Advanced

Calcium Responses in the Renal Afferent Arteriole to Angiotensin II and Norepinephrine Stimulation

Kornfeld, Mark LU (1997)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Njurens funktion är avgörande för att reglera extracellulärvätskans volym och sammansättning. Varje människonjure består av ca en miljon nefron, vilka utgör den minsta funktionella enheten. Via den afferenta arteriolen når blodet ett kapillärnät i nefronet. På grund av ett högt tryck i kapillärnätet filtreras vätska ut och samlas upp i en rund struktur, Bowman´s kapsel, som omger kapillärnätet. Bowman´s kapsel tillsammans med kapillärnätet kallas glomerulus. Små ämnen såsom nedbrytningsprodukter från olika processer i kroppen men även för kroppen nyttiga ämnen samlas upp i Bowman´s kapsel medan blodkroppar stannar i kapillärnätet och förs vidare till den efferenta arteriolen och därefter till... (More)
Popular Abstract in Swedish

Njurens funktion är avgörande för att reglera extracellulärvätskans volym och sammansättning. Varje människonjure består av ca en miljon nefron, vilka utgör den minsta funktionella enheten. Via den afferenta arteriolen når blodet ett kapillärnät i nefronet. På grund av ett högt tryck i kapillärnätet filtreras vätska ut och samlas upp i en rund struktur, Bowman´s kapsel, som omger kapillärnätet. Bowman´s kapsel tillsammans med kapillärnätet kallas glomerulus. Små ämnen såsom nedbrytningsprodukter från olika processer i kroppen men även för kroppen nyttiga ämnen samlas upp i Bowman´s kapsel medan blodkroppar stannar i kapillärnätet och förs vidare till den efferenta arteriolen och därefter till blodomloppet. Den utfiltrerade vätskan förs vidare i ett rörsystem, kallade tubulus. Tubulus är omgivna av blodkärl som tar tillbaka (reabsorberar) nyttiga ämnen och vatten, medan giftiga ämnen avges till tubulus (sekretion). Varje tubulus går tillbaka och vidrör den glomerulus som den transporterar filtrat från. På så vis kan glomerulus känna av om filtrationen är för hög eller låg. När den utfiltrerade vätskan når njurbäckenet har en urin bildats som består av ämnen kroppen vill göra sig av med lösta i den mängd vätska som måste avges för att inte extracellulärvätskan skall öka eller minska.



För att tubulus i njuren skall hinna reabsorbera krävs att filtration hålls konstant. Om trycket stiger i kapillärnätet kommer filtrationen att öka och en större mängd vätska att pressas ut i tubulus. Detta leder till att tubulus inte hinner reabsorbera tillräckligt och nyttiga ämnen samt vatten förloras. Minskar trycket i kapillärnätet tar tubulus istället tillbaka för mycket vatten. I båda fallen kommer volymen och sammansättningen av extracellulärvätskan att förändras. Eftersom blodtrycket i kroppen varierar hela tiden innebär det att om njuren inte kan reglera trycket i kapillärnätet så kommer volymen av filtratet att variera och ge upphov till störningar enligt ovan. Njuren förhindrar detta genom att när trycket ökar i blodomloppet, och därmed i kapillärnätet, låta den afferenta arteriolen dra ihop sig. Detta gör att trycket normaliseras i kapillärnätet. Sjunker trycket i blodomloppet kompenserar njuren genom att dra ihop den efferenta arteriolen och på så vis ökar trycket i kapillärnätet och en normal filtration återställs.



Flera reglermekanismer i njuren. bidrar till att hela tiden ändra på graden av kontraktion i den afferenta och efferenta arteriolen så att filtrationen hålls på en jämn nivå, även om blodtrycket i kroppen varierar. 1) Den myogena mekanismen gör att när afferenta arteriolen känner av ett ökat tryck så svarar den med att kontrahera. 2) Som tidigare nämnts återvänder varje tubulus till sin glomerulus för att denna där skall kunna känna av om filtrationen är för hög eller låg. När filtrationen är för hög sänds en feedback signal från glomerulus till den afferenta arteriolen som kontraherar och därmed återställer filtrationen. 3) Nerver når den afferenta och efferenta arteriolen. Från nervändar frisläpps främst noradrenalin som kontraherar dessa båda kärl. 4) Cirkulerande ämnen når njuren och dess kärl och kontraherar samt dilaterar dessa. Noradrenalin kan, som tidigare nämnts frisläppas från nerver men når också njuren med hjälp av cirkulationen efter att ha frisläppts från binjurebarken. Angiotensin II är ett annat ämne som kontraherar afferenta och efferenta arteriolen. Angiotensin II ingår i ett större reglersystem som kallas renin-angiotensin II systemet. Detta system aktiveras av förändringar i extracellulärvätskans volym och med hjälp av enzymet renin bildas angiotensin II. Renin frisätts från celler i den del av afferenta arteriolen som är närmast kapillärnätet. Aktivering av renin-angiotensin systemet gör att kroppen börjar producera mindre urin för att på så vis spara vätska. Trots att sena delen av arteriolen består av glatta muskelceller som omvandlats till renin-producerande celler har man observat att denna del av arteriolen också kan kontrahera.



För att kärlkontraherande ämnen, såsom noradrenalin och angiotensin II, skall kunna utlösa kontraktion när de fäster på receptorer på kärlen krävs att kalcium ökar inne i den glatta muskelcellen. Detta kalcium kan strömma in utfrån eller frisläppas från depåer inne i muskelcellen. Enzymet renin är också styrt av kalcium och frisläpps när kalciumnivåerna minskar i de renin-frisättande cellerna. Vi har studerat hur noradrenalin och angiotensin II påverkar kalciumfrisättande i den afferenta arteriolen. Mätningarna har gjorts i den tidiga delen, där de glatta muskelcellerna finns, men också i slutet av arteriolen där de reninfrisättande cellerna är lokaliserade.



De olika delarbetena visar att både noradrenalin och angiotensin II ökar kalcium i såväl den tidiga som sena delen av afferenta arteriolen. Noradenalin och angiotensin II anses också stimulera liknande signalkedjor intracellulärt, vilket bland annat leder till att protein kinas C produceras i muskelcellerna. Proteinkinas C har rapporterats kunna påverka kalciumkoncentrationen i muskelceller. I delarbete III observerades att blockering av protein kinas C minskade kalciumsvaren både vid angiotensin II och noradrenalin stimulering.



I delarbete II konstaterades att kalciumnivåerna ökar ju närmare glomerulus man kommer även utan att vasokonstriktorer tillsatts. I arterioler där glomerulus förstörts uppmättes kraftigt sänkta kalciumnivåer i den sena delen av arteriolen. Den badlösningen som våra preparat ligger i har en sammansättning som motsvarar den som uppstår vid förhöjd filtration och bör därför, när den känns av i glomerulus, utlösa en kraftig feedbacksignal med påföljande kontraktion. Den förhöjda kalciumnivån i den sena delen av arteriolen kan fylla två fysiologiska syften. Den bör ge upphov till kontraktion och således återställa en normal filtration samtidigt som den förhöjda kalciumnivån minskar reninfrisättningen. Till följd av minskat renin kommer mindre vätska att sparas i kroppen. Extracellulärvätskans volym återställs på så sätt och blodtrycket återgår till en normal nivå. Vi kunde också visa att när glomerulus förstörts kan inte angiotensin II öka kalcium i denna del medan nodrenalin gav samma kalciumsvar som i preparat med intakt glomerulus. Detta indikerar att det, för att utlösa normala kalciumsvar i den sena delen av arteriolen vid angiotensin II stimulering, krävs en för oss idag okänd faktor från en intakt glomerulus.



Från experiment i delarbete II och V drogs slutatsen att angiotensin II stimulerar inflöde av kalcium medan noradrenalin frisätter kalcium från depåer inne i cellerna. När trycket i arteriolen varierades i studie II förändrades kalciumsvaren vid angiotensin II stimulering medan noradrenalin svaren var opåverkade. Vi observerade också i delarbete IV att angiotensin II inte kan utlösa mer än ett kalciumsvar vid upprepad adminstrering. Från andra studier är det känt att kväveoxid, en gas som finns i kroppen, stimuleras av angiotensin II. Genom att tillföra det substrat som krävs för kväveoxid produktion kunde vi visa att muskelcellerna i den tidiga delen av arteriolen svarade med kalciumsvar även andra gången angiotensin II administrerades. Kalciumsvar med noradrenalin kunde utlösas upprepade gånger både i närvaro och frånvaro av substratet för kväveoxid. I delarbete II, III och IV hade vi konstaterat att noradrenalin ökar kalcium i den sena del av arteriolen där de reninfrisättande cellerna finns. Detta borde innebära att noradrenalin stimulering således sänker reninfrisättningen. Eftersom noradrenalin cirkulerar i blodomloppet bör den utöva en tonisk inhibering av reninfrisättning. Genom att tillsätta isoprenalin, som stimulerar reninfrisättning, kunde vi konstatera att kalciumsvaren minskade när noradrenalin administrerades. Detta kan indikera att en del av isoprenalins stimulerande effekt på renin beror på att den motverkar noradrenalins toniska inhibering.



Sammantaget visar dessa studier att både noradrenalins och angiotensin II inverkan på kalciummetabolismen i den afferenta arteriolen kan påverkas av centrala intracellulära signalmekanismer såsom protein kinas C. Angiotensin II inverkan på kalciummetabolismen i de glatta muskelcellerna i den afferenta arteriolen visar upp ett mer komplext mönster än noradrenalin. Dessa studier visar att både närvaro av en intakt glomerulus och tryckvariationer i den afferent areriolen har en modulerande inverkan på kalciummetabolismen vid angiotensin II stimulering (Less)
Abstract
Studies were performed to investigate the influence of the vasoconstrictors angiotensin II (AII) and norepinephrine (NE) on calcium metabolism in smooth muscle cells of afferent arterioles. Fura-2 and image analysis techniques were used to evaluate calcium responses in the proximal and distal parts of afferent arterioles with attached glomeruli. AII and NE increase intracellular calcium concentration ([Ca2+]i) in both the proximal and distal parts of the arteriole. The increase in [Ca2+]i in response to NE is mediated by alpha 1-adrenoceptors which release calcium from intracellular pools. In contrast, AII stimulates calcium influx predominantly by opening voltage-sensitive calcium channels. Following obliteration of the attached... (More)
Studies were performed to investigate the influence of the vasoconstrictors angiotensin II (AII) and norepinephrine (NE) on calcium metabolism in smooth muscle cells of afferent arterioles. Fura-2 and image analysis techniques were used to evaluate calcium responses in the proximal and distal parts of afferent arterioles with attached glomeruli. AII and NE increase intracellular calcium concentration ([Ca2+]i) in both the proximal and distal parts of the arteriole. The increase in [Ca2+]i in response to NE is mediated by alpha 1-adrenoceptors which release calcium from intracellular pools. In contrast, AII stimulates calcium influx predominantly by opening voltage-sensitive calcium channels. Following obliteration of the attached glomerulus, the response to AII was absent while the response to NE was intact. Perfusion of the afferent arteriole changed the AII response from monophasic to biphasic, while the response to NE was unaltered. Repeated administration of AII induced strong tachyphylaxis which was partially reversed by stimulating nitric oxide synthase with L-Arginine. Inhibition of protein kinase C blunted the increase in [Ca2+]i in response to AII and NE but not in response to 25 mM K+. A decreased response to NE was also seen during stimulation of beta-adrenoceptors. A similar blunting was observed when cAMP was stimulated with forskolin. Taken together, this study suggests that AII stimulates influx of extracellular calcium while NE releases intracellular calcium in the smooth muscle cells of the afferent arteriole. AII induces strong tachyphylaxis. The response to NE is blunted by beta-adrenoceptor stimulation. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Professor Bell, P. Darwin, Univ. of Alabama at Birmingham, Birmingham, AL, USA
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
norepinephrine, angiotensin II, smooth muscle cells, afferent arteriole, calcium, Kidney, renal hemodynamics, Physiology, Fysiologi
pages
46 pages
publisher
Mark Kornfeld, Dept. of Physiology & Neuroscience, Sölvegatan 19, S-223 62 Lund, Sweden,
defense location
föreläsningssal 2, Centralblocket, Universitetssjukhuset i Lund
defense date
1997-05-10 10:15
external identifiers
  • Other:ISRN: LUMEDW/MEFN--07--SE
language
English
LU publication?
yes
id
c6ea9c63-bf58-4fd5-807c-a54d3e5445bf (old id 29158)
date added to LUP
2007-06-12 14:51:26
date last changed
2016-09-19 08:45:14
@misc{c6ea9c63-bf58-4fd5-807c-a54d3e5445bf,
  abstract     = {Studies were performed to investigate the influence of the vasoconstrictors angiotensin II (AII) and norepinephrine (NE) on calcium metabolism in smooth muscle cells of afferent arterioles. Fura-2 and image analysis techniques were used to evaluate calcium responses in the proximal and distal parts of afferent arterioles with attached glomeruli. AII and NE increase intracellular calcium concentration ([Ca2+]i) in both the proximal and distal parts of the arteriole. The increase in [Ca2+]i in response to NE is mediated by alpha 1-adrenoceptors which release calcium from intracellular pools. In contrast, AII stimulates calcium influx predominantly by opening voltage-sensitive calcium channels. Following obliteration of the attached glomerulus, the response to AII was absent while the response to NE was intact. Perfusion of the afferent arteriole changed the AII response from monophasic to biphasic, while the response to NE was unaltered. Repeated administration of AII induced strong tachyphylaxis which was partially reversed by stimulating nitric oxide synthase with L-Arginine. Inhibition of protein kinase C blunted the increase in [Ca2+]i in response to AII and NE but not in response to 25 mM K+. A decreased response to NE was also seen during stimulation of beta-adrenoceptors. A similar blunting was observed when cAMP was stimulated with forskolin. Taken together, this study suggests that AII stimulates influx of extracellular calcium while NE releases intracellular calcium in the smooth muscle cells of the afferent arteriole. AII induces strong tachyphylaxis. The response to NE is blunted by beta-adrenoceptor stimulation.},
  author       = {Kornfeld, Mark},
  keyword      = {norepinephrine,angiotensin II,smooth muscle cells,afferent arteriole,calcium,Kidney,renal hemodynamics,Physiology,Fysiologi},
  language     = {eng},
  pages        = {46},
  publisher    = {ARRAY(0xdb5b6a8)},
  title        = {Calcium Responses in the Renal Afferent Arteriole to Angiotensin II and Norepinephrine Stimulation},
  year         = {1997},
}