Für die Pathophysiologie des akuten Nierenversagens (AKI) ist der Ischämie/Reperfusionsschaden (IRI) von großer Bedeutung. Ischämie/Reperfusion ist mit Hypoxie und Reoxygenierung (H/R) des Nierengewebes verbunden. Aufgrund der organspezifischen mikrovaskulären Architektur sowie des heterogenen Energiebedarfs gibt es in der Niere vulnerable Bereiche hinsichtlich der Sauerstoffversorgung. In der vorliegenden Arbeit wird die Hypothese geprüft, dass H/R die dilatative und konstriktive Funktion der Nierengefäße beeinträchtig, und dass dies den IRI und damit das Entstehen eines AKI begünstigt. Es wurden sowohl große Leitungsgefäße der Rattenniere (renale interlobare Gefäße (ILA)) als auch Mikrogefäße des Rattennierenmarks (descendierende Vasa recta) und der Mausnierenrinde (afferente Arteriolen) verwendet. ILA wurden mittels Drahtmyografie untersucht. Die Mikrogefäße wurden als isolierte Gefäße oder mittels Videomikroskopie lebender Nierenschnitte (in situ Modell) untersucht. Die Acetylcholin(ACh)-induzierte Vasodilatation der ILA war nach H/R verringert. Eine Inhibition der dilatatorisch wirkenden Stickstoffmonoxidsynthasen, Cyclooxygenasen oder des endothelialen hyperpolarisierenden Faktors (EDHF) konnte diesen Effekt nicht aufheben. Ein Einfluss von Superoxiden auf die Vasodilatation nach H/R wurde ebenso wie eine veränderte Gefäßsteifheit als Ursache beeinträchtigter Vasodilatation ausgeschlossen. Die Antwort auf Natriumnitroprussid (SNP), einem Stickstoffmonoxiddonor war nach H/R ebenfalls vermindert. Dies deutet auf einen endothelunabhängigen Mechanismus verminderter Vasodilatation hin, der in den glatten Gefäßmuskelzellen lokalisiert ist. Eine geringere Sensitivität bei der Vasodilatation auf Sildenafil (PDE5-Inhibitor) und eine verminderte Konzentration von cGMP in den ILA nach H/R weisen auf eine Störung des cGMP-Metabolismus hin. Die Hemmung der löslichen Guanylylzyklase (sGC) dagegen hob den H/R-Effekt auf. Die Ergebnisse deuten auf eine H/R-induzierte Fehlfunktion der sGC hin. Untersuchungen der Gefäßantwort auf Vasokonstriktoren in afferenten Arteriolen in Nierenschnitten zeigten eine verstärkte Konstriktion auf Angiotensin II (Ang II) nach H/R. Die Stärke der Antwort war nach 30, 60, oder 90 min und 10 min Reoxygenierung im Nierenschnitt ähnlich. Dagegen nahm sie bei 20 min Reoxygenierungszeit mit der Hypoxiedauer zu. In diesen experimentellen Modellen spielt vermutlich oxidativer Stress eine Rolle, denn die NADPH-Oxidase-2-mRNA war erhöht und die Superoxiddismutase(SOD)aktivität im Nierenschnitt verringert. Zudem hob Tempol, ein SOD-Mimetikum, die Unterschiede in der Antwort auf Ang II auf. Descendierende Vasa recta-Antworten auf Ang II waren nach 90 min Hypoxie und 10 min Reoxygenierung im Vergleich zur Kontrolle verstärkt. Die Ergebnisse dieser Studien weisen auf einen erhöhten Tonus großer und kleiner Gefäße in der Niere, infolge verstärkter Antwort auf Ang II, sowie reduzierter Vasodilatation nach H/R, hin. Dies kann für den IRI und die AKI-Entstehung von entscheidender Bedeutung sein.
The ischemia reperfusion injury (IRI) is an important pathophysiological factor in the development of acute kidney injury (AKI). IRI goes along with hypoxia and re-oxygenation (H/R) of the renal parenchyma. Kidney’s unique microvascular architecture and the heterogenic oxygen demand make the medullary zone very vulnerable to reduction in oxygen supply. In this study, it was hypothesized that the dilator and constrictor function of renal vessels are compromised by H/R, thereby promoting IRI and AKI. Rat renal interlobar arteries (ILA), rat descending vasa recta, and mouse afferent arterioles were investigated. ILA were studied by using small vessel wire myography. Video microscopy was applied for testing function of isolated arteriolar vessels or vessels in living slice kidney model (in situ model). In ILA, H/R impaired the acetylcholine(ACh)-induced vasodilatation. The inhibition of the nitric oxide synthases, cyclooxygenases or of the endothelial derived hyperpolarizing factors (EDHF) did not prevent the H/R effect. An influence of superoxide to the impaired vasodilatation after H/R as well as changes in vessel stiffness could be excluded as causative for impaired vasodilatation. The impaired endothelium-independent vasodilatation to sodium nitroprusside (SNP), a nitric oxide donor, suggests an endothelial-independent mechanism, located in vascular smooth muscle cells. The vasodilatation to sildenafil was diminished and the concentration of cGMP in ILA was reduced after H/R, suggesting disturbed cGMP metabolism. Inhibition of soluble guanylyl cyclase (sGC) prevented the H/R-effect, indicating a prominent role of sGC after H/R. In arterioles of kidney slices, angiotensin II(Ang II)-responses were increased after H/R. Oxidative stress may be involved in the increased reactivity, because superoxiddismutase(SOD)-activity was reduced and NADPH-oxidase-2-mRNA-expression was increased. Furthermore, tempol, a SOD-mimetic, prevented the H/R effect in afferent arterioles. In descending vasa recta, the Ang II-induced vasoconstriction was significant increased at 90 min of hypoxia and 10 min of re-oxygenation compared to control conditions in living kidney slices. In conclusion, an enhanced tone of renal arteries and microvessels due to increased reactivity to Ang II combined with impaired vasodilatation may contribute to the IRI in AKI.
