Renal morphology and glomerular capillarisation in young adult sheep born moderately preterm

Preterm birth (delivery <37 weeks of gestation) is associated with impaired glomerular capillary growth in neonates; if this persists, it may be a contributing factor in the increased risk of hypertension and chronic kidney disease in people born preterm. Therefore, in this study, we aimed to determine the long-term impact of preterm birth on renal morphology, in adult sheep. Singleton male sheep were delivered moderately preterm at 132 days (~0.9) of gestation (n = 6) or at term (147 days gestation; n = 6) and euthanised at 14.5 months of age (early adulthood). Stereological methods were used to determine mean renal corpuscle and glomerular volumes, and glomerular capillary length and surface area, in the outer, mid and inner regions of the renal cortex. Glomerulosclerosis and interstitial collagen levels were assessed histologically. By 14.5 months of age, there was no difference between the term and preterm sheep in body or kidney weight. Renal corpuscle volume was significantly larger in the preterm sheep than the term sheep, with the preterm sheep exhibiting enlarged Bowman’s spaces; however, there was no difference in glomerular volume between groups, with no impact of preterm birth on capillary length or surface area per glomerulus. There was also no difference in interstitial collagen levels or glomerulosclerosis index between groups. Findings suggest that moderate preterm birth does not adversely affect glomerular structure in early adulthood. The enlarged Bowman’s space in the renal corpuscles of the preterm sheep kidneys, however, is of concern and merits further research into its cause and functional consequences.

MORPHOFUNCTIONAL CHARACTERISTICS OF KIDNEYS IN RATS DRINKING LIMEWATER

Long-term consumption of drinking water with an increased concentration of vital trace elements Ca2+ and Mg2+ causes changes in osmo- and ion-regulating kidney functions. However, the mechanism of such changes is not entirely clear. The aim of the study was to evaluate the effect of water with an increased Ca2+ and Mg2+ concentration on kidney morphology in rats. Materials and Methods. Long-term experiments were carried out on 5 control groups of Wistar rats weighing 200–250 gr (n=110) and 4 experimental groups, which had been drinking water with different Ca2+ and Mg2+concentration for 6 months. In control groups, drinking water corresponded to sanitation and hygiene standards and contained 20 mg/dm3 of Ca2+ and 7 mg/dm3 of Mg2+; in experimental group 1, Ca2+concentration was 60 mg/dm3, and in experimental group 3 Мg2+ concentration was 35 mg/dm3, which corresponded to the hygienic standard; Ca2+ and Mg2+ concentration in groups 2 and 4 were equal to 120 mg/dm3 and 70 mg/dm3, respectively, which corresponded to the upper limit of the hygienic standard. Ca2+concentration in groups 3 and 4 and Mg2+ concentration in groups 1 and 2 corresponded to sanitation and hygiene standards. On the 182nd day of observation, animals of all groups were removed from the experiment and their kidneys were taken for morphological analysis. Kidney samples were fixed in a 10% solution of neutral formalin (C3H7OH) for 4–7 days. The general morphological picture was studied on hematoxylin and eosin-stained survey samples. Results. The greatest changes in the renal glomerulus structure were observed in experimental groups 2 and 4. The authors observed a significant increase in the renal corpuscle area and a decrease in the urinary space area in comparison with the control. Red cell adherence in the glomerular capillaries could be explained by the loss of negative charge by proteoglycans of the red cells glycocalyx under the influence of Ca2+ and Mg2+ cations. In group 1 and group 2 kidney samples, the described morphological signs were minimal and did not differ significantly from the control. Conclusion. Consumption of drinking water with a high concentration of Ca2+ and Mg2+ leads to structural changes in the renal corpuscle and can cause impairments in the osmo- and ion-regulating kidney functions. Keywords: kidney, morphology, magnesium, calcium, hardness, drinking water, rat. Длительное потребление питьевой воды с повышенным содержанием витальных микроэлементов Ca2+ и Mg2+ вызывает изменение осмо- и ионорегулирующей функций почек. Однако механизм этих изменений не совсем понятен. Цель исследования – оценить влияние воды с повышенным содержанием Ca2+ и Mg2+ на морфологию почек крыс. Материалы и методы. Хронические эксперименты выполнены на 5 группах крыс линии Wistar массой 200–250 г (n=110) – контрольной и 4 экспериментальных, которые в течение 6 мес. получали питьевую воду с различным содержанием Ca2+ и Mg2+. В контрольной группе питьевая вода соответствовала санитарно-гигиеническим нормам и содержала 20 мг/дм3 Са2+ и 7 мг/дм3 Мg2+; в 1-й экспериментальной группе концентрация Са2+ составляла 60 мг/дм3, а в 3-й – магния 35 мг/дм3, что соответствовало оптимальной гигиенической норме; концентрация Са2+ и Мg2+ во 2-й и 4-й группах были равны 120 мг/дм3 и 70 мг/дм3 соответственно, что отражало верхнюю границу допустимой гигиенической нормы. Концентрации Са2+ в 3-й и 4-й группах и Мg2+ в 1-й и 2-й группах соответствовали санитарно-гигиеническим нормам. На 182-е сут наблюдения животных всех групп выводили из эксперимента и забирали почки для проведения морфологического анализа. Образцы данного органа фиксировали в 10 % растворе нейтрального формалина (C3H7OH) в течение 4–7 сут. Изучение общей морфологической картины осуществляли на обзорных препаратах, окрашенных гематоксилином Бемера и эозином. Результаты. Наибольшие изменения в структуре почечного клубочка наблюдались у крыс 2-й и 4-й экспериментальных групп. Обнаружено достоверное увеличение площади почечных телец и уменьшение площади мочевого пространства по сравнению с контрольными образцами. Наличие признаков сладж-феномена эритроцитов в капиллярах клубочка может объясняться потерей отрицательного заряда протеогликанами гликокаликса эритроцитов под влиянием катионов Са2+ и Мg2+. В образцах почек крыс 1-й и 3-й групп описанные морфологические признаки были минимальными и достоверно не отличались от контроля. Выводы. В условиях потребления питьевой воды с избыточным содержанием Са2+ и Мg2+ происходит изменение структуры почечного тельца, что может привести к нарушениям осмо- и ионорегулирующей функций почек. Ключевые слова: почка, морфология, магний, кальций, жесткость, питьевая вода, крыса.

MORPHOLOGICAL SUBSTANTIATION OF THE POSSIBILITY OF CREATING A BILATERAL MODEL OF ISCHEMIA- REPERFUSION

Цель - выявить и изучить степень выраженности морфологических изменений структур коркового и мозгового вещества почки на фоне смоделированной билатеральной модели ишемии-реперфузии. Материал и методы. Эксперименты проведены на 50 крысах-самцах линии Вистар массой 180-220 г. Моделирование билатеральной модели ишемии-реперфузии проводилось путем наложения атравматичных зажимов на обе почечные ножки на 40 мин. Через 24 или 72 ч реперфузии проводили оценку выраженности структурных изменений в корковом и мозговом веществе почки с использованием гистологических и морфометрических методик. Измеряли высоту эпителиоцитов в проксимальном и дистальном извитых канальцах нефрона, площадь поперечного сечения почечного тельца, клубочка и капсулярного пространства. Результаты. Полученные морфологические изменения в виде нарушения структурности эпителия как в корковом, так и в мозговом веществе почки на 1-е сутки эксперимента имеют тенденцию к увеличению степени их выраженности. К 3-м суткам эксперимента наиболее выраженные реактивно-деструктивные изменения визуализируются в реабсорбционносекреторных отделах нефрона, которые проявляются в виде снижения высоты эпителиоцитов проксимальных и дистальных канальцев, отслоением их от базальной мембраны и слущиванием. Усугубление схожей морфологической картины происходило в собирательных трубках, в просветах которых определялись конгломераты из отслоившихся от базальной мембраны погибших клеток эпителия. Выявленные реактивно-деструктивные изменения в почках морфологически обосновывают адекватность создания модели ишемии-реперфузии. Выводы. 40-минутная билатеральная ишемия почек с последующей реперфузией в течение 1-3 сут приводит к выраженным структурным изменениям в почках, что соответствует характеристике острого почечного повреждения. Objective - to identify and study the severity of morphological changes in the structures of the renal cortex and medulla in the bilateral model of ischemia-reperfusion. Material and methods. The experiments were performed on 50 male Wistar rats weighing 180-220 grams. A bilateral ischemia-reperfusion was modelled by applying atraumatic clamps to both kidney pedicles for 40 minutes. After 24 or 72 hours of reperfusion, the severity of structural changes in the renal cortex and medulla was assessed using histological and morphometric techniques. The height of epithelial cells in the proximal and distal convoluted tubules of the nephron, the cross-sectional area of the renal corpuscle, glomerulus and capsular space were measured. Results. Severe structural changes in the renal tissue affecting both the tubular and glomerular apparatus of the kidneys were found, with the increase in pathological changes from the first to the third days of the experiment in the form of a decrease in the epithelial height of the distal and proximal tubules, as well as a decrease in the area of the renal corpuscle and vascular glomerulus. The morphological changes in the form of a structural damage of the epithelium of both renal cortex and medulla were detected on the 1st day of the experiment, and they tend to increase their severity. By the 3rd day of the experiment, the most pronounced reactive-destructive changes were visualized in the reabsorption-secretory sections of the nephron. They were manifested as a decrease in the height of the proximal and distal tubule epithelial cells, their exfoliation from the basement membrane and desquamation. The similar but more aggravated morphological picture was seen in collecting tubes, where conglomerates of dead epithelial cells exfoliated from the basement membrane were found in the gaps. The revealed reactive-destructive changes in the kidneys morphologically substantiate the adequacy of creating a model of ischemia-reperfusion. Conclusions. A 40-minute bilateral renal ischemia followed by reperfusion leads to severe structural changes in the kidneys in 1-3 days, which corresponds to a characteristic of acute renal damage.