Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.


Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

 

"Gastroenterology" Том 51, №4, 2017

Back to issue

Structural transformation of the pancreatic duct system in patients with chronic pancreatitis

Authors: Михеев Ю.А.(1), Евсеев А.В.(2), Канаки А.В.(3)
(1) — ГУ «Запорожская медицинская академия последипломного образования Министерства здравоохранения Украины», г. Запорожье, Украина
(2) — Запорожский государственный медицинский университет, г. Запорожье, Украина
(3) — КУ «Запорожское областное патологоанатомическое бюро», г. Запорожье, Украина

Categories: Gastroenterology

Sections: Clinical researches

print version


Summary

Актуальність. Клітини проток становлять до 30 % від маси підшлункової залози (ПЗ) людини, а збільшення кількості бранчів проток відноситься до одних із перших сонологічних ознак хронічного панкреатиту (ХП). Мета дослідження — визначення морфологічних й імуногістохімічних особливостей протокової системи ПЗ хворих на ХП, яким були виконані резекційні та дренуючі операції з приводу ускладнень хронічного панкреатиту. Матеріали та методи. Проведено імуногістохімічне дослідження операційного матеріалу 40 хворих з ускладненим хронічним панкреатитом з використанням реакцій на α-ізоформу гладком’язового актину (α-SMA), десмін, фібронектин й колаген I типу. Результати. Характерна морфологічна картина розвитку ХП є поєднанням фіброзування з деформацією протокової системи за рахунок перидуктального фіброзу з розширенням міждолькових фіброзних септ, потовщенням інтралобулярних сполучно­тканинних тяжів, а також значною звивістістю і розширенням проток з ретенційними кістами. Значна структурна перебудова протокової системи ПЗ у хворих на ХП спостерігалася в 87,5 % випадків, в 17,5 % випадків картина доповнювалася явищами ацинарно-протокової метаплазії з трансформацією ацинарних клітин у протокові і формуванням дрібних дуктулоподібних структур, так званих тубулярних комплексів. У 7,5 % випадків в головній панкреатичній протоці визначалися вогнища атрофії протокового епітелію, які чергувалися з вогнищами папілярної інтраепітеліальної гіперплазії епітелію (PanIN). Розвитку панкреатичного фіброзу при ХП сприяє накопичення α-SMA+-активованих панкреатичних зірчастих клітин, що синтезують надлишок компонентів екстрацелюлярного матриксу, зокрема колагену I типу. Середня площа колагену І типу та інтенсивність його експресії були вірогідно нижче при зниженій експресії α-SMA (p < 0,05) і вірогідно вище у випадках вираженої експресії фібронектину (p < 0,05). Висновки. Вивчення структурних змін протокової системи ПЗ з використанням методів імуногістохімії є одним із способів покращення ранньої діагностики ускладнень ХП.

Актуальность. Клетки протоков составляют до 30 % от массы поджелудочной железы (ПЖ) человека, а увеличение количества бранчей протоков относится к одним из первых сонологических признаков хронического панкреатита (ХП). Цель исследования: определение морфологических и иммуногистохимических особенностей протоковой системы ПЖ больных ХП, которым были выполнены резекционные и дренирующие операции по поводу осложнений хронического панкреатита. Материалы и методы. Проведено иммуногистохимическое исследование операционного материала 40 больных с осложненным хроническим панкреатитом с использованием реакций на α-изоформу гладкомышечного актина (α-SMA), десмин, фибронектин и коллаген I типа. Результаты. Характерная морфологическая картина развития ХП представляет собой сочетание фиброзирования с деформацией протоковой системы за счет перидуктального фиброза с расширением междольковых фиброзных септ, утолщением интралобулярных соединительнотканных тяжей, а также со значительной извитостью и расширением протоков с ретенционными кистами. Значительная структурная перестройка протоковой системы ПЖ у больных ХП наблюдалась в 87,5 % случаев, в 17,5 % случаев картина дополнялась явлениями ацинарно-протоковой метаплазии с трансформацией ацинарных клеток в протоковые и формированием мелких дуктулоподобных структур, так называемых тубулярных комплексов. В 7,5 % случаев в главном панкреатическом протоке определялись очаги атрофии протокового эпителия, которые чередовались с очагами папиллярной интраэпителиальной гиперплазии эпителия (PanIN). Развитию панкреатического фиброза при ХП способствует накопление α-SMA+ активированных панкреатических звездчатых клеток, синтезирующих избыток компонентов экстрацеллюлярного матрикса, в частности коллагена I типа. Средняя площадь коллагена І типа и интенсивность его экспрессии были достоверно ниже при сниженной экспрессии α-SMA (p < 0,05) и достоверно выше в случаях выраженной экспрессии фибронектина (p < 0,05). Выводы. Изучение структурных изменений протоковой системы с использованием методов иммуногистохимии является одним из способов улучшения ранней диагностики осложнений ХП.

Background. Chronic pancreatitis (CP) is characterized by a number of specific changes in the structure and function of the pancreas, including atrophy of functional tissue, fibrosis and ductal degeneration, a decrease in the number of islets. Despite a large number of possible etiological factors, the main pathophysiological mechanisms of CP development have much in common. Thus, with the preservation of secretory activity under obstruction of the ducts and their compensatory expansion, pancreatic secret infiltrates the surrounding tissue with the formation of edema, followed by intrapancreatic activation of digestive enzymes, in particular trypsinogen, which initiates proteolytic necrobiosis of the pancreocytes. The duct cells make up to 30 % of the human pancreas, compared to 1–2 % of endocrine cells. One of the first signs of CP is the abnormal increase in the number of ductal branches. It has also been shown that in the ducts of CP patients, the number of cells containing insulin increases, as well as cells that contain other endocrine and exocrine markers. Modeling chronic, acute and complicated pancreatitis in rats also confirmed that epithelial cells are involved in the regulation of extracellular matrix of the pancreas. Materials and methods. Comprehensive histopathological and immunohistochemical (IHC) study was performed in the laboratory of histological and immunohistochemical diagnosis of the university hospital of Zaporizhia State Medical University on postoperative
material of 40 patients with CP aged 28 to 74 years, who were opera­ted at the clinic of surgery and minimally invasive technologies of Zaporizhia State Medical University. Immunohistochemical exa­mination was carried out according to standard procedures using a mouse monoclonal antibody Alpha Smooth Muscle Actin (Clone 1A4) against the α-isoform of smooth muscle actin (α-SMA) and Desmin (Clone D33) against desmin (DAKO, USA), monoclonal rabbit antibody against collagen I (Clone RAH C11) anti-collagen type 1 (Imtek, RF) and rabbit polyclonal antibodies against fibronectin (DAKO, USA). Quantitative determination of the intensity and the relative area of the markers’ stromal expression was reproduced using the program for medical digital image processing ImageJ v.1.48, embedded plugin Colour Deconvolution analysis circuit and coloring H DAB (hematoxylin + DAB) for determi­ning the area occupied by immunopositive structure in immunohistochemical preparations and optical (densitometric) intensity of immunostaining by patented procedure. Results. Pathohistological study of biopsies with a specific staining of collagen (by Van Gieson and Masson’s trichrome) showed that fibrotic changes in all the patients with CP were characterized by a combination of pronounced perilobular fibrosis, which covered all lobules, widespread intralobular fibrosis, and significant periductal fibrosis near large, sharply defined narrowed and cystically dilated ducts. There was also a pronounced expansion of interlobular fibrosis, a noticeable thickening of intralobular connective tissue strands directed deep into the lobules and connective tissue strands that surrounded some acini, as well as a significant tortuosity and widening of the ducts with retention cysts. In most cases, the deformation of the ductal system was one of the most significant structural changes. Thus, 87.5 % of cases were characterized by the unevenly narrowed and cystic-altered interlobular ducts, pronounced concentric fibrosis, protein plugs and concrements observed in the ducts. In 7.5 % of the cases, in the main pancreatic duct, foci of the epithelium atrophy were present, which alternated with foci of papillary intraepithelial hyperplasia, identified as pancreatic intraepithelial neoplasia. The parenchyma of the pancreas was thus constituted small, atrophic acini, surrounded by dense fibrous strands, with an increased number of gaping ducts of different diameters. Also, in 17.5 % of cases, phenomena of acinar-ductal metaplasia were observed. In the centers of the acinar-ductal metaplasia zones, the transformation of some acinar cells into ductal cells was determined with the formation of small duct-like structures, the so-called tubular complexes, which, according to the literature, are the primary focus of acinar tissue regeneration. In particular, a large number of activated α-SMA + pancreatic stellate cells (PSC) is detected in the zones of fibrosis. The pattern of expression of this marker is characterized by pronounced α-SMA-immunopositive staining of both PSC and their processes, and, in part, of the fibrillar component. Primary statistical processing of morphometry data revealed a direct relationship between the expression of α-SMA and the area of collagen I type, but this relationship was not significant (r = +0.321, p > 0.05). In order to further objectify the statistical studies, we isolated a group of cases characterized by low α-SMA expression (n = 9). A further study using medical statistics methods showed that the average area of type I collagen and the intensity of its expression in this group was significantly lower than in the other biopsy specimens (p < 0.05). In contrast, desmin expression was identified both in connective tissue, which was characterized by a lower intensity of immunostaining, in acinar tissue and in the epithelium of the pancreatic ducts. The pattern of its expression in fibrosis zones in CP was similar to that of α-SMA, but in 27.5 % of cases, the intensity of staining was below the threshold for determination by morphometric methods. We isolated a group of cases characterized by high expression of fibronectin (n = 9). A further study using medical statistics showed that the average area of type I collagen and the intensity of its expression in this group was significantly higher than in the other biopsy specimens (p < 0.05). Thus, IHC study of the material obtained from patients with CP showed that a large number of activated PSC expressing α-SMA and desmin are concentrated in the pancreatic ductal zones. Also, in these zones, a significant accumulation of fibronectin was found, which is synthesized in excess by activated PSC. The pattern of IHC staining of type I collagen in the zones of severe pancreatic fibrosis is characterized by a weak and moderate intensity with a average level of its expression. Conclusions. A characteristic morphological picture of the CP development is a combination of fibrosis with deformation of the ductal system due to periductal fibrosis with the expansion of interlobular fibrosis, thickening of intralobular connective tissue strands, as well as considerable tortuosity and widening of the ducts with retention cysts. Significant structural reorganization of the pancreatic duct system in patients with CP was observed in 87.5 % of cases, in 17.5 % of cases, the picture was supplemented by phenomena of acinar-ductal metaplasia with the transformation of acinar cells into ductal cells and the formation of small duct-like structures, the so-called tubular complexes. In 7.5 % of cases, in the main pancreatic duct, foci of atrophy of the epithelium were identified, which alternated with foci of papillary intraepithelial epithelial hyperplasia (PanIN). The development of pancreatic fibrosis in CP is facilitated by the accumulation of α-SMA+ activated pancreatic stellate cells synthesizing an excess of components of the extra-cellular matrix, in particular type I collagen. The mean area of type I collagen and the intensity of its expression were significantly lower with reduced α-SMA expression (p < 0.05), and significantly higher in cases of pronounced fibronectin expression (p < 0.05).


Keywords

хронічний панкреатит; протокова метаплазія; α-SMA; десмін; фібронектин; колаген I типу

хронический панкреатит; протоковая метаплазия; α-SMA, десмин, фибронектин; коллаген I типа

chronic pancreatitis; ductal metaplasia; α-SMA; desmin; fibronectin; type I collagen


For the full article you need to subscribe to the magazine.


Bibliography

1. Lew D. Chronic Pancreatitis: Current Status and Challenges for Prevention and Treatment / D. Lew, E. Afghani, S. Pandol // Digestive Diseases and Sciences. — 2017. — № 62. — С. 1702-1712.
2. Yadav D. The epidemiology of pancreatitis and pancreatic cancer / D. Yadav, A.B. Lowenfels // Gastroenterology. — 2013. — № 144. — С. 1252-1261. 
3. Pathogenic mechanisms of pancreatitis / M. Manohar, A.K. Verma, S.U. Venkateshaiah et al. // World Journal of Gastrointestinal Pharmacology and Therapeutics. — 2017. — № 8. — Р. 10-25.
4. Маев И.В. Хронический панкреатит / И.В. Маев, А.Н. Казюлин, Ю.А. Кучерявый. — М.: Медицина, 2005. — 240 с.
5. Pancreatic stellate cell: Pandora’s box for pancreatic disease biology / R.R. Bynigeri, A. Jakkampudi, R. Jangala et al. // World Journal of Gastroenterology. — 2017. — № 23. — Р. 382-405.
6. Isolation and culture of primary human pancreatic stellate cells that reflect the context of their tissue of origin / O. Strobel, N. Dadabaeva, K. Felix et al. // Langenbecks Arch. Surg. — 2016. — № 401. — Р. 89-97.
7. Pancreatic stellate cells and pancreas cancer: current perspectives and future strategies / J. Haqq, L.M. Howells, G. Garcea et al. // Eur. J. Cancer. — 2014. — № 50. — С. 2570-2582.
8. Fibroblast activation protein-α-expressing fibroblasts promote the progression of pancreatic ductal adenocarcinoma / T. Kawase, Y. Yasui, S. Nishina et al. // BMC Gastroenterol. — 2015. — № 15. — Р. 109.
9. Diagnosis of mild chronic pancreatitis (Cambridge classification). Comparative study using secretin injection-magnetic resonance cholangiopancreatography and endoscopic retrograde pancreatography / Jin Kan Sai, Masafumi Suyama, Yoshihiro Kubokawa et al. // World J. Gastroenterol. — 2008. — № 14(8). — Р. 1218-1221. 
10. Inhibition of Jak/STAT signaling reduces the activation of pancreatic stellate cells in vitro and limits caerulein-induced chro–nic pancreatitis in vivo / H.M. Komar, G. Serpa, C. Kerscher et al. // Scientific. Reports. — 2017. — № 7. — Р. 1787.
11. Establishment of animal models for three types of pancreatitis and analyses of regeneration mechanisms / Y. Sakaguchi, M. Inaba, K. Kusafuka et al. // Pancreas. — 2006. — № 33(4). — Р. 371-381. 
12. The Role of Fibroblasts in Pancreatic Cancer: Extracellular Matrix Versus Paracrine Factors / S. Cigolla, U.A. Wittel, U.T. Hopt et al. // Transl. Oncol. — 2017. — № 10. — Р. 578-588.
13. Role of Extracellular Matrix in Pancreatic Diseases / T.M. Gress, A. Menke, M. Bachem et al. // Digestion. — 1998. — № 59. — Р. 625-637.
14. Patel M. Fibrogenesis in the pancreas after acinar call injury / M. Patel // Scandinavian Journal of Surgery. — 2005. — № 94. — Р. 108-111. 
15. Pancreatic stellate cell: physiologic role, role in fibrosis and cancer / M. Apte, R.C. Priola, J.S. Wilson // Cur. Opin. Gastroenterol. — 2015. — № 31(5). — Р. 416-423. 
16. Identification, culture, and characterization of pancreatic stellate cells in rats and humans / Bachem M.G., Schneider E.,
Gross H. et al. // Gastroenterology. — 1998. — № 115. — Р. 421-432.
17. Pancreatic stellate cells in pancreatic cancer: In focus / M. Allam, A.R. Thomsen, M. Gothwal et al. // Pancreatology. — 2017. — № 3(17). — Р. 30485-4.
18. Сіренко О.Ю. Панкреатичні зірчасті клітини як морфологічна основа розвитку фіброзу підшлункової залози / О.Ю. Сіренко // Морфологія. — 2010. — № 4(1). — C. 5-12.
19. Expression and Clinical Significance of Cancer Stem Cell Markers CD24, CD44, and CD133 in Pancreatic Ductal Adenocarcinoma and Chronic Pancreatitis / L. Durko, W. Wlodarski, O. Stasikowska-Kanicka et al. // Disease Markers. — 2017. — № 17. — Р. 3276806. 
20. Apte M.V. Pancreatic stellate cells: a starring role in normal and diseased pancreas / M.V. Apte, R.C. Pirola, J.S. Wilson. // Front. Physiol. — 2012. — № 3. — Р. 344.
21. The role of stromal cancer-associated fibroblasts in pancreatic cancer / D. Ahrens, T.D. Bhagat, D. Nagrath et al. // Journal of Hematology & Oncology. — 2017. — № 10. — Р. 76. 
22. Patel M.R. Hereditary pancreatitis for the endoscopist / M.R. Patel, A.L. Eppolito, F.F. Willingham // Therap. Adv. Gastroenterol. — 2013. — № 6. — Р. 169-79.
23. An optimised mouse model of chronic pancreatitis with a combination of ethanol and cerulein / A. Ahmadi, B. Nikkhoo, A. Mokarizadeh et al. // Cent. Eur. J. Immunol. — 2016. — № 41(1). — Р. 54-63.
24. Губергриц Н.Б., Беляева Н.В. Экзо- и эндокринная функции поджелудочной железы: один шаг от дуэта до дуэли / Н.Б. Губергриц, Н.В. Беляева // Сучасна гастроентерологія. — 2006. — № 4(30). — С. 18-30.
25. Dabbs D.J. Diagnostic immunohistochemistry / D.J. Dabbs. — 3rd ed. — New York: Ch. Livingstone, 2010. — 941 p.
26. Пат. 99314 Україна, МПК (2015) G01N 21/00, G06K 9/00. Спосіб фотоцифрової морфометрії імуногістохімічних препаратів / Туманський В.О., Євсєєв А.В., Коваленко І.С., Зубко М.Д.; заявник та патентовласник Запорізький держ. мед. ун-т. — № u 2014 14 103; Заявл. 29.12.2014; Опубл. 25.05.15, Бюл. № 10.
27. Oshmyanska N.Y. Death and regeneration of the pancreatic islets in relation to the development of fibrosis in patients with chronic pancreatitis / N.Y. Oshmyanska // Гастроентерологія. — 2014. — № 4(54). — Р. 88-95.

Similar articles

Interrelation of fibrosis and pancreatic hypoxia in pathogenesis of chronic pancreatitis
Authors: Воробей А.В., Шулейко А.Ч., Владимирская Т.Э., Швед И.А., ­Вижинис Е.И., Орловский Ю.Н., Макки М.Ю.
Белорусская медицинская академия последипломного образования, г. Минск, Республика Беларусь

Ukrainian journal of surgery 2 (33) 2017
Date: 2017.08.08
Categories: Surgery
Sections: Clinical researches
Хирургическое лечение хронического панкреатита с протоковой гипертензией без протоковой дилатации
Authors: Клименко А.В., Клименко В.Н., Стешенко А.А., Туманский В.А., Коваленко И.С., Запорожский государственный медицинский университет
Ukrainian journal of surgery 1 (20) 2013
Date: 2013.03.29
Categories: Gastroenterology, Surgery
Sections: Clinical researches
Authors: В.Б. Ягмур, к.м.н., с.н.с. отделения заболеваний печени и поджелудочной железы ГУ «Институт гастроэнтерологии АМН Украины», г. Днепропетровск
"News of medicine and pharmacy" Гастроэнтерология (279) 2009 (тематический номер)
Date: 2009.06.11
Death and regeneration of the pancreatic islets in relation to the development of fibrosis in patients with chronic pancreatitis
Authors: Oshmyanska N.Y. - SI «Institute of Gastroenterology of NAMN of Ukraine», Dnepropetrovsk, Ukraine
"Gastroenterology" 4 (54) 2014
Date: 2015.01.24
Categories: Gastroenterology
Sections: Clinical researches

Back to issue