Sequential Changes of Mineral and Trace Elements in Milk during the Course of Endotoxin‐induced Mastitis as Analyzed by Particle Induced ‐X‐ray (PIXE), ‐γ‐ray Emission (PIGE) and Ion Selective Electrodes
Authors: Lappalainen R. , Kaartinen L. , Veijalainen K. , Kuosa P. L. , Sankari S. , Pyörälä S. , Sandholm M. 
Published: May 2010

Endotoxin mastitis was induced in one quarter of each of five milking cows. Serial collections of blood serum and milk samples were used to determine the effect of endotoxin‐induced inflammation on the transfer of selected elements into milk during the course of inflammation. The inflammatory process and synthesis of milk components were monitored in parallel. Variance analysis was used to establish how different elements vary with each other, together with milk proteins, or with blood derived exudative proteins. The contribution of each ion to isotonicity was calculated. The elements can be grouped into several categories according to the pattern of transfer between blood and milk: Lactose, Na+, Cl−, and K+, are the major components responsible for the osmolality in normal and mastitic milk. The contribution of sodium and chloride for the total osmolality increased during inflammation while that of lactose and potassium decreased. Milk Cu and Fe closely parallelled increase of milk BSA indicating that these elements are transferred from blood to milk during inflammation and are mainly bound to an exudative plasma protein. Ca, Sr, Rb, and P decreased in milk in parallel with casein and ornithine decarboxylase, indicating that protein synthesis, ‐incorporation and secretion by the mammary epithelium determines the rate of transfer. During the recovery period, milk contents of Ca and Sr showed reverse patterns with Zn, Cl and Br. Similarly Na showed opposite pattern as K, Rb, Ca, and P indicating exchange of these ions.

Veränderungen der Mineralstoff‐ und Spurenelementkonzentrationen in der Milch im Verlauf einer Endotoxin‐induzierten Mastitis: Nachweis mit Hilfe von “Particle Induced ‐X‐ray Emission”, “‐γ‐ray Emission” und Ionen‐selektiver Elektroden

Bei fünf laktierenden Kühen wurde in jeweils einem Euterviertel eine Mastitis durch Injektion von Endotoxin ausgelöst. Blutserum und Milchproben wurden über einen längeren Zeitraum gewonnen, um den übergang bestimmter Elemente vom Blut in die Milch zu bestimmen. Der Verlauf des Entzündungsprozesses und die Bildung von Milchbestandteilen wurden simultan beobachtet. Mit Hilfe der Varianzanalyse wurde geprüft, inwieweit sich die Konzentrationen der verschiedenen Elemente gegeneinander verschieben, bzw. eine Abhängigkeit mit bestimmten Milch‐spezifischen Proteinen oder aus dem Blut stammenden Proteinen besteht. Der Anteil der jeweiligen Ionen an der Isotonie wurde berechnet.

Einzelne Komponenten lassen sich entsprechend dem übergang aus dem Blut in die Milch bestimmten Gruppen zuordnen: Laktose, Na+, Cl−und K+sind die wichtigsten Bestandteile, die für die Osmolarität von “normaler” und “mastitischer” Milch verantwortlich sind. Im Verlauf der Entzündung nahm der Natrium‐ und der Chloridanteil an der Gesamtosmolarität zu, während der von Laktose und Kalium abnahm. Die Kupfer‐ und Eisengehalte erhöhten sich parallel mit der Menge an bovinem Serumalbumin, was als Hinweis dafür gewertet werden kann, daß diese Milchbestandteile während einer Entzündung aus dem Blut in die Milch übergehen und vermutlich an exsudativen Plasmaproteinen gebunden sind. Die Ca‐, Sr‐, Rb‐, und P‐Konzentrationen nahmen parallel zum Gehalt an Kasein und Ornithindecarboxylase ab; dies zeigt an, daß die im Drüsenepithel stattfindende Proteinsynthese, ‐aufnahme und ‐sekretion die übergangsrate bestimmt.

Während des Heilungsprozesses verhielten sich die Ca‐ und Sr‐Gehalte umgekehrt zu denen von Zn, Cl und Br. Ebenfalls entgegengesetzt verhielt sich der Verlauf der Natrium‐Konzentration im Vergleich zu der von K, Rb, Ca oder P, was zeigt, daß diese Ionen ausgetauscht werden.