Relation of dark cells to the transport of H+/HCO3- and K+ ions: A microperfusion study in the rat submaxillary duct

Relation of dark cells to the transport of H+/HCO3- and K+ ions: A microperfusion study in the rat submaxillary duct. Transport of Na+, K+ and H+/HCO3- by the epithelium of the main excretory duct of the rat submaxillary gland was determined in rats subjected to metabolic acidosis and metabolic alkalosis. In addition, the morphology of the epithelium, which is composed of basal, light, and dark cells, was studied to find a structural functional correlationship. The following results were obtained: In metabolic acidosis, HCO3- secretion decreased from 2.4 ± 1.4 to 0.1 ± 0.9 nmoles/min · duct (P < 0.05) and K+ secretion decreased from 28 ± 3 to 22 ± 3 nmoles/min · duct (P < 0.05). Na+ reabsorption was reduced from 38 ± 3 to 31 ±4 nmoles/min · duct (P < 0.2). In metabolic alkalosis, HCO3- secretion increased from 2.4 ± 1.4 to 9.9 ± 3.1 nmoles/min · duct (P < 0.05) and K+ secretion rose from 28 ± 3 to 35 ± 4 nmoles/min · duct (P < 0.05). Na+ reabsorption was not changed significantly. The incidence of the three cell types, identified by their response to PAS, varied with respect to light and dark cells only. A diminution or augmentation of light cells (II, PAS-) occurred to the benefit or to the expense, respectively, of dark cells (III, PAS+). In metabolic acidosis, 17 ± 1% dark cells were visualized by PAS staining as compared with 10 ± 1% in the controls (P < 0.01). The number of light cells decreased at the same time from 61 ± 3% to 54 ± 3% (P < 0.01), whereas the undifferentiated basal cells remained constant at 29 ± 1% of the total duct cells. In metabolic alkalosis the number of visible dark cells diminished from 10 ± 1% to 7 ± 1% (P < 0.01) and the number of light cells rose from 61 ± 3% to 64 ± 3% (P < 0.01), whereas the number of basal cells again remained constant at 29 ± 1%. In terms of their morphology, light cells have to be divided into two groups: IIa and IIb. IIb light cells closely resemble dark cells (III, PAS+) with respect to their shape and nuclear characteristics. IIa type light cells always remain constant, whereas IIb cells totally disappear in metabolic acidosis but are augmented in metabolic alkalosis. Among the dark cells (III) there are PAS+ and HALMI- cells (IIIa) and PAS+ and HALMI+ (IIIb) cells. These two subtypes are subject to alterations occurring in the same manner: increase in acidosis and decrease in alkalosis. That is, the direction of their evolution runs opposite to that of the IIb cells. It can therefore be concluded that the IIb, IIIa, and IIIb cells constitute a constant percentage of the duct cell population, the so-called dark cell system. Within this group, the morphological transformations occur in response to changes in acid-base balance. A structural evaluation of the findings yields a positive correlation between the number of PAS+ cells (IIIa and IIIb) and H+ secretion (or HCO3- reabsorption) and a negative correlation with K+ secretion into the lumen. In the cortical collecting duct of the kidney and in the toad urinary bladder, increased H+ transport is also associated with morphological modifications, which closely resemble those of the salivary duct. This suggests the general importance of the dark cells in the transport of H+/HCO3- and K+ ions.Le rapport des cellules sombres aux transferts des ions H+/HCO3- et K+: L'étude de microperfusion dans le canal sous-maxillaire du rat. Les transferts de Na+, K+ et H+/HCO3- par la paroi du canal salivaire du rat, perfusé in situ, sont mesurés chez des animaux témoins, en acidose métabolique ou en alcalose métabolique. Simultanément est étudiée la morphologie de l'épithélium, composé des cellules dites basales, claires et sombres, à la recherche d'une corrélation structuro fonctionnelle. Les résultats suivants ont été obtenus Les pourcentages respectifs des cellules basales I, des cellules dites claires II, à cytoplasme PAS- et des cellules dites sombres III à cytoplasme PAS+ sont modifiées par diminution ou augmentation des cellules claires (II) au profit ou au dépens des cellules sombres (III). L'analyse morphologique systématique permet de séparer deux groupes parmi les cellules II à cytoplasme PAS-, IIa et IIb, celles-ci ayant bien des caractères communs avec les cellules III. Le nombre de cellules IIa ne varie pas, que l'animal soit en acidose ou en alcalose. Les cellules IIb disparaissent, parfois totalement, en acidose métabolique et augmentent en alcalose métabolique. En outre, parmi les cellules III il en est qui sont PAS+ et HALMI- (IIIa) et d'autres PAS+ HALMI+ (IIIb). Ces deux populations IIIa et IIIb subissent les modifications dans le même sens, augmentant en acidose, diminuant en alcalose. Elles évoluent donc dans une direction opposée à celle de la population IIb. On peut alors considérer que les cellules IIb, IIIa et IIIb constituent un ensemble, formant un pourcentage constant de la population globale. A l'intérieur de ce groupe surviennent des transformations morphologiques, selon que l'animal est en état physiologique, en acidose ou en alcalose métabolique. Nous proposons d'appeler cet ensemble cellulaire le dark cell system. Le rapprochement des résultats physiologiques et morphologiques montre une corrélation positive entre le nombre de cellules à cytoplasme PAS+ (IIIa + IIIb) et les transferts de H+ (ou la réabsorption de HCO3-) vers la lumière du canal salivaire. En revanche, une corrélation négative apparaît entre le nombre de cellules PAS+ et la sécrétion de K+ vers la lumière du canal. Dans deux autres structures, tube contourné distal et collecteur cortical du rein d'une part, vessie de crapaud d'autre part, l'augmentation des transferts de H+ vers la lumière est associée à des modifications morphologiques. Celles-ci sont proches et parfois même identiques à celles observées sur le canal salivaire du rat ce qui suggère que les corrélations dégagées dans le présent travail pourraient avoir une portée générale