The tubulo-glomerular feedback mechanism — a determinant for the autoregulation of the glomerular filtration rate in superficial and juxtamedullary nephrons

Summary

The intrinsic myogenic hypothesis and the tubuloglomerular feedback mechanism (TGF) give the presently most cherished explanation to the autoregulation of renal blood flow and glomerular filtration rate. A series of experiments was performed on young, normohydrated rats in order to evaluate the importance of TGF as an autoregulatory factor of the single nephron glomerular filtration rate (SNGFR) in superficial and juxtamedullary nephron populations. Micropuncture techniques were applied to tubular structures of the renal surface and on the papilla for the measurement of hydrostatic pressures and SNGFR. The SNGFR was also measured with a modified Hanssen technique. A TV-technique was used to record the urine free flow rate in the loop of Henle.

The net driving forces for glomerular filtration at the afferent end of the glomerular capillaries were estimated to be 19 and 47 mm Hg for superficial and juxtamedullary nephrons respectively, when the urine flow at the macula densa was zero. The SNGFR of the two nephron populations amounted to 29.6 and 84.1 nl·min⁻¹·g⁻¹ K.W., as measured with the micropuncture technique. With a modified Hanssen technique the corresponding values were 25.8 and 27.7 nl·min⁻¹. g⁻¹ K.W. (kidney weight).

The SNGFR was found to be well autoregulated when the urine flow at the macula densa was intact, but not when the urine flow was interrupted.

The flow rate in the loop of Henle was in free flow conditions 7.3 nl·min⁻¹·g⁻¹ K.W. which shall be compared with 19.2 nl·min⁻¹·g⁻¹ K.W. when the urine flow to the macula densa was zero.

We conclude that SNGFR is mainly autoregulated by the TGF-mechanism in young, normohydrated rats at lower arterial pressures. In normal conditions TGF is highly activated for juxtamedullary nephrons, but not for the superficial ones. The high urine flow rate in the loop of Henle at reduced flow rates at the macula densa may invalidate the use of loop blockade in studies of water and solute transfer across the loop walls.

Zusammenfassung

Das Phänomen der Autoregulation der Nierendurchblutung und des Glomerulumfiltrats lassen sich zur Zeit am besten mit myogenen Mechanismen und mit Hilfe des tubuloglomerulären Feedbackmechanismus erklären. Es wurden Untersuchungen an jungen Ratten durchgeführt, um die Bedeutung des tubuloglomerulären Feedbacks bei der Autoregulation in Nephronen der Nierenrinde und des Nierenmarkes weiter aufzuklären. Hierzu wurde die Mikropunktionstechnik am Einzelnephron an der Oberfläche der Niere und an der Nierenpapille verwendet, um sowohl den Druck im Glomerulum als auch die Einzelnephronfiltrationsrate (SN-GFR) zu messen. Außerdem verwendeten wir zur Bestimmung der SN-GFR in einer anderen Versuchsserie die modifizierte Hanssen-Technik, d.h. Bestimmung der SN-GFR nach Bolusinjektion eines Farbindikators und Dissektion des Einzelnephrons. Weiterhin entwickelten wir eine Fernseh-Videotechnik zur Bestimmung der spontanen Harnflußrate an intakten Henle'schen Schleifen in vivo.

SN-GFR Messungen der beiden Nephronpopulationen ergaben bei Blockade des Harnflusses an der Macula densa 29.6 nl·min⁻¹·g⁻¹ Nierengewicht für die oberflächlichen Nephrone und 84.1 für die tiefen Nephrone, wenn man diese mit der Mikropunktionstechnik bestimmt. Der Nettofiltrationsdruck an oberflächlichen Nephronen wurde mit 19 und an tiefen mit 47 mm Hg bestimmt, ebenfalls bei blockiertem Harnfluß zur Macula densa. Die modifizierte Hanssentechnik dagegen ergab für die SN-GFR der oberflächlichen Nephrone 25,8 nl·min⁻¹·g⁻¹ Nierengewicht und für die tiefen 27,7. Diese Werte entsprechen dem Zustand des intakten, physiologischen Harnflusses an der Macula densa. Die SN-GFR war bei intaktem Harnstrom an der Macula densa (Hanssentechnik) gut autoreguliert, während sie das nicht war bei blockiertem Harnstrom an der Macula densa (Mikropunktionstechnik). Die Videotechnik ergab in der Henle'schen Schleife einen spontanen Volumenfluß von 7,3 nl·min⁻¹·g⁻¹ und dieser stieg bei Blockierung des Flusses zur Macula densa auf 19,2 nl·min⁻¹·g⁻¹ an.

Unsere Versuche zeigen, daß hauptsächlich der tubuloglomeruläre Feedback zur Autoregulation der Einzelnephronfiltrationsrate bei jungen, normal hydrierten Ratten beiträgt. Der tubuloglomeruläre Feedback ist vor allem in den tiefen Nephronen von Bedeutung und muß bei Untersuchungen an Henle'schen Schleifen von tiefen Nephronen berücksichtigt werden.