Untersuchungen zur Penetration von Makromolekülen (Polyvinylpyrrolidon) durch glomeruläre und postglomeruläre Capillaren in den Harn und die Nierenlymphe und zur Größe der extravasalen Umwälzung von ¹³¹J-Albumin im Interstitium der Niere

Summary

Between 1 min and 180 min after intravenous injection of ¹³¹J-albumine the ¹³¹J-albumine space of the rat kidney has been determined. The equilibration of the albumine space consists of three phases. Per 100 g of kidney the size of the albumine pool 1 min after injection equals the amount of protein in 11 ml of plasma. It is assumed that this one-minute-space is represented by the intravasal volume. 7 min after injection the albumine space of 100 g kidney equals that of 16 ml plasma, after 180 min that of 17 ml plasma. The equilibration between 1–7 min follows an exponential time course. It is assumed that after the initial phase of 1 min duration in the second phase the equilibration between blood and interstitial space takes place by diffusion. The time required for 50% of the extravasal plasmaprotein to exchange amounts to 1.5 min. About 2.5 ml of plasma per min flow through the interstitial space of 100 g kidney. Compared to other organs the exchange of plasmaprotein between intra- and extravasal space in the kidney is large indeed.

In order to determine the way by which the interstitial protein reaches the interstitial space, and in order to measure the permeability to protein of the glomerular and the postglomerular capillaries the penetration of these capillaries by plasmaprotein and polyvinylpyrrolidone (PVP) of varying molecular weight has been studied in rabbits.

Linear proportionality exists between the concentration of PVP and plasmaprotein in plasma and lymph in the kidney. It is therefore assumed that macromolecules penetrate the postglomerular capillaries through pores.

From the concentrations of PVP in the lymph, the plasma and the urine of following quotients of concentration were obtained: Glomerular filtrate/plasma=<0.1; except 0.2 for PVP m.wt. 11,500. Lymph/plasma=0.9 (m.wt. 11,500); 0.5–0.7 (m.wt. 25,000–110,000); 0.3 (m.wt. 650,000).

The pores in the glomerular capillaries have diameters which hardly allow PVP molecules of a molecular weight of 25,000 to pass. The postglomerular capillaries, however, possess pores of three different orders of magnitude. The first group allows PVP molecules of m.wt. 11,500 to pass virtually unhindred, through pores of the second category PVP molecules up to a m.wt. of 110,000 can pass. The third group of pores is presumably represented by endothelial gaps which allow PVP molecules of m.wt. of up to 650,000 to penetrate. The total permeability of the postglomerular capillaries is several times larger than that of the glomerular capillaries.

From the presented evidence it is assumed that most of the plasmaprotein present in the interstitial fluid has come through the postglomerular capillaries. Only a relatively small amount of it leaves the kidney with the lymph, most of it flows back into the postglomerular capillaries and thus leaves the kidney with the blood in the renal vein.

Zusammenfassung

An Ratten wurde der Verteilungsraum von ¹³¹Jod-Albumin in der Niere zwischen 1 min und 180 min nach i.v. Injektion bestimmt. Die Auffüllung des Albuminpools erfolgt in 3 verschiedenen Geschwindigkeiten. Der nach 1 min aufgefüllte Pool einer Niere von 100 g Gewicht entspricht einer Eiweiß-Menge von 11 ml Plasma und wird als intravasaler Verteilungsraum gedeutet. Nach 7 min entspricht er einer Plasma-Menge von 16 ml und nach 180 min einer solchen von 17 ml. Die Auffüllung zwischen der ersten und der siebenten Minute erfolgt nach einer Exponentialfunktion. Es wird vermutet, daß in dieser Zeit die Auffüllung des Interstitiums per diffusionem stattfindet. Dieses extravasale Plasmaalbumin besitzt eine Halbwertzeit von 1,5 min. Pro Minute fließen 2,5 ml Plasma durch das Interstitium einer Niere von 100 g. Im Vergleich mit anderen Organen erfolgt also in der Niere ein sehr intensiver Austausch von Plasmaeiweiß zwischen Capillaren und Interstitium.

Zur Bestimmung der Herkunft des interstitiellen Plasmaeiweißes wurden an Kaninchen die Permeabilitätsbedingungen der glomerulären und postglomerulären Capillaren für Plasmaprotein und Polyvinylpyrrolidon (PVP) gemessen und miteinander verglichen. Zwischen den PVP-Konzentrationen in Plasma und Nierenlymphe besteht auch bei hohen Konzentrationen eine lineare und direkte Proportionalität. Es wird angenommen, daß die Penetration dieser Substanzen auch in den postglomerulären Capillaren durch Poren erfolgt.

Aus den Konzentrationen verschieden großer PVP-Moleküle in Nierenlymphe, Ultrafiltrat und Plasma wurden folgende Quotienten ermittelt: Ultrafiltrat/Plasma=0,2 (MG 11500); 0,08 (MG 25000); 0,03 (MG 38000); 0,0001 (MG 110000 und 650000). Lymphe/Plasma=0,9 (MG 11500); 0,5–0,7 (MG 25000–110000); 0,3 (MG 650000).

Die Capillaren der Glomerula besitzen nur Poren einer Größenordnung, die PVP-Moleküle mit einem MG von 25000 kaum noch permeieren können. Die postglomerulären Capillaren besitzen dagegen Poren dreier verschiedener Größenordnungen, die PVP-Moleküle mit MG bis zu 11500 bzw. 110000 bzw. 650000 passieren lassen. Die Permeabilität der postglomerulären Capillaren für Makromoleküle ist damit um ein Vielfaches größer als die der glomerulären.

Es wird angenommen, daß der größte Teil des ins Interstitium gelangten Plasmaeiweißes direkt aus den postglomerulären Capillaren und nicht über eine initiale Ultrafiltration und anschließende tubuläre Reabsorption dorthin gelangt. Nur ein geringer Teil dieses Eiweißes verläßt die Niere auf dem Lymphwege, der größte Teil fließt in die postglomerulären Capillaren zurück und verläßt das Organ mit dem Venenblut.