Splenomegaly and red blood cell destruction: A morphometric study on the human spleen

Summary

In looking for morphologically determinable characteristics of hypersplenism a quantitative analysis of histological and cytological splenic structures with cardiac and portal congestion, splenic vein thrombosis and hereditary spherocytosis was carried out. The centre of the investigation was the red pulp, which with its complexly structured sinus and pulp cord system, richly equipped with actively phagocytic cells, represents the main scene of normal and pathologically increased intrasplenic blood cell destruction. The following structures were quantitatively recorded: percentage volume proportion and total volume of red pulp, white pulp, trabeculae and blood vessels; percentage volume proportion and total volume of sinus, pulp cords and capillaries. We also calculated the length, the mean sectional area and the mean surface area of the sinus system. Finally we determined the sinus lining cell, reticular cell, macrophage and blood monocyte content of the red pulp. We came to the following results :

• 1. a) With increased destruction of normal blood cells resulting from impairment of venous blood flow in the portal vein and splenic vein areas, the volume of the red pulp is increased primarily as a result of considerable enlargement of the sinus volume compared to the norm. Here the mean sinus sectional area mostly becomes smaller, but the total sinus length is increased by as much as 14 times the norm. The lengthening of the sinus system is based not so much on a stretching of pre-existent sinus as on a new formation of mostly very narrow sinus branches and anastomoses. The number of sinus lining cells per cm² of the sinus surface is decreased, possibly as a result of a discrepancy between new sinus constructions and sinus lining cell proliferation. The total number of actively phagocytic splenic cells, particularly reticular cells in the pulp cords, is considerably higher.

• b) Increased intrasplenic destruction of abnormal blood cells, e.g. in hereditary spherocytosis, leads to a widening and increase of the pulp cords, a lengthening of the sinus system and an increase of phagocytically active cells as well as hyperplasia of the sinus lining cells.

• 2. The quantitative morphological findings produce the following functional interpretations : The volume increase of red pulp means an often considerable expansion of the storage capacity of the spleen for blood cells. The blood circulation becomes slower as a result of the great anastomisation of the sinus system, which again leads to disturbance of the flow properties of the blood. The blood cells form aggregates and remain in the pulp cords, where they become conditioned by the very unsuitable metabolic circumstances for phagocytosis by the numerous reticular cells.

The reasons for increased intrasplenic destruction of normal and abnormal blood cells in the forms of hypersplenism investigated by us are to be seen not so much in qualitative structural alterations of the splenic structure as in quantitative morphological alterations.

Zusammenfassung

Auf der Suche nach einem morphologisch faßbaren Substrat des „Hypersplenismus“ wurde eine quantitative Analyse histologischer und cytologischer Milzstrukturen bei kardialer und portaler Stauung, bei Milzvenenthrombose und hereditärer Sphaerocytose durchgeführt. Im Mittelpunkt der Untersuchungen stand die rote Pulpa, welche den Hauptort normalen und pathologisch gesteigerten intrasplenischen Blutzellabbaus darstellt. Folgende Strukturen wurden quantitativ erfaßt: Prozentuale Volumenanteile und Gesamtvolumina von roter Pulpa, weißer Pulpa, von Trabekeln und Gefäßen sowie von Sinus, Pulpasträngen und Capillaren. Ferner ermittelten wir Länge, mittleren Querschnitt und mittlere Oberfläche des Sinussystems. Schließlich bestimmten wir den Gehalt der roten Pulpa an Sinuswandzellen, Reticulumzellen, großen runden Makrophagen und Blutmonocyten. Wir gelangten zu folgenden Resultaten :

• 1.a) Bei erhöhtem Blutzellabbau infolge Blutabflußstörungen im Pfortader- und Milzvenengebiet sind die Volumina der roten Pulpa vorwiegend aufgrund einer Vergrößerung der Sinusvolumina stark gegenüber der Norm erhöht. Dabei ist der mittlere Sinusquerschnitt meist verkleinert, die Gesamtsinuslänge hingegen stark angestiegen. Die Verlängerung des Sinussystems beruht auf einer Neubildung von meist sehr engen Sinusaufzweigungen und Anastomosen. Die Zahl der Sinuswandzellen pro cm² Sinusoberfläche ist vermindert. Die Gesamtzahl phagocytoseaktiver Milzzellen ist stark erhöht.

• b) Ein gesteigerter intrasplenischer Abbau abnormaler Blutzellen, z.B. bei hereditärer Sphaerocytose, führt zu einer Vermehrung und Verbreiterung der Pulpastränge, zu einer Ver-längerung des Sinussystems und zu einer Zunahme der phagocytoseaktiven Zellen sowie zu einer Sinuswandzellenhyperplasie.

• 2. Diese quantitativen morphologischen Befunde lassen folgende funktioneile Deutung zu: Die Volumenzunahme der roten Pulpa bedeutet eine oft erhebliche Ausweitung der Speicher-kapazität der Milz für Blutzellen. Durch die starke Anastomosierung des Sinussystems kommt es zu einer Verlangsamung der Blutzirkulation. Dieses führt zu einer Störung der Fließeigen-schaften des Blutes : Die Blutzellen bilden Aggregate und bleiben in den Pulpasträngen liegen, wo sie durch das ungünstige metabolische Milieu für die Phagocytose durch die hier reichlich vorhandenen Reticulumzellen konditioniert werden.

Die Ursache eines erhöhten intrasplenischen Blutzellabbaus ist bei den von uns untersuchten Hypersplenieformen weniger in qualitativ strukturellen als vielmehr in quantitativ morphologischen Veränderungen der Milzstruktur zu sehen.