Originalbefund: Zeitgang der Änderungen des Leitwerts der Nierengefäße (blaue Kurve) während rampenförmiger Änderungen des Nierenarteriendruckes (rote Kurve). Dargestellt sind die relativen Änderungen als Mittelwert ± SEM(n=10 Ratten). Abbildung E

AG Integrative Nierenphysiologie

  • Regulation und Autoregulation der renalen Durchblutung und Oxygenierung
  • pathophysiologische Mechanismen und Prävention der Kontrastmittel-Nephropathie
  • pathophysiologische Mechanismen und Prävention der diabetischen Nephropathie

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Forschungsgegenstand

Die Durchblutung der Niere weist gegenüber anderen Organen bedeutende Unterschiede auf. Das Stromzeitvolumen ist gemessen am Sauerstoffverbrauch sehr hoch. Während bei anderen Organen die aktuelle Stoffwechsellage und damit der O2-Verbrauch die lokale Durchblutung bestimmt, bestimmt bei der Niere die aktuelle Durchblutung den Stoffwechsel und damit den O2-Verbrauch, da ein erhöhter renaler Blutfluss (RBF) und eine in der Regel damit verbundene erhöhte glomeruläre Filtrationsrate (GFR) eine vermehrte tubuläre Resorption erfordern. Trotz hoher Gesamtdurchblutung und niedriger arterio-venöser Differenz des O2-Gehaltes gibt es Nierenregionen mit sehr niedrigem O2-Partialdruck (pO2). Ursache ist die besondere Gefäßarchitektur der Niere, die arterio-venöse O2-Shuntdiffusionen in der Nierenrinde und im Nierenmark zur Folge hat.

An der Regulation der Nierenhämodynamik sind eine Reihe von Faktoren beteiligt, u.a. Angiotensin II (Ang II), Stickstoffmonoxid (NO) und Adenosin. Die Niere verfügt darüber hinaus über Mechanismen der Autoregulation, d. h. einer relativen Konstanz von RBF und GFR bei Änderung des renalen Perfusionsdruckes (RPP). Dazu gehört der myogene Mechanismus, der tubuloglomeruläre Feedback (TGF), und ein dritter, erst neu entdeckter langsamer Mechanismus (3M), der vermutlich eine metabolische Komponente darstellt. Für TGF und 3M wird postuliert, dass sie vor einem Missverhältnis von Resorptionsnotwendigkeit und niedrigem O2-Angebot schützen sollen. Prädestiniert für ein solches Missverhältnis ist der dicke aufsteigende Teil der Henleschen Schleife, der bei hohem O2-Bedarf in einer Region mit niedrigem pO2 lokalisiert ist. Ein solches Missverhältnis wird als zentrales Element in der Pathogenese verschiedener Nierenerkrankungen wie der akuten prärenalen Niereninsuffizienz, der Röntgenkontrastmittel-induzierten Nephropathie (CIN) und der diabetischen Nephropathie (DNP) angesehen.

Frühere Untersuchungen unserer Arbeitsgruppe befassten sich mit der Regulation und Autoregulation der globalen (renaler Blutfluss) und regionalen (kortikalen und medullären) Hämodynamik und Oxygenierung bei Ratten und Mäusen unter physiologischen Bedingungen. In diesem Rahmen haben wir auch eine Reihe von neuen Methoden für Untersuchungen zur Regulation von renaler Hämodynamik und Oxygenierung in vivo entwickelt bzw. etabliert. Dazu gehören u.a. die kontinuierliche gekoppelte Messung von lokalen Perfusions- und Oxygenierungsgrößen sowie eine Reihe spezifischer Testreize zur quantitativen Bestimmung der Autoregulations-Effizienz und des aktuellen Anteils der drei Autoregulationsmechanismen an der Gesamtregulation.

Mittels dieser standardisierten experimentellen in vivo Techniken untersuchen wir zum einen den Beitrag bestimmter Regulationselemente, z.B. des NO-Systems und des Adenosins, zu Regulation und Autoregulation von renaler Hämodynamik und Oxygenierung unter physiologischen Bedingungen, zum anderen pathophysiologische Mechanismen bestimmter Nierenerkrankungen wie der CIN und der DNP, sowie pharmakologische und prozedurale Möglichkeiten der Prävention bzw. Therapie dieser Erkrankungen.


Drittmittelgeförderte Projekte der Arbeitsgruppe

Die Forschung der AG Integrative Nierenphysiologie wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft, das Bundesministerium für Bildung und Forschung und die Industrie unterstützt.

Liste der Drittmittelprojekte

Unsere Untersuchungen werden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Einzelförderungen SE 998/1-1, SE 998/1-3, FL 363/1-1, SE 998/2-1 sowie Forschergruppe FOR 1368, Teilprojekt 3 SE 998/3-2 und Teilprojekt 9 SE 998/4-2), durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (Förderprogramm VIP+) und durch industrielle Partner (BayerPharma AG) gefördert.


Publikationen der Arbeitsgruppe

Die Forschungsergebnisse der Arbeitsgruppe werden in einem breiten Spektrum an Journalen publiziert.

Liste der Publikationen der Arbeitsgruppe Integrative Nierenphysiologie (seit 2006)

Huelnhagen T, Hezel F, Serradas Duarte T, Pohlmann A, Oezerdem C, Flemming B, Seeliger E, Prothmann M, Schulz-Menger J, Niendorf T:
Myocardial effective transverse relasation time T2* correlates with left ventricular wall thickness: A 7.0 T MRI study.
Magnetic Resonance Medicine: 77:2381-2389 (2017)

Fähling M, Seeliger E, Patzak A, Persson PB:
Understanding and preventing contrast-induced acute kidney injury.
Nature Reviews Nephrology 13:169-180 (2017)
 
Cantow K, Flemming B, Seeliger E:
Erroneous data on renal hemodynamics derived from DCE-MRI in rats. Letter to the Editor
Journal of Magnetic Resonance Imaging (2017) Epub ahead of print
 
Lohrke J, Frisk AL, Frenzel T, Schöckel L, Rosenbruch M, Jost G, Lenhard DC, Sieber MA, Nischwitz V, Küppers A, Pietsch H:
Histology and gadolinium distribution in the rodent brain after the administration of cumulative high doses of linear and macrocyclic gadolinium-based contrast agents
Investigative Radiology 52:324-333 (2017) 
 
Jost G, Frenzel T, Lohrke J, Lenhard DC, Naganawa S, Pietsch H:
Penetration and distribution of gadolinium-based contrast agents into the cerebrospinal fluid in healthy rats: a potential pathway of entry into the brain tissue.
European Radiology 27:2877-2885 (2017) 
 
Niendorf T, Flemming B, Evans RG, Seeliger E:
What do BOLD MR imaging changes in donors' remaining kidneys tell us? Letter to the Editor
Radiology 281:653-654 (2016)

Cantow K, Pohlmann A, Flemming B, Ferrara F, Waiczies S, Grosenick D, Niendorf T, Seeliger E:
Acute effects of ferumoxytol on regulation of renal hemodynamics and oxygenation.
Scientific Reports 6: 29965 (2016)

Jost G, Lenhard DC, Sieber MA, Lohrke J, Frenzel T, Pietsch H:
Signal increase on unenhanced T1-weighted images in the rat brain after repeated, extended doses of gadolinium-based contrast agents: Comparison of linear and macrocyclic agents.
Investigative Radiology 51(2): 83-9 (2016)

Cantow K, Arakelyan K, Seeliger E, Niendorf T, Pohlmann A:
Assessment of Renal Hemodynamics and Oxygenation by Simultaneous Magnetic Resonance Imaging (MRI) and Quantitative Invasive Physiological Measurements.
Methods in Molecular Biology 1397:129-54 (2016)

Pohlmann A, Arakelyan K, Seeliger E, Niendorf T:
Magnetic Resonance Imaging (MRI) Analysis of Ischemia/Reperfusion in Experimental Acute Renal Injury.
Methods in Molecular Biology 1397:113-27 (2016)

Grosenick D, Wabnitz H, Macdonald R, Niendorf T, Cantow K, Flemming B, Arakelyan K, Seeliger E:
Characterization of hemodynamics and oxygenation in the renal cortex of rats
Proceedings of SPIE 9319: 93191C-1 (2015)

Niendorf T, Pohlmann A, Reimann HM, Waiczies H, Peper E, Huelnhagen T, Seeliger E, Schreiber A, Kettritz R, Strobel K, Ku MC, Waiczies S:
Advancing cardiovascular, neurovascular, and renal magnetic resonance imaging in small rodents using cryogenic radiofrequency coil technology
Frontiers in Pharmacology 6: 255 (2015)

Ladwig M, Cantow K, Flemming B, Persson PB, Seeliger E:
Comparison of the effects of iodixanol and iopamidol on urine flow, urine viscosity, and glomerular filtration in rats
Journal of Urology and Nephrology 2 (1): 7 (2015)
 
Grosenick D, Cantow K, Arakelyan K, Wabnitz H, Flemming B, Skalweit A, Ladwig M, Macdonald R, Niendorf T, Seeliger E:
Detailing renal hemodynamics and oxygenation in rats by a combined near-infrared spectroscopy and invasive probe approach.
Biomedical Optics Express 6: 309-323 (2015)
 
Niendorf T, Pohlmann A, Arakelyan K, Flemming B, Cantow K, Hentschel J, Grosenick D, Ladwig M, Reimann H, Klix S, Waiczies S, Seeliger E:
How bold is blood oxygenation level-dependent (BOLD) magnetic resonance imaging of the kidney? Opportunities, challenges and future directions.
Acta Physiologica 213: 19-38 (2015)

Lenhard DC, May E, Morgenroth C, Jost G, Haider W, Pietsch H:
Adverse skin reactions to iodinated x-ray contrast agents in healthy rats.
Investigative Radiology 49(12): 779-87 (2014)

Pohlmann A, Arakelyan K, Hentschel J, Cantow K, Flemming B, Ladwig M, Waiczies S, Seeliger E, Niendorf T:
Detailing the relation between renal T2* and renal tissue pO2 using an integrated approach of parametric magnetic resonance imaging and invasive physiological measurements.
Investigative Radiology 49: 547-560 (2014)

Liu Z, Schmerbach K, Lu Y, Perlewitz A, Nikitina T, Cantow K, Seeliger E, Persson PB, Patzak A, Liu R, Sendeski M:
Iodinated contrast media cause direct tubular cell damage, leading to oxidative stress, low nitric oxide, and impairment of tubulo-glomerular feedback.
American Journal of Physiology, Renal Physiology 306: F864-F872 (2014)

Seeliger E, Lenhard DC, Persson PB:
Contrast media viscosity versus osmolality in kidney injury: lessons from animal studies.
Biomed Research International 2014: 358136 (2014)

Seeliger E, Cantow K, Arakelyan K, Ladwig M, Persson PB, Flemming B:
Low-dose nitrite alleviates early effects of an x-ray contrast medium on renal hemodynamics and oxygenation in rats.
Investigative Radiology 49: 70-77 (2014)
 
Arakelyan K, Cantow K, Hentschel J, Flemming B, Pohlmann A, Ladwig M, Niendorf T, Seeliger E:
Early effects of an x-ray contrast medium on renal T2*/T2 MRI as compared to short-term hyperoxia, hypoxia and aortic occlusion in rats.
Acta Physiologica 208: 202-213 (2013) 

Pohlmann A, Hentschel J, Fechner M, Hoff U, Bubalo G, Arakelyan K, Cantow K, Seeliger E, Flemming B, Waiczies H, Waiczies S, Schunck WH, Dragun D, Niendorf T:
High temporal resolution parametric MRI monitoring of the initial ischemia/reperfusion phase in experimental acute kidney injury.
PLoS ONE 8: e57411 (2013) 

Grosenick D, Steinkellner O, Wabnitz H, Macdonald R, Niendorf T, Cantow K, Flemming B, Seeliger E:
Near-infrared spectroscopy of renal tissue in vivo.
Proceeding of SPIE 8578: 85781P-1 (2013)

Pohlmann A, Cantow K, Hentschel J, Arakelyan K,Ladwig M, Flemming B, Hoff U, Persson PB, Seeliger E, Niendorf T:
Linking non-invasive parametric MRI with invasive physiological measurements (MR-PHYSIOL): towards a hybrid and integrated approach for investigation of acute kidney injury in rats.
Acta Physiologica 207: 673-689 (2013)

Andreas K, Georgieva R, Ladwig M, Mueller S, Notter M, Sittinger M, Ringe J: Highly efficient magnetic stem cell labeling with citrate-coated supermagnetic iron oxide nanoparticles for MRI tracking.
Biomaterials 33: 4515-4525 (2012) 

Seeliger E, Ladwig M, Sargsyan L, Cantow K, Persson PB, Flemming B:
Proof of Principle: Hydration by Low-osmolar Mannitol-Glucose Solution Alleviates Undesirable Renal Effects of an Iso-osmolar Contrast Medium in Rats.
Investigative Radiology 47: 240-246 (2012)

Seeliger E, Sendeski M, Rihal CS, Persson PB:
Contrast-induced kidney injury: mechanisms, risk factors, and prevention.
European Heart Journal 33: 2007-2015 (2012)

Haase M, Bellomo R, Story D, Letis A, Klemz K, Matalanis G, Seevanayagam S, Dragun D, Seeliger E, Mertens PR, Haase-Fielitz A
Effect of mean arterial pressure, haemoglobin and blood transfusion during cardiopulmonary bypass on post-operative acute kidney injury.
Nephrol Dial Transplant 27: 153-160 (2012)

Ladwig M, Flemming B, Seeliger E, Sargsyan L, Persson PB
Renal effects of bicarbonate vs. saline infusion for Iso- and Low-osmolar contrast media in rats.
Invest Radiol 46: 672-677 (2011)

Hoff U, Lukitsch I, Chaykovska L, Ladwig M, Arnold C, Manthati VL, Fuller TF, Schneider W, Gollasch M, Müller DN, Flemming B, Seeliger E, Luft FC, Falck JR, Dragun D, Schunck WH
Inhibition of 20-HETE synthesis and action protects the kidney from ischemia/reperfusion injury.
Kidney Intern. 79: 57-65 (2011)

Seeliger E, Becker K, Ladwig M, Wronski T, Persson PB, Flemming B
Up to 50-fold increase in urine viscosity with iso-osmolar contrast media in the rat.
Radiology 256: 406-414 (2010)

Seeliger E, Lunenburg T, Ladwig M, Reinhardt HW
Role of the renin-angiotensin-aldosterone system for control of arterial blood pressure following moderate deficit in total body sodium: Balance studies in freely mowing dogs.
Clinical Experimental Pharmacol. Physiol. 37: e43-e51 (2010)

Seeliger E, Wronski T, Ladwig M, Dobrowolski L, Vogel T, Godes M, Persson PB, & Flemming B
The renin-angiotensin system and the third mechanism of renal blood flow autoregulation.
Am. J. Physiol. Renal Physiol. 296: F1334-F1345 (2009)

Patzak A, Steege A, Lai EY, Brinkmann JO, Kupsch E, Spielmann N, Gericke A, Skalweit A, Stegbauer J, Persson PB, & Seeliger E
Angiotensin II response in afferent arterioles of mice lacking either the endothelial or neuronal isoform of nitric oxide synthase.
Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 294: R429-R437 (2008)

Seeliger E, Flemming B, Wronski T, Ladwig M, Arakelyan K, Godes M, Möckel M & Persson PB
Viscosity of contrast media perturbs renal hemodynamics.
J. Am. Soc. Nephrol. 18: 2912-2920 (2007)

Seeliger E, Ladwig M, & Reinhardt HW
Reply to Dr. Weschler's Letter to the Editor: Under what conditions is ingested sodium rendered osmotically inactive?
Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 291: R858-R859 (2006)

Seeliger E, Ladwig M, & Reinhardt HW
Are large amounts of sodium stored in an osmotically inactive form during sodium retention? Balance studies in freely moving dogs.
Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 290: R1429-R1435 (2006)

Forschungsdatenbank

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