Eutergesundheitskontrolle durch Leitfähigkeitsmessung in der Milch

- Einige Grundlagen -

Dr. Kerstin Barth
Thünen-Institut für Ökologischen Landbau
E-Mail-Kontakt: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
August 2014

Beim automatischen Melken wird die Messung der elektrischen Leitfähigkeit (nachfolgend auch einfach Leitfähigkeit genannt) oder des Leitwertes der Milch heute generell als ein Kriterium zum Monitoring der Eutergesundheit verwendet und soll damit auch die Milchgüte sicherstellen. Auch konventionelle Melkanlagen erheben zum Teil diese Informationen bei jedem Melkakt, und mit Handgeräten kann diskontinuierlich  gemessen werden. Trotz dieses langjährigen und breiten Einsatzes zeigen sich in Diskussionen jedoch immer wieder Enttäuschungen, was die Aussagefähigkeit der Messungen angeht. Im Folgenden sollen deshalb einige grundlegende Sachverhalte zur Leitfähigkeitsmessung in der Milch dargelegt werden.

„Die fehlerhafte Milch hat häufig auch einen fehlerhaften Geschmack, sie ist salzig, räß, bitter, ranzig. Auch ohne sichtbare Veränderungen kann ein fehlerhafter Geschmack vorhanden sein. Darum kostet man die Milch und wird dadurch auch auf krankhafte Erscheinungen hingewiesen…“ Diese Empfehlung stammt aus dem „Melkbüchlein“ von Ostertag & Henkel (1912, S. 41) und verweist indirekt auf die Grundlage der Leitfähigkeitsmessung: den erhöhten Ionengehalt bei Mastitis. Nur kam damals die eigene Zunge als Sensor zum Einsatz.

Der Ionengehalt ist wie der Laktosegehalt der Milch relativ stabil. Beide ändern sich aber, wenn die Blut-Milch-/Milch-Blut-Schranke gestört oder die Laktosesynthese eingeschränkt ist. Die Durchlässigkeit der Blut-Milch-/Milch-Blut-Schranke kann durch die Infektion mit pathogenen Erregern, eine starke zelluläre Abwehrreaktion sowie eine mechanische Beanspruchung des Zitzengewebes hervorgerufen werden. In diesen Fällen erhöhen sich der Ionengehalt der Milch und damit auch die Leitfähigkeit. Sie ist das Maß für die Fähigkeit eines Stoffes, in diesem Fall der Milch, den elektrischen Strom zu leiten. Angegeben wird die elektrische Leitfähigkeit der Milch in mS cm-1 (sprich: Millisiemens pro Zentimeter). In älteren Veröffentlichungen findet sich auch die Einheit mmho cm-1 und deutet damit auf die physikalischen Zusammenhänge hin: Die elektrische Leitfähigkeit ist der Kehrwert des spezifischen elektrischen Widerstands. Davon abzugrenzen ist der Leitwert, der nur in mS angegeben wird. Im Gegensatz zur Leitfähigkeit berücksichtigt der Leitwert die für jede Messzelle typische Zellenkonstante nicht, so dass Leitwerte, die mit verschiedenen Messzellen erhoben wurden, nicht einfach vergleichbar sind. Um vom Leitwert auf die Leitfähigkeit zu kommen, muss die Zellenkonstante der Messzelle anhand von standardisierten Lösungen ermittelt werden. Zellenkonstanten können sich z. B. durch Ablagerungen auf den Elektrodenoberflächen verändern. Für exakte Messungen müssen die Zellenkonstanten deshalb wiederholt überprüft und eventuell die Berechnungen angepasst werden.

Neben der eigentlichen Messtechnik beeinflussen weitere Faktoren die in der Milch gemessenen Werte. Die Milch als polydisperses System enthält neben den Ionen viele Bestandteile, welche die Ionenbewegung direkt hemmen können. So sinkt die Leitfähigkeit bei zunehmendem Fettgehalt in der Milch. Einen ähnlichen Effekt haben Lufteinschlüsse. Dies spielt bei der kontinuierlichen Messung im Milchstrom beim Melken eine Rolle, wenn die zu messende Milch nicht zur Beruhigung und „Entgasung“ in eine separate Messkammer abgezweigt wird. Auch Flocken in der Milch bzw. eine hohe Viskosität können niedrige Messwerte verursachen, was zu fehlerhaften Aussagen hinsichtlich der Eutergesundheit führen kann. Die Temperatur der Milch ist ebenfalls zu berücksichtigen, wenn Leitfähigkeitsmessungen miteinander verglichen werden sollen. Die Leitfähigkeit von Milch steigt mit einer Temperaturerhöhung um ein Kelvin um ca. 2 % an. Gute Leitfähigkeitsmessgeräte verfügen deshalb auch über einen Temperatursensor und weisen die Leitfähigkeit auf eine Standardtemperatur bezogen aus. International üblich sind 25 bzw. 20 °C.

Die Leitfähigkeit der Milch eutergesunder Kühe liegt im Bereich von  4 bis 6 mS cm-1 (25 °C) und ändert sich kaum im Melkverlauf. Leitfähigkeitserhöhungen, die auf eine Störung hinweisen, werden am deutlichsten im Vorgemelk, bevor die Alveolarmilchejektion eingesetzt hat, sichtbar. Auch zum Melkende kann die Leitfähigkeit der Milch geschädigter Viertel erhöht sein und sogar den Einfluss des zugleich ansteigenden Fettgehaltes aufheben (Abbildung 1).

 

Abb. 1: Viertelspezifische elektrische Leitfähigkeit im Melkverlauf einer Kuh.  Nach der Vormelkprobe erfolgte eine manuelle Stimulation. Das Viertel hinten links (HL) war mit Staphylococcus aureus infiziert.
 
Grenzwerte für absolute Leitfähigkeitsmesswerte gibt es nur für das Vorgemelk: Messwerte über 6,5 mS cm-1 gelten als verdächtig. Üblicher ist der Vergleich der Euterviertel untereinander. Dabei wird davon ausgegangen, dass mindestens ein Viertel nicht geschädigt ist. Alle anderen Viertelmesswerte werden dann darauf bezogen. In der Literatur finden sich Angaben, dass Abweichungen von mehr als 15 % zwischen den Vierteln auf Schädigungen hinweisen. Wird bei jeder Melkzeit gemessen, kann zudem auch das Viertel mit sich selbst verglichen werden. Langsame Veränderungen können so ebenfalls erfasst werden. Wie bei allen Indikatoren, die zum Eutergesundheitsmonitoring eingesetzt werden, liefern viertelspezifische Messungen die besten Aussagen.

Wenn die Leitfähigkeit eigentlich ein guter und automatisch messbarer Indikator ist, warum werden dann Mastitiden zum Teil nicht frühzeitig erkannt oder viel zu viele Kühe als krank signalisiert ohne dass man etwas „sehen“ kann? Dafür gibt es verschiedene Ursachen: Zum einen spielt die Qualität und Wiederholbarkeit der Messung eine Rolle. Wie schon aufgezeigt, ist die Leitfähigkeitsmessung insbesondere beim Melken nicht ganz einfach und unterliegt einigen Störgrößen, die nicht immer ausgeschaltet werden (können). Dazu kommt, dass das Viertelvorgemelk nur bei Handmessgeräten nahezu ungestört von Ejektionseinflüssen gewonnen werden kann. Man muss also immer mit einem Informationsverlust rechnen, der auch nur eingeschränkt mit häufig wiederkehrenden Messungen kompensiert werden kann. Neben diesen, zum Teil rein technischen Problemen, ist zu beachten, dass Zellzahlanstiege bzw. Infektionen mit pathogenen Erregern als die Mastitisanzeiger nicht zwangsläufig zu Leitfähigkeitserhöhungen führen müssen. Umgekehrt können aber auch mechanische Reizungen des Gewebes, wie sie beispielsweise durch verdreht sitzende Melkzeuge hervorgerufen werden können, zu höheren Leitfähigkeitsmesswerten führen (Abbildung 2) ohne dass sich das in der Zellzahl bemerkbar macht. Und nicht zuletzt entwickeln sich aus subklinischen Erscheinungen nicht zwangsläufig sichtbare klinische Mastitiden.

Abb. 2: Mittlere elektrische Leitfähigkeit [25 °C] der Viertelvorgemelke vor der Ejektion von 300 Milchkühen in Abhängigkeit vom Laktationsmonat. Melken erfolgte 3 x täglich in einem Melkkarussell (Innenmelker,  Ansetzen  von rechts)

Das alles gilt es zu bedenken, wenn indirekte Mastitisindikatoren, wie die Leitfähigkeit der Milch, genutzt und bewertet werden. Man muss sich bewusst sein, dass ein derartiges Monitoring auch nur ein solches ist: Welche Ursache die Veränderungen haben und welche Schritte eingeleitet werden sollten, um wieder zur „Sollgröße“ zurückzukehren, muss der Nutzer ermitteln.  Das Wissen um die grundlegenden Zusammenhänge schützt dabei vor überzogenen Erwartungen. Begreift man die Leitfähigkeit als einen von verschiedenen Indikatoren, wird man den biologischen Verhältnissen am besten gerecht und kann nützliche Informationen gewinnen. So deuten die oben gezeigten Abweichungen einzelner Viertelpositionen auf Herdenebene auf eine einseitige Belastung hin, während Veränderungen bei Einzeltieren auf Infektionen hinweisen. Der Beweis dafür muss allerdings durch spezifische Untersuchungen (z. B. bakteriologische Untersuchung der Viertelanfangsgemelke) erbracht werden. Eine antibiotische Therapie auf der Grundlage von Leitfähigkeitsmessungen allein verbietet sich.
Wir nutzen die Leitfähigkeitsmessung in unserer institutseigenen Herde (ca. 80 laktierende Kühe) zum Herden- und Einzeltiermonitoring. Hierfür wird einmal im Monat in einer Abend- und der darauffolgenden Morgenmelkzeit die Leitfähigkeit in den Viertelanfangsgemelken aller laktierenden Kühe bestimmt. Diese Messwerte werden fortlaufend dokumentiert (Excel-Tabelle) und ergänzen die Informationen die beispielsweise aus der Milchleistungsprüfung gewonnen werden (Abbildungen 3 und 4).
Die aktuellen Messwerte eines Monats werden nur zum Herdenmonitoring verwendet. Einzeltierverläufe werden vor dem Trockenstellen herangezogen. Insbesondere Kühe, deren Zellzahlwerte der Milchleistungsprüfung eher unauffällig sind, können mit der fortlaufenden Viertelmessung erkannt werden. Eine gezielte Probenahme für die bakteriologische Untersuchung klärt dann den Infektionsstatus sowie die eventuell notwendige Behandlung mit einem antibiotikahaltigen Trockenstellpräparat. Langfristige Aufzeichnungen können dann auch für Zuchtentscheidungen genutzt werden (Abbildung 5).

Abb. 3: Mittelwerte der Leitfähigkeit der Viertelvorgemelke im Jahresverlauf (Herdendaten,  Morgenmelkzeit)

 

Abb. 4: Leitfähigkeitsmesswerte der Viertelanfangsgemelke und in der MLP erhobene Zellzahlwerte einer Kuh in der 8. Laktation (BU-Ergebnis: HL & VR Infektion mit koagulase-negativen Staphylokokken) 

Abb. 5: Viertelspezifische Leitfähigkeitsverläufe einer Kuh bis zu Beginn der 6. Laktation. In der 2. und 3. Laktation traten Symptome einer klinischen Mastitis auf

Ein ähnliches Monitoring ist natürlich auch kostengünstig durch die monatliche Erhebung der Schalmtestergebnisse aller Kühe möglich. Die Leitfähigkeitsmessung bietet hier den Vorteil, dass ein Messwert und nicht eine subjektive Bewertung vorliegt und damit die Vergleichbarkeit erhöht wird.
Für größere Bestände und bei automatischen Melkverfahren kann die automatische Leitfähigkeitsmessung genutzt werden. Bei der Bewertung der Messwerte sind jedoch mehr der oben beschriebenen Störgrößen in Betracht zu ziehen als das bei der Messung mit Handgeräten der Fall ist. Berücksichtigt man diese Fehlerquellen dann kann die Leitfähigkeitsmessung das Herdenmanagement unterstützen – am besten in Verbindung mit anderen Indikatoren.

Beitrag zum Download als pdf:
Leitfähigkeit_Grundlagen_Barth_August_2014