Ch. Weiss

The oxygen supply of the rat kidney: Measurements of intrarenalpO2

SummaryUsing a newly developed platinum-O2-microeletrode [30] based on the design ofSilver [37] the construction and properties of which are described,pO2-measurements in the parenchyma of the blood-perfused and the cell-free perfused rat kidney were carried out.By continuous recording of thepO2 during slow (150 μ×min−1) insertion of the O2-electrode into the respiring tissue two regions of distinctly different meanpO2-values were found. In the outer region which extends from the renal surface to a depth of about 3–4 mm (corresponding anatomically with the renal cortex) largepO2-differences exist close to each other. In the blood-perfused kidney the maximum corticalpO2-values lie in the range of arterialpO2 the lowest values at about 10 Torr. In the cortex of the cell-free perfused kidney the maximumpO2-values lie considerably below the arterialpO2.In both the blood perfused and in the cell-free perfused kidney at centripetal movement of the O2-electrode the cortical region of high and fluctuatingpO2 is followed by a narrow zone (≈200 μ radial extension) of a steep decrease of the meanpO2. At further insertion in both preparations thepO2 remains at lowpO2-values of ca. 10 Torr. Anatomically, this latter region of low and constantpO2 corresponds to renal medulla and pelvis.By recording the decrease of parenchymalpO2 after sudden stop of the perfusion attempts were made at measuring the critical local O2-supply pressure. In the cortex of the cell-free perfused kidney critical local O2-supply pressures between 6 and 28 Torr with a maximum abundance at 8 Torr were found.The qualitative and quantitative implications of the presented data on the conditions of parenchymal O2-supply are discussed. The results are interpreted as an indication for the arteriovenous shunt (bypass)-diffusion of considerable amounts of oxygen, especially under the conditions of the cell-free perfusion. Furthermore, it follows from the data presented that even at high venous O2-pressures and high meanpO2-values in the parenchyma regions of local anoxia may exist.

Über die Wirkung der glatten Muskulatur in der Tunica Albuginea im Hoden des Kaninchens; Messungen des interstitiellen Druckes

SummaryIn the testes of four adult rabbits the interstitial pressure has been continously measured for periods up to 1 hr. Rhythmic pressure waves of a mean frequency of 0.7/min and an amplitude of 0.25 cm H2O were observed. The pressure waves are discussed with respect to their possible role for the movement of spermaplasma.

Improved net sodium transport of the isolated rat kidney

SummaryEmploying a non-ionic detergent as a colloidosmotically active substance 10 fully isolated rat kidneys were perfused for 60 min. A constant glomerular filtration rate (GFR) of 1.0 ml × g−1 × min−1 and a mean Na+-net transport of about 92 μmol × g−1 × min−1 was obtained. The mean O2-consumption of 0.17 ml × g−1 × min−1 was rather high. However, addition of the decoupling agent 2,4-dinitrophenol led to an increase of the O2-consumption by 98%, thus speaking against spontaneous uncoupling. Glomerula, proximal and distal convoluted tubules of kidneys perfused with plasmaexpander-solutions were studied electronmicroscopically. The most striking morphological deviations were found in the proximal tubules of the Haemaccel®-perfused kidneys. In the Pluronic®-kidneys significantly less morphological alterations were found. These morphological changes were of a type which was previously described by other investigators after periods of hypoxia.

Untersuchungen zur Dynamik druckinduzierter Änderungen des Strömungswiderstandes der autoregulierenden, isolierten Rattenniere

SummaryUsing the isolated artifically perfused rat kidney the relationship between perfusion pressure and flow has been studied.Applying defined changes of pressure the resulting flow patterns were analyzed for changes of form, amplitude and phase. The following input patterns were used: 1. Rectangular pressure changes (step functions), and 2. sinusoidal pressure changes of frequencies between 0.0065 and 1.0 Hz.If the maximum pressure—in the experiments with step functions—does not exceed 100 mm Hg the transient response is proportional to the input changes. Step functions of a maximum pressure above 100 mm Hg induce characteristic distortions of the response curve. Upon addition of papaverin to the perfusion fluid these distortions disappear.With sinusoidal pressure changes a maximum of distortion of the response curve is obtained at a frequency of 0.06 Hz. The amplitude of the response reaches a maximum at 0.3 Hz and goes through a minimum at 0.02 Hz. Papaverin abolishes the distortions as well as the maximum and minimum of the flow amplitude.Addition to the perfusion fluid of the sympathicolytic substances Regitin or Dibenamine induces characteristic changes of the output pattern following step functions. In experiments where sinusoidal input functions were used the sympathicolytic substances abolish the distortions at 0.06 Hz, while the maximum of amplitude at 0.3 Hz is unaffected and the minimum at 0.02 Hz disappears.The results indicate that the reactive increase of flow-resistance in the autoregulating kidney is due to at least two mechanisms. With Regitin or Dibenamine an initial, short lasting, rate sensitive reactive component having a short latency and reaction time (0.3–0.7 sec) can be distinguished from a second, rate independent, long lasting component which has a longer reaction time (5–10 sec).ZusammenfassungAm Präparat der isolierten, zellfrei perfundierten Rattenniere wurde die Beziehung zwischen Perfusionsdruck und Perfusionsvolumenstrom untersucht. Bei Anwendung definierter Druckänderungen als Eingangsgröße wurden die resultierenden Änderungen des Perfusionsvolumenstromes als Ausgangsgröße nach Form, Amplitude und Phase analysiert. Dazu wurden 1. zeitlich rechteckförmige Druckänderungen, sogenannte Sprungfunktionen als Eingangsgröße, 2. sinusförmig modulierte Druckänderungen in einem Frequenzbereich von 0,0065 bis 1,0 Hz verwendet.Bei Verwendung von Sprungfunktionen als Eingangsgröße folgt die Ausgangsgröße bei Sprüngen auf Drücke unterhalb 100 mm Hg der Eingangsgröße proportional. Bei Sprüngen auf Drücke oberhalb 100 mm Hg treten charakteristische Formverzerrungen der Antwortkurve auf.Nach Zusatz von Papaverin zur Perfusionslösung bleiben die Antwortkurven auch bei Sprüngen auf Drücke oberhalb 100 mm Hg unverzerrt.Bei Verwendung sinusförmiger Druckänderungen als Eingangsgröße tritt ein Maximum der Formverzerrung der Ausgangsgröße bei 0,06 Hz auf. Die Amplitude der Ausgangsgröße erreicht bei 0,3 Hz ein Maximum und durchläuft bei 0,02 Hz ein Minimum. Nach Zusatz von Papaverin verschwinden die frequenzabhängigen Verzerrungen und damit das Maximum und das Minimum in der Amplitudenfrequenzgangkurve.Zusatz der sympathicolytisch wirkenden Pharmaka Regitin oder Dibenamin zur Perfusionslösung bewirkt charakteristische Veränderungen der Form der Ausgangskurve bei sprungförmiger Eingangsgröße. Bei Verwendung sinusförmiger Druckänderungen als Eingangsgröße fehlen die Formverzerrungen der Ausgangsgröße bei 0,06 Hz. In der Amplitudenfrequenzgangkurve bleibt das Maximum bei etwa 0,3 Hz erhalten, während das Minimum bei 0,02 Hz verschwindet.Die Befunde sprechen dafür, daß der reaktiven Erhöhung des Strömungswiderstandes autoregulierender Nieren kein einheitlicher Mechanismus zugrunde liegt. Mit Hilfe der α-Receptorenblocker Regitin und Dibenamin läßt sich eine nach Druckerhöhung rasch einsetzende (0,3–0,7 sec), kurzdauernde, differentialquotientenempfindliche von einer zweiten, verzögert einsetzenden (5–10 sec), anhaltenden, von der Steilheit des Druckanstieges unabhängigen Komponente trennen.

Die Wirkung von nderungen der Natriumkonzentration im Perfusionsmedium und von Strophanthin auf die Glucoseresorption der isolierten Rattenniere

SummaryIn the isolated cell-free perfused rat kidney the effect on glucose reabsorption of lowering of the Na+-concentration in the perfusion medium, and of the addition of Ouabain (0,5 mg/ml) to the perfusion medium was studied.1. Lowering of the Na+-concentration below 50 mMol/l leads to a gradual decrease of the net-glucose reabsorption. However, even in virtually Na+-free media about 25% of the tubular glucose load is still reabsorbed.2. Addition of Ouabain to the medium results in a 40% decrease of the net-Na+-transport, and3. leads to a concomitant decrease of the net-glucose reabsorption of about 30%.The results are interpreted on the assumption that a Na+-K+ activated, Ouabain-sensitive ATPase is responsible for the liberation of energy for the active transport of Na+ as well as for the active transport of glucose.ZusammenfassungAm Präparat der isolierten, zellfrei perfundierten Rattenniere wurde die Wirkung von Senkungen der Na+-Konzentration des Perfusions-mediums und die des Zusatzes von g-Strophanthin (Ouabain) zum Perfusions-medium auf die Glucoseresorption untersucht.1. Schrittweise Senkung der Na+-Konzentration des Mediums bewirkt von Na+-Konzentrationen <50 mMol/l an abwärts eine fortschreitende Abnahme der Glucoseresorption bei konstantem tubulären Angebot. Rund 25% des Angebotes werden selbst in praktisch Na+-frei perfundierten Nieren noch resorbiert.2. Zusatz von Strophanthin (0,5 mg/ml) zum Perfusionsmedium führt zu einer Senkung der Netto-Na+-Resorption um 40%.3. Die gleiche Strophanthinkonzentration erniedrigt die Netto-Glucoseresorption um etwa 30%.Zur Erklärung der Befunde wird die Na+-Abhängigkeit einer Na+-K+-aktivierten, glykosidhemmbaren ATPase diskutiert, welche die Energiefreisetzung sowohl für den aktiven Na+- als auch für den aktiven Glucosetransport steuert.

Untersuchungen des zeitlichen Verhaltens druckabhängiger Änderungen des Strömungswiderstandes im Coronargefäßsystem des Rattenherzens

SummaryThe coronary vascular bed of isolated rat hearts performing an undefined minimal work has been perfused with a cell free, O2-saturated solution of Hämaccel®.1.The registration of steady state volume-flow/perfusion-pressure diagrams yielded curves bending towards the pressure axis. Upon addition of papaverin to the perfusion fluid a straight line relationship obtained.2.Applying rectangular pressure changes (step functions) the transient response is proportional to the input changes as long as the maximum pressure does not exceed 100 mm Hg. Step functions of a maximum pressure above 100 mm Hg induce characteristic distortions of the response curve. Upon addition of papaverin these distortions disappear.3.The dependence of the amplitude of flow and of the phase angle between perfusion pressure and flow on the frequency of pressure changes has been evaluated with the aid of a digital programme. Input signals consisted of rectangular step functions.4.The main features of the three types of curves so obtained (V/P-diagrams; transient responses; amplitude-phase frequency characteristics) correspond to curves which we obtained from rat kidneys using a similar technique. The results indicate a principal similarity to exist qualitatively and quantitatively between the basic mechanical properties of the vasculature of the heart and the kidney.ZusammenfassungDas Coronargefäßsystem isolierter Rattenherzen, die eine minimale nicht definierte Druckarbeit leisteten, wurde künstlich mit einer zellfreien, sauerstoffgesättigten Plasmaersatzlösung perfundiert.1.Die Aufnahme stationärer Volumenstrom-Perfusionsdruck-Diagramme (V/P-Diagramme) ergab zur Druckachse hin gekrümmte Kurven vom Typ der Autoregulationskurven. Nach Zusatz von Papaverin zur Perfusionslösung erhielten wir Geraden.2.Bei Verwendung sprunghafter, rechteckförmiger Druckänderungen als Eingangsgröße folgt die Ausgangsgröße (der Perfusionsvolumenstrom) bei Sprüngen auf Drucke unterhalb 100 mm Hg der Eingangsgröße proportional. Bei Sprüngen auf Drucke oberhalb 100 mm Hg treten charakteristische Formverzerrungen der Ausgangskurve auf. Nach Zusatz von Papaverin zur Perfusionslösung bleiben die Ausgangskurven auch bei Sprüngen auf Drucke oberhalb 100 mm Hg unverzerrt.3.Die Abhängigkeit der Amplitude des Perfusionsvolumenstromes und die des Phasenwinkels zwischen Perfusionsdruck und Volumenstrom von der Frequenz der Druckänderungen wurde mit Hilfe eines Digitalprogrammes aus Volumenstromantwortkurven nach rechteckförmigen Drucksprüngen errechnet.4.Die drei Kurventypen (V/P-Diagramme; Sprungfunktionsantwortkurven; Amplituden- und Phasenfrequenzgänge) stimmen in allen charakteristischen Merkmalen mit den Kurven überein, die mit ähnlicher Untersuchungstechnik an Rattennieren gewonnen wurden. Die Ergebnisse sprechen dafür, daß die Muskulatur des Coronargefäßsystems in der gleichen Weise auf passive Längenänderungen mit einer Änderung der aktiven Spannungsentwicklung antwortet wie die Gefäßmuskeln der Rattenniere, und daß Grundeigenschaften der Gefäßmuskeln beider Organe auch quantitativ weitgehend übereinstimmen.

Die Beziehung zwischen Perfusionsdruck und Perfusionsstromstrke an der mit Paraffinl perfundierten isolierten Rattenniere

Summary1. In the isolated artificially perfused rat kidney the pressure flow relationship was studied with mineral oil as perfusion medium.2. The kidneys were initially perfused with an isotonic, cell-free, O2-saturated aequeous solution, and subsequently with O2-saturated mineral oil.3. With both media an autoregulation of flow was observed.4. Hypoxia or addition of Papaverine to the aequeous medium abolished the autoregulation.5. No extravasal mineral oil was seen on histological examination.6. The results indicate that independent of extravasal processes there exists in the kidney a pressure dependent mechanism controlling the flow-resistance of the organ.Zusammenfassung1. An der isolierten, künstlich perfundierten Rattenniere wurde der Zusammenhang zwischen Perfusionsdruck und Perfussionsstromstärke bei der Perfusion mit Paraffinöl untersucht.2. Als Perfusionsflüssigkeit wurde zunächst eine wäßrige, isotone, sauerstoffgesättigte zellfreie Haemaccellösung, anschließend sauerstoffgesättigtes Paraffinöl verwendet.3. Mit beiden Perfusionsmedien wurde eine Autoregulation, das heißt, ein reaktiver Anstieg des Strömungswiderstandes mit dem Perfusionsdruck beobachtet.4. Durch Hypoxie oder Perfusion mit papaverinhaltiger Lösung ließ sich die Autoregulation ausschalten.5. Bei der histologischen Prüfung paraffinperfundierter Nieren fand sich kein extravasales Paraffin.6. Die Untersuchungen zeigen, daß unabhängig von extravasalen Prozeßen die Niere in der Lage ist, ihren Strömungswiderstand in Abhängigkeit vom Perfusionsdruck im Sinne einer Autoregulation einzustellen.

Druckabhängige Änderungen der Coronardurchblutung des Hundes während arterieller Gegenpulsation

SummaryIn mongrel dogs during arterial counterpulsation (diastolic augmentation) the coronary blood flow and the coronary perfusion presure were continuously recorded by means of an electromagnetic flow meter and a Stathamelement respectively. The flow was recorded either on the arterial or—in some instances—on the venous side.Due to a steep apparent increase of the flow resistance during the experimentally induced rise of diastolic pressure a disproportionately small and short lasting increase of the coronary perfusion was observed at measuring the flow on the arterial side.The results obtained do not support the contention that it is possible by arterial augmentation to increase effectively the coronary blood flow. Considering the evidence so far available more especially recent experimental results from studies on the coronary circulation (Schaefer, 1966; Basaret al., 1968a) and the kidney (Basaret al., 1968b) it is assumed that the described pressure induced rise of flow resistance is based on a direct-myogenic response such as has been envisaged earlier by Bayliss (1902).ZusammenfassungAn Hunden wurde der coronare Perfusionsstrom mit einem elektromagnetischen Flußmesser und der Perfusionsdruck mit einem Statham-Element fortlaufend während arterieller Gegenpulsation registriert. Der Volumenstrom wurde entweder arteriell oder venös gemessen. Infolge einer raschen Zunahme des Strömungswiderstandes während des durch die Gegenpulsation hervorgerufenen Anstieges des arteriellen Druckes ergab sich eine — im Verhältnis zur Höhe und Dauer des Druckanstiegs — vernachlässigbar geringe und kurzdauernde Zunahme der Coronardurchblutung. In vielen Fällen kam es überhaupt nicht zu einem meßbaren Anstieg der Durchblutung. Aufgrund der vorliegenden Untersuchungsergebnisse läßt sich durch eine arterielle Gegenpulsation bei intakter Coronarzirkulation keine signifikante Erhöhung der Coronardurchblutung erreichen. In Übereinstimmung mit den Befunden anderer Untersucher am Coronarkreislauf und der Niere wird der beobachtete druckinduzierte anstieg des coronaren Strömungswiderstandes nach Erhöhung des (diastolischen) Perfusionsdruckes durch eine direkt-myogene vasoconstrictorische Reaktion im Sinne von Bayliss (1902) gedeutet.

The fuels of respiration of the isolated perfused rat kidney

The oxidation of ten substrates: monosaccharides, fatty acids and amino acids, was studied in the isolated perfused rat kidney. Glucose, when offered 3.75 mM, contributed to tissue respiration by a rate equivalent to 18% of the total O2-consumption of the preparation. The corresponding data for the other nine substrates, each offered in the presence of 3.75 mM glucose, were as follows: pyruvate: 66 %, lactate: 45 %, acetate: 34 %, palmitate: 30 %, glutamate: 25 %, fructose: 18 %, propionate: 12 %, alanine: 10 %, and tyrosine: < 1 %. Under the conditions used less than 2.2 % of the metabolized glucose, pyruvate, lactate and acetate respectively were recovered in the lipid fraction of the kidney, indicating direct oxidation of the respiratory fuels offered and a rather low turnover rate of the endogeneous lipid pool.

Studies on the role of sympathetic transmitter substances for renal autoregulation

SummaryDuring a prolonged perfusion (2 1/2 hours) of isolated rat kidneys, the autoregulation of flow and the number and size of catecholamine granules as seen with the micro-fluorescent method of Falck and Owman (1965) diminishes.In Kidneys the catecholamine content of which had been diminished by pretreating the animals with Reserpine, α-methyl-m-tyrosine and tyramine the phenomenon of autoregulation of flow is still present.Addition of angiotensin to the perfusion fluid of unpretreated or of pretreated (Reserpine, α-methyl-m-tyrosine, tyramine) kidneys elicits vasoconstriction.Addition of substances such as cocaine, Guanethidine or Bretylium which are supposed to block the release of catecholamines from postganglionic fibres do not affect the autoregulation of flow. In contrast the addition of agents which block the α-receptors (Dibenamine and Regitin) reversibly abolishes autoregulation of flow while the vasomotors remain responsive to electrical stimulation.The results do not support the previously discussed assumption that catecholamines act as transmitter substances in the mechanism of autoregulation of flow. According to the evidence available angiotensin may function as such a transmitter substance.ZusammenfassungWährend einer 2 1/2 stündigen Perfusion isolierter Rattennieren nehmen die Stärke der Autoregulation des Perfusionsvolumenstromes und die mit der Mikrofluorescenzmethode (Falck u. Owman, 1965) nachweisbaren Catecholamingranula in den Gefäßnerven ab.Nieren, die durch Vorbehandlung der Spendertiere mit Reserpin, α-Methyl-m-Tyrosin und Tyramin catecholaminverarmt waren, ergaben Autoregulationskurven im Druck-Volumenstromdiagramm, die sich von denen unvorbehandelter Nieren nicht unterscheiden ließen.Der Zusatz von Angiotensin zur Perfusionslösung bewirkte sowohl bei unvorbehandelten als auch bei catecholaminverarmten Nieren eine Vasoconstriction. Der Zusatz von Pharmaka, die die Freisetzung von Catecholaminen aus der postganglionären Faser verhindern sollen, wie Cocain, Guanethidin und Bretylium, blieb ohne Wirkung auf die Autoregulation. Zusatz der die α-Receptoren blockierenden Substanzen Dibenamin und Regitin schaltete die Autoregulation reversibel aus, bei erhaltener Erregbarkeit der Vasomotoren durch elektrische Reize.Die Befunde sprechen gegen die früher diskutierte Annahme, daß Catecholamine eine Überträgerfunktion bei der Auslösung der druckinduzierten autoregulativen Erhöhung des Strömungswiderstandes in der Rattenniere haben, lassen jedoch die Möglichkeit offen, daß Angiotensin eine solche Funktion hat.