MODIFICARI ULTRASTRUCTURALE ALE CELULELOR INSULELOR LUI LANGERHANS PANCREATICE ÎN ABSENTA INFLUENTELOR HORMONALE EPIFIZARE

Headnote

ULTRASTRUCTURAL MODIFICATIONS OF PANCREATIC LANGERHANS ISLETS IN THE ABSENCE OF EPIPHYSIS HORMONAL INFLUENCES. The endocrine pancreas in pigeon consists of three types of Langerhans islets (light, dark and mixed) each one having D, A and B cells in different proportions, representing 42%, 32% and 25%, respectively, from the total amount of endocrine pancreas. The D-cells are electrodense and contain many large spheric secretory granules (300-500 nm) with an adherent membrane to its content. The A-cells are spheric or columnal in shape, having few cell-organelles, a low electrodensity and contain spheric or oval secretory granules (200-400 nm) with a narrow space between the membrane and its content. The B-cells are elongated, electrodense, have many cell-organelles and contain many polymorph secretory granules (180-260 nm) which have in their majority a crystalline content which is separated from the membrane by a halo. After epiphysectomy the A (glucagon-secreting) and B (insulin-secreting) cells appear to be stimulated: the nuclei are enlarged, the synthesis processes are accelerated and the secretory granules increased. The stimulation of the glucagon synthesis is the consequence of the hypoglycemia, caused by pinealectomy. The D (somatostatin-secreting) cells appear to be inhibited, having decreased secretory granules and modifications of some cell-organelles. This seems to be connected only with hypertrophy of the B-cells.

Keywords: pancreatic islets of Langerhans, epiphysiectomy

INTRODUCERE

O serie de cercetari au scos În evidenta relatia functionala dintre epifiza si pancreasul endocrin. Astfel, se considera ca epifiza ar fi reglatorul glandelor endocrine de origine ectodermala (tiroida, paratiroidele si pancreasul endocrin) (Ung et al. 2004, Karbownik 2003, Csaba, Barath 1971). Ei sustin ca insulele endocrine pancreatice sunt influentate direct de epifiza, mai ales pe celulele B asupra carora exercita o influenta inhibitoare, epifizectomia stimulând activitatea lor.

Actiunea hipoglicemianta a epifizei la porumbel este cunoscuta (Ostrowska et al. 2003, Mihail, Giurgea 1979) fiind de asemenea cunoscute si alterarile epifizei intervenite În urma pancreatectomiei (Torres et al. 2003, Mihail 1967, Mihail, Craciun 1981) ca si hipertrofia pancreasului endocrin În urma epifizectomiei (Laure-Kamionowska 2003, Mihail, Molnar, 1965). Recent a fost demonstrata si functia reglatoare exercitata de epifiza asupra metabolismului glucidic precizându-se ca epifiza devine glicoreglatoare În absenta pancreasului endocrin pe care Îl suplineste partial (Picinato et al. 2002, Recio 2003, Mihail, Giurgea, 1979). Pe de alta parte, alti autori aduc dovezi În favoarea eistentei unui ax functional hipotalamo-pancreatic (Diniz 2000, Maltz et al. 1975). Ei sustin ca hipotalamusul poate regla eliberarea insulinei si a glucagonului prin intermediul unui mecanism neurohormonal direct, prin eliberarea unei substante care sa influenteze eliberarea celor doi hormoni insulari. O astfel de substanta a fost e xtrasa din hipotalamus. Ea este un polipeptid cunoscut sub numele de somatostatina. Legat de acest fapt, unii autori considera ca celulele D din pancreasul endocrin de la porumbel secreta somatostatina si nu gastrina asa cum se presupunea (Recio 2003, Orci et al. 1975). Fiind cunoscut faptul ca celulele D sunt procentual cele mai numeroase În pancreasul endocrin de porumbel si ca somatostatina actioneaza ca inhibitor al secretiei de insulina, se presupune ca celulele D ar actiona prin secretia lor, ca reglatori locali ai secretiei de insulina (Recio 2003, Orci et al. 1975). În favoarea acestei ipoteze, s-au raportat punerea În evidenta a unei legaturi directe Între celulele A si B pancreatice, În vederea mentinerii homeostaziei glucozei Între anumite limite, realizându-se astfel pe plan local, În cadrul insulelor, o reglare a glicemiei. Rezulta deci ca insulele pancreasului endocrin au pe lânga reglatori externi ai functiei lor si reglatori interni.

În pancreasul endocrin de la pasari au fost descrise trei tipuri de celule: A, B si D (Zahid et al. 2003, Diniz et al. 2000, Mikami 1971, Orci et al. 1975).

Cercetarile de microscopie optica efectuate pâna În prezent asupra pancreasului endocrin de la porumbel (Diniz et al. 2000, Kobayaschi, Fujita 1969, Orci et al. 1975) au evidentiat faptul ca lobulii pancreatici cuprind trei tipuri de insule: insule clare", În care predomina celulele B, Înconjurate de celule D; insule Întunecate" care contin celule D si A; insule mixte" care cuprin În majoritate celule D si A si putine celule B. Studiile cantitative efectuate au stabilit procentual ca celulele D sunt cele mai numeroase (42%), fiind urmate de celulele A (32%) si apoi de celulele B (25%).

MATERIAL SI METODA

Pentru cercetarile electronomicroscopice, frag-mentele de pancreas au fost prefixate În solutie de glutaraldehida 2,5% În tampon fosfat 0,1M, la un pH de 7,2, timp de 2 orem la temperatura de 4°C. Dupa patru spalari succesive În acelasi tampon fosfat, piesele au fost postfixate În solutie de acid osmic 1% În tampon fosfat 0,15M, timp de o ora, la 4°C. Deshidratarea s-a facut În acetona, iar includerea În Vestopal W. Sectiunile au fost contrastate cu acetat de uranil si citrat de plumb si examinate la un microscop electronic Tesla BS-613.

REZULTATE SI DISCUTII

Ultrastructura celulelor B

a. Lotul martor

Celulele B se prezinta de obicei ca având forme neregulate, alungite (fig. 1). Nucleul lor este alungit În axul mare al celulelor (fig. 1) si este predominant eucromatic. Caracteristica principala a acestor celule o constituie prezenta unor granule de secretie de tip polimorf; ele pot fi sferice sau cel mai adesea au substanta de secretie cristalizata sub diferite forme: de bara, inel sau de mase amorfe. Substanta de secretie se distinge prin electrodensitatea ei ridicata si prin faptul ca lasa În jurul ei un spatiu de slaba electrodensitate (fig. 1). Masuratorile efectuate de noi asupra dimensiunilor granulelor B arata ca diametrul lor este cuprins Între 180-260 nm. Granulele sunt relativ numeroase.

Matricea citoplasmatica este bogata În ribozomi liberi, conferindu-i o electrodensitate crescuta. Mitocondriile au o matrice densa si un diametru mediu de 350 nm. Pe suprafata de sectiune a unei celule se observa, de obicei, câte 1-2 complexe golgiene (fig. 1), alcatuite din 2-3 saci aplatizati, macrovezicule clare si microvezicule mediu electrodense. Reticulul endoplasmic este de tip granular (REG) si este constituit din câteva profile Înguste care sunt dispuse paralel cu conturul nucleului.

b. Lotul epifizectomizat

Reactia celulelor B În urma epifizectomiei este evidenta. Se constata o crestere În volum a celulelor si o intensificare a proceselor de sinteza celulara. Astfel, REG este mult mai numeros decât la martor si dispus În 3-4 profile paralele care Înconjoara aproape continuu nucelul (fig. 2). El este foarte bogat tapetat cu ribozomi. Ca urmare a intensificarii activitatii de sinteza, cantitatea granulelor de secretie este mult crescuta (fig. 3). Semnalam si o crestere În diametru a granulelor, unele din ele dublându-si practic volumul (diametru 50 nm). Numarul mitocondriilor pe unitate de suprafata de sectiune celulara este de asemenea crescut (fig. 2).

Aceste date dovedesc ca activitatea celulelor B insulare este influentata de epifiza care actioneaza ca inhibitor al activitatii lor. Epifizectomia a condus la eliminarea acestei influente inhibitoare si În consecinta la o crestere a activitatii celulelor B caracterizata prin marirea sintezei de insulina.

Ultrastructura celulelor A

a. Lotul martor

Celulele A sunt dispuse de obicei În vecinatatea celulelor D si la periferia insulelor, fiind alipite de pancreasul exocrin. Celulele au o forma sferica sau cilindrica, cu organite putine si relativ multe granule (fig. 4). Matricea citoplasmatica este mai putin densa decât a celulelor B si D. Nucleul este relativ mare În raport cu volumul celulei, este sferic sau usor alungit, iar la celulele cilindrice este dispus la unul din polii celulei. Granulele de secretie sunt sferice sau sferice-ovale, multe dintre ele prezentând o prelungire caracteristica (fig. 4). Granulele sunt delimitate de o membrana simpla care lasa un mic spatiu fata de substanta de secretie. Diametrul granulelor este cuprins Între 200-400 nm. REG este constituit din putine profile Înguste care sunt dispersate printre granulele de secretie si pe lânga peretii celulari (fig. 4). Mitocondriile nu sunt numeroase si sunt raspândite printre granule; mitocondriile au matricea electrodensa si un diametru de 250-300 nm, cu o lungime de 800-1500 nm (fig. 4). În matricea citoplasmatica se gasesc ribozomi liberi relativ uniform distribuiti. Complexul Golgi nu este evident.

b. Lotul epifizectomizat

Studiul celulelor A de la acest lot ne releva o crestere a electrodensitatii matricei celulare si o Înmultire a elementelor celulare (fig. 5). Constatam ca numarul granulelor de secretie pe unitate de suprafata celulara este sensibil crescut fata de lotul martor. Acelasi lucru se poate spune si referitor la ribozomii liberi si REG. În plus, În unele celule se evidentiaza si complexul Golgi. Mitocondriile nu sufera nici o modificare.

Aceste date ne permit sa afirmam ca celulele A sunt stimulate În urma epifizectomiei. Cresterea sintezei si secretiei glucagonului la acest lot se datoreste fara Îndoiala starii hipoglicemice rezultate În urma epifizectomiei. Este vorba deci de o stimulare indirecta cauzata de epifizectomie.

Ultrastructura celulelor D

a. Lotul martor

Celulele D au de obicei o forma triunghiular neregulata. Ele sunt dispuse cu predilectie de-a lungul capilarelor (ZAHID et al. 2003, DINIZ et al. 2000, KOBAYASHI, FUJITA 1969) si atât În interiorul insulelor cât si la periferia lor (fig. 6). Celulele sunt numeroase, electrodense si constituie cea mai Însemnata parte a insulelor Întunecate" observate la microscopul optic (42% din celulele insulare).

Celulele D se caracterizeaza printr-o cantitate mare a granulelor de secretie si prin marimea acestor granule. Dupa masuratorile noastre ele au 300-500 nm. La mamifere Însa granulele celulelor D (granule delta) sunt mult mai mici, ele atingând 200 nm În diametru la cobai. Spre deosebire de granulele ß si a, la granulele d membrana lor limitanta este strâns alipita de substanta granulei, lipsind orice spatiu liber. De asemenea aceste granule sunt aproape perfect sferice (fig. 6, 7). Marea majoritate a granulelor sunt electrodense, dar se gasesc si putine granule imature, slab electrodense (fig. 7).

Matricea citoplasmatica este foarte electrodensa prezentând foarte multi ribozomi liberi. Nucleul celulei este polimorf, adesea cu indentatii si este dispus de obicei la polul celular cel mai Îndepartat de capilarul sanguin apropiat (fig. 6). REG este În cantitate mica si prezent sub forma de profile scurte si Înguste, distribuite printre granulele de secretie (fig. 7). Pe suprafata de sectiune a unei celule D, se observa totdeauna unul sau mai multe complexe Golgi care sunt constituite din câte 2-4 saci aplatizati, electrodensi si din câteva macrovezicule. Celulele D au relativ multe mitocondrii În comparatie cu celulele A. Aceste mitocondrii se deosebesc fata de cele ale celulelor A si B atât prin forma cât si prin marime si electrodensitate. Astfel, ele sunt slab electrodense si cel mai adesea sunt de forma ovala. Diametrul lor este cuprins Între 300-600 nm iar lungimea Între 1000-1500 nm.

b. Lotul epifizectomizat

Comparativ cu celulele D de la lotul martor, modificarile ultrastructurale semnalate la acest lot, constau În primul rând Într-o usoara reducere a cantitatii granulelor de secretie (fig. 8, 9). De asemenea, În unele celule D, prezenta granulelor imature este ceva mai mare (fig. 8), În timp ce la altele electrodensitatea matricei citoplasmatice este mai slaba (fig. 9). REG si complexele Golgi sunt mai bine reprezentate fiind În numar mai mare, dar prezinta usoare dilatari. Mitocondriile nu prezinta modificari.

Observatiile de mai sus ne sugereaza ca activitatea acestor celule este usor diminuata În comparatie cu martorul. Acest fapt ar fi În concordanta cu starea hipertrofica a celulelor B ale acestui lot, aceasta daca se ia În considerare observatiile lui DINIZ et al. 2000, ORCI et al. 1975, care atribuie secretiei acestor celule (somatostatina) capacitatea de inhibare a secretiei insulinice. Respectiv diminuarea activitatii celulelor D ale acestui lot sugereaza ca ele nu intervin În inhibarea secretiei de insulina, fapt constatat si prin cresterea hipoglicemiei.

CONCLUZII

Am observat ca În urma epifizectomiei a crescut activitatea celulelor B si s-a marit cantitatea granulelor de secretie insulinica. Acest fapt a condus la o hipoglicemie. În mod normal, la acest lot, activitatea crescuta a celulelor B ar fi trebuit sa fie inhibata prin administrarea epifizanului, ori mai constatam ca sinteza hormonului a continuat ducând la o supraÎncarcare a celulelor si la aparitia de alterari celulare care se datoresc tocmai acestei supraÎncarcari. Se stie ca hipoglicemia stimuleaza activitatea celulelor A. Într-adevar constatam o crestere a activitatii si a cantitatii de granule În celulele A În urma epifizectomiei (fig. 6). Cresterea secretiei de glucagon conduce la o stimulare a sintezei si secretiei de insulina. Lipsând influenta inhibitoare a epifizei si fiind stimulate de secretia de glucagon, celulele B ajung sa fie hiperactive. Rata eliberarii insulinei din celule este Însa cu mult depasita de rata sintezei hormonului fapt care duce la supraacumularea lui În celule. Bazati pe aceste observatii putem afirma ca epifizanul, cel putin În doza administrata nu numai ca nu suplineste functia inhibitoare a epifizei asupra sintezei de insulina, dar nu induce nici o modificare decelabila la nivel ultrastructural. S-ar putea ca epifizanul singur, În lipsa conexiunilor nervoase ale epifizei sa nu aiba eficienta pe care Îl are hormonul eliberat direct de glanda epifizara.

Mai pot fi luate În considerare si observatiile referitoare la capacitatea de inhibare locala a secretiei de insulina de catre somatostatina, hormonul produs de celulele D. Daca aceasta relatie este valida, Înseamna ca influenta somatostatinei s-a manifestat prin blocarea secretiei de insulina pe fondul unei stimulari continue a sintezei si acumularii insulinei În celulele B.

În conditiile În care am constatat ca Epifizanul nu suplineste functia inhibitoare a epifizei asupra activitatii celulelor B este greu de crezut ca acest extract epifizar ar Îndeplini aceasta functie inhibitoare a sintezei de insulina prin intermediul stimularii somatostatinei celulelor D. Este mult mai logic sa atribuim aceasta crestere a activitatii celulelor D si implicit inhibarea secretiei insulinei celulelor B unui mecanism intern, existent la nivelul insulelor pancreatice. Intrarea lui În functie s-ar datora nu unui stimul functional normal, ci, tocmai datorita perturbarii functiei insulare, În conditiile stimularii prelungite necontrolate a activitatii sintezei de insulina si a unei hipoglicemii persistente, În urma epifizectomiei.

References

BIBLIOGRAFIE

Csaba, G, Barath, P, Are Langerhans' islets influenced by the pineal body? Experentia 27, 1971, 962.

Diniz JS, Oliveira EA, Servilha MM, Diabetes insipidus as an early clinical manifestation of pineal tumor, J Pediatr (Rio J). 2000 Sep-Oct;76(5):383-6.

Karbownik M, Lewinski A, The role of oxidative stress in physiological and pathological processes in the thyroid gland; possible involvement in pineal-thyroid interactions, Neuro Endocrinol Lett. 2003;24(5):293-303.

Kobayashi, S, Fujita T, Fine structure of mammalian and avian pancreatic islets with a special reference to D cells and nervous elements, Z. Zellfarsch, 100, 1969, 340-363.

Laure-Kamionowska M, Maslinska D, Deregowski K, Czichos E, Raczkowska B, Morphology of pineal glands in human foetuses and infants with brain lesions, Folia Neuropathol. 2003;41(4):209-15.

Maltz JH, Fawcett CP, McCann SM, The hypothalamo-pancreatic axis: Evidence for a neurohormonal pathway in the control of the release of insulin and glucagon, End. Res. Comm., 2, 1975, 537-547.

Mihail, N, Consecinte morfofunctionale În urma pancreatectomiei la porumbel, St. Cerc Biol. Ser. Zool., 19, 1967, 57-60.

Mihail N, Molnar B, Folgeerschlinungen nach Epiphysektomie bei der Taube, Naturwiss, 52, 1965, 433.

Mihail N, Giurgea R, Aspects of carbohydrate metabolism after pinealectomy in normal and pancreatectomized pigeon, Rev. roum. Med. Endocrinol., 17, 1979, 255-258.

Mihail N, Craciun C, Ultrastructural modifications in the pigeon islets of Langerhans after epiphysectomy and treatment with epifizan, Z Mikrosk Anat Forsch. 1981;95(6):1011-26.

Mikami S, Mutoh K, Light and electron microscopic studies of the pancreatic islet cells in the chicken under normal and experimental conditions, Z. Zellfarsch, 116, 1971, 205-227.

Orci L, Baetens D, Dubois MP, Rufener C, Evidence for the D-cell of the pancreas secreting somatostatin, Horm. Metab. Res., 7, 1975, 400-402.

Orci L, Malaisse-Lange F, Ravazzola M, Rouiller D, Renold AE, Perrelet A, Unger R, A morphological basis for intercellular communication between a and ß cells in the endocrine pancreas, J. Clin. Invest. 56, 1975, 1066-1070.

Ostrowska Z, Kos-Kudla B, Nowak M, Swietochowska E, Marek B, Gorski J, Kajdaniuk D, Wolkowska K, The relationship between bone metabolism, melatonin and other hormones in sham-operated and pinealectomized rats, Endocr Regul. 2003;37(4):211-24.

Picinato MC, Haber EP, Carpinelli AR, Cipolla-Neto J, Daily rhythm of glucose-induced insulin secretion by isolated islets from intact and pinealectomized rat, J Pineal Res. 2002 Oct;33(3):172-7.

Recio Pascual JM, Current view of the pineal gland, An R Acad Nac Med (Madr). 2003;120(2):337-46.

Torres K, Staskiewicz GJ, Darocha T, Czarnota A, Los T, Maciejewski R, Morphometry of the pineal gland in overweight individuals, Ann Univ Mariae Curie Sklodowska. 2003;58(2):270-5.

Ung CY, Molteno AC, An enigmatic eye: the histology of the tuatara pineal complex, Clin Experiment Ophthalmol. 2004 Dec;32(6):614-8.

Zahid A, Unravelling the role of pineal gland, J Coll Physicians Surg Pak. 2003;13(10):611-5.