Theoretical analysis of pathogenetic mechanisms in experimental acute renal failure

Abstract Theoretical analysis of pathogenetic mechanisms in experimental acute renal failure. A network thermodynamic model of glomerular dynamics has been employed to determine the degree of change in individual glomerular vascular resistances, hydraulic conductivity and proximal tubule pressure that, singly or in concert, could lower GFR to the degree expected in experimental acute renal failure (ARF). In both the rat and dog, the analysis shows that filtration failure is not achieved until preglomerular resistance (R A ) is increased at least twofold or postglomerular resistance (R E ) is decreased by 74% or more with all other determinants held at control values. Tubular obstruction alone will not provide failed filtration until tubule pressure is increased to 30 to 40mm Hg in the rat and 44mm Hg in the dog. A much smaller change in tubular pressure can contribute greatly to the development of filtration failure, however, when occurring in association with major change in individual vascular resistances. Glomerular capillary resistance must be increased to a value more than twice the normal sum of R A and R E (> fivefold in the dog), and glomerular capillary hydraulic conductivity lowered to below 5% of control, as isolated changes, before full filtration failure is approached. There is no reason to believe that most forms of ARF relate to only a single abnormality, however, and the effect of concomitant changes in individual resistances, hydraulic conductivity and proximal tubule pressure on glomerular filtration and blood flow is presented in the text and figures. A possible mechanism by which altered blood viscosity at the efferent arteriole may contribute to ARF is discussed and quantified. The degree of change in any determinant required to exert a given effect on filtration is independent of etiology, thus rendering the results of this analysis equally valid for any other pathological event which causes a significantly reduced GFR in the rat or dog. Analyse theorique des mecanismes pathogeniques dans l'insuffisance renale aigue experimentale. Un modele thermodynamique en reseau de la dynamique glomerulaire a ete utilise pour determiner le degre de modification des resistances vasculaires glomerulaires, de la conductivite hydraulique et de la pression tubulaire proximale individuelles qui individuellement ou ensemble pourraient diminuer le debit de filtration glomerulaire au degre attendu dans l'insuffisance renale aigue experimentale (ARF). Chez le rat et le chien, l'analyse indique que la baisse de filtration n'apparait que lorsque la resistance preglomerulaire (R A ) est augmentee au moins deux fois, ou que la resistance postglomerulaire (R E ) est diminuee de 74% ou plus avec tous les autres parametres maintenus aux valeurs controle. L'obstruction tubulaire par elle-meme n'entrainera pas de diminution de la filtration tant que la pression tubulaire n'aura pas ete augmentee de 30 a 40mm Hg chez le rat et de 44mm Hg chez le chien. Des modifications beaucoup plus faibles de la pression tubulaire peuvent toutefois grandement contribuer a l'apparition d'une diminution de la filtration lorsqu'elle survient en association avec une modification importante des resistances vasculaires individuelles. La resistance capillaire glomerulaire doit etre augmentee a une valeur superieure au double de la somme normale de R A et de R E (> cinq fois chez le chien) et la conductivite hydraulique capillaire glomerulaire diminuee a moins de 5% du controle, ces modifications etant isolees, avant qu'un arret total de la filtration soit atteint. Il n'y a toutefois pas de raison de penser que la plupart des formes d'ARF soient en rapport avec une anomalie seulement, et l'effet des modifications concomitantes des resistances, de la conductivite hydraulique et de la pression tubulaire proximale individuelles sur la filtration glomerulaire et le flux sanguin est presente dans le texte et les figures. Un mecanisme possible, dans lequel une alteration de la viscosite sanguine dans l'arteriole efferente pourrait contribuer a l'AFR est discute et quantifie. Le degre de modification de chaque parametre necessaire pour entrainer un effet donne sur la filtration est independant de la cause, rendant ainsi les resultats de l'analyse egalement valables pour toute autre condition pathologique entrainant une diminution significative du GFR chez le rat ou le chien.