Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Entwicklung und Bewertung eines evidenzbasierten Mastitistherapiekonzeptes auf der Basis direkter haustierärztlicher Schnelldiagnostik mit dem Ziel der Antibiotikareduktion

Mansion-de Vries, Elisabeth Maria

Mastitis is not only one of the most expensive, but also one of the most common diseases in dairy cattle. As a consequence, treatment of mastitis is one of the most common reasons for using antibiotics in milk production. The aim of antibiotic treatment is to cure infected mammary glands microbiologically. Many studies show that the microbiological cure rates for some mastitis causing pathogens without antibiotic therapy do not differ from the cure rates for the treatment with antibiotics. Due to the lengthy routine microbiological diagnostic method for the investigation of mastitic milks the decision about therapy is usually still made by the herdsman or the veterinarian on the basis of the clinical symptoms but without knowledge of the mastitis causing pathogen and mostly implies antibiotic therapy. Furthermore, animal individual factors have a significant impact on the possibility of microbiological cure. This should also be considered in treatment decisions to avoid antibiotic treatment of animals with a poor chance of microbiological cure. The aim of the thesis was to develop an evidence-based therapeutic concept, which is based on scientific facts. Its implementation incorporated the use of an on farm test system for detecting mastitis causing pathogen groups. This concept should result in a reduction of antibiotics used in the treatment of clinical mastitis, without negatively affecting the treatment results. The thesis consists of three publications. The first paper is a literature review. It provides an overview on the characteristics and meaning of evidence-based therapy and also points out the difficulties of this therapy concept. Furthermore, in this review article the main issues of antibiotic therapy - the choice of antibiotic, the choice of antibiotic administration route and duration of treatment - are discussed. In addition, an overview of NSAIDs as supportive therapy is given. The key finding of this paper was that the choice of antibiotic or route of administration had low impact on the success of treatment, but rather depends on pathogen and animal individual factors such as the age of the cow, the number of pre-treatments and the number of somatic cells before the onset of mastitis. Based on these findings, a therapeutic concept was developed, in which the choice of the therapeutic agent and the duration of treatment depends essentially on individual animal characteristics and the involved pathogen. In order to implement this therapeutic concept in practice, an on farm test system based on a PetrifilmTM concept was established. This PetrifilmTM concept allows a differentiation between Gram-positive and Gram-negative bacteria or no pathogen growth in mastitis milk samples. One of the main findings of the literature review was that the described pathogen classification of mastitis milk samples is sufficient for a treatment decision. Especially mastitis caused by Gram-negative pathogens or without pathogen detection do not require antibiotic treatment. Mastitis caused by Gram-positive pathogens had the best bacteriological cure results after the use of antibiotics. Furthermore, all animals were treated with an NSAID, since many studies demonstrated its positive influence on the cure of mastitis. The term "therapy unworthy cows" was introduced for animals which have a poor chance of bacteriological cure due to their mastitis/udder health history (multiply significantly increased somatic cell count in DHI samples, many pretreatments or chronically altered udder parenchyma). For this reason these cows should not be treated with an antibiotic but with an anti-inflammatory, analgesic therapy. An extended duration of antibiotic therapy in excess of the recommendations of the manufacturer can only be recommended for animals in the first and second lactation (which are not "therapy unworthy") due to their significantly higher bacteriological cure rate compared to animals in higher lactations. This evidence-based therapeutic concept is based on an on farm test system - the PetrifilmTM concept. In a trial which took eleven months, the therapy results and antibiotic use of the evidence-based therapeutic concept was compared with the therapy results and antibiotic use of a conventional therapeutic concept. Out of this trial to publications were educed: One publication addresses the evaluation of the PetrifilmTM concept as an on farm test system of mastitis milk samples, the other publication describes the treatment results and the use of antibiotics compared to a conventional therapy concept. The evaluation of the PetrifilmTM concept showed that the on farm application of the PetrifilmTM plates, the AC and the CC-PetrifilmTM (3M, Neuss, Germany), reached similar results with regard to the identification of Gram-positive and Gram-negative pathogen growth as its application in the laboratory and as the reference method. The disadvantageous situation in terms of hygiene, which is inevitably related to the on farm use of the PetrifilmTM, seemed to have no negative impact on the results. The PetrifilmTM concept was more sensitive in the detection of Gram-positive and Gram-negative pathogen growth than the reference method. As a consequence fewer samples were without pathogen detection. Furthermore, the considerably easier application and substantially faster presence of a result are to be mentioned as important arguments for the use of the PetrifilmTM concept to make a therapeutic decision. Due to the use of the PetrifilmTM concept it was possible to consider the mastitis causing pathogen group in the treatment decision, since the microbiological result was present within 24 hours after sampling. This enabled saving of antibiotics in the treatment of mastitis in which no or Gram-negative pathogens could be detected. In the third publication, the results of an evidence-based therapy concept which includes the use of the PetrifilmTM concept are compared with the therapeutic results of a conventional therapy concept. In essence, the two therapeutic concepts differ in the fact that in the conventional therapy concept the decision depended of on mastitis severity, the withdrawal periods of the drugs and the experience of the herdsman or vet. In contrast to this in the evidence-based therapeutic concept the treatment decision is based on the mastitis causing pathogen group and the bacteriological cure probability of the animals. In the absence of pathogens, Gram-negative pathogen detection or a poor chance for bacteriological cure ("therapy unworthy cows") with afebrile mastitis the use of antibiotic was reduced. This meant that in comparison to the conventional therapy concept significantly fewer doses of local antibiotics were used. However, no differences in the bacteriological or cytological cure rate as well as the culling and recurrence rates were detected. Due to the general use of NSAIDs a significantly higher clinical cure rate was achieved with the evidence-based therapeutic concept. The results of this study point out a simple way to reduce the amount of antibiotics used within the therapy of clinical mastitis significantly, without affecting the treatment results negatively. Implementation of the evidence-based therapy concept is easy, however, the willingness of the herdsman to cooperate and to accept the increased amount of work is needed. In addition, the establishment of an on farm test system is essential, which causes additional costs. However, these costs are compensated by the reduction of therapy costs and milk money losses. It should also be noted that the use of an on farm test system cannot completely replace the conventional bacteriological investigation of mastitis milk samples. Furthermore, this work should be considered as a pilot study due to the relatively short duration of the experiment and the inclusion of a single herd. Nevertheless, the results of the study provide important starting points for a conscientious use of antibiotics and the prevention of unnecessary use of antibiotics. Thereby the study contributes to the improvement of the sustainability of modern milk production.  

Die Mastitis des Milchrindes ist nicht nur eine der teuersten, sondern auch eine der häufigsten Erkrankungen der Milchrinder. Dies bedingt, dass die Therapie von Mastitiden einer der häufigsten Gründe für den Einsatz von Antibiotika in der Milchproduktion ist. Das Ziel einer antibiotischen Behandlung ist die bakteriologische Heilung der betroffenen Viertel. Viele Studien belegen jedoch, dass bei einigen Mastitiserregern auch ohne Antibiose vergleichbare bakteriologische Heilungsraten erzielt werden im Vergleich zu einer Behandlung mit Antibiose. Auf Grund unzureichend schneller Diagnostik in der Untersuchung von Mastitismilchproben wird die Therapieentscheidung zumeist noch auf des Basis der Erfahrung des Behandelnden und der klinischen Symptomatik, jedoch ohne Kenntnis des Mastitis verursachenden Erregers, getroffen und impliziert zumeist eine antibiotische Therapie. Weiterhin haben tierindividuelle Faktoren einen erheblichen Einfluss auf die Möglichkeit einer bakteriologischen Heilung. Auch dies sollte vermehrt bei der Therapieentscheidung beachtet werden, um Tiere mit einer schlechten Aussicht auf bakteriologischer Heilung nicht antibiotisch zu behandeln. Ziel der Dissertation war es, ein wissenschaftlich fundiertes – also evidenzbasiertes – Therapiekonzept zu entwickeln, dessen Umsetzung unter Anwendung eines Mastitisschnelltests zur Einsparung von Antibiotika in der Therapie klinischer Mastitiden führen sollte, ohne jedoch die Therapieergebnisse negativ zu beeinflussen.             Zunächst sollte die erste Publikation in Form einer Literaturarbeit einen Überblick darüber verschaffen, was eine evidenzbasierte Therapie beinhaltet bzw. bedeutet und zudem die Schwierigkeiten dieser Therapie aufzeigen. Des Weiteren wurden im Rahmen dieser Übersichtsarbeit die wichtigsten Fragestellungen einer antibiotischen Therapie – die Wahl des Antibiotikums, die Wahl des Verabreichungswegs und die Therapiedauer – diskutiert. Zudem wurde ein Überblick über NSAIDs als unterstützende Therapie gegeben. Wichtigste Erkenntnis dieser Arbeit war, dass weniger die Wahl des Antibiotikums oder des Verabreichungsweges, sondern vielmehr erregerabhängige und tierindividuelle Faktoren wie das Alter der Kuh, die Anzahl an Vorbehandlungen und der Zellzahl vor Auftreten der Mastitis  den Therapieerfolg beeinflussen.             Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wurde ein Therapiekonzept entwickelt, in welchem die Wahl des Therapeutikums und der Therapiedauer wesentlich von tierindividuellen Eigenschaften und vom Erreger abhingen. Um dieses in der Praxis umsetzen zu können, wurde zusätzlich ein Mastitisschnelltest auf Basis eines Petrifilmkonzepts etabliert, welches die Beurteilung der Mastitismilchproben im Hinblick auf Gram-positives, Gram-negatives oder kein Erregerwachstum ermöglicht. Eine der wesentlichen Erkenntnisse der Literaturarbeit war es, dass eben diese Einteilung der Mastitismilchproben ausreicht, da vor allem Mastitiden, die durch Gram-negative Erreger hervorgerufen wurden oder bei welchen kein Erreger nachgewiesen werden konnte, keine Antibiose erfordern. Von Gram-positiven Erregern verursachte Mastitiden wiesen nach dem Einsatz von Antibiotika die besten Heilungsergebnisse auf. Weiterhin wurden alle Tiere mit einem NSAID behandelt, da viele Studien einen positiven Einfluss auf die Heilung von Mastitiden nachwiesen. Es wurde der Begriff „therapieunwürdige Kühe“ eingeführt, mit welchem Tiere gemeint sind, die auf Grund ihrer Vorgeschichte (mehrfach deutlich erhöhte Zellzahl in der Milchleistungsprüfung, viele Vorbehandlungen oder chronisch verändertes Euterparenchym) eine schlechte Aussicht auf bakteriologische Heilung haben und aus diesem Grund keine antibiotische, jedoch eine entzündungshemmende, schmerzlindernde Therapie erhalten sollen. Eine Verlängerung der Therapiedauer über die vom Hersteller empfohlene hinaus wurde nur bei Tieren der ersten und zweiten Laktation (die nicht „therapieunwürdig“ sind) auf Grund ihrer deutlich höheren bakteriologischen Heilungsrate im Vergleich zu Tieren höherer Laktationen empfohlen.             Dieses evidenzbasierte Therapiekonzept auf der Basis direkter haustierärztlicher Schnelldiagnostik wurde in einem elf Monate dauernden Versuch mit einem konventionellen Therapiekonzept im Hinblick auf Therapieergebnisse und Antibiotikaeinsatz verglichen. Aus diesem Versuch ergaben sich zwei Publikationen. Eine Publikation widmete sich der Evaluation des Petrifilmkonzepts als vor Ort durchführbarer Schnelldiagnostik von Mastitismilchproben, die andere Publikation beschrieb die Therapieergebnisse und den Antibiotikaeinsatz im Vergleich zum konventionellen Therapiekonzept.             Die Evaluation des Petrifilmkonzepts ergab, dass die Anwendung der beiden Petrifilmplatten, dem AC- und dem CC-PetrifilmTM der Firma 3M (Neuss), im Stall ähnlich gute Ergebnisse im Hinblick auf das Erkennen von Gram-positivem und Gram-negativem Erregerwachstum erreichte wie dessen Anwendung im Labor und wie die Referenzmethode. Die schlechteren Umstände im Hinblick auf die Hygiene, die durch den Einsatz des Petrifilmkonzepts im Stall zwangsläufig bedingt werden, schienen keinen negativen Einfluss auf die Ergebnisse zu haben. Das Petrifilmkonzept war sensitiver im Nachweis von Gram-positivem und Gram-negativem Erregerwachstum als die Referenzmethode. Dies bewirkt, dass deutlich weniger Proben ohne Erregernachweis waren. Weiterhin sind die erheblich leichtere Anwendung und das wesentlich schnellere Vorliegen eines Ergebnisses als wichtige Argumente für den Einsatz des Petrifilmkonzepts zur Therapieentscheidung zu nennen. Durch den Einsatz des Petrifilmkonzepts war es möglich, auf den Mastitis verursachenden Erreger bei der Therapieentscheidung einzugehen, da das Ergebnis innerhalb von 24 Stunden nach der Probenentnahme vorlag. Dies ermöglichte das Einsparen von Antibiotika bei Mastitiden, bei denen kein oder ein Gram-negativer Erreger nachgewiesen werden konnte. In der dritten Publikation wurden die Therapieergebnisse des evidenzbasierten Therapiekonzepts unter Anwendung des Petrifilmkonzepts mit den Therapieergebnissen eines konventionellen Therapiekonzepts verglichen. Im Wesentlichen unterschieden sich die beiden Therapiekonzepte darin, dass beim konventionellen Therapiekonzept die Therapieentscheidung vom Mastitisgrad, der Wartezeit der Medikamente und der Erfahrung des Behandelnden abhing. Im Gegensatz hierzu wurde im evidenzbasierten Therapiekonzept bei der Therapieentscheidung mit Hilfe des Petrifilmkonzepts auf den Mastitis verursachenden Erreger und die bakteriologische Heilungswahrscheinlichkeit der Tiere eingegangen. Bei fehlendem oder Gram-negativem Erregernachweis oder einer schlechten Aussicht auf bakteriologische Heilung (also die „therapieunwürdigen“ Tiere betreffend) wurde bei fieberfreien Mastitiden auf eine Antibiose verzichtet. Dies führte dazu, dass im Vergleich zum konventionellen Therapiekonzept signifikant weniger Dosen an lokalen Antibiotika eingesetzt wurden. Trotzdem wurden keine Unterschiede in der bakteriologischen oder zytologischen Heilungsrate sowie der Merzungs- und Rezidivrate nachgewiesen. Durch den generellen Einsatz NSAIDs wurde im evidenzbasierten Therapiekonzept darüber hinaus eine signifikant bessere klinische Heilungsrate erreicht.             Die Erkenntnisse dieser Arbeit zeigen simple Möglichkeiten auf, wie im Rahmen der Therapie klinischer Mastitiden die Menge an eingesetzten Antibiotika signifikant reduziert werden können, ohne die Therapieergebnisse negativ zu beeinflussen. Die Umsetzung des evidenzbasierten Therapiekonzepts ist einfach realisierbar, setzt jedoch den Willen der Herdenmanager zur Mitarbeit und die Bereitschaft zur Mehrarbeit voraus. Außerdem ist die Etablierung eines Mastitisschnelltests essentiell, welcher durch den diagnostischen Mehraufwand Kosten verursacht. Diese werden allerdings durch die Reduzierung von Antibiotikakosten und Milchgeldverlusten kompensiert. Es soll ferner darauf hingewiesen werden, dass der Einsatz eines Mastitisschnelltests ein regelmäßiges Monitoring der Mastitis verursachenden Erreger mittels konventioneller bakteriologischer Untersuchung von Mastitismilchproben nicht ersetzen kann. Weiterhin sollte diese Arbeit auf Grund der relativ kurzen Versuchsdauer und der Einbeziehung einer einzelnen Herde als Pilotstudie angesehen werden. Nichtsdestotrotz liefert die Arbeit wichtige Ansatzpunkte für einen gewissenhaften Umgang mit Antibiotika und für die Verhinderung von überflüssigem Antibiotikaeinsatz. Damit trägt sie zu einer nachhaltigen Milchproduktion bei.  


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Mansion-de Vries, Elisabeth Maria: Entwicklung und Bewertung eines evidenzbasierten Mastitistherapiekonzeptes auf der Basis direkter haustierärztlicher Schnelldiagnostik mit dem Ziel der Antibiotikareduktion. Hannover 2016. Tierärztliche Hochschule.


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