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Die verminderte Erregbarkeit renaler Afferenzen nach Chemokinexposition
No full textZusammenfassung
Hintergrund und Ziele
Die autonome Innervation der Niere steht im Zusammenhang mit der Entstehung
von arterieller Hypertonie aber auch mit entzündlichen Prozessen [46, 80].
Es wurde gezeigt, dass renale Afferenzen peptiderge Eigenschaften besitzen. Das
bedeutet, dass diese Afferenzen zur Sekretion proinflammatorischer Peptide
(Substanz P, CGRP) befähigt sind, die im Tiermodell die Entstehung einer
Nephritis begünstigten [75]. Voruntersuchungen haben gezeigt, dass rund die
Hälfte der renal-afferenten Nervenzellen aus Hinterwurzelganglien ein
charakteristisches, kontinuierliches Aktionspotentialmuster (tonisches
Verhaltensmuster) als Reaktion auf Strominjektionen zeigen. Neurone nicht-renalen Ursprungs hingegen wiesen ein größtenteils phasisches Verhaltensmuster
auf (weniger als fünf Aktionspotentiale als Reaktion auf dieselbe Strominjektion)
[29]. Im Versuch sollte nun gezeigt werden, ob und wie sich die elektrischen
Eigenschaften der renalen Afferenzen nach der Zugabe eines
Entzündungsmediators verändern. Die Hypothese, dass das proinflammatorische
Chemokin CXCL1 das Aktionspotentialmuster verändert und somit zu einer
Veränderung der Erregbarkeit dieser Nervenzellen in vitro führt ist das Kernstück
dieser Forschungsarbeit [21].
Ein Teil der Ergebnisse dieser Arbeit wurde bereits publiziert (Ditting T, Freisinger
W, Rodinova K, Schatz J., Lale N, Heinlein S, Linz P, Ott C, Schmieder RE,
Scorgin KE and Veelken R., Impaired excitability of renal afferent innervation after
exposure to the inflammatory chemokine CXCL1. Am J Physiol Renal Physiol 310:
F364-F371, 2016).
Methoden
Gegenstand der Untersuchung waren Neurone der Hinterwurzelganglien
männlicher Sprague-Dawley-Ratten [21]. Die subkapsuläre Injektion eines
retrograd axonal transportierten Fluoreszenzfarbstoffes in beide Nieren
ermöglichte nach sieben Tagen Einwirkzeit die Identifizierung von renal-afferenten
Zellen und somit eine Unterscheidung von Afferenzen nicht renalen Ursprungs in
der Zellkultur aus entnommenen Hinterwurzelganglien [21]. Beide Zellarten
wurden mittels Patch-Clamp Technik im Current-Clamp sowie im Voltage-Clamp
Modus auf unterschiedliche elektrophysiologische Aspekte hin untersucht [21]. Die
entnommenen Neurone der Hinterwurzelganglien aus TH11-L2 wurden dazu
zwanzig Stunden mit dem Chemokin CXCL-1 inkubiert bevor eine Messung mittels
Patch Clamp Verfahren erfolgte [21]. Anschließend durchgeführte Current- sowie
Voltage-Clamp-Messungen sollten Änderungen elektrophysiologischer
Eigenschaften der Neurone zeigen. Current-Clamp-Messungen wurden zur
Charakterisierung von tonischen Neurone, mit einem anhaltenden Feuermuster,
sowie phasischen Neuronen, mit einem Feuermuster welches weniger als 5
Aktionspotentiale auf Strominjektionen zeigte, herangezogen. Die gemessenen
Aktionspotentialeigenschaften renaler sowie nicht renaler Neurone wurden mit
entsprechenden Kontrollen verglichen. Neben den Aktionspotentialeigenschaften
wurden Auswertungen zu Ganzzell-Membran-Strom Eigenschaften durchgeführt
(Voltage-Clamp) um Stromänderungen an Natrium-und Kaliumkanälen zu zeigen.
Ergebnisse und Beobachtungen
Nicht-inkubierte, renale Neurone wiesen zu 58,9% und nicht-renale Neurone zu
7,8% (der untersuchten Zellen), ein tonisches Aktionspotential-Muster auf
(*P<0,05) [21]. Hingegen zeigten renale Neurone, die mit CXCL1 inkubiert
wurden, signifikant weniger tonische Neurone (35,6% vs. 58,9%, *P<0,05),
wohingegen mehr phasische Nervenzellen auffielen [21]. Des Weiteren war die
Frequenz der Aktionspotentiale in der Gruppe der tonischen Zellen, auch die der
CXCL1-behandelten Zellen nicht signifikant verändert, wohingegen die niedrige
AP-Frequenz phasischer Neurone durch die CXCL1-Exposition noch weiter abfiel
[21]. (Kontrolle – Median: 1 AP/600ms, 25. Perzentile: 1 AP/600ms , 75.
Perzentile: 2 AP/600ms; CXCL1* – Median: 1 AP/600ms, 25. Perzentile: 1
AP/600ms, 75. Perzentile: 1 AP/600ms; *P<0,05) [21]. Die Analyse der Ganzzell-Membranstrom-Eigenschaften erbrachte weitere Ergebnisse, die in der o.g.
Publikation nicht enthalten sind. Renal-tonische Zellen zeigten durch die
Inkubation mit CXCL1 keine Veränderungen der Natrium-Aktivierung /
Inaktivierung, jedoch eine messbare Veränderung der Kalium-Aktivierung.
Dagegen bewirkte CXCL1 bei den phasischen Zellen (renal und nicht-renal) eine
Verstärkung der Natrium- und der Kalium-Aktivierung, jedoch eine Verminderung
der Natrium-Inaktivierung. Des Weiteren zeigte sich in diesen Gruppen unter
Einfluss von CXCL1 eine größere Streubreite der maximalen Natrium-Aktivierung,
ähnlich der Streubreite bei den renal-tonischen Zellen.
Praktische Schlussfolgerungen
CXCL1-inkubierte renal-afferente Nervenzellen zeigten vermehrt phasische
Erregungsmuster und somit eine verminderte Erregbarkeit [21]. Signifikante
Veränderungen der AP-Eigenschaften phasischer und tonischer Neurone wiesen
auf eine veränderte Natriumkanalaktivität hin [21]. Diese führte wahrscheinlich
durch eine geänderte Inaktivierung, zu einer verminderten Aktionspotentialaktivität
[21]. Ergebnisse der Voltage-Clamp Versuche zeigten signifikante Veränderungen
in der Natrium-Aktivierung / Inaktivierung und der Kalium-Aktivierung bei den
phasischen Neuronen, und eine Streuungsbreite der Natriumaktivierung, die der
der tonischen Zellen entspricht. Diese Daten könnten darauf hinweisen, dass eine
Gruppe von tonischen Neuronen existiert, die unter pathologischen Bedingungen
phasische Eigenschaften annehmen
Nephroprotektive Rolle eines kardiopulmonalen Depressionsreflexes bei hypotensiver Hämorrhagie der Ratte
No full textII.1. Background and Goals
Renal sympathetic nerve activity (RSNA) decreases during hypotensive hemorrhage, whereas the sympathetic nerve activity of other organs (e. g. adrenal gland) increases in this setting. The physiological relevance of this reflex, which is mediated by vagal afferent nerves, is not yet known. We tested the hypothesis that reflex sympathetic inhibition during hypotensive hemorrhage in anaesthetized rats might assure adequate renal oxygenation by modifying renal perfusion as visualized by the absence of an increase in EPO plasma levels.
II.2. Material and Methods
EPO plasma levels were assessed immediately before and after a 30-minute hypotensive hemorrhage (i. e. blood withdrawal to reduce MAP by 40 mmHg from baseline; termination of hemorrhage by blood reinfusion) as well as at Minute 60 and Minute 120 after start of the hemorrhage in sham-operated healthy rats (Controls), in rats with bilateral cervical vagotomy (VX; i. e. interruption of the vagal afferent nerves) and in those with bilateral renal denervation (DNX; i. e. interruption of the renal efferent nerves). RSNA, mean arterial pressure (MAP) and heart rate (HR) were continuously recorded until Minute 120 as well as renal Doppler flow (DOP), which was furthermore used to calculate renal vascular resistance (RVR), resistance index (RI) and renal oxygen delivery/uptake (DO2/VO2).
II.3. Results and Observations
Hemorrhage caused a RSNA suppression in the Controls (-39 ± 5% from baseline; p < 0.05), a change in the EPO plasma levels was not found. VX eliminated the sympathoinhibition almost totally. In VX rats we found elevated EPO plasma levels at Minute 120 (47 ± 2 vs. 64 ± 4 mU/ml; p < 0,05). After DNX the increase of EPO was even more pronounced (49 ± 3 vs. 75 ± 3 mU/ml; p < 0.05). DOP decreased in all groups, yet most in DNX rats (p < 0.05; DNX vs. C and VX). RVR decreased likewise in VX rats and Controls, whereas after DNX RVR significantly increased (p < 0.05; DNX vs. C and VX). Hemorrhage caused a decline of DO2 in all groups, yet this was most pronounced in DNX rats (0.25 ± 0.04 vs. 0.54 ± 0.05 vs. 0.51 ± 0.06 ml O2/min; p < 0.05; DNX vs. VX vs. Controls). RI showed different values in all groups (0.85 ± 0.02 vs. 0.78 ± 0.02 vs. 0,70 ± 0.02; p < 0.05; DNX vs. VX vs. Controls). VO2 remained unchanged between the study groups during the entire experiment.
II.4. Conclusions
Our study results indicate that reflex mediated sympathoinhibition during hypotensive hemorrhage provides adequate renal oxygenation by adjusting the renal perfusion.I.1. Hintergrund und Ziele
Im Gegensatz zu anderen sympathisch innervierten Organen (z.B. Nebenniere) nimmt die renale sympathische Nervaktivität (RSNA) während einer hypo-tensiven Hämorrhagie ab. Vermittelt wird dieser scheinbar paradoxe Reflex durch vagale Afferenzen, wobei seine Bedeutung bislang nicht eindeutig geklärt ist. Wir überprüften die Hypothese, dass die reflektorische Sympathoinhibition im Rahmen einer transienten hypotensiven Hämorrhagie bei narkotisierten Ratten die renale Durchblutung dergestalt beeinflusst, dass die renale Oxygenierung weiterhin sichergestellt bleibt, was anhand eines ausbleibenden Anstieg der Erythropoetin (EPO)-Spiegel veranschaulicht werden sollte.
I.2. Methoden (Patienten, Material und Untersuchungsmethoden)
Bei bilateral zervikal vagotomierten Ratten (VX; Unterbrechung der vagalen Afferenzen), bilateral renal denervierten (DNX; Unterbrechung der renalen Efferenzen) sowie sham-operierten Ratten (Controls) erfolgte vor und direkt nach einer 30-minütigen hypotensiven Hämorrhagie (d.h. Blutentnahme, bis der MAP um ca. 40 mmHg abgesenkt war, Beendigung der Hämorrhagie mittels Re-Infusion des Blutes) sowie bei Minute 60 und Minute 120 nach Beginn der Hämorrhagie die Bestimmung der Plasma-EPO-Spiegel. RSNA, mittlerer arterieller Blutdruck (MAP), Herzfrequenz (HR) sowie renaler Dopplerfluss (DOP), aus welchem wiederum die Berechnung von renalem Gefäßwiderstand (RVR), Resistance Index (RI) und renalem Sauerstoffangebot bzw. –verbrauch (DO2 bzw. VO2) erfolgte, wurden kontinuierlich bis Minute 120 aufgezeichnet.
I.3. Ergebnisse und Beobachtungen
Die Hämorrhagie bewirkte bei den Kontrolltieren eine Suppression der RSNA (-39 ± 5%, ausgehend von der Baseline; p < 0,05), eine Veränderung der EPO-Spiegel fand sich nicht. Durch VX war die Sympathoinhibition praktisch vollständig aufgehoben, zudem zeigten sich hier bei Minute 120 erhöhte EPO-Spiegel (47 ± 2 vs. 64 ± 4 mU/ml; p < 0,05). Ein noch stärkerer EPO-Anstieg fand sich in der DNX-Gruppe (49 ± 3 vs. 75 ± 3 mU/ml; p < 0,05). Der renale Dopplerfluss verminderte sich in allen Gruppen, jedoch am stärksten bei den DNX-Ratten (p < 0,05 DNX vs. C und VX). Während der RVR bei vagotomierten Tieren und Kontrolltieren gleichermaßen abnahm, bewirkte die DNX eine signifikante Zunahme des RVR (p < 0,05 DNX vs. C und VX). Die Hämorrhagie bewirkte in allen Gruppen einen Abfall des DO2, der bei den DNX-Tieren verglichen mit VX- und Kontrolltieren am ausgeprägtesten war (0,25 ± 0,04 vs. 0,54 ± 0,05 vs. 0,51 ± 0,06 ml O2/min; p < 0,05; DNX vs. VX vs. Controls). RI zeigte in allen Gruppen verschiedene Werte (0,85 ± 0,02 vs. 0,78 ± 0,02 vs. 0,70 ± 0,02; p < 0,05; DNX vs. VX vs. Controls) als Zeichen des unterschiedlichen renovaskulären Anpassungsvermögens. VO2 blieb in allen Gruppen während des gesamten Experimentes unverändert.
I.4. Praktische Schlussfolgerungen
Unsere Studienergebnisse geben Hinweise darauf, dass die reflexvermittelte Sympathoinhibition die renale Perfusion so anpasst, dass die Sauerstoff-versorgung der Niere auch während der transienten hypotensiven Hämorrhagie gewährleistet bleibt
Put Your Lights On: Electrocution As a Cause of an Unexplained Fall and Loss of Consciousness
No full textElectrical accidents are not reported very frequently, and may occur undetected as the signs are often manifold and not very specific. We report the case of a 43-year-old woman admitted to hospital due to a fall of unclear cause, with loss of consciousness, partial amnesia, paresis of both legs and crush syndrome. Only by thorough and repeated history-taking, and a careful physical examination that revealed burns typical of electrical current injuries, was the case resolved. With this case presentation, we would like to make the reader aware of electrocution as a possible cause of bruises and unconsciousness of unclear origin
Norepinephrine reduces ω-conotoxin-sensitive Ca<sup>2+</sup> currents in renal afferent neurons in rats
No full text Sympathetic efferent and peptidergic afferent renal nerves likely influence hypertensive and inflammatory kidney disease. Our recent investigation with confocal microscopy revealed that in the kidney sympathetic nerve endings are colocalized with afferent nerve fibers (Ditting T, Tiegs G, Rodionova K, Reeh PW, Neuhuber W, Freisinger W, Veelken R. Am J Physiol Renal Physiol 297: F1427–F1434, 2009; Veelken R, Vogel EM, Hilgers K, Amman K, Hartner A, Sass G, Neuhuber W, Tiegs G. J Am Soc Nephrol 19: 1371–1378, 2008). However, it is not known whether renal afferent nerves are influenced by sympathetic nerve activity. We tested the hypothesis that norepinephrine (NE) influences voltage-gated Ca2+ channel currents in cultured renal dorsal root ganglion (DRG) neurons, i.e., the first-order neuron of the renal afferent pathway. DRG neurons (T11–L2) retrogradely labeled from the kidney and subsequently cultured, were investigated by whole-cell patch clamp. Voltage-gated calcium channels (VGCC) were investigated by voltage ramps (−100 to +80 mV, 300 ms, every 20 s). NE and appropriate adrenergic receptor antagonists were administered by microperfusion. NE (20 μM) reduced VGCC-mediated currents by 10.4 ± 3.0% ( P < 0.01). This reduction was abolished by the α-adrenoreceptor inhibitor phentolamine and the α2-adrenoceptor antagonist yohimbine. The β-adrenoreceptor antagonist propranolol and the α1-adrenoceptor antagonist prazosin had no effect. The inhibitory effect of NE was abolished when N-type currents were blocked by ω-conotoxin GVIA, but was unaffected by other specific Ca2+ channel inhibitors (ω-agatoxin IVA; nimodipine). Confocal microscopy revealed sympathetic innervation of DRGs and confirmed colocalization of afferent and efferent fibers within in the kidney. Hence NE released from intrarenal sympathetic nerve endings, or sympathetic fibers within the DRGs, or even circulating catecholamines, may influence the activity of peptidergic afferent nerve fibers through N-type Ca2+ channels via an α2-adrenoceptor-dependent mechanism. However, the exact site and the functional role of this interaction remains to be elucidated. </jats:p
Effects of intrarenal afferent stimulation by bradykinin on renal sympathetic nerve activity: tonic inhibition contributing to renal function
No full textBradykinin (BK) may increase renal sodium excretion by decreasing tubular ENaC activity. Afferent renal nerve activity (ARNA) putatively controls renal sympathetic nerve activity (RSNA) involved in renal sodium handling. We recently found tonic sympatho-inhibition due to intrarenal ARNA stimulation by the TRPV1 agonist capsaicin (CAP). Since BK is known to augment TRPV1 effects, we hypothesized that intrarenally applied BK also tonically inhibits RSNA. Four groups of rats (n = 8; BK, CAP, HOE + BK, NaCl-control) were equipped with arterial and venous catheters for blood pressure (BP) and heart rate (HR) recordings and drug application; bipolar electrodes for RSNA and ARNA recordings, renal arterial catheter for intrarenal administration (IRA) of bradykinin (BK: 10−5 M, 20 µl and 10–4 M; 2.5, 5, 10 µl), capsaicin (CAP 3.3, 6.6, 10 and 33*10−7 M, 10 µl). The B2-receptor antagonist HOE-140 (10–4 M, 40 µl) was administered intravenously (IV) just before IRA BK (HOE + BK), finally the NK1-receptor blocker RP67580 (10−2 M, 15 µl; IV) was applied in all groups at the end of the experiment. IRA BK and CAP momentarily increased ARNA. IRA CAP, IRA BK, and IRA HOE + BK, decreased RSNA from 4.2 ± 0.8 to 1.3 ± 0.2 µV*sec (BK, P < 0.01), 3.6 ± 0.5 to 0.9 ± 0.2 µV*sec (CAP, P < 0.01) and 3.2 ± 0.3 to 0.8 ± 0.1 µV*sec (HOE-BK, P < 0.01). Suppressed RSNA (BK, CAP, HOE + BK) was unmasked by IV RP67580: 1.6 ± 0.5 to 8.6 ± 2.9 µV*sec (BK, P < 0.01); 1.0 ± 0.2 to 6.1 ± 1.5 µV*sec (CAP, P < 0.01); 0.8 ± 0.2 to 4.5 ± 0.8 µV*sec (HOE-BK, P < 0.05). IRA BK was associated with momentary increases of RSNA, abolished by HOE-140. Intrarenal stimulation of renal afferent nerves by BK induced tonic renal sympathodepression likely augmenting sodium and water excretion.Open Access funding enabled and organized by Projekt DEAL.Deutsche Forschungsgemeinschafthttps://doi.org/10.13039/501100001659Universitätsklinikum Erlangen (8546
AT II Receptor Blockade and Renal Denervation: Different Interventions with Comparable Renal Effects?
No full textBackground: Angiotensin II (Ang II) and the renal sympathetic nervous system exert a strong influence on renal sodium and water excretion. We tested the hypothesis that already low doses of an Ang II inhibitor (candesartan) will result in similar effects on tubular sodium and water reabsorption in congestive heart failure (CHF) as seen after renal denervation (DNX). Methods: Measurement of arterial blood pressure, heart rate (HR), renal sympathetic nerve activity (RSNA), glomerular filtration rate (GFR), renal plasma flow (RPF), urine volume, and urinary sodium. To assess neural control of volume homeostasis, 21 days after the induction of CHF via myocardial infarction rats underwent volume expansion (0.9% NaCL; 10% body weight) to decrease RSNA. CHF rat and controls with or without DNX or pretreated with the Ang II type-1 receptor antagonist candesartan (0.5 ug i.v.) were studied. Results: CHF rats excreted only 68 + 10.2% of the volume load (10% body weight) in 90 min. CHF rats pretreated with candesartan or after DNX excreted from 92 to 103% like controls. Decreases of RSNA induced by volume expansion were impaired in CHF rats but unaffected by candesartan pointing to an intrarenal drug effect. GFR and RPF were not significantly different in controls or CHF. Conclusion: The prominent function of increased RSNA – retaining salt and water – could no longer be observed after renal Ang II receptor blockade in CHF rats
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