Impact of sodium glucose linked cotransporter-2 inhibition on renal microvascular oxygen tension in a rodent model of diabetes mellitus.

BACKGROUND: The mechanisms whereby inhibitors of sodium-glucose linked cotransporter-2 (SGLT2) exert their nephroprotective effects in patients with diabetes are incompletely understood but have been hypothesized to include improved tissue oxygen tension within the renal cortex. The impact of SGLT2 inhibition is likely complex and region specific within the kidney. We hypothesize that SGLT2 inhibitors have differential effects on renal tissue oxygen delivery and consumption in specific regions of the diabetic kidney, including the superficial cortex, containing SGLT2-rich components of proximal tubules, versus the deeper cortex and outer medulla, containing predominantly SGLT1 receptors. METHODS: We measured glomerular filtration rate (GFR), microvascular kidney oxygen tension (Pk O2 ), erythropoietin (EPO) mRNA, and reticulocyte count in diabetic rats (streptozotocin) treated with the SGLT2 inhibitor, dapagliflozin. Utilizing phosphorescence quenching by oxygen and an intravascular oxygen sensitive probe (Oxyphor PdG4); we explored the effects of SGLT2 inhibition on Pk O2 in a region-specific manner, in vivo, in diabetic and non-diabetic rats. Superficial renal cortical or deeper cortical and outer medullary Pk O2 were measured utilizing excitations with blue and red light wavelengths, respectively. RESULTS: In diabetic rats treated with dapagliflozin, measurement within the superficial cortex (blue light) demonstrated no change in Pk O2 . By contrast, measurements in the deeper cortex and outer medulla (red light) demonstrated a significant reduction in Pk O2 in dapagliflozin treated diabetic rats (p = 0.014). Consistent with these findings, GFR was decreased, hypoxia-responsive EPO mRNA levels were elevated and reticulocyte counts were increased with SGLT2 inhibition in diabetic rats (p < 0.05 for all). CONCLUSIONS: These findings indicate that microvascular kidney oxygen tension is maintained in the superficial cortex but reduced in deeper cortical and outer medullary tissue, possibly due to the regional impact of SGLT-2 inhibition on tissue metabolism. This reduction in deeper Pk O2 had biological impact as demonstrated by increased renal EPO mRNA levels and circulating reticulocyte count.

Renal microvascular oxygen tension during hyperoxia and acute hemodilution assessed by phosphorescence quenching and excitation with blue and red light.

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.

When to transfuse your acute care patient? A narrative review of the risk of anemia and red blood cell transfusion based on clinical trial outcomes.

This narrative review critically evaluates the evidence for risk of anemia and red blood cell (RBC) transfusion. For this purpose, it assesses large prospective randomized-controlled trials (RCTs) in medical, surgical, and critical care patient populations in which the impact of specific hemoglobin transfusion thresholds are compared. In these trials, the risks of anemia relative to those of RBC transfusion are assessed. The results of published systematic reviews and meta-analyses are also discussed. Lastly, recommendations for patient blood management and treatment of anemia are explored. The main conclusion of this review emphasizes that the decision to transfuse RBCs is complex and depends on the interaction between multiple factors including the balance between the risk of anemia and the risk of RBC transfusion, existing patient comorbidities, and medical and surgical exposures. The transfusion thresholds recommended by current guidelines vary for medical and surgical patient populations. Guidelines suggesting specific transfusion thresholds for different patient populations should be viewed as a starting point for making an informed decision about RBC transfusion. Alternatives to transfusion (i.e., patient blood management), biomarkers of anemia-induced tissue hypoxia, and transfusion alternatives should continue to be evaluated in large RCTs, with the goal of improving event-free survival in critically ill and perioperative patients.

RéSUMé: Ce compte rendu narratif évalue de façon critique les données probantes concernant le risque de l'anémie et de la transfusion d'érythrocytes. Pour ce faire, nous avons évalué des études randomisées contrôlées (ERC) prospectives de grande envergure réalisées auprès de populations de patients médicaux, chirurgicaux et de soins intensifs dans lesquelles l'impact de seuils spécifiques de transfusion d'hémoglobine est comparé. Dans ces études, les risques de l'anémie sont comparés aux risques de la transfusion d'érythrocytes. Les résultats des comptes rendus systématiques et méta-analyses publiés sont également présentés. Enfin, les recommandations concernant la gestion du sang des patients et le traitement de l'anémie sont explorées. La conclusion principale de ce compte rendu souligne que la décision de transfuser des érythrocytes est complexe et dépend de l'interaction de plusieurs facteurs, notamment de l'équilibre entre le risque de l'anémie et le risque de la transfusion d'érythrocytes, les comorbidités existantes du patient, et les risques médicaux et chirurgicaux. Les seuils de transfusion recommandés par les directives actuelles sont différents pour les populations de patients médicaux et chirurgicaux. Les directives proposant des seuils de transfusion spécifiques en fonction des différentes populations de patients devraient être considérées comme point de départ pour prendre une décision informée concernant la transfusion d'érythrocytes. Les alternatives à la transfusion (c.-à-d. la gestion du sang des patients), les biomarqueurs d'une hypoxie tissulaire induite par l'anémie et les alternatives à la transfusion devraient continuer à être évalués dans des ERC d'envergure, avec pour but l'amélioration de la survie sans complication des patients en état critique et périopératoires.