Theorie
Theorie
Sensortechnologie in de melkveehouderij
1. Inleiding
2. Vruchtbaarheid: Tochtdetectie
3. Uiergezondheid
4. SARA of subklinische pensverzuring
5. Slepende melkziekte: ketose-ketonemie
Inleiding
De laatste decennia heeft de melkveehouderij heel wat veranderingen ondergaan. Hoewel de laatste 15 jaar het aantal melkveehouders met bijna de helft daalde, bleef de totale melkproductie in Vlaanderen stijgen. De verhoogde melkproductie op bedrijfsniveau is te verklaren door een toenemend (+41%) aantal dieren op het bedrijf en door een spectaculair toenemende (+54%) productiviteit per koe. Deze trend van schaalvergroting zet zich met het oog op 2015 nog steeds verder door. Op deze steeds groter wordende bedrijven wordt er echter weinig gewerkt met externe arbeidskrachten, wat de werklast verhoogt en de aandacht voor elke individuele koe verlaagt. Het automatisch monitoren van de dieren met behulp van sensortechnologie maakt het mogelijk om ook bij grote groepen dieren individuele observaties uit te voeren. Sensoren zijn in staat om, op een wijze die de menselijke waarnemingen aangaande capaciteit, accuraatheid, moment van registratie en tijdsduur overtreft, enorme hoeveelheden data te vergaren met betrekking tot de algemene gezondheid en de productiviteit van ieder dier. Bovendien zijn de waarnemingen geregistreerd door de sensoren vaak objectiever dan deze verricht door de veehouder zelf. Een goede dataverwerking is echter van essentieel belang om deze data te vertalen naar voor de veehouder bruikbaar advies. De verzamelde informatie vormt aldus een hulpmiddel voor de veehouder in de dagdagelijkse monitoring van zijn dieren. Het biedt hem de mogelijkheid om dieren te selecteren, om de voeding te sturen, om de voortplanting te managen en om ziektes, afwijkend gdrag of probleemsituaties in een vroeg stadium te detecteren. Vroegtijdig ingrijpen bij ziekte bijvoorbeeld verhoogt de kans op volledige genezing aanzienlijk, met een bijkomende beperking van het productieverlies en de behandelingskosten en het vermijden van eventuele voortijdige afvoer tot gevolg. Op de markt worden tal van sensoren aangeboden, denk maar aan al de bepalingen die verricht kunnen worden in de melk, de activiteit en herkauwactiviteitsmetingen ed. Hieronder wordt het werkingsprincipe van sensoren die zich richten op vruchtbaarheid, uiergezondheid, pensverzuring en slepende melkziekte in kaart gebracht.
Vruchtbaarheid: Tochtdetectie
Een belangrijk aspect in de rendabiliteit van een melkveebedrijf is de vruchtbaarheid. Het tijdig detecteren van de bronst of tochtigheid en het vlot drachtig krijgen en laten afkalven van koeien is van cruciaal belang om de melkproductie hoog te houden. Hoewel de tussenkalftijd in de praktijk rond 420 dagen ligt, bedraagt het economische streefdoel 370-380 dagen. Oorzaken van een verlengde tussenkalftijd zijn te vinden in het niet tijdig detecteren van tocht en de aanwezigheid van vruchtbaarheidsproblemen. Op de markt worden tal van hulpmiddelen aangeboden om de tocht te detecteren.
Activiteitsmeters
De meest gekende sensoren in het kader van tochdetectie zijn de activiteitsmeters die bestaan als poot- en halsbandvariant en recent ook uitgevoerd zijn in een sensor bevestigd in het oormerk. Waar de veehouder bij het zelf detecteren van tochtige koeien gemiddeld 60% van de tochten detecteert, halen de activiteitsmeters gemiddeld een detectiepercentage van 80-95%. De betrouwbaarheid is echter sterk afhankelijk van koe- en omgevingsfactoren zoals de gezondheid van de koe (kreupelheid, ziekte), de gladheid van de vloer, de bezettingsdichtheid en de eventuele beweiding. Verder wordt de betrouwbaarheid beïnvloed door de ingestelde norm die gebruikt wordt om verhoogde activiteit te meten. Indien de waarde hoog is ingesteld, zijn de geregistreerde tochten ook echt goede tochten. Wilt men de stille tochten niet missen, stelt men de waarde lager in met meer risico op vals positieve attenties. Bepaalde sensoren meten naast activiteit ook herkauwactiviteit. Tochtige koeien zullen door hun onrustig gedrag minder tijd spenderen aan het voederhekken wat resulteert in een verminderde (gemiddeld -17%) herkauwactiviteit. De meeste activiteitsmeters registreren ook verminderde activiteit en enkele geven ook de ligtijd en het aantal keer een koe opstaat en gaat liggen weer. Deze waarden kunnen dan gebruikt worden om de algemene gezondheid en eventuele kreupelheid te evalueren.
Progesteron bepaling
De cyclus van een koe duurt gemiddeld 21 dagen, waarna de eisprong of ovulatie weer een nieuwe cyclus aankondigt. De ovulatie resulteert in de vorming van een geel lichaam of corpus luteum dat progesteron zal aanmaken (van dag 7-17 is progesteron in hoge concentratie aanwezig). Indien het dier niet drachtig is, zal dit geel lichaam verschrompelen en plaats maken voor een nieuwe ovulatoire follikel. Op het moment van ovulatie zal de progesteronconcentratie dus erg laag (< 4 ng/ml melk) zijn. Indien het dier drachtig is, volgt er na dag 21 geen nieuwe eisprong en zal het progesterongehalte hoog blijven. Progesteronbepaling verschaft dus informatie aangaande tochtigheid, dracht en ovariële aandoeningen (niet cyclisch zijn, aanwezigheid van cysten). Op de markt is er momenteel één systeem beschikbaar dat automatisch progesteron bepaalt in de melk en dit door middel van sticks.
Lichaamstemperatuur
Tochtige koeien vertonen veelal een stijging in hun lichaamstemperatuur wat vertaald wordt in een toename van de melktemperatuur. Deze stijging houdt echter maar enkele uren aan (maximum 9uur) waardoor deze stijging meestal maar zichtbaar is gedurende één melking. Aangezien de bepaling van de melktemperatuur onder praktijkomstandigheden nog niet erg betrouwbaar is, wordt er beter geopteerd voor een andere techniek om tocht te detecteren.
Uiergezondheid
Uierontsteking of mastitis is de meest voorkomende en meest kostelijke ziekte bij melkvee in Vlaanderen. Mastitis kan onderverdeeld worden in een klinische en een subklinische vorm. Mogelijke symptomen van klinische mastitis zijn: gedaalde melkproductie, afwijkende melk (vlokken), een warm, hard of pijnlijk kwartier, verminderde eetlust en koorts. De meest voorkomende vorm van mastitis is echter de subklinische. Deze uit zich in een verhoging van het celgetal of de somatic cell count (SCC) en een verlaagde melkproductie van het aangetaste kwartier. Een verhoogd celgetal leidt tot een verminderde melkkwaliteit en dus een lagere melkpriijs. Bij overschrijding van 400.000 cellen/ml in de geleverde tankmelk wordt er een korting op de uitbetaalde melkprijs verrekend en riskeert de veehouder strafpunten. Een goede uiergezondheid is dus noodzakelijk voor een optimale melkproductie en melkprijs en resulteert tevens in een verminderd antibioticumgebruik en verbeterd dierenwelzijn.
Sinds de opkomst van automatische melksystemen is de interesse in sensoren voor automatische detectie van mastitis sterk toegenomen. De Europese Richtlijn in verband met Melk Hygiëne (89/362/EEC) bepaalt dat bij aanvang van melken de melk geïnspecteerd moet worden op fysische afwijkingen, zodat abnormale melk gesepareerd kan worden. Wanneer sensoren dit werk van de veehouder overnemen, liggen de vastgelegde grenswaarden voor sensitiviteit (gevoeligheid: is de ziekte aanwezig, dan wordt deze ook als dusdanig gerapporteerd) en specificiteit (is de ziekte niet aanwezig, dan wordt dit ook als dusdanig gerapporteerd) op respectievelijk ≥ 80 en ≥ 99% (ISO/FDIS 20966). Deze grenswaarden liggen voor de meeste sensoren op de markt echter te hoog. Het combineren van sensordata en het gebruik van bijkomende koe-informatie doet de betrouwbaarheid sterk toenemen en het aantal vals positieven sterk afnemen.
Elektrische Geleidbaarheid
Op uier- en kwartierniveau kan de elektrische geleidbaarheid van de melk gemakkelijk worden gemeten. Bij een ontsteking of infectie wordt de bloed-melk barrière beschadigd waardoor de concentratie aan Na+ en Cl- in de melk toenemen en de concentratie van K+ afneemt. Dit resulteert in een verhoogde geleidbaarheid. De geleidbaarheid wordt echter nog door tal van andere factoren beïnvloed. Zo veroorzaken een hogere temperatuur en een langer melkinterval ook een toename in elektrische geleidbaarheid. Deze techniek heeft dus een te lage sensitiviteit en specificiteit om te voldoen aan de vastgelegde ISO-norm. Een combinatie van verschillende sensoren leidt tot een betere betrouwbaarheid.
Kleurbepaling
Afwijkende melkkleur kan gedetecteerd worden door middel van kleursensoren. Verschillende golflengtes licht worden door de melk gestuurd en de reflectie en transmissie worden gemeten. Op basis van het verkregen lichtpatroon wordt bepaald of de melkkleur al dan niet afwijkend is. Deze sensor wordt best gebruikt in combinatie met andere sensoren om op een betrouwbaardere manier mastitis te detecteren.
Melktemperatuur
Melktemperatuur is een betrouwbare weergave van de lichaamstemperatuur. Het betrouwbaar meten van de melktemperatuur vormt onder praktijkomstandigheden echter nog steeds een grote uitdaging. Melk koelt immers snel af en subtiele veranderingen in temperatuur dienen bepaald te worden. In het kader van mastitisdetectie is het verder aangewezen om op kwartierniveau de melktemperatuur te bepalen. Een toegenomen melktemperatuur kan wijzen op mastitis of andere infecties die gepaard gaan met koorts of op tochtigheid. De temperatuur van de melk moet in het kader van mastitisdetectie dus ook steeds gecombineerd worden met andere parameters zoals geleidbaarheid en melkgift en dit best op kwartierniveau.
Celgetal
Het celgetal wordt uitgedrukt in het aantal cellen/ml melk. Deze cellen bestaan voornamelijk uit witte bloedcellen en epitheelcellen. Een gezonde uier produceert melk met een laag celgetal (<100.000 cellen/ml). Bij een infectie zal door de ontstekingsreactie het aandeel witte bloedcellen in de melk enorm toenemen. Bepaling van het celgetal is tot op heden nog steeds de gouden standaard om mastitis aan te duiden. Bij vaarzen ligt de grens op 150.000 cellen/ml en bij koeien op 250.000 cellen/ml. Celgetal kan bepaald worden op een directe of indirecte manier. Bij een directe bepaling worden de cellen in de melk gkleurd en vervolgens geteld met een automatische camera. De indirecte bepaling is gebaseerd op het principe van de California Mastitis Test of CMT waarbij de viscositeit van de melk beoordeeld wordt. Deze laatste methode is minder betrouwbaar dan de directe methode voornamelijk bij celgetalwaarden onder 200.000 cellen/ml. Een andere recente techniek om celgetal te bepalen is het gebruik van Adenosine Trifosfaat (ATP)-metrie waarbij enkel levende cellen geregistreerd worden. Lactaatdehydrogenase Lactaatdehydrogenase (LDH) is een enzyme dat aanwezig is in alle lichaamscellen. In geval van mastitis zal dit enzyme vrijkomen uit beschadigde uier –en afweercellen waardoor het gehalte aan LDH sterk zal stijgen. LDH kan gemeten worden in de melk door middel van sticks. Dit is een vrij recente techniek en hoewel veelbelovend is het nog even wachten op de betrouwbaarheidsresultaten en de werking ervan in de praktijk.
SARA of subklinische pensverzuring
Subacute ruminal acidosis (SARA) of subklinische pesnverzuring wijst op een verzuring in de pens ten gevolge van een overmaat aan vluchtige vetzuren. Deze vetzuren komen vrij bij het afbreken van koolhydraten zoals zetmeel en suiker, wat leidt tot een daling in pens-pH. De bufferwerking van het speeksel, dat bicarbonaat en fosfaat bevat, is essentieel in het opvangen van deze pH-schommelingen. Wanneer de zuur-productie en afvoer niet in balans zijn, treedt pensverzuring op. Mogelijke symptomen van SARA zijn: verminderde eetlust en herkauwactiviteit, gewichtsverlies, sloomheid, gedaalde weerstand, afwijkende mest (te dun, onverteerd), klauwaandoeningen, een gedaalde melkproductie en een verlaagd vetgehalte in de melk. Indicatoren die gebruikt kunnen worden om pensverzuring te detecteren zijn: herkauwactiviteit, vetgehalte in de melk en de zuurtegraad van de pens.
Herkauwactiviteit
Gezonde koeien herkauwen gemiddeld 400-600 minuten per dag. Treedt er pensverzuring op, dan zal de herkauwactiviteit onder dit gemiddelde dalen. Het herkauwen kan op twee manieren bepaald worden: via een microfoon die de typische herkauwgeluiden en het regurgiteren registreren (deze is bevestigd in een activiteitsmeter aan de halsband) of via de registratie van de typische herkauwbewegingen van de kop (bepaald door een sensor aanwezig in het oormerk). Aangezien een daling in herkauwactiviteit veroozaakt kan worden door tal van factoren (oa tochtigheid en te weinig vreetplaatsen), is deze parameter enkel indicatief voor subklinische pensverzuring.
Vetgehalte in de melk
Een daling in het vetgehalte kan wijzen op pensverzuring. Echter tal van andere factoren kunnen het melkvetgehalte beïnvloeden, waaronder het lactatiestadium, ochtend of avondmelk, erfelijke aanleg, seizoen, … Er wordt dus best gewerkt met herhaaldelijke metingen uitgevoerd bij hetzelfde dier of dezelfde dieren.
Zuurtegraad van de pens
Een normale pens pH bedraagt > 5,8. Wanneer deze gedurende langere tijd lager is dan 5,5 spreekt men van pensverzuring. Een pens bolus waarin de pH gemeten wordt, kan oraal toegediend worden aan runderen. De beperkte leefbaarheid van de batterij (maximaal twee maanden) en de kostprijs van dit systeem zijn nog enkele euvelpuntjes.
Slepende melkziekte: ketose-ketonemie
Waar ketose wijst op een toename van ketonlichamen in het bloed, staat ketonemie ook voor de symptomen die koeien met ketose kunnen vertonen nl.: verminderde eetlust, gedaalde melkproductie, gewichtsverlies, acetongeur en een verhoogd vetgehalte in de melk. Deze aandoening ontstaat door een gebrek aan glycogene energie welke in grote mate nodig is voor de productie van lactose in het eerste stadium van de lactatie. In eerste instantie worden de beperkte reserves in de lever aangesproken, gevolgd door de verbranding van de eigen vetreserves. Hierdoor komen grote hoeveelheden niet veresterde vetzuren (NEFA’s) vrij in het bloed welke in de lever verwerkt worden tot ketonlichamen. Deze zijn onder andere verantwoordelijk voor de typische acetongeur die opgemerkt kan worden bij koeien die lijden aan slepende melkziekte. De circulerende NEFA’s remmen tevens de voederopname, zodat de dieren steeds verder wegzakken in hun negatieve energiebalans. Bijkomend kan leververvetting ontstaan en wordt de vruchtbaarheid verstoord (gedaald oestradiolniveau en verminderde eicel/embryokwaliteit). Een snelle detectie van slepende melkziekte kan dus veel problemen vermijden.
Automatische detectie is mogelijk door het bepalen van bètahydroxyboterzuur (= een ketolichaam) of door het bepalen van de vet/eiwit verhouding (> 1,5). De eerste methode gebruikt teststicks terwijl de tweede gebaseerd is op VIS/NIR spectroscopie. De huidige betrouwbaarheid van beide systemen moet nog verder onderzocht worden.