neu eingestreuten Boxen in der Vergleichsgruppe wurden direkt nach der
Wiederbelegung wieder von den Kühen angenommen.
In der Versuchsgruppe dagegen dauerte die Annahme zwei Tage. In der
Zwischenzeit haben sich die Kühe auf dem, teilweise noch nicht durch die Spalten
getretenen, alten Einstreumaterial abgelegt. Nach dieser Eingewöhnungszeit
konnte kein Unterschied in der Annahme der neuen Einstreu festgestellt werden.
4.2.2 Probenahme
In den Tiefboxen der Versuchsgruppe stellte sich keine eindeutige Schichtung der
Einstreu ein. Bei den Hochboxen der Vergleichsgruppe war dies, wie erwartet
aufgrund der geringeren Einstreumenge und -tiefe ebenfalls nicht möglich.
Augenscheinlich lag dies an der geringen Feuchte und der Korngrößenverteilung
der Einstreu, wodurch sie sich nicht fest packte und von den Tieren bei jeder
Bewegung wieder umgeschichtet wurde.
Deshalb
wurden
bei
der
Versuchsdurchführung
keine
Proben
aus
unterschiedlichen horizontalen Ebenen gezogen. (nach GERLACH, 1994)
Zu Anfang des Versuches wurden die jeweiligen Boxen zur Probenahme
festgelegt, anschließend wurden immer wieder in diesen Boxen die Proben
gezogen. Bei der Auswahl der Boxen wurden Randboxen gemieden.
Feldversuch
Im hinteren Drittel der Boxen, im mittleren Bereich mit einer Breite von ca. 70 cm,
dem Bereich der am häufigsten und direkt in Kontakt mit dem Euter der Kühe
steht, wurden die Proben einer Diagonale durch diesen euterhygienisch
relevantesten Bereich folgend, gezogen. Dabei wurden besonders verschmutzte
Bereiche gemieden, da diese normalerweise beim Säubern der Boxen entfernt
worden wären.
Die Proben je Box wurden dabei als eine Mischprobe aus drei Einzelproben zu je
30 Gramm gezogen. Dazu wurde das Einstreumaterial mit jeweils einem neuen,
technisch sterilen Plastiklöffel aus den oberen 5 cm entnommen, in einen
handelsüblichen Gefrierbeutel verpackt und beschriftet.
Die Proben wurden morgens nach dem Melken zwischen 8 und 10 Uhr gezogen.
Spätestens eine halbe Stunde nach Probenahme waren sie zur weiteren
Behandlung im Labor. Die Behandlung der Proben erfolgte analog zu den
Laborversuchen.
83
Feldversuch
84
4.3 Ergebnisse
Abbildung 31:
coliforme Keime auf verschiedenen Einstreumaterialien
(100 Gramm Mischprobe; Mittelwert +/- Standardabweichung)
KBE pro Gramm Einstreu
5,0E+04
4,0E+04
3,0E+04
2,0E+04
1,0E+04
.1
2.
04
09
.1
2.
04
08
.1
2.
04
07
.1
2.
04
06
.1
2.
04
02
.1
2.
04
01
.1
1.
04
30
.1
1.
04
29
.1
1.
04
26
.1
1.
04
25
.1
1.
04
24
.1
1.
04
23
22
.1
1.
04
0,0E+00
Datum der Probenziehung
Einstreu aus WILMS-K3-Hygieneholz in Tiefboxen, n-Boxen = 5
Einstreu aus WILMS-K3-Hygieneholz in Hochboxen; n-Boxen = 4
herkömmliche Einstreu aus Misch-Weichholz in Hochboxen; n-Boxen = 5
Bei der Auswertung der koliformen Keime im Zeitablauf auf den verschiedenen
Einstreumaterialien fällt zunächst die große Streuung der Ergebnisse auf.
Aufgrund dieser Streuung sind die Ergebnisse im Wesentlichen statistisch nicht
absicherbar. Trotzdem ist von der Tendenz her zu erkennen, dass bis auf die
Proben vom 07.12.04 beide Proben aus WILMS-K3-Hygieneholz grundsätzlich
mehr Keime aufweisen als die Vergleichsgruppe.
Im Zeitverlauf variiert dabei die Anzahl der kolonienbildenden Einheiten jedoch
auch innerhalb der jeweiligen Gruppen stark. So ist in keiner der Gruppen ein
eindeutiger Trend im zeitlichen Verlauf auszumachen.
Feldversuch
85
Abbildung 32:
Enterokokken auf verschiedenen Einstreumaterialien
8,0E+04
7,0E+04
6,0E+04
5,0E+04
4,0E+04
3,0E+04
2,0E+04
1,0E+04
.1
2
.0
4
.0
4
09
08
.1
2
.1
2
.0
4
.0
4
07
06
.1
2
.1
2
.0
4
.0
4
02
.1
2
01
.1
1
.0
4
.0
4
30
.1
1
29
.1
1
.0
4
.0
4
26
.1
1
.0
4
25
.1
1
24
.1
1
23
22
.1
1
.0
4
.0
4
0,0E+00
Beim Vergleich der Keimzahlen von Enterokokken variieren die Ergebnisse
ebenfalls sehr stark. Im Zeitablauf sind zwar keine Tendenzen bei den Gruppen zu
erkennen, jedoch lassen sich an den jeweiligen Tagen relativ starke und zum Teil
statistisch absicherbare Unterschiede zwischen den verschiedenen Materialien
feststellen. So sind die Keimzahlen bis auf eine statistisch nicht absicherbare
Ausnahme am ersten Versuchstag generell bei der herkömmlichen Einstreu
niedriger als bei den beiden Gruppen mit Einstreu aus WILMS-K3-Hygieneholz.
Eindeutige Unterschiede zwischen den beiden Gruppen aus WILMS-K3Hygieneholz sind nicht nachweisbar.
Feldversuch
86
Abbildung 33:
Staphylokokken auf verschiedenen Einstreumaterialien
6,0E+05
5,0E+05
4,0E+05
3,0E+05
2,0E+05
1,0E+05
22
.1
1.
04
23
.1
1.
04
24
.1
1.
04
25
.1
1.
04
26
.1
1.
04
29
.1
1.
04
30
.1
1.
04
01
.1
2.
04
02
.1
2.
04
06
.1
2.
04
07
.1
2.
04
08
.1
2.
04
09
.1
2.
04
0,0E+00
Die Anzahl der Staphylokokken auf den unterschiedlichen Einstreumaterialien
variiert sehr stark in den ausgewerteten Proben. Trotz der daraus resultierenden
Unmöglichkeit der statistischen Auswertung ist jedoch besonders bei den Proben
aus WILMS-K3-Hygieneholz ein Trend zu höheren Keimzahlen ab dem 01.12.04
zu erkennen. Dagegen bleiben die Werte für die Vergleichsgruppe mit
herkömmlicher Einstreu vom Trend her konstant.
Feldversuch
87
Abbildung 34:
Streptokokken auf verschiedenen Einstreumaterialien
7,0E+05
6,0E+05
5,0E+05
4,0E+05
3,0E+05
2,0E+05
1,0E+05
12
.0
4
09
.
12
.0
4
08
.
12
.0
4
07
.
12
.0
4
06
.
12
.0
4
02
.
12
.0
4
01
.
11
.0
4
30
.
11
.0
4
29
.
11
.0
4
26
.
11
.0
4
25
.
11
.0
4
24
.
11
.0
4
23
.
22
.
11
.0
4
0,0E+00
Deutlich wird bei dieser Auswertung ebenfalls die große Streuung der Ergebnisse.
Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Auswertungen sind hier keine
deutlichen Tendenzen zu höheren Werten bei den Proben aus WILMS-K3Hygieneholz zu erkennen.
Diskussion
88
5. Diskussion
Mastitis
Die Entzündung der Milchdrüse der Milchkühe ist eine der bedeutendsten
Krankheiten in der Milchproduktion. Neben den Fruchtbarkeitsstörungen zählt sie
zu den wirtschaftlich wichtigsten Erkrankungen beim Milchvieh. (BLOWEY, 1998)
Die Ursachen für die Mastitis sind vielschichtig, meist entstehen sie jedoch durch
die
Besiedlung
und
Infektion
eines
oder
mehrerer
Euterviertel
durch
Mastitiserreger.
Zu
den
wichtigsten
prädisponierenden
Faktoren
zählen
Euter-
und
Zitzenverletzungen, angeborene Euterformfehler, Melkhygiene, Fütterung und
Aufstallungsgestaltung. (GRUNER, 1992)
Bei der Mastitis die durch Erreger ausgelöst wird, wird zwischen zwei
verschiedenen Verlaufsformen unterschieden. In einigen Fällen kommt es zur
klinischen Mastitis mit deutlich erkennbaren Symptomen wie Fieber, Schmerzen,
Schwellung des Euters und veränderte Milchsekretion. (ANONYM, 1994)
In den meisten Fällen bleibt es jedoch bei einer unterschwelligen Entzündung des
Euters die auch als subklinische Mastitis bezeichnet wird und den wirtschaftlich
bedeutenderen Teil der Problematik darstellt. (WENDT et al., 1998)
Die Infektiöse Mastitis wird in den der Regel von bestimmten Erregergruppen
ausgelöst. Zu den wichtigsten Erregergruppen oder –familien zählen die
Staphylokokken, Mikrokokken, Streptokokken und coliforme Keime. (ANDERSSON,
1991)
Bei GLENN (2004) und FRITON (1998) wird zwischen umweltbürtigen und
ansteckenden Krankheitserregern unterschieden.
Nach KRÖMKER (1995) ist es in den letzten Jahren zu einer erheblichen
Verschiebung in der Erregerverteilung hin zu den umweltassoziierten Erregern
gekommen.
Diskussion
89
Da die Mastitis als eine multifaktorielle Erkrankung nur sehr schwierig und
kostenintensiv zu bekämpfen ist, wurden in den letzten Jahren große
Anstrengungen in der Tierhygiene und in der Prophylaxe unternommen.
Im Bereich der Vorbeugung spielen dabei die verschiedenen Aufstallungssysteme
eine große Rolle, denn nach ANONYM (1994) resultiert die hygienische Situation
der Kühe weitestgehend aus den baulichen Gegebenheiten.
In Deutschland ist der Boxenlaufstall mit Laufgängen und Liegeboxen die als
Hoch- oder Tiefboxen ausgebildet sein können, die wichtigste Aufstallungsform.
In vielen Fällen werden die Hochboxen nicht mit Einstreu, sondern mit einer fest
eingebauten Kunststoff- oder Gummimatratze eingerichtet.
Anhand von verschiedenen Wahlversuchen konnte jedoch nachgewiesen werden,
dass Kühe eingestreute Liegeboxen bevorzugen. Ebenso konnte festgestellt
werden, dass Kühe nach der Belegung von eingestreuten Boxen weniger
Verletzungen aufweisen als nach der Belegung von nicht eingestreuten Boxen.
(TUCKER et al., 2003; HÖRNING, 1997; BERGER, 1985)
Nach KEYS et al. (1975) sind zudem der Komfort in den Boxen und die damit
verbundenen Auswirkungen auf die Liegezeiten von entscheidender Bedeutung
für die Leistung der Tiere. So beschreibt HÖRNING (1997), dass Einstreu durch
Elastizität die auftretenden Kräfte beim Aufstehen und Abliegen abfedern muss.
WELCOME (2003) nennt die wichtigsten Einstreueigenschaften. So soll sie ein
haltgebendes „Bett“ liefern, die Fähigkeit besitzen, Feuchtigkeit zu binden und
Inhaltstoffe aufweisen, die kein bakterielles Wachstum fördern.
Die Einstreu gilt als ein prädisponierender Faktor für die Mastitis. Sie spielt eine
Schlüsselrolle bei der Übertragung von umweltbürtigen Erregern. (ELBERS et al.,
1998)
Im Rahmen eines EU-Forschungsprojektes aus dem Jahre 2000 fand sich die
geringste Gesamtkeimzahl und auch die geringste Anzahl von coliformen Keimen
auf Sägespänen. (ROTH und KNAPPSTEIN, 2000)
Um zu klären ob WILMS-K3-Hygieneholz sich als Einstreu zur Minderung des
Keimdrucks
eignet,
muss
zunächst
der
mögliche
bakterizide
Effekt
in
entsprechenden Laborversuchen nachgewiesen werden, bevor die Effektivität in
einem Feldversuch untersucht werden kann.
Diskussion
Laborversuche
Holz hat eine relativ schlechte Stellung in hygienisch sensiblen Bereichen. So sind
die unzureichenden hygienischen Eigenschaften von Holz in zahlreichen
Publikationen dokumentiert. (KELCH und PALM, 1958; BORNEFF et al., 1988;
KAMPELMACHER et al., 1971, nach SCHÖNWÄLDER, 2000)
In der jüngeren Vergangenheit gab es jedoch auch vermehrt Publikationen über
die guten hygienischen Eigenschaften besonders bestimmter Holzarten wie Kiefer
Lärche und Eiche. (AK und CLIVER, 1994; RÖDEL et al., 1994 nach SCHÖNWÄLDER,
2000)
Die Firma Gustav WILMS ist bereits seit einigen Jahren mit verschiedenen
Produkten aus WILMS-K3-Hygieneholz auf dem Markt. So vertreiben sie
beispielsweise Schneidbretter für den Küchenbereich und Türgriffe.
WILMS-K3-Hygieneholz ist ein Produkt aus Kiefernkernholz das mit dem
speziellen und patentierten Wasch- und Trocknungsverfahren „K3“ behandelt wird.
Laut Hersteller werden dadurch die Zellstrukturen des Holzes teilweise zerstört
wodurch die natürlichen antibakteriellen Eigenschaften des Holzes verstärkt
werden sollen.
In der Literatur finden sich einige wissenschaftliche Untersuchungen über die
hygienischen Eigenschaften von WILMS-K3-Hygieneholz.
STREHLEIN et al. (2005) bestätigen den raschen Abfall von nachweisbaren KBE auf
WILMS-K3-Hygieneholz im Vergleich zu Kunststoffoberflächen.
STEINMANN untersuchte 2005 die virusinaktivierenden Eigenschaften von WILMSK3-Hygieneholz. In allen Versuchsreihen konnte er dabei eine geringere residuale
Infektiosität des BVD-Virus auf WILMS-K3-Hygieneholz feststellen.
WEBER und RUDOLPH bestätigten im gleichen Jahr die fungizide Wirkung von
WILMS-K3-Hygieneholz und die Wirkung gegen Staph.aureus.
SCHÖNWÄLDER et al. untersuchten 2002 das Überleben unterschiedlicher Bakterien
auf verschiedenen Holzarten und Polyethylen. Kiefer, Fichte, Buche, Pappel,
Kiefer und Polyethylen wurden dabei mit Escherichia coli und Enterococcus
faecium beimpft. Die Entwicklung des Bakterientiters ist durch Abklatschproben
90
Diskussion
91
und Untersuchung von Hobelspänen verfolgt worden. Das Überleben der
Testbakterien war dabei von der Holzart, der Animpfdichte und der Art des
inokulierten Bakterienstamms abhängig. Der Bakterientiter nahm am schnellsten
auf Kiefernholz ab. Nur Kiefernholz war innerhalb weniger Stunden an der
Oberfläche und im Innern des Holzes keimfrei.
In unserer Studie wurden die hygienischen Eigenschaften von verschiedenen
Holzproben gegen mastitisrelevante Keime getestet. Dabei wurden folgende
Proben verwendet:
•
Kiefer K3 (=WILMS-K3-Hygieneholz)
•
Kiefer unbehandelt (Rohstoff für die Produktion von WILMS-K3Hygieneholz)
Die
•
Fichte
•
Eiche
•
Mischprobe aus Weichhölzern
•
Holzpellets aus WILMS-K3-Hygieneholz
•
Mischprobe aus Harthölzern
Laborversuche
bestätigen
die
antibakteriellen
Eigenschaften
von
Kiefernkernholz als Rohmaterial und besonders von WILMS-K3-Hygieneholz als
Produkt. Folgende Vertreter sowohl euterpathogener als auch umweltassoziierter,
mastitisrelevanter Keimgruppen wurden dafür eingesetzt:
•
Enterobacter aerogenes
•
Enterococcus faecium
•
Escherichia coli
•
Micrococcus varians
•
Staphylococcus aureus
•
Staphylococcus epidermidis
•
Streptococcus uberis
Diskussion
So konnte in allen Versuchsreihen mit allen getesteten Keimen bestätigt werden,
dass nach 24 Stunden weder auf den Spänen noch auf den Pellets aus WILMSK3-Hygieneholz lebensfähige Keime nachzuweisen waren.
Die Probe aus unbehandelter Kiefer, dem Rohstoff für die Produktion von WILMSK3-Hygieneholz wies ebenfalls bis auf den Versuch mit Streptococcus uberis gute
hygienische Eigenschaften auf. Bei diesem Versuch waren die Werte jedoch
schlechter als die von Fichte, der Mischprobe Hartholz und der Mischprobe
Weichholz.
Diese Unterschiede in der keimhemmenden Wirkung werden noch durch die
Ergebnisse der Versuchsreihe untermauert in der der Rohstoff Kiefernkernholz
und das Endprodukt WILMS-K3-Hygieneholz direkt gegeneinander getestet
wurden. Hierbei wurden die KBE/Gramm nach unterschiedlichen Einwirkzeiten
bestimmt. In allen Zeitabschnitten zwischen 17 und 26 h Einwirkzeit waren dabei
auf WILMS-K3-Hygieneholz nachweisbar weniger Keime vorhanden als auf dem
Rohmaterial unbehandeltem Kiefernholz. Diese Unterschiede verschwanden bei
Einwirkzeiten größer 43 Stunden. Hier waren weder auf unbehandeltem
Kiefernholz noch auf WILMS-K3-Hygieneholz Keime nachzuweisen. In den
Zeitabschnitten unter 17 Stunden traten bei keiner Probe antibakterielle
Eigenschaften auf.
Diese Ergebnisse bestätigen die Aussage der Firma Gustav WILMS, dass die
natürlichen, antibakteriellen Eigenschaften von Kiefernkernholz durch die
Behandlung „K3“ verbessert werden.
Gewisse antibakterielle Eigenschaften konnten jedoch auch für andere Proben
nachgewiesen werden.
So hatte die Mischprobe aus Weichholz bei fast allen Versuchen das gleiche
Ergebnis wie unbehandeltes Kiefernholz und WILMS-K3-Hygieneholz. Lediglich
beim Versuch mit E.coli zeigte diese Probe keine antibakterielle Wirkung.
Die Probe aus Fichtenholz zeigte ebenfalls relativ gute Ergebnisse. Jedoch
vermochte das Material in keinem der Versuche alle Bakterien abzutöten.
Die Ergebnisse der Mischprobe aus Hartholz sind die zweitschlechtesten der
Versuchsreihe. Eine geringe keimhemmende Wirkung ist zwar auch hier
festzustellen, die Keimbelastung liegt aber immer noch bei ca. 50 % des
Anfangswertes.
92
Diskussion
93
Die schlechtesten Werte lieferten die Proben aus Eichenholz bei denen keine
keimhemmende Wirkung festgestellt werden konnte. Dies widerspricht den
Ausführungen von SCHÖNWÄLDER (2000) die Eichenholz aufgrund der enthaltenen
Gerbstoffe gute antibakterielle Eigenschaften attestierte (siehe unten).
SCHÖNWÄLDER (2000) nennt folgende Erklärungsansätze für die Abtötung der
Bakterien durch Holz:
Abtötung
•
über die Inhaltstoffe
•
über den Entzug des für die Bakterien lebensnotwendigen Wassers
•
durch das rein physikalische Festhalten
Einige Autoren schreiben von den Polyphenolen als wichtige bakterizide
Stoffgruppe in Hölzern. (BAYER, 1987; LAKS und MCKAIG, 1988; MÜLLER et al.,
1995 nach SCHÖNWÄLDER, 2000). CHEEKE (1989) und LUNDGREN (1987)
beschreiben die bakterizide Wirkung der Phenole des Kiefernholzes.
SCHÖNWÄLDER (2000) schreibt, dass generell in Hölzern (Eiche, Kiefer und Lärche)
und Holzteilen (Kernholz) die hohe Anteile an phenolischen Strukturen besitzen
weniger Bakterien nachzuweisen sind als in anderen.
Höss (1954) beschreibt die hohen Gehalte an ätherischen Ölen in Lärchen- und
Kiefernholz.
In den Hemmstofftests konnte der Erklärungsansatz der Abtötung über die
Inhaltstoffe bestätigt werden.
In der ersten Versuchsreihe bildeten sich sowohl um das Rohmaterial
Kiefernkernholz wie auch um das WILMS-K3-Hygieneholz deutliche Hemmhöfe.
Die Größe der Hemmhöfe war dabei vom pH-Wert abhängig: Je höher der pHWert um so größer die Hemmhöfe. Unterschiede zwischen den beiden
Testsubstanzen konnten aufgrund der qualitativen Versuchsanordnung nicht
festgestellt werden.
In der zweiten Versuchsreihe bildeten sich beim Vergleich verschiedener
Holzarten
nur
bei
deutliche
Hemmhöfe
um
die
ausgelegten Holzproben. Stattdessen wuchsen die Bakterien bei Buchen- und
Fichtenproben direkt bis an das Holz heran.
Diskussion
94
Die nicht auswertbaren Ergebnisse der Versuchsreihen mit unbeschickten
Testplättchen lassen vermuten, dass es sich bei den antibakteriellen Inhaltstoffen
nicht um wasserlösliche Substanzen handelt.
Ein weiterer Erklärungsansatz für die Hemmung des Bakterienwachstums ist der
Entzug des lebensnotwendigen Wassers. Durch die hygroskopische Wirkung des
Wassers könnte dem Agar das Wasser entzogen worden sein. Dieser Ansatz
erklärt jedoch nicht die Unterschiede zwischen den Holzproben, da alle Proben vor
Versuchsbeginn im Wärmeschrank getrocknet wurden. Die so eingestellte
Restfeuchte von 10 % würde denselben Wasserentzug bei allen Proben bedeuten.
Da die durchgeführten Hemmstoffteste rein qualitativer Natur waren, ist hierüber
ein quantitativer Vergleich der Inhaltstoffe von verschiedenen Proben nicht
möglich. Hierzu sollten spezielle Versuchsanordnungen zur Bestimmung von Art
und Menge der antibakteriellen Inhaltstoffe durchgeführt werden, die im Rahmen
dieser Diplomarbeit nicht möglich waren.
Solche Versuchsreihen könnten auch Aufschluss über den Wirkmechanismus bei
der Abtötung von Mikroorganismen geben.
Sämtliche
Laborversuche
Lebensmitteltechnologie
(DIL)
wurden
in
im
Deutschen
Quakenbrück
vom
Institut
Diplomanden
für
in
Zusammenarbeit und unter Anleitung der dortigen Mitarbeiter und Mikrobiologen
durchgeführt. Dabei wurden alle derzeit gültigen Bestimmungen und Vorschriften
für die mikrobiologische Praxis eingehalten und umgesetzt.
Dadurch und durch die langjährige Erfahrung des Instituts im Bereich der
mikrobiologischen Forschung ist gewährleistet, dass die Ergebnisse dem aktuellen
Stand der Wissenschaft entsprechen.
Daneben
entsprach
auch
die
Versuchsanordnung
mit
Probenbehandlung und Doppelbestimmung der gängigen Praxis.
Probenzahl,
Diskussion
95
Feldversuch
Für die Frage nach der Eignung von Sägespänen im Allgemeinen und solchen aus
WILMS-K3-Hygieneholz im Speziellen als Einstreu sind zunächst folgende Punkte
zu beachten:
Nach WARD et al. (2000) liegt das C-N-Verhältnis von sauberem Stroh bei 26:1,
das von Sägespänen bei 519:1. Damit liegt das Verhältnis von Stroh sehr viel
näher am idealen C-N-Verhältnis für das Wachstum von Bakterien von 30:1.
Dies spricht für den Einsatz von Sägespänen als Einstreu.
Das Wasserbindungsvermögen von Stroh liegt nach RAHM (1922) (nach
DÜNGELHOEF (1960)) zwischen 214 und 315 %, das von Sägespänen bei 450 %.
Das
Wasserbindungsvermögen
der
getesteten
Einstreu
aus
WILMS-K3-
Hygieneholz wurde mit ca. 400 % bestimmt. Dieser Parameter spricht für die
Verwendung von WILMS-K3-Hygieneholz als Einstreu.
Der Feldversuch wurde auf dem landwirtschaftlichen Milchviehbetrieb von
MANFRED KATHENBRINK in Nortrup durchgeführt.
Vor Versuchsbeginn wurde das zu testende Material aus WILMS-K3-Hygieneholz
dem „Unterarmtest“ nach ROTH und KNAPPSTEIN, (2000) unterzogen, bei dem das
Material über den ungeschützten Unterarm gerieben wird. Dabei stellte sich
heraus, dass es genauso wie die herkömmliche Einstreu des Betriebes keine
Verletzungen verursacht. Zusätzlich wurden die Tiere einmal wöchentlich auf
mögliche Verletzungen oder geschwollene Gelenke untersucht. Bei diesen
Untersuchungen
konnten
jedoch
keine
Unterschiede
zwischen
den
Versuchgruppen festgestellt werden. Das spricht dafür, dass von dem Einsatz von
WILMS-K3-Hygieneholz als Einstreumaterial keine Gefährdung für die Gesundheit
der Tiere ausgeht. Da das Material während des Versuches von den Tieren nicht
als Futterersatz aufgenommen wurde, was nach HÖSS (1954) Vorraussetzung für
die quantitative Toxizität ist, sind auch von dieser Seite keine negativen
Auswirkungen auf die Tiere zu erwarten. Außerdem schreiben CHEEKE (1989) und
LUNDGREN (1987) von der geringen Toxizität der bakteriziden Phenole in
Kiefernholz besonders für Wiederkäuer.
Diskussion
96
Über die erforderlichen täglichen Einstreumengen zur Realisierung der wichtigsten
Anforderungen an Struktur, Wasserbindungskapazität und Elastizität gibt es
unterschiedliche Meinungen. So beschreibt HAIDN (1996) 0,3 bis 0,8 kg Einstreu
pro Kuh und Tag während SANDHOLM et al. (1995) zu idealen täglichen
Einstreumengen von 1 bis 2 kg kommen.
Da zu Beginn des Versuchs alle Boxen komplett gereinigt wurden, mussten
anschließend je 80 l in die Tiefboxen und je 50 l in die Hochboxen gefüllt werden.
Diese Menge entspricht einem Gewicht von 8 bzw. 5 kg pro Box.
Anschließend wurden wöchentlich 40 bzw. 30 l nachgestreut. Daraus ergibt sich
eine tägliche Einstreumenge von 0,57 bzw. 0,43 kg. Damit liegen die
Einstreumengen des Versuchsbetriebes im unteren Bereich der angegebenen
Mengen. Anhand der optischen Beurteilung der Sauberkeit der Boxen wurden
diese Mengen aber als ausreichend eingestuft. (siehe auch Fotos von Stall und
Boxen im Anhang auf der CD)
Bei der Beurteilung der Ergebnisse ist zunächst auf die große Streuung
hinzuweisen.
Sie
lässt
bis
auf
wenige
Ausnahmen
keine
statistisch
nachzuweisenden Aussagen zu.
Dabei ist die Streuung immer dann besonders groß, wenn die nachzuweisende
Anzahl an KBE/g Späne ebenfalls groß ist.
Für diese Streuung gibt es verschiedene, mögliche Erklärungen:
Bei der Probennahme und –bearbeitung trat immer wieder die Schwierigkeit der
Verunreinigung durch Kotstücke auf, die die Keimzahl der Proben verfälschen
könnte. Beim Auswaschen der Proben lösten sich die Kotstücke auf und die darin
enthaltenen Keime gingen in die Flüssigkeit über.
Zwar wurden bei der Probenziehung grob verschmutzte Bereiche gemieden,
dennoch ließen sich die Verunreinigungen nicht völlig vermeiden. Die Trennung
von Einstreumaterial und Kotstücken durch Absieben war aufgrund der
uneinheitlichen Korngrößenverteilung nicht möglich.
Die große Streuung spricht auch dafür, dass für diese Art von Versuchen eine viel
größere n-Zahl nötig ist um absicherbare Ergebnisse liefern zu können. Daneben
sollte der Versuchszeitraum um ein Vielfaches länger sein.
Diskussion
Ein weiterer Punkt der zur Verfälschung einiger Ergebnisse beigetragen haben
könnte, ist die Praxis des Kalkens der Liegeboxen. Bei Bestimmung der pH-Werte
einzelner Proben wurden Werte von 7 bis 12 gemessen. Nach HOGAN (1997) hat
der pH-Wert einen starken Einfluss auf die Wachstumsmöglichkeiten von
Bakterien. In Bezug auf den pH-Wert ist festzuhalten, das nach WARD et al. (2000)
Proben aus Holzeinstreu mit 3,9 deutlich niedrigere pH-Werte zeigten als Proben
aus Stroh mit Werten um 6,0. Dieser Unterschied spricht ebenfalls für den Einsatz
von Holz als Einstreu da nach SCHLEGEL (1995) die meisten euterpathogenen
Bakterien ihr Wachstumsoptimum eher im neutralen pH-Bereich haben.
Die auf ihren pH-Wert untersuchten Proben ergaben allerdings aufgrund der
Kalkung eher neutrale bis alkalische Werte. In diesem Zusammenhang bleibt
festzuhalten, dass durch die Kalkung, die für die bakterizide Wirkung positiv
niedrigen pH-Werte der Holzeinstreu zunächst in den neutralen, für die Bakterien
positiven Bereich geschoben werden.
Betrachtet man die in einigen Darstellungen offensichtliche Tendenz der
Ergebnisse, so fällt auf, dass meist die Ergebnisse der beiden Gruppen mit
Einstreu aus WILMS-K3-Hygieneholz schlechtere, das heißt höhere KBE-Zahlen
aufwiesen. Ein möglicher Erklärungsansatz für diese Tendenzen die in Gegensatz
zu den Laborversuchen und den Informationen der Literatur stehen, könnte die
unterschiedliche Materialfeuchte der Materialien sein.
So ist es möglich, das die mit ca. 12 % Feuchte sehr viel trockenere Einstreu aus
WILMS-K3-Hygieneholz die Feuchtigkeit mit den darin enthaltenen Keimen
schlechter aufnimmt als die herkömmliche Einstreu mit 30 bis 35 % Feuchte.
Ähnlich verhält es sich teilweise mit Sand und anderen Materialien die zunächst
eine gewisse Feuchte haben müssen um noch mehr Flüssigkeiten aufnehmen zu
können.
Daneben sind noch weitere Punkte denkbar, die einen Einfluss auf die Ergebnisse
gehabt haben könnten:
•
die unterschiedliche Boxengröße
•
die unterschiedliche Aufstallungsform in Hoch- und Tiefboxen
•
die fehlende Referenzgruppe: „Herkömmliche Einstreu in Tiefboxen“
97
Diskussion
•
98
die unterschiedliche Gestaltung als Fressliegeboxen auf der einen und
reine Liegeboxen auf der anderen Stallseite
•
die vorhandenen Matratzen mit unbekanntem hygienischen Status in zwei
der drei Gruppen
•
der unterschiedliche Leistungsstand der Tiere in den verschiedenen
Gruppen
•
die fehlende „in vitro“ Untersuchung der hygienischen Eigenschaften der
Referenzgruppe
Durch die Vielzahl dieser möglichen und nicht kontrollierbaren Einflussfaktoren ist
eine eindeutige Beuteilung der Ergebnisse daher stark eingeschränkt. Denn allein
für
die
Qualität
Einstreumanagements
der
von
Liegeflächen
Bedeutung.
ist
der
Unter
gesamte
diesem
Bereich
Begriff
wird
des
alles
zusammengefasst, was Einfluss auf die Qualität der Einstreu und damit der
Liegeflächen hat.
Dazu zählen neben der Auswahl des geeigneten Einstreumaterials die
fachgerechte Lagerung, eine angepasste Einstreumenge, das Reinigen der
Boxen, die Praxis des Nachstreuens und die eventuelle Verwendung von
geeigneten Zusatzstoffen. (KRÖMKER, 1995)
Im Versuchsbetrieb von MANFRED KATHENBRINK wurde einmal in der Woche
nachgestreut. Darüber hinaus wurden die Boxen jeden Tag von groben
Verunreinigungen gereinigt und der hintere Boxenbereich mit Kalk abgestreut.
Gelagert wurde die Einstreu unter Dach in speziellen Kastenanhängern.
Damit liegt das Einstreumanagement in allen Punkten im Bereich der
Empfehlungen aus der Literatur. Lediglich die Kalkung der Boxen bleibt in Bezug
auf Wirksamkeit und mögliche Hautverätzungen zu beobachten. (vgl. ANONYM,
2004)
Der Versuchsbetrieb ist bereits seit 1973 als Herdbuchzuchtbetrieb für Holstein
Frisian Kühe eingetragen und kann auf etliche Zuchterfolge zurückblicken. Die
Leistung der Milchviehherde liegt über 10.000 kg/Kuh/Jahr. Der Betriebsleiter und
seine Familie bilden ein engagiertes, für Forschung und Innovation offenes Team
das während des gesamten Versuchszeitraumes unendgeldlich mit Rat und Tat
Diskussion
99
zur Seite stand. All diese positiven Faktoren des Betriebes haben daher zum
gelingen des Versuches beigetragen.
Dennoch bewegt sich der Versuch in einem komplexen Feld vieler beweglicher
Faktoren innerhalb derer es schwierig ist, mit relativ wenigen Boxen/Tieren, in
einem kurzen Versuchszeitraum trotz der über 600 gezogenen Proben statistisch
auswertbare Ergebnisse zu liefern.
Ein
weiterführender
Feldversuch
sollte
daher
diese
Schwierigkeiten
berücksichtigen und versuchen, so weit wie möglich standardisierte Bedingungen
zu schaffen. Dies scheint jedoch auf einem normalen Praxisbetrieb allein schon
wegen der zusätzlichen Arbeitsbelastung nicht möglich.
Eine Möglichkeit zur Durchführung eines solchen Versuches könnte der
Versuchsbetrieb „Waldhof“ der Fachhochschule Osnabrück darstellen, der über
entsprechendes Tiermaterial, die Einrichtung und geschultes Fachpersonal
verfügt.
Fazit
100
6. Fazit
Sowohl die vorliegende Literatur wie auch die Ergebnisse der eigenen
Laborversuche belegen die stark antibakteriellen Eigenschaften von WILMS-K3Hygieneholz. Dabei konnte die bakterizide Eigenschaft auch für Vertreter der
mastitisrelevanten Bakteriengattungen nachgewiesen werden.
Bestätigt werden konnte außerdem unter Laborbedingungen die signifikant
bessere keimabtötende Eigenschaft von WILMS-K3-Hygieneholz gegenüber dem
Rohmaterial Kiefernkernholz. Das heißt, durch das von der Firma Gustav WILMS
entwickelte und patentierte Wasch- und Trocknungsverfahren „K3“ werden die
natürlichen antibakteriellen Eigenschaften von Kiefernkernholz noch verbessert.
Durch die Hemmstoffteste konnte nachgewiesen werden, das WILMS-K3Hygieneholz antibakterielle Inhaltstoffe besitzt die auch im Bereich um das Holz
wirken. Hier sind aber sowohl im quantitativen wie auch im qualitativen Bereich
noch weitere Untersuchungen notwendig um die Wirkmechanismen der
Bakterienabtötung erklären zu können.
Der Versuch, die gefundenen Ergebnisse in der landwirtschaftlichen Praxis zu
verifizieren ist als ein erster Tastversuch zu verstehen. Hierdurch wurde es
möglich, die auftretenden methodischen Schwierigkeiten die sich unter anderem in
den großen Standardabweichungen niedergeschlagen haben, zu erkennen.
Um die Frage nach der möglichen Etablierung eines Produktes zur Einstreu aus
WILMS-K3-Hygieneholz beantworten zu können, sollten folgende Fragestellungen
geklärt werden:
•
Laboruntersuchungen zum antimikrobiellen Effekt gegen Hefen und
anaerobe Bakterien
•
Effektivität des möglichen Produktes „Einstreu aus WILMS-K3-Hygieneholz“
in der Praxis. Dazu sollte die Einstreu der jeweiligen Vergleichsgruppe
ebenfalls „in vitro“ auf ihre hygienischen Eigenschaften untersucht werden.
•
Verpackung/Lagerung der Einstreu: Die Erfahrung des Feldversuches
zeigte, das die Verpackung in Großkisten zwar die Möglichkeiten der
Fazit
101
Lagerung verbessert, jedoch den Arbeitsaufwand beim
Einstreuen
erheblich vergrößert.
•
Mögliche Belastung durch Staub oder flüchtige Inhaltstoffe für den
Landwirt/Mitarbeiter
•
Verträglichkeit mit dem Güllesystem in Bezug auf Klumpenbildung,
Pumpfähigkeit, etc.
•
Auswirkungen auf Boden und Ertrag
•
Kostenkalkulation
•
Wechselwirkung mit in der Landwirtschaft üblichen Desinfektionsmitteln
•
Möglichkeit
der
Nutzung
des
Produktes
als
Einstreu
für
andere
Nutztierarten wie Legehennen oder Masthähnchen
•
Berücksichtigung
anderer,
Mikroorganismen
wie
im
Bereich
Salmonellen
spp.;
der
Hygiene
Listeria
wichtiger
monocytogenes,
Campylobacter spp.; enteropathogene E.coli z.b EHEC, EPEC, Kokzidien;
etc.
Kurzfassung
102
7. Kurzfassung
Titel der Arbeit: WILMS-K3-Hygieneholz in der bovinen Mastitisprophylaxe
Schlüsselwörter: Hygieneholz, Einstreu, Laborversuche, antibakterielle Wirkung,
Feldstudie, Mastitisprophylaxe
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Einsatz von WILMS-K3Hygieneholz der Firma Gustav WILMS aus Bad Essen als Einstreu in der
Milchviehhaltung zur Verminderung des Keimdruckes an euterpathogenen
Mikroorganismen. Dazu wurden „in vitro“ Versuche mit mastitisrelevanten
Mikroorganismen und eine Feldstudie durchgeführt.
Dieses, in einem speziellen Wasch- und Trocknungsverfahren behandelte
Kiefernkernholz weist in anderen hygienisch sensiblen Bereichen antibakterielle
Eigenschaften auf.
Um zu untersuchen, ob Sägespäne aus diesem Holz sich aufgrund ihrer
antibakteriellen Eigenschaften für den Einsatz als Einstreu in der Milchproduktion
eignen, wurden zunächst Laborversuche angelegt. Hierzu wurden Proben
unterschiedlicher Holzarten in vitro mit verschiedenen, mastitisrelevanten Keimen
beansprucht und das Überleben der Organismen verglichen.
Anschließend wurde versucht, die Laborergebnisse in einem weiterführenden
Praxisversuch zu bestätigen. In diesem Praxisversuch wurde ein Teil der
Liegeboxen
Hygieneholz
in
einem
Milchviehbetrieb
eingestreut,
während
in
mit
den
Sägespänen
übrigen
aus
Boxen
WILMS-K3-
weiterhin
die
herkömmliche Einstreu aus Fichtenspänen eingesetzt wurde. Über einen Zeitraum
von drei Wochen wurde die Keimbelastung der Einstreu an euterpathogenen
Mikroorganismen beobachtet.
In den Laborversuchen konnten die antibakteriellen Eigenschaften von WILMSK3-Hygieneholz für den Bereich der mastitisrelevanten Keime nachgewiesen
werden. Nach 24 h wurden auf diesem Holz keine lebensfähigen Keime mehr
gefunden. Im Gegensatz hierzu wurden auf anderen Hölzern, wie Fichte, Eiche
und auf Mischproben aus verschiedenen Weich- und Harthölzern nach 24 h noch
lebensfähige Keime nachgewiesen.
Kurzfassung
103
Die Ergebnisse des Praxisversuchs zeigten eine große Streuung und korrelierten
von der Tendenz her nicht mit den Laborversuchen. Dies wird auf den zu kurzen
Versuchszeitraum, die zu geringe Probenzahl und die Vielzahl von nicht
quantifizierbaren Einflussfaktoren zurückgeführt.
Abstract
104
8. Abstract
Title: “WILMS-K3-Hygieneholz” in the prophylaxis of bovine mastitis
(Hygieneholz : hygiene wood)
Keywords: hygiene wood, bedding, lab tests, antibacterial effect, field study,
mastitis prophylaxis
The current study examines the antibacterial effects of “WILMS-K3-Hygieneholz”
from the company “Gustav WILMS” from Bad Essen, Germany used as bedding in
terms of prophylaxis of bovine mastitis.
The wood, which is treated in a special washing and drying procedure, showed in
other hygienically sensitive areas (like in a hospital) antibacterial effects.
In order to examine whether wood shavings from this wood are suitable for the
employment as bedding in the milk production first lab tests were carried out.
Mastitis relevant germs were applied on different wood samples with different
concentrations. The results of surviving of these germs were compared.
The laboratory results were intended to be proven in a following practical
investigation.
In this investigation a part of the boxes in a dairy shed was bedded with wood
shavings of “WILMS-K3-Hygieneholz”, while the remaining boxes stayed with
conventional bedding from spruce particles.
During a period of three weeks the bacterial count of udder pathogenic micro
organisms in the bedding was observed.
In the lab tests the antibacterial effects of „WILMS-K3-Hygieneholz“ could be
proven even with mastitis relevant germs.
In a period of 24 hours no more living germs could be found on the samples.
In contrast, on other woods, like spruce, oak and on mixed samples from different
soft- and hardwood living germs could still be proven after 24 hours.
The results of the practical investigation showed a huge variance and the
tendencies did not show any correlation to the results of the lab tests.
This can be explained with a too short investigation period, too small sample
numbers and the multiplicity of influencing factors which were not measurable.
Quellenverzeichnis
9. Quellenverzeichnis
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download vom 22.11.2004 um 18:30 Uhr
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http://www.wilms.com/Hygiene/hygieneholz/wissenschaftlichestudie/505420
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download vom 22.4.2005 um 15.44 Uhr
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Anhang
A
10. Anhang
Darstellung der ausgezählten Petrischalen
WILMS-K3-Hygieneholz - Enterokokken und Staphylokokken
Galle-Äsculin-Agar
Baird-Parker-Basisagar
Enterokokken
Staphylokokken
WILMS-K3-Hygieneholz - Coliforme Keime und Gesamtkeimzahl
MacConkey-Agar
CASO-Agar
coliforme Keime
Gesamtkeimzahl
Anhang
B
WILMS-K3-Hygieneholz – Hefen und Schimmelpilze
Kartoffel-Glucose-Agar
Hefen und Schimmelpilze
Das Wilms K3-Hygieneholz wies nach 24stündiger Lagerung bei Raumtemperatur
die geringste Keimbelastung auf. Staphylokokken, Enterokokken und coliforme
Keime konnten nicht nachgewiesen werden. Die KBE/ml (Kolonienbildende
Einheiten pro ml) Lösung lagen bei der Gesamtkeimzahl bei Werten < 10 und bei
den Hefen bei < 600.
Kiefern-Kernholz – Enterokokken und Staphylokokken
Galle-Äsculin-Agar
Enterokokken
Staphylokokken
Anhang
C
Kiefern-Kernholz –coliforme Keime und Gesamtkeimzahl
MacConkey-Agar
CASO-Agar
coliforme Keime
Gesamtkeimzahl
Kiefern-Kernholz – Hefen und Schimmelpilze
Die
Ausstriche
des
unbehandelten
Kiefern-Kernholzes
zeigten
hohe
Konzentrationen mit Enterokokken und Hefen sowie einer hohen Gesamtkeimzahl.
Während die Konzentration an Staphylokokken sehr gering war, konnten coliforme
Keim nicht nachgewiesen werden.
Anhang
D
Mischprobe aus Weichholz – Enterokokken und Staphylokokken
Galle-Äsculin-Agar
Enterokokken
Staphylokokken
Mischprobe aus Weichholz – coliforme Keime und Gesamtkeimzahl
MacConkey-Agar
CASO-Agar
coliforme Keime
Gesamtkeimzahl
Anhang
E
Mischprobe aus Weichholz – Hefen und Schimmelpilze
Die
Mischprobe
aus
Weichholz
zeigte
sehr
hohe
Konzentrationen
mit
Enterokokken und Hefen sowie eine hohen Gesamtkeimzahl. Die Konzentrationen
an Staphylokokken und coliformen Keimen war niedriger, aber deutlich höher als
die der Schimmelpilze.
Fichte – Enterokokken und Staphylokokken
Galle-Äsculin-Agar
Enterokokken
Staphylokokken
Anhang
F
Fichte – coliforme Keime und Gesamtkeimzahl
MacConkey-Agar
CASO-Agar
coliforme Keime
Gesamtkeimzahl
Fichte – Hefen und Schimmelpilze
Fichtenholz
zeigte
nicht
auszählbare
Konzentrationen
an
Enterokokken,
Staphylokokken und coliforme Keimen sowie eine hohen Gesamtkeimzahl. Sehr
hoch war ebenfalls die Konzentration der Schimmelpilze.
Anhang
G
Eiche – Enterokokken und Staphylokokken
Galle-Äsculin-Agar
Enterokokken
Staphylokokken
Eiche – coliforme Keime und Gesamtkeimzahl
MacConkey-Agar
CASO-Agar
coliforme Keime
Gesamtkeimzahl
Eiche – Hefen und Schimmelpilze
Die Ergebnisse des Eichenholzes zeigten bei allen Ausstrichen nicht auszählbare
Konzentrationen.
Eidesstattliche Erklärung
Hiermit erkläre ich an Eides statt, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig
und ohne Benutzung anderer, als der angegebenen Hilfsmittel angefertigt habe.
Alle Stellen, die wörtlich oder sinngemäß aus veröffentlichten oder nicht
veröffentlichten Schriften entnommen sind, wurden als solche kenntlich gemacht.
Die Arbeit hat in gleicher oder ähnlicher Form noch keiner Prüfungsbehörde
vorgelegen.
____________________
__________________
Ort, Datum
Unterschrift
Ich gebe meine Zustimmung, dass die vorliegende Arbeit in der Bibliothek
aufgestellt werden kann.
_____________________
Ort, Datum
____________________
Unterschrift

Wilms-K3-Hygiene-Holz in der bovinen Mastitisprophylaxe

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