Purpose: The kidney plays a central physiologic role as an oxygen sensor. Nevertheless, the direct mechanism by which this occurs is incompletely understood. We measured renal microvascular partial pressure of oxygen (PkO2) to determine the impact of clinically relevant conditions that acutely change PkO2 including hyperoxia and hemodilution.
Methods: We utilized two-wavelength excitation (red and blue spectrum) of the intravascular phosphorescent oxygen sensitive probe Oxyphor PdG4 to measure renal tissue PO2 in anesthetized rats (2% isoflurane, n = 6) under two conditions of altered arterial blood oxygen content (CaO2): 1) hyperoxia (fractional inspired oxygen 21%, 30%, and 50%) and 2) acute hemodilutional anemia (baseline, 25% and 50% acute hemodilution). The mean arterial blood pressure (MAP), rectal temperature, arterial blood gases (ABGs), and chemistry (radiometer) were measured under each condition. Blue and red light enabled measurement of PkO2 in the superficial renal cortex and deeper cortical and medullary tissue, respectively.
Results: PkO2 was higher in the superficial renal cortex (~ 60 mmHg, blue light) relative to the deeper renal cortex and outer medulla (~ 45 mmHg, red light). Hyperoxia resulted in a proportional increase in PkO2 values while hemodilution decreased microvascular PkO2 in a linear manner in both superficial and deeper regions of the kidney. In both cases (blue and red light), PkO2 correlated with CaO2 but not with MAP.
Conclusion: The observed linear relationship between CaO2 and PkO2 shows the biological function of the kidney as a quantitative sensor of anemic hypoxia and hyperoxia. A better understanding of the impact of changes in PkO2 may inform clinical practices to improve renal oxygen delivery and prevent acute kidney injury.
RéSUMé: OBJECTIF: Les reins jouent un rôle physiologique central en tant que détecteurs d’oxygène. Cependant, le mécanisme direct de ce rôle n’est pas complètement compris. Nous avons mesuré la pression partielle d’oxygène microvasculaire rénal (PkO2) afin de déterminer l’impact de conditions pertinentes d’un point de vue clinique qui modifient de façon aiguë la PkO2, y compris l’hyperoxie et l’hémodilution. MéTHODE: Nous avons utilisé l’excitation à deux longueurs d’onde (spectres rouge et bleu) de la sonde phosphorescente, sensible à l’oxygène, intravasculaire Oxyphor PdG4 afin de mesurer la PO2 dans le tissu rénal de rats sous anesthésie (isoflurane 2 %, n = 6) dans deux conditions de contenu en oxygène du sang artériel (CaO2) altéré : 1) hyperoxie (fraction d’oxygène inspiré 21 %, 30 % et 50 %) et 2) anémie par hémodilution aiguë (valeurs de base, hémodilution aiguë 25 % et 50 %). La tension artérielle moyenne (TAM), la température rectale, les gaz sanguins artériels et la chimie (radiomètre) ont été mesurés dans chacune des conditions. Les lumières bleue et rouge ont permis de mesurer la PkO2 dans le cortex rénal superficiel et les tissus cortical et médullaire plus profonds, respectivement. RéSULTATS: La PkO2 était plus élevée dans le cortex rénal superficiel (~ 60 mmHg, lumière bleue) comparativement au cortex rénal plus profond et à la zone médullaire extérieure (~ 45 mmHg, lumière rouge). L’hyperoxie a entraîné une augmentation proportionnelle des valeurs de PkO2, alors que l’hémodilution a diminué la PkO2 microvasculaire de façon linéaire tant dans les régions rénales superficielles que plus profondes. Dans les deux cas (lumières bleue et rouge), la PkO2 était corrélée au CaO2 mais pas à la TAM. CONCLUSION: La relation linéaire observée entre le CaO2 et la PkO2 montre la fonction biologique du rein en tant que détecteur quantitatif de l’hypoxie anémique et de l’hyperoxie. Une meilleure compréhension de l’impact des changements de la PkO2 pourrait guider les pratiques cliniques afin d’améliorer la distribution d’oxygène aux reins et prévenir l’insuffisance rénale aiguë.
Keywords: CaO2; anemia; microvascular PO2; renal oxygen sensing.