background image

 

CHAPTER SEVEN 

PATHOLOGY OF THE ENDOCRINE SYSTEM 

THE PITUITARY GLAND 
This is a small, bean-shaped structure that lies at the base of the brain within the confines of the sella turcica. It 
is  connected  to  the  hypothalamus  by  a  "stalk,"  composed  of  axons  extending  from  the  hypothalamus.  The 
pituitary  is  composed  of  two  morphologically  and  functionally  distinct  components:  the  anterior  lobe 
(adenohypophysis) and the posterior lobe (neurohypophysis). The adenohypophysis, in H&E stained sections, 
shows  a  colorful  collection  of  cells  with  basophilic,  eosinophilic  or  poorly  staining  ("chromophobic") 
cytoplasm. (Fig. 7-1) Immnohistochemistry (and sometimes electron microscopy) is usually employed in typing 
the  hormone  (s)  present  in  various  pituitary  lesions.  The  release  of  trophic  hormones  is  under  the  control  of 
releasing or inhibiting factors produced in the hypothalamus. 
Hyperpituitarism  
Causes  
A. Pituitary; 
usually anterior lobe 
1. Adenoma (the most common cause) 
2. Hyperplasia   
3. Carcinoma  
B. Extra-pituitary causes 
1. Hormone producing extra-pituitary tumors (ectopic hormone production) 
2. Certain hypothalamic disorders  
Pituitary  adenomas  are  classified  according  to  the  hormone(s)  produced  by  the  neoplastic  cells;  these  are 
detected  by  immunohistochemically-stained  tissue  sections.  Pituitary  adenomas  can  be  functional  (associated 
with hormone excess with their associated clinical manifestations) or silent. Adenomas are usually composed of 
a  single  cell  type  and  produce  a  single  predominant  hormone.  However,  some  adenomas  can  secrete  two 
hormones (e.g. growth hormone and prolactin). Other adenomas are hormone negative. Adenomas are divided 
on the basis of whether the size is less or exceeds 1 cm.  (microadenomas  and  macroademomas  respectively). 
Macroadenomas can cause hypopituitarism by compressing the adjacent non-neoplastic parenchyma. 
Pathogenesis 
Guanine  nucleotide-binding  protein  (G-protein)  mutations  are  the  best  characterized  molecular  abnormalities. 
Such mutations eventuate in a persistent increase in intracellular cAMP, which is a potent mitogenic stimulus 
promoting cellular proliferation and hormone synthesis and secretion. 
Gross features 

  Adenomas are usually soft & well-circumscribed   

  Larger  lesions  extend  superiorly  through  the  sellar  diaphragm  compressing  the  optic  chiasm  and  adjacent 

structures (Fig. 7-2 A).  

  Invasive adenomas refer to nonencapsulated tumors that infiltrate adjacent bone, dura, and even brain. 

Microscopic features (Fig. 7-2 B).  

  Adenomas  are  composed  of  monomorphic,  polygonal  cells  displayed  in  sheets,  cords,  or  papillae.  Their 

nuclei  may  be  uniform  or  pleomorphic  but  the  mitotic  activity  is  scanty.  The  cytoplasm  of  the  constituent 
cells may be acidophilic, basophilic, or chromophobic. 

  The connective tissue is scanty that is why many lesions are soft & even gelatinous in consistency.   

The functional status of an adenoma cannot be predicted from its histologic appearance. 
Pituitary adenomas are responsible for 10% of intracranial neoplasms. High-resolution CT or MRI suggests that 
20% of "normal" adult pituitary glands contain an incidental usually silent adenoma measuring 3 mm or more in 
diameter. The peak incidence of pituitary adenomas is from 30 to 50 years. 
Prolactinomas are the most common type of hyperfunctioning pituitary adenoma. 
Hyperprolactinemia causes amenorrhea, galactorrhea, loss of libido, and infertility.  
Growth Hormone-Producing Adenomas
 (somatotroph cell adenomas) are the second most common type of 
functional pituitary adenoma. Because the clinical manifestations of excessive growth hormone may be  slight, 
the tumor may be quite large by the time they come to clinical attention. If such tumors occur before closure of 


background image

epiphyses  (prepubertal  children),  excessive  levels  of  growth  hormone  result  in  gigantism.  If  elevated  levels 
persist, or present after closure of the epiphyses, individuals develop acromegaly.  
Corticotroph  Cell  Adenomas  are  mostly  small  (microadenomas)  at  the  time  of  diagnosis.  They  may  be 
clinically  silent  or  cause  hypercortisolism  referred  to  as  Cushing  disease  (originally  described  by  Dr.  Harvey 
Cushing). Large, clinically aggressive corticotroph adenomas may develop after surgical removal of the adrenal 
glands  for  treatment  of  Cushing  syndrome.  This  condition,  known  as  Nelson  syndrome,  occurs  in  most  cases 
because of a loss of the inhibitory effect of adrenal corticosteroids on a preexisting corticotroph microadenoma. 
Because  the  adrenals  are  absent  in  individuals  with  Nelson  syndrome,  hypercortisolism  does  not  develop. 
Instead, patients present with the mass effects of the pituitary tumor
. Because ACTH is synthesized as part of a 
larger prohormone that includes melanocyte-stimulating hormone (MSH), there may also be hyperpigmentation
Other Anterior Pituitary Neoplasms 

  Gonadotroph  adenomas  (luteinizing  hormone  [LH]-producing  and  follicle-stimulating  hormone  [FSH]-

producing)  

  Thyrotroph (thyroid-stimulating hormone [TSH]-producing) adenomas  

  Nonfunctioning  pituitary  adenomas  (hormone-negative  (null  cell)  adenomas)  Nonfunctioning  adenomas 

constitute approximately 25% of all pituitary tumors; they typically present through their mass effects.  

Ptuitary carcinomas are exceedingly rare. In addition to local extension beyond the sella turcica, these tumors 
virtually always have distant metastases.  
 
Hypopituitarism 
is caused by 
1. Loss of the anterior pituitary parenchyma 
a. congenital  
b. acquired   
2. Disorders of the hypothalamus
  e.g. tumors;  these interfere with  the delivery of pituitary hormone-releasing 
factors from the hypothalamus.  
Most cases of anterior pituitary hypofunction are caused by the following: 
1. Nonfunctioning pituitary adenomas 
2.  Ischemic  necrosis  of  the  anterior  pituitary
  is  an  important  cause  of  pituitary  insufficiency.  This  requires 
destruction of 75% of the anterior pituitary. Causes include  
a.  Sheehan  syndrome,
  refers  to  postpartum  necrosis  of  the  anterior  pituitary,  and  is  the  most  cause.  During 
pregnancy  the  anterior  pituitary  enlarges  considerably  because  of  an  increase  in  the  size  and  number  of 
prolactin-secreting cells. However, this physiologic enlargement of the gland is not accompanied by an increase 
in  blood  supply.  The  enlarged  gland  is  therefore  vulnerable  to  ischemic  injury,  especially  in  women  who 
develop significant hemorrhage and hypotension during the peripartum period. The posterior pituitary is usually 
not affected.  
b. Disseminated intravascular coagulation  
c. Sickle cell anemia  
d. Elevated intracranial pressure  
e. Traumatic injury 
f. Shock states 
3. Iatrogenic i.e.  surgical removal or radiation-induced destruction 
4. Inflammatory lesions such as sarcoidosis or tuberculosis 
5. Metastatic neoplasms involving the pituitary.  
6. Mutations affecting the pituitary transcription factor Pit-1  
Children  can  develop  growth  failure  (pituitary  dwarfism)  as  a  result  of  growth  hormone  deficiency. 
Gonadotropin  or  gonadotropin-releasing  hormone  (GnRH)  deficiency  leads  to  amenorrhea  and  infertility  in 
women  and  decreased  libido,  impotence,  and  loss  of  pubic  and  axillary  hair  in  men.  TSH  and  ACTH 
deficiencies result in symptoms of hypothyroidism and hypoadrenalism. Prolactin deficiency results in failure of 
postpartum lactation. 
Posterior Pituitary Syndromes 


background image

The posterior pituitary, or neurohypophysis, is composed of modified glial cells (termed pituicytes) and axonal 
processes  extending  from  nerve  cell  bodies  in  the  hypothalamus.  The  hypothalamic  neurons  produce  two 
peptides:  antidiuretic  hormone  (ADH)  and  oxytocin  that  are  stored  in  axon  terminals  in  the  neurohypophysis. 
The clinically important posterior pituitary syndromes involve ADH production and include  
1. Diabetes insipidus and  
2. Inappropriate secretion of (high levels of) ADH.  
ADH  is  released  into  the  general  circulation  in  response  to  increased  plasma  oncotic  pressure  &  left  atrial 
distention. It acts on the renal collecting tubules to increase the resorption of free water. ADH deficiency causes 
diabetes insipidus, a condition characterized by polyuria. Diabetes insipidus from ADH deficiency is designated 
as  central,  to  differentiate  it  from  nephrogenic  diabetes  insipidus  due  to  renal  tubular  unresponsiveness  to 
otherwise normal levels of circulating ADH. The clinical manifestations of both diseases are similar and include 
the  excretion  of  large  volumes  of  dilute  urine  with  low  specific  gravity.  Serum  sodium  and  osmolality  are 
increased as a result of excessive renal loss of free water, resulting in thirst and polydipsia. In the syndrome of 
inappropriate ADH 
secretion, ADH excess causes resorption of excessive amounts of free water, with resultant 
hyponatremia. The most common causes of the syndrome include the secretion of ectopic ADH by malignant 
neoplasms  (particularly  small-cell  carcinomas  of  the  lung),  and  local  injury  to  the  hypothalamus  and/or 
neurohypophysis.  The  clinical  manifestations  are  dominated  by  hyponatremia,  cerebral  edema,  and  resultant 
neurologic dysfunction. 
 

THE THYROID GLAND

 

The thyroid gland develops embryologically from the developing pharyngeal epithelium that descends from the 
foramen  cecum  at  the  base  of  the  tongue  to  its  normal  position  in  the  anterior  neck.  This  pattern  of  descent 
explains  the  occasional  presence  of  ectopic  thyroid  tissue,  most  commonly  located  at  the  base  of  the  tongue 
(lingual thyroid) or at other sites abnormally high in the neck.  
Hyperthyroidism (Thyrotoxicosis) 
is “a hypermetabolic state caused by elevated circulating levels of free T

3

 

and  T

4

. This may primary (Graves disease) or rarely, secondary (due to pituitary or hypothalamic diseases). 

The diagnosis is based on clinical features and laboratory data. The measurement of serum TSH concentration 
provides the most useful single screening test for hyperthyroidism
, because TSH levels are decreased in primary 
cases, even when the disease is still be subclinical. In secondary cases TSH levels are either normal or raised. A 
low  TSH  value  is  usually  associated  with  increased  levels  of  free  T

4

.  Occasionally,  hyperthyroidism  results 

from increased levels of T

3

 (T

3

 toxicosis). 

Hypothyroidism  is  caused  by  decreased  production  of  adequate  levels  of  thyroid  hormones.  It  is  sometimes 
divided  into  primary  and  secondary  categories,  depending  on  whether  the  condition  arises  from  diseases 
affecting  the  thyroid  or  hypothalamic/pituitary  disease.  The  clinical  manifestations  of  hypothyroidism  include 
cretinism and myxedema. Cretinism refers to hypothyroidism developing in infancy or early childhood that is 
associated with impaired development of the skeletal and central nervous systems; these lead to short stature & 
severe  mental  retardation.  Hypothyroidism  that  develops  in  older  children  and  adults,  results  in  myxedema, 
which manifests as mental sluggishness, coarsening of facial features, enlargement of the tongue, and deepening 
of the voice. The latter three are due to accumulation of mucopolysaccharides in the skin, subcutaneous tissue, 
tongue and larynx. Pericardial effusions are common and in later stages the heart is enlarged, and heart failure 
may occur. Laboratory evaluation has a vital role in the diagnosis of suspected hypothyroidism because of the 
nonspecific  nature  of  symptoms.  Measurement  of  the  serum  TSH  is  the  most  sensitive  screening  test  for  this 
disorder.
  The serum TSH is  increased  in  primary  hypothyroidism. The  TSH concentration is  not  increased in 
hypothyroidism  caused  by  hypothalamic  or  pituitary  disease.  Serum  T

4

  is  decreased  in  individuals  with 

hypothyroidism of any origin. 
 
 
 
 
 
 
 


background image

THYROIDITIS  
The more common and clinically significant thyroidites are:  
1. Hashimoto thyroiditis 
2. Subacute granulomatous thyroiditis 
3. Subacute lymphocytic thyroiditis 
Hashimoto thyroiditis  (Chronic Lymphocytic Thyroiditis) is  the most common cause of  hypothyroidism.  It 
results from gradual autoimmune destruction of the thyroid gland. There is striking female predominance (10: 1 
to 20:1), and is most prevalent around a mean age of 50 years.  
Pathogenesis 

  The dominant feature is progressive destruction of thyroid follicular epithelial cells with gradual replacement 

by mononuclear cell infiltration and fibrosis. 

  Sensitization of CD4+ T-helper cells to thyroid antigens seems to be the initiating event. 

  The reaction of CD4+ T cells with thyroid antigens produces interferon γ which promote    inflammation and 

activate macrophages. Injury to the thyroid results from the toxic products of these inflammatory cells.  

  CD8+ cytotoxic T cells also contribute to epithelial cells killing as are natural killer cells.  

  There is a significant genetic component to disease pathogenesis. This is supported by 

1.  The increased frequency of the disease in first-degree relatives,  
2.  Unaffected family members often have circulating thyroid autoantibodies.   
Gross features (Fig. 7-3 A) 

  The thyroid shows moderate, diffuse, and symmetric enlargement. 

  The cut surface is pale, gray-tan, firm, nodular and somewhat friable.  

  Eventually there is thyroid atrophy 

Microscopic features (Fig. 7-3 B) 

  There  is  widespread,  diffuse  infiltration  of  the  parenchyma  by  small  lymphocytes,  plasma  cells.    The 

lymphocytes are also form follicles some with well-developed germinal centers  

  The  thyroid  follicles  are  atrophic  and  lined  by  epithelial  cells  having  abundant  eosinophilic,  granular 

cytoplasm (Hürthle cells). This is a metaplastic response to the ongoing injury; ultrastructurally the Hürthle 
cells are stuffed by numerous mitochondria. 

  Interstitial connective tissue is increased and may be abundant. 

Hashimoto thyroiditis presents as painless symmetrical goiter with clinical features of hypothyroidism. This is 
associated  with  progressive  fall  of  serum  T

4

  and  T

3

  levels  &  elevated  serum  TSH  levels.  Patients  often  have 

other autoimmune diseases and are at increased risk for the development of B-cell non-Hodgkin lymphomas.  
Subacute Granulomatous (de Quervain) Thyroiditis is much less common than Hashimoto disease. Patients 
often have an upper respiratory infection just before the onset of thyroiditis. Thus, a viral infection is probably 
the  cause.  Microscopically,  there  is  disruption  of  thyroid  follicles,  with  extravasation  of  colloid.  The 
extravasated colloid provokes a granulomatous reaction, with giant cells. The condition is self-limited. 
Subacute lymphocytic thyroiditis
 may follow pregnancy (postpartum thyroiditis)but mostly affects middle-
aged women  It  is  most likely autoimmune in  etiology, because  circulating antithyroid antibodies  are found in 
the  majority  of  patients..  In  a  minority  there  is  progression  to  hypothyroidism.  Microscopically,  there  is  a 
lymphocytic infiltration and hyperplastic germinal center within the thyroid parenchyma. There is no significant 
destruction of the thyroid follicles (cf. Hashimoto thyroiditis). 
Riedel  thyroiditis  is  a  rare  disorder  of  unknown  etiology,  characterized  by  extensive  fibrosis  involving  the 
thyroid  and the surrounding neck structures. The  presence of a hard and fixed thyroid mass may be confused 
clinically  with  thyroid  cancer.  It  may  be  associated  with  idiopathic  fibrosis  in  other  sites,  such  as  the 
retroperitoneum.  The  presence  of  circulating  antithyroid  antibodies  in  most  patients  suggests  an  autoimmune 
etiology. 
Palpation thyroiditis is caused by vigorous clinical palpation of the thyroid gland that results in disruption of 
thyroid follicles at multiple sites associated with chronic inflammatory cells. It is usually an incidental finding 
in thyroids resected for other reasons.  
 
 


background image

GRAVES DISEASE 
Robert  Graves  in  1835  was  the  first  to  report  the  association  of  enlargement  of  the  thyroid  gland  with  long 
continued  palpitations  in  females.  Graves  disease  is  the  most  common  cause  of  hyperthyroidism  and 
characterized by the a triad of  
1. Thyrotoxicosis, caused by a diffusely enlarged, hyperfunctioning thyroid 
2. Exophthalmosa form of infiltrative ophthalmopathy (40% of patients) 
3. Pretibial myxedema (minority of cases) 
The peak incidence is between 20 and 40 years, with women predominating (7:1).  
Pathogenesis 
Graves disease is an autoimmune disorder in which autoantibodies to the TSH receptors are central to disease 
pathogenesis;  the  most  important  of  these  is  thyroid-stimulating  immunoglobulin  (TSI).  The  latter  is  an  IgG 
antibody that binds to the TSH receptors of follicular cells with resultant increased release of thyroid hormones. 
This  antibody  is  present  in  most  patients  and  is  relatively  specific  for  Graves  disease.  The  initiation  of  the 
autoimmune  reaction  in  Graves  disease  seems  to  be  a  breakdown  in  helper  T-cell  tolerance,  resulting  in  the 
production of anti-TSH autoantibodies. Genetic susceptibility to the disease is evidenced by an increased in the 
incidence of the disease among family members of affected patients.  
Autoimmune  disorders  of  the  thyroid  thus  span  a  spectrum  in  which  Graves  disease  lies  at  one  extreme  and 
Hashimoto  disease  occupies  the  other  end.  Sometimes  hyperthyroidism  may  supervene  on  preexisting 
Hashimoto thyroiditis (hashitoxicosis), while at other times individuals with Graves disease may spontaneously 
develop  thyroid  hypofunction.  In  both  disorders  the  frequency  of  other  autoimmune  diseases,  such  as  SLE, 
pernicious anemia, & type 1 diabetes, is increased. 
Gross features (Fig. 7-4 A) 

  The thyroid gland is diffusely but moderately enlarged 

  It is usually smooth, soft, and hyperemic 

Microscopic features (Fig. 7-4 B). 

  The follicular epithelial cells are tall, columnar, and more crowded than usual. This crowding often results in 

the formation of small pseudopapillae, which project into the follicular lumen  

  The colloid within the follicle lumens is pale, with scalloped margins.  

  Lymphoid  infiltrates  and  mature  plasma  cells  are  present  throughout  the  interstitium;  germinal  centers  are 

common.  

Clinical  features:  there  are  features  of  thyrotoxicosis,  as  well  as  signs  that  are  associated  exclusively  with 
Graves disease 
1. Diffuse, smooth & symmetric enlargement of the thyroid, ophthalmopathy (Fig. 7-5
2. Abnormal protrusion of the eyeball (exophthalmos).  
3.  Scaly  thickening  and  induration  of  the  skin  (pretibial  myxedema),  most  common  in  the  skin  overlying  the 
shins. Laboratory findings in Graves disease include elevated serum free T

4

 and T

3

 and depressed serum TSH. 

Diffuse and Multinodular Goiters  
These  reflect  impaired  synthesis  of  thyroid  hormones,  most  often  caused  by  dietary  iodine  deficiency. 
Impairment of thyroid hormone synthesis leads to a compensatory rise in the serum TSH, which, in turn, causes 
compensatory hypertrophy and hyperplasia of thyroid follicular cells and, ultimately, gross enlargement of the 
thyroid  gland.  These  changes  are  able  to  overcome  the  hormone  deficiency  resulting  in  euthyroid  metabolic 
state
. If the underlying disorder is sufficiently severe (e.g., a congenital biosynthetic defect), the compensatory 
responses  may  be  inadequate  to  overcome  the  impairment  in  hormone  synthesis,  resulting  in  goitrous 
hypothyroidism.
 The degree of thyroid enlargement is proportional to the level and duration of thyroid hormone 
deficiency. 
Endemic  goiter
  occurs  in  geographic  areas  (typically  mountainous)  where  the  soil,  water,  and  food  supply 
contain little iodine. The term endemic is used when goiters are present in more than 10% of the population in a 
given  region.  With  increasing  availability  of  dietary  iodine  supplementation,  the  frequency  and  severity  of 
endemic goiter have declined significantly. Sporadic goiter is less common than endemic goiter. The condition 
is more common in females than in males, with a peak incidence in puberty or young adult life, when there is an 
increased physiologic demand for T

4

Sporadic goiter may be caused by  


background image

1.  Ingestion  of  substances  that  interfere  with  thyroid  hormone  synthesis,  such  as  excessive  intake  of  calcium, 
cabbage, cauliflower, etc.  
2. Hereditary enzymatic defects interfering with thyroid hormone synthesis (dyshormonogenetic goiter).  
In most cases, however, the cause of sporadic goiter is not apparent. 
Pathological features 
(Fig. 7-6) 

  Initially  there  is  diffuse,  symmetric  enlargement  of  the  gland  (diffuse  goiter).  The  follicles  are  lined  by 

crowded columnar cells, which may pile up and form pseudopapillae similar to those seen in Graves disease.  

  If  dietary  iodine  subsequently  increases,  or  if  the  demands  for  thyroid  hormone  decrease,  the  stimulated 

follicular epithelium involutes to form an enlarged, colloid-rich gland (simple colloid goiter). The cut surface 
of  the  thyroid  in  such  cases  is  usually  brown,  glassy,  and  translucent.  Microscopically,  the  follicular 
epithelium  may  be  hyperplastic  in  the  early  stages  of  disease  or  flattened  and  cuboidal  during  periods  of 
involution. Colloid is abundant.  

  Recurrent  episodes  of  hyperplasia  and  involution  combine  to  produce  a  more  irregular  enlargement  of  the 

thyroid  (multinodular  goiter).  They  may  be  nontoxic  or  may  induce  thyrotoxicosis  (toxic  multinodular 
goiter
)Grossly, Multinodular goiters are multilobulated, asymmetrically enlarged glands, which may reach 
massive size. On the cut surface, irregular nodules containing variable amounts of brown, gelatinous colloid 
are  present.  Regressive  changes  are  quite  common,  particularly  in  older  lesions,  and  include  areas  of 
fibrosis, hemorrhage, calcification, and cystic change. Microscopically, there are colloid-rich follicles lined 
by flattened, inactive epithelium and areas of follicular epithelial hypertrophy and hyperplasia, accompanied 
by the regressive changes mentioned above. 

The dominant clinical features: in addition to the obvious disfigurement induced by a large neck mass, goiters 
may also cause airway obstruction, dysphagia, and compression of large vessels in the neck and upper thorax. A 
hyperfunctioning ("toxic") nodule may develop within a long-standing goiter, resulting in hyperthyroidism. This 
condition is not accompanied by the infiltrative ophthalmopathy and dermopathy. Less commonly, there may be 
hypothyroidism. 
 
 
NEOPLASMS OF THE THYROID 
Fortunately, the overwhelming majority of solitary thyroid nodules are benign lesions.  
Causes of a solitary thyroid nodule
 include 
1. Non-neoplastic conditions  
     a. a dominant nodule of otherwise multinodular goiter 
     b. simple cysts 
     c. foci of thyroiditis 
2. Neoplastic conditions 
     a. Follicular adenomas  
     b. Carcinomas   
It  is  the  microscopic  evaluation  of  a  given  thyroid  nodule,  done  by  fine-needle  aspiration  biopsy  and/or 
histologic  study  of  surgically  resected  thyroid  tissue,  that  provides  the  most  definitive  information  about  its 
nature.
  
ADENOMAS  are  derived  from  follicular  epithelium.  As  in  the  case  of  all  thyroid  neoplasms,  follicular 
adenomas
  are  usually  solitary.  Clinically  and  morphologically,  they  may  be  difficult  to  distinguish,  from 
hyperplastic nodules  & from the less common follicular carcinomas.  Although the vast  majority of adenomas 
are nonfunctional, a small proportion are "toxic adenomas" and causes clinically apparent thyrotoxicosis. 
Pathogenesis 
Somatic  mutations  most  often  in  the  TSH  receptor  itself,  cause  chronic  overproduction  of  cAMP,  generating 
cells  that  acquire  proliferative  advantage.  This  results  in  clonal  expansion  of  epithelial  cells  that  leads  to  the 
formation of follicular adenoma. About 20% of follicular adenomas have point mutations in the RAS family of 
oncogenes,  which  have  been  also  identified  in  50%  of  follicular  carcinomas.  This  raises  the  possibility  that 
some adenomas may progress to carcinomas. 
Gross features 
(Fig. 7-7 A) 


background image

  The adenoma is solitary, spherical mass that compresses adjacent thyroid tissue.  

  It is well demarcated from the adjacent parenchyma by a well-defined capsule.  

Microscopic features (Fig. 7-7 B) 

  The uniform neoplastic cells are arranged in uniform follicles that contain colloid.  

  The follicular growth pattern within the adenoma is usually quite distinct from the adjacent non-neoplastic 

thyroid.  

  The tumor is surrounded by a fibrous capsule  

  The  above  two  features  help  distinguish  an  adenoma  from  a  nodule  of  a  multinodular  goiter,  in  which 

nodular and uninvolved parenchyma demonstrate comparable growth patterns.  

  Occasionally, the neoplastic cells acquire brightly eosinophilic granular cytoplasm (Hürthle cell adenoma) 

(Fig. 7-8), which does not differ clinically and in behavior from those of a conventional adenoma.   

  The  hallmark  of  all  follicular  adenomas  is  the  presence  of  an  intact  well-formed  capsule  encircling  the 

tumor. Careful evaluation of the integrity of the capsule is critical in the distinction of follicular adenomas 
from follicular carcinomas
, which demonstrate capsular and/or vascular invasion. 

Because  of  the  need  for  evaluating  capsular  integrity,  the  definitive  diagnosis  of  thyroid  adenoma  involves 
exclusion of follicular carcinoma, & this can only be made after careful histologic examination of the resected 
specimen.
 Suspected adenomas of the thyroid are therefore removed surgically to exclude malignancy. 
 
THYROID CARCINOMAS 
Most cases of thyroid carcinoma occur in adults, although papillary carcinomas, may present in childhood. A 
female  predominance  has  been  noted  in  the  early  and  middle  adult  years;  this  is  probably  related  to  the 
expression  of  estrogen  receptors  on  neoplastic  thyroid  epithelium.  In  contrast,  cases  presenting  in  childhood 
and late adult life are distributed equally among males and females. The major subtypes  of thyroid carcinoma 
and their relative frequencies are as follows: 

  Papillary carcinoma  

80% 

  Follicular carcinoma  

15% 

  Medullary carcinoma  

  4% 

  Anaplastic carcinomas  

  1% 

Most thyroid carcinomas are derived from the follicular epithelium, except for medullary carcinomas, which is 
derived from the parafollicular C cells. 
Pathogenesis 
Both genetic and environmental factors are implicated in the pathogenesis of thyroid cancers. 
1. Genetic influences
 are implicated in both familial and sporadic forms of thyroid cancer.  
Papillary  thyroid  carcinomas:
  two  major  types  of  genetic  alterations  are  involved  in  the  pathogenesis  of 
papillary thyroid carcinomas.  
a. Chromosomal rearrangements involving the tyrosine kinase receptor gene RET . Such rearrangements result 
in the formation of fusion genes, known as ret/PTC (receptor of tyrosine kinase/papillary thyroid carcinoma),  
b. Point mutations in the BRAF oncogene  
Both these genetic changes independently activate the carcinogenic MAP kinase signaling pathway
Follicular  thyroid  carcinomas:
  approximately  50%  of  such  tumors  harbor  mutations  in  the  RAS  family  of 
oncogenes. 
Medullary carcinomas: familial medullary thyroid carcinomas occur in MEN 2, and are associated with  germ-
line RET proto-oncogene mutations. RET mutations are also seen in nonfamilial (sporadic) medullary thyroid 
cancers. 
Anaplastic  carcinomas:  inactivating  point  mutations  in  the  p53  tumor  suppressor  gene  are  common  in 
anaplastic tumors. 
2. Environmental factors 
a.  Exposure  to  ionizing  radiation,  particularly  during  the  first  2  decades  of  life,  is  one  of  the  most  important 
predisposing  factor  for  the  development  of  thyroid  cancer.  The  incidence  of  carcinoma  of  the  thyroid  is 
substantially higher among atomic bomb survivors in Japan and in those exposed to ionizing radiation after the 


background image

Chernobyl  nuclear  plant  disaster.  The  overwhelming  majority  of  cancers  arising  in  this  setting  are  papillary 
thyroid cancers, and most have RET gene rearrangements.
  
b.  Long-standing  multinodular  goiter  has  been  suggested  as  a  predisposing  factor  since  areas  with  iodine 
deficiency-related endemic goiter have a higher prevalence of follicular carcinomas. 
Papillary Carcinoma 
This is the most common thyroid malignancy &  although it can present in any age group, the mean age at the 
time of initial diagnosis is 40 years.  

Gross features 

  The size of the primary tumor ranges from microscopic to huge. A very high proportion of thyroid cancers 

measuring < 1 cm in diameter are of papillary type.  

  The tumor may be  solitary or multifocal 

  It is either well circumscribed encapsulated or ill-defined with infiltrative margins.   

  Most cases are solid, whitish, firm, and clearly invasive; sometimes papillary formations are evident. (Fig. 

7-9 A).  

Microscopic features (Fig. 7-9 B) 

  The  diagnosis  of  papillary  carcinoma  is  based  on  nuclear  features  even  in  the  absence  of  a  papillary 

architecture. The nuclei of papillary carcinoma cells contain very finely dispersed chromatin, which imparts 
an  optically  clear  appearance  referred  to  as  "ground-glass"  nuclei.  In  addition,  invaginations  of  the 
cytoplasm may give the appearance of intranuclear pseudo-inclusions. Nuclear clefting is another feature of 
papillary carcinoma cells.  

  A  papillary  architecture  is  present  in  many  cases,  although  some  tumors  are  composed  predominantly  or 

exclusively  of  follicles;  these  follicular  variants  still  behave  biologically  as  papillary  carcinomas  if  they 
have the nuclear features described above.  

  Concentrically calcified structures termed psammoma bodies are often present within the tumor. 

Papillary  carcinomas  present  most  often  as  a  painless  mass  in  the  neck,  either  within  the  thyroid  or  as 
metastasis in a cervical lymph node. Metastases to adjacent cervical lymph nodes occur in 50% of cases. The 
presence cervical nodal metastases does not seem to influence the generally good prognosis of these cancers. In 
a minority of patients, hematogenous metastases are present, most commonly to the lung. Papillary carcinomas 
are indolent lesions, with 10-year survival rates in excess of 95%
 
Follicular Carcinoma  
This  is  the  second  most  common  form  of  thyroid  cancer.  It  shares  with  papillary  carcinoma  the  same 
predilection  for  females,  but  it  occurs,  on  the  average,  in  patients  who  are  a  decade  older.  The  incidence  of 
follicular carcinoma is increased in areas of dietary iodine deficiency. The high frequency of RAS mutations in 
follicular adenomas and carcinomas suggests that they may be related tumors. 
Pathological features (Fig. 7-10) 

  Most  follicular  carcinomas  are  composed  of  fairly  uniform  cells  forming  small  follicles,  reminiscent  of 

normal thyroid. 

  Similar to follicular adenomas, Hürthle cell variants of follicular carcinomas may be seen.  

  Follicular  carcinomas  may  be  frankly  infiltrative  or  minimally  invasive.  The  latter  are  sharply  demarcated 

lesions  that  may  be  impossible  to  distinguish  from  follicular  adenomas  on  gross  examination.  This 
distinction  requires  extensive  histological  sampling  of  the  tumor-capsule-thyroid  interface,  to  exclude  of 
confirm the presence of capsular and/or vascular invasion
.   

  Follicular  lesions  in  which  the  nuclear  features  are  typical  of  papillary  carcinomas  should  be  regarded  as 

papillary cancers. 

Follicular  carcinomas  present  most  frequently  as  solitary  "cold"  thyroid  nodules.  These  neoplasms  tend  to 
metastasize through the bloodstream to the lungs, bone, and liver. Regional nodal metastases are uncommon, in 
contrast to papillary carcinomas.
  
 
 
 


background image

Medullary Carcinoma  
This is a neuroendocrine neoplasm derived from the parafollicular cells C cells. Like normal C cells, medullary 
carcinomas  secrete  calcitonin,  the  measurement  of  which  plays  an  important  role  in  the  diagnosis  and 
postoperative  follow-up  of  patients.  In  some  cases,  the  tumor  cells  secrete  other  polypeptide  hormones. 
Medullary carcinomas are either sporadic (80% of cases) or familial (FMTC; 20%). The latter occur either in 
the  setting  of  MEN  syndromes  or  without  an  associated  MEN  syndrome.  Sporadic  &  FMTC  with  out  MEN 
occur  in  adults,  with  a  peak  incidence  around  the  age  of  60  years.  Cases  associated  with  MEN,  in  contrast, 
occur in younger patients and may even arise in children. 
Gross features (Fig. 7-11) 

  The  tumor  may  arise  as  a  solitary  multiple  nodules  involving  both  lobes  of  the  thyroid.  Multicentricity  is 

particularly common in familial cases. 

  The tumor is unencapsulated, solid,, and yellowish tan in color  

  Larger lesions often contain areas of necrosis and hemorrhage and may extend through outside the thyroid.  

Microscopic features (Fig. 7-11) 

  These  tumors  are  composed  of  polygonal  to  spindle-shaped  cells,  which  may  form  nests,  trabeculae,  and 

even follicles.  

  Amyloid  deposits,  derived  from  altered  calcitonin  molecules,  are  present  in  the  adjacent  stroma  in  many 

cases and are a distinctive feature of these tumors.  

  Calcitonin is readily demonstrable both within the cytoplasm of the tumor cells and in the stromal amyloid 

by immunohistochemical methods.  

  Electron  microscopy  reveals  variable  numbers  of  intracytoplasmic  membrane-bound  electron-dense 

granules.  

  One  of  the  peculiar  features  of  familial  medullary  carcinomas  is  the  presence  of  multicentric  C-cell 

hyperplasia in the surrounding thyroid parenchyma. Foci of C-cell hyperplasia are believed to represent the 
precursor lesions of medullary carcinomas. 

Sporadic  cases  of  medullary  carcinoma  present  most  often  as  a  mass  in  the  neck,  sometimes  associated  with 
compression  effects  such  as  dysphagia  or  hoarseness.  Notably,  hypocalcemia  is  not  a  feature,  despite  the 
presence  of  raised  calcitonin  levels.  Screening  of  relatives  for  elevated  calcitonin  levels  or  RET  mutations 
permits early detection of tumors in familial cases. Specific RET mutations have been found to correlate with 
an aggressive behavior in medullary carcinomas. 

Anaplastic (undifferentiated) Carcinoma (Fig. 7-12) 
Anaplastic  carcinomas  of  the  thyroid  are  among  the  most  aggressive,  uniformly  fatal  human  neoplasms.  The 
mean age of occurrence is 65 years. It is speculated that anaplastic carcinoma develops by "dedifferentiation" 
from  more  differentiated  tumors  (e.g.  papillary  carcinoma)  as  a  result  of  genetic  changes,  including  loss  of 
function of the p53 tumor suppressor gene. 
The cancer presents as a bulky mass that grows rapidly beyond the thyroid capsule into adjacent neck structures. 
Microscopically, the tumors are composed of highly anaplastic large cells either pleomorphic  giant cells &/or 
spindle cells (sarcomatoid).  

 

PARATHYROID GLANDS 
Hyperparathyroidism  
This is either primary or secondary, and, less commonly, tertiary.  The primary form represents an autonomous 
overproduction  of  PTH,  while  the  latter  two  conditions  occur  as  secondary  phenomena  in  individuals  with 
chronic renal failure. 
Primary hyperparathyroidism is an important cause of hypercalcemia. It is caused by parathyroid  
1. Adenoma    

 

(80%)  

2. Primary hyperplasia  

(15%)  

3. Parathyroid carcinoma  

(5%).  

Pathologic features 
The changes seen in primary hyperparathyroidism include those   
1. In the parathyroid glands  


background image

2. In other organs affected by elevated levels of calcium. 
Parathyroid changes: these take one of three possibilities  
A. Adenoma this is a solitary, well-circumscribed, soft, brownish to yellow, encapsulated nodule. By definition, 
parathyroid  adenomas  are  almost  invariably  confined  to  single  glands  (Fig.  7-13),  and  the  remaining  glands 
are either of normal in size or shrunken due to feedback inhibition by elevated serum calcium. Microscopically, 
parathyroid  adenomas  are  composed  predominantly  of  chief  cells  (Fig.  7-13  A).  A  rim  of  compressed,  non-
neoplastic parathyroid tissue is often visible at the edge of the adenoma.  
B. Hyperplasia, which affects typically all the glands. Microscopically, the most common pattern seen is that of 
chief-cell  hyperplasia.  Less  commonly,  the  constituent  cells  contain  abundant  clear  cytoplasm  due  to 
accumulation of glycogen, a condition designated as water-clear cell hyperplasia. 
C. Carcinoma, which is usually a hard tumor. Intra-operatively, a hard and adherent parathyroid is often a hint 
to  the  possibility  of  carcinoma  rather  than  adenoma.  Like  adenoma,  they  typically  a  single-gland  lesion  and 
chief  cells  tend  to  predominate  in  most  cases.  The  only  two  valid  criteria  for  malignancy  are  (1)  invasion  of 
surrounding tissues and (2) metastatic dissemination. 
Changes in other organs; these are found in the skeleton and kidneys.  
1. Skeletal changes include prominence of osteoclasts that erode bone matrix, particularly in the metaphyses of 
long tubular bones. Bone resorption is accompanied by increased osteoblastic activity and the formation of new 
bone trabeculae. In severe cases the cortex is grossly thinned and the marrow contains increased amounts  of 
fibrous  tissue accompanied by foci of  hemorrhage and cyst  formation  (osteitis  fibrosa  cystica).  Aggregates of 
osteoclasts,  reactive  giant  cells,  and  hemorrhagic  debris  occasionally  form  masses  that  may  be  mistaken  for 
neoplasms (brown tumors of hyperparathyroidism). (Fig. 7-14) 
2.  Nephrolithiasis  &  nephrocalcinosis:    PTH-induced  hypercalcemia  favors  the  formation  of  urinary  tract 
stones (nephrolithiasis) as well as calcification of the renal interstitium and tubules (nephrocalcinosis).  
3.  Metastatic  calcification  secondary  to  hypercalcemia  may  also  be  seen  in  the  stomach,  lungs,  myocardium, 
and blood vessels. 
Primary hyperparathyroidism  is  usually a disease of  adults and is  more common in  women  than  in  men by a 
ratio of nearly 3:1. The most common lab. feature is an increase in serum ionized calcium. Malignancy is the 
most  common  cause  of  clinically  apparent  hypercalcemia  in  adults  and  primary  hyperparathyroidism  is  the 
most  common  cause  of  clinically  silent  hypercalcemia.  In  persons  with  hypercalcemia  caused  by  parathyroid 
hyperfunction,  serum  PTH  is  inappropriately  elevated,  whereas  serum  PTH  is  low  to  undetectable  in 
hypercalcemia caused by nonparathyroid diseases, including malignancy.  
 
Secondary hyperparathyroidism is caused by any condition associated with chronic hypocalcemia, which leads 
to  compensatory  overactivity  of  the  parathyroids.  Renal  failure  is  by  far  the  most  common  cause.  The 
parathyroid  glands  are  hyperplastic.  Bone  changes  and    metastatic  calcification  are  similar  to  those  seen  in 
primary hyperparathyroidism.  
The  clinical  manifestations  of  secondary  hyperparathyroidism  are  usually  dominated  by  those  related  to 
chronic  renal  failure  and  elevated  serum  levels  of  PTH.  In  a  minority  of  patients,  parathyroid  activity  may 
become  autonomous  and  excessive,  with  resultant  hypercalcemia,  a  process  sometimes  termed  Tertiary 
hyperparathyroidism. 
 
HYPOPARATHYROIDISM 
The major causes of hypoparathyroidism include 
1. Iatrogenic i.e. unintentional removal of parathyroids during thyroidectomy. 
2. Congenital absence of the parathyroid glands 
3. Autoimmune hypoparathyroidism: a hereditary deficiency syndrome arising from autoantibodies to multiple 
endocrine organs (parathyroid, thyroid, adrenals, and pancreas). 
The major clinical manifestations of hypoparathyroidism are referable to hypocalcemia and include increased 
neuromuscular irritability, cardiac arrhythmias, and, on occasion, seizures. 

 

 


background image

ENDOCRINE PANCREAS

 

DIABETES MELLITUS  
This is “a group of metabolic disorders sharing the common underlying characteristic of hyperglycemia.”  
Diabetes is an important disease because 
1. It is common (affects 7% of the population). 
2. It increases the risk of atherosclerotic coronary artery and cerebrovascular diseases. 
3. It is a leading cause of  
     a. Chronic renal failure 
     b. Adult-onset blindness 
     c. Nontraumatic lower extremity amputations (due to gangrene)  
Classification 
Diabetes is divided into two broad classes: 
1. Type 1 diabetes (10%): characterized by an absolute deficiency of insulin secretion caused by pancreatic β-
cell destruction, usually as a result of an autoimmune attack. 
2. Type 2 diabetes (80%): caused by a combination of peripheral resistance to insulin action and an inadequate 
secretion of insulin from the pancreatic β cells in response to elevated blood glucose levels.  
The long-term complications in kidneys, eyes, nerves, and blood vessels are the same in both types. 
Pathogenesis 
Type 1 diabetes 
is an autoimmune disease and as in all such diseases, genetic susceptibility and environmental 
influences play important roles in the pathogenesis. The islet destruction is caused primarily by T lymphocytes 
reacting against immunologic epitopes on the insulin hormone located within β-cell; this results in a reduction 
of  β-cell  mass.  The  reactive  T  cells  include  CD4+  T  cells  of  the  T

H

1  subset,  which  cause  tissue  injury  by 

activating  macrophages,  and  CD8+  cytotoxic  T  lymphocytes;  these  directly  kill  β  cells  and  also  secrete 
cytokines  that  activate  further  macrophages.  The  islets  show  cellular  necrosis  and  lymphocytic  infiltration 
(insulitis). Autoantibodies against a variety of β-cell antigens, including insulin are also detected in the blood 
and may also contribute to islet damage.  
Type 2 Diabetes Mellitus: the pathogenesis remains unsettled.  Environmental influences, such as inactive life 
style  and  dietary  habits  that  eventuates  in  obesity,  clearly  have  a  role.  Nevertheless,  genetic  factors  are  even 
more important than in type 1diabetes. Among first-degree relatives with type 2 diabetes the risk of developing 
the disease is 20% to 40%, as compared with 5% in the general population.  
The two metabolic defects that characterize type 2 diabetes are 1.  A decreased ability of peripheral tissues to 
respond  to  insulin  (insulin  resistance)  and  2.  β-cell  dysfunction  manifested  as  inadequate  insulin  secretion  in 
the face of hyperglycemia. In most cases, insulin resistance is the primary event and is followed by increasing 
degrees of β-cell dysfunction. 
Morphology of Diabetes and Its Late Complications 
The important  morphologic changes  are related to  the many late systemic complications  of  diabetes  and thus 
are  likely  to  be  found  in  arteries  (macrovascular  disease),  basement  membranes  of  small  vessels 
(microangiopathy),  kidneys  (diabetic  nephropathy),  retina  (retinopathy),  and  nerves  (neuropathy).  These 
changes are seen in both type 1 and type 2 diabetes.  
The changes are divided into pancreatic & extrapancreatic 
A. Pancreatic changes are inconstant and are more commonly associated with type 1 than with type 2 diabetes. 
One or more of the following alterations may be present. 
1. Reduction in the number and size of islets 
2. Leukocytic infiltration of the islets (insulitis) principally byT lymphocytes.  
3. Amyloid replacement of islets; which is seen in advanced stages. (Fig. 7-15
B. Extrapancreatic changes 
1.  Diabetic  macrovascular  disease  is  reflected  as  accelerated  atherosclerosis  affecting  the  aorta  and  other 
large and medium-sized arteries including the coronaries. Myocardial infarction is the most common cause of 
death  in  diabetics.  Gangrene  of  the  lower  limbs  due  to  advanced  vascular  disease,  is  about  100  times  more 
common in diabetics than in the general population. 


background image

2. Hyaline arteriolosclerosis is the vascular lesion associated with hypertension. It is both more prevalent and 
more  severe  in  diabetics  than  in  nondiabetics,  but  it  is  not  specific  for  diabetes  and  may  be  seen  in  elderly 
nondiabetics without hypertension. (Fig. 7-16
3.  Diabetic  microangiopathy  is  one  of  the  most  consistent  morphologic  features  of  diabetes,  which  reflected 
morphologically as diffuse thickening of basement membranes. The thickening is most evident in the capillaries 
of  the  retina,  renal  glomeruli,  and  peripheral  nerves.  The  thickened  capillary  basement  membranes  are 
associated  with  leakiness  to  plasma  proteins.  The  microangiopathy  underlies  the  development  of  diabetic 
nephropathy, retinopathy, and some forms of neuropathy. 
4.  Diabetic  Nephropathy:  renal  failure  is  second  only  to  myocardial  infarction  as  a  cause  of  death  from 
diabetes. Three lesions encountered are:  
1. Glomerular lesions 
2. Renal vascular lesions, principally arteriolosclerosis; and 
3. Pyelonephritis, including necrotizing papillitis.  
Glomerular lesions:  these include  
a. diffuse glomerular capillary basement membrane thickening 
bdiffuse glomerular sclerosis: diffuse increase in mesangial matrix; always associated with the above.   
c. nodular glomerulosclerosis (Kimmelstiel-Wilson lesion) refers  to  a rounded deposits  of  a laminated matrix 
situated  in  the  periphery  of  the  glomerulus  (Fig.  7-17).  These  nodules  are  PAS  positive.  Nodular 
glomerulosclerosis is encountered in up to 30% of long-term diabetics and is a major cause of morbidity and 
mortality.  The  change  is  pathogonomic  of  diabetes.  Both  forms  of  glomerulosclerosis  (diffuse  and  nodular) 
induce  sufficient  ischemia  to  cause  scarring  of  the  kidneys,  manifested  by  a  finely  granular  cortical  surface 
(Fig. 7-18). 
Pyelonephritis: both acute and chronic pyelonephritis are more common & more severe in diabetics than in the 
general population. One special pattern of acute pyelonephritis, necrotizing papillitis (or papillary necrosis), is 
also much more prevalent in diabetics. 
Ocular  Complications  of  Diabetes:  Visual  impairment  up  to  total  blindness  may  occur  in  long-standing 
diabetes. The ocular involvement may take the form of  
a. retinopathy  
b. cataract formation 
c. glaucoma  
Retinopathy  is  the  most  common  of  the  above  three.  It  consists  of  a  group  of  changes  that  together  are 
considered diagnostic of the disease. The lesion in the retina takes two forms:  
1. Nonproliferative (background) retinopathy  
2. Proliferative retinopathy. 
Nonproliferative retinopathy includes retinal hemorrhages, exudates, microaneurysms, and most importantly, 
thickening  of  the  retinal  capillaries  (micro-angiopathy).  Underlying  all  of  these  changes  is  thickening  of  the 
retinal capillaries (microangiopathy), which leads to focal weakening of capillary structure. 
Proliferative  retinopathy  is  a  process  of  neovascularization  and  fibrosis.  This  lesion  leads  to  serious 
consequences, including  blindness,  especially if it involves  the macula.  Vitreous  hemorrhages can result from 
rupture  of  newly  formed  capillaries;  the  resultant  organization  of  the  hemorrhage  can  pull  the  retina  off  its 
foundation leading to retinal detachment. (Fig. 7-19
Diabetic  Neuropathy:  the  most  frequent  is  a  peripheral,  symmetric  neuropathy  of  the  lower  extremities  that 
affects  mainly  the  sensory  function.  Other  forms  produce  disturbances  in  bowel  and  bladder  function,  sexual 
impotence,  and  diabetic  mononeuropathy.  The  latter  may  manifest  as  sudden  footdrop,  wristdrop,  or  isolated 
cranial nerve palsies. One of the causes of the neurologic changes is again microangiopathy. The loss of pain 
sensation in the lower limbs can result in the development of ulcers that heal poorly and are a major cause of 
morbidity. 
In  both  forms  of  long-standing  diabetes,  cardiovascular  events  such  as  myocardial  infarction,  renal  vascular 
insufficiencyand cerebrovascular accidents are the most common causes of mortality. Diabetic nephropathy is 
a leading cause of end-stage renal disease. By 20 years after diagnosis, more than 75% of type 1 diabetics and 
about 20% of type 2 diabetics with overt renal disease will develop end-stage renal disease, requiring dialysis 
or renal transplantation.  


background image

Diabetics  are  plagued  by  an  enhanced  susceptibility  to  infections  of  the  skin,  as  well  as  to  tuberculosis, 
pneumonia, and pyelonephritis. Such infections cause the deaths of about 5% of diabetics.  

 
PANCREATIC ENDOCRINE NEOPLASMS 
(islet cell tumors
These are most common in adults, may be single or multiple, and benign or malignant. The latter metastasize to 
lymph nodes and liver. They tend to be functional. Like other endocrine neoplasms, it is difficult to predict their 
behavior purely on their light microscopic criteria. 
In general, tumors less than 2 cm in size tend to behave in 
an  indolent  manner.  The  vast  majority  of  insulinomas  (the  most  common  subtype)  are  benign,  while  the  vast 
majority of other pancreatic endocrine neoplasms tend to be malignant.  
Insulinomas  (β-cell  tumors)  are  the  most  common  of  pancreatic  endocrine  neoplasms;  they  are  generally 
benign but may produce sufficient insulin to induce hypoglycemia. 
Gross features 

  These are mostly solitary lesions, & usually small (<2 cm in diameter),  

  They tend to be encapsulated, pale to red-brown nodules located anywhere in the pancreas. Microscopically, 

they look like giant islets, with preservation of the regular cords of monotonous cells.  

  By immunocytochemistry, insulin can be localized in the tumor cells (Fig. 7-20).  

 

Under  the  electron  microscope,  neoplastic  β  cells,  like  their  normal  counterparts,  display  distinctive  round 
granules. 

The  critical  laboratory  findings  in  insulinomas  are  high  circulating  levels  of  insulin  and  a  high  insulin-to-
glucose ratio.   
Gastrinomas  are  associated  with  hypersecretion  of  gastrin.  These  tumors  may  be  pancreatic,  duodenal  or 
peripancreatic  ("gastrinoma  triangle").  Zollinger  and  Ellison  were  the  first  to  report  the  association  of 
pancreatic islet cell lesions with hypersecretion of gastric acid and severe peptic ulceration
 (Zollinger-Ellison 
syndrome
). Over half of gastrinomas are locally invasive or have already metastasized at the time of diagnosis. 
In  25%  of  the  cases,  gastrinomas  form  a  member  of  MEN-1  syndrome.  In  Zollinger-Ellison  syndrome, 
hypergastrinemia stimulates extreme gastric acid secretion, which in turn leads to multiple duodenal and gastric 
ulcers. In addition, ulcers may also occur in the jejunum. 
Other rare pancreatic endocrine neoplasms 
α-Cell tumors (glucagonomas)
 characterized by extremely high plasma glucagon levels. 
δ-Cell tumors (somatostatinomas)
 characterized by high plasma somatostatin. 
VIPoma characterized by production of vasoactive intestinal peptide (VIP).  

 
THE ADRENAL GLANDS

 

ADRENAL CORTEX  
The adrenal cortex synthesizes three different types of steroids:  
1. Glucocorticoids (principally cortisol), which are synthesized primarily in the zona fasciculata  
2. Mineralocorticoids, the most important being aldosterone, which is generated in the zona glomerulosa; and  
3. Sex steroids (estrogens and androgens), which are produced largely in the zona reticularis.  
Adrenocortical Hyperfunction (Hyperadrenalism) 
Under this heading come three distinctive clinical syndromes:  
1. Hypercortisolism (Cushing syndrome) 
2. Hyperaldosteronism 
3. Adrenogenitalsyndrome (virilizing)  
Hypercortisolism  (Cushing  Syndrome)  is  caused  by  any  condition  that  produces  an  elevation  in 
glucocorticoid levels. The causes of this syndrome are 
A. Exogenous through administration of exogenous glucocorticoids; the most common cause.  
B. Endogenous 
1. Hypothalamic-pituitary diseases
 causing hypersecretion of ACTH (Cushing disease
2. Adrenocortical hyperplasia or neoplasia 
3. Ectopic ACTH secretion
 by nonendocrine neoplasms (paraneoplastic) 


background image

Hypothalamic-pituitary  disease  associated  with  oversecretion  of  ACTH  accounts  for  more  than  50%  of  the 
endogenous hypercortisolism. The disorder affects mainly women, and it occurs most frequently during the 20s 
and 30s. ACTH-producing microadenoma (& rarely macroadenoma) is responsible for the vast majority of such 
cases.  Alternatively,  the  anterior  pituitary  shows  areas  of  corticotroph  cell  hyperplasia.  The  latter  may  be 
primary,  or  arise  secondarily  from  excessive  stimulation  of  ACTH  release  by  the  hypothalamus.  The  adrenal 
glands  in  patients  with  Cushing  disease  show  bilateral  nodular  cortical  hyperplasia  secondary  to 
overstimulation  by  elevated  levels  of  ACTH.  The  cortical  hyperplasia,  in  turn,  is  responsible  for  the 
hypercortisolism.  
Primary adrenal neoplasms, such as adrenal adenoma and carcinoma, and rarely by primary bilateral adrenal 
cortical  hyperplasia
,  are responsible  for up to  20% of  cases of endogenous  Cushing syndrome. This  group is 
designated  as  ACTH-independent  Cushing  syndrome  (or  adrenal  Cushing  syndrome)  because  the  adrenals 
function autonomously.  
Secretion of ectopic ACTH by nonendocrine tumors is commonly due to a small-cell carcinoma of the lung.  
Pathological features 

  The main lesions of Cushing syndrome are found in the pituitary and adrenal glands.  

  The  most  common  change  in  the  pituitary,  results  from  high  levels  of  endogenous  or  exogenous 

glucocorticoids,  is  termed  Crooke  hyaline  change.  In  this  condition,  the  normal  granular,  basophilic 
cytoplasm  of  the  ACTH-producing  cells  in  the  anterior  pituitary  is  replaced  by  homogeneous,  lightly 
basophilic material. This is due to accumulation of intermediate keratin filaments in the cytoplasm. 

  There is one of four changes in the adrenal glands, which depends on the cause. 

1. Cortical atrophy 
2. Diffuse hyperplasia 
3. Nodular hyperplasia 
4. Adenoma, rarely a carcinoma  

  In  patients  in  whom  the  syndrome  results  from  exogenous  glucocorticoids,  suppression  of  endogenous 

ACTH results in bilateral cortical atrophy, due to a lack of stimulation of the cortex by ACTH. In cases of 
endogenous hypercortisolism, in contrast, the adrenals either are hyperplastic or contain a cortical neoplasm. 
In Diffuse hyperplasia the adrenal cortex is diffusely thickened and yellow, as a result of an increase in the 
size  and  number  of  lipid-rich  cells  in  the  zonae  fasciculata  and  reticularis.  Alternatively,  there  is  nodular 
hyperplasia
 (Fig. 7-21), which takes the form of bilateral, up to 2.0-cm, yellow nodules scattered throughout 
the cortex. This macronodularity appears to be an extension of the diffuse hyperplasia, because the cortex 
between the nodules exactly resembles that found in the diffuse form of this condition.  

  Primary  adrenocortical  neoplasms  causing  Cushing  syndrome  may  be  benign  or  malignant.  The 

adrenocortical adenomas are  yellow tumors surrounded by capsules, and most weigh < 30 gm (Fig. 7-22). 
Microscopically,  they  are  composed  of  cells  that  are  similar  to  those  encountered  in  the  normal  zona 
fasciculata. The carcinomas associated with Cushing syndrome are unencapsulated masses frequently > 300 
gm  in  weight,  having  all  of  the  anaplastic  characteristics  of  cancer.  With  both  functioning  benign  and 
malignant tumors, the adjacent adrenal cortex and that of the contralateral adrenal gland are atrophic because 
of suppression of endogenous ACTH by high cortisol levels. 

ADRENAL INSUFFICIENCY 
Adrenocortical  hypofunction  is  either  primary  (adrenocrtical)  or  secondary  (ACTH  deficiency).  Primary 
insufficiency is divided into acute & chronic. 
Acute Adrenocortical Insufficiency occurs most commonly in the following clinical settings 

  massive adrenal hemorrhage including  Waterhouse-Friderichsen syndrome 

  Sudden withdrawal of long-term corticosteroid therapy 

  Stress in those with chronic adrenal insufficiency 

 
Massive  adrenal  hemorrhage
  may  destroy  the  adrenal  cortex  sufficiently  to  cause  acute  adrenocortical 
insufficiency. This condition may occur  
1. in patients maintained on anticoagulant therapy 
2. in postoperative patients who develop DIC 


background image

3. during pregnancy 
4. in patients suffering from overwhelming sepsis (Waterhouse-Friderichsen syndrome) (Fig. 7-23).  
 
Waterhouse-Friderichsen  syndrome
  is  a  catastrophic  syndrome  classically  associated  with  Neisseria 
meningitidis  septicemia  but  can  also  be  caused  by  other  organisms,  including  Pseudomonas  species, 
pneumococci  &  Haemophilus  influenzae.  The  pathogenesis  of  the  syndrome  remains  unclear,  but  probably 
involves endotoxin-induced vascular injury with associated DIC. 
 

Chronic  adrenocortical  insufficiency  (Addison  disease)  results  from  progressive  destruction  of  the  adrenal 
cortex. More than 90% of all cases are attributable to one of four disorders:  
1.  autoimmune adrenalitis (the most common cause; 
70% of cases)  
2.  tuberculosis & fungal infections  
3.  AIDS 
4.  Metastatic cancers   
In  such  primary  diseases,  there  is  hyperpigmentation  of  the  skin  &  oral  mucosa  due  to  high  levels  of  MSH 
(associated with high levels of ACTH). (Fig. 7-24) 
Autoimmune  adrenalitis
  is  due  to  autoimmune  destruction  of  steroid-producing  cells.  It  is  either  isolated  or 
associated other autoimmune diseases, such as Hashimoto disease, pernicious anemia, etc.  
Infections, particularly tuberculous and fungal 
Tuberculous  adrenalitis,  which  once  was  responsible  for  as  many  as  90%  of  cases  of  Addison  disease,  has 
become  less  common  with  the  advent  of  antituberculous  therapy.  When  present,  tuberculous  adrenalitis  is 
usually associated with active infection elsewhere, particularly the lungs and genitourinary tract. Among fungi, 
disseminated infections caused by Histoplasma capsulatum is the main cause.  
AIDS  patients  are  at  risk  for  developing  adrenal  insufficiency  from  several  infectious  (cytomegalovirus, 
Mycobacterium avium-intracellulare) and noninfectious (Kaposi sarcoma) complications. 
Metastatic  neoplasms:  the  adrenals  are  a  fairly  common  site  for  metastases  in  persons  with  disseminated 
carcinomas.  Although  adrenal  function  is  preserved  in  most  such  patients,  the  metastatic  growths  sometimes 
destroy  sufficient  adrenal  cortex  to  produce  a  degree  of  adrenal  insufficiency.  Carcinomas  of  the  lung  and 
breast
 are the major primary sources. (Fig. 7-25
 
Secondary Adrenocortical Insufficiency 
Any disorder of the hypothalamus and pituitary, such as metastatic cancer, infection, infarction, or irradiation, 
that reduces the output of ACTH leads to a syndrome of hypoadrenalism having many similarities to Addison 
disease.  In  such  secondary  disease,  the  hyperpigmentation  of  primary  Addison  disease  is  lacking  because 
melanotropic hormone levels are low. ACTH deficiency may occur alone, but in some instances, it is only one 
part  of  panhypopituitarism,  associated  with  multiple  tropic  hormone  deficiencies.  Secondary  adrenocortical 
insufficiency is  characterized by  low serum ACTH and a prompt rise in  plasma cortisol  levels  in response to 
ACTH administration. 
 
Pathological features of adrenocortical deficiency 

  The appearance of the adrenal glands varies with the cause of the insufficiency.  

  In secondary hypoadrenalism the adrenals are reduced to small, uniform, thin rim of atrophic yellow cortex 

that  surrounds  a  central,  intact  medulla.  Histologically,  there  is  atrophy  of  cortical  cells  with  loss  of 
cytoplasmic lipid, particularly in the zonae fasciculata and reticularis.  

  In  primary  autoimmune  adrenalitis  there  is  also atrophy  of  the  cortex  associated  with  a  variable  lymphoid 

infiltrate that may extend into the subjacent medulla. The medulla is otherwise nromal.  

  In  tuberculosis  or  fungal  diseases  there  is  granulomatous  inflammatory  reaction.  Demonstration  of  the 

responsible organism may require the use of special stains.  

  With  metastatic  carcinoma,  the  adrenals  are  enlarged  and  their  normal  architecture  is  obscured  by  the 

infiltrating neoplasm.  

At least 90% of the gland cortices have to be destroyed for the condition to be clinically apparent.  


background image

 
ADRENOCORTICAL TUMORS 
Functional adenomas are commonly associated with hyperaldosteronism and with Cushing syndrome, whereas 
a virilizing neoplasm is more likely to be a carcinoma. Determination of of the functional status of a tumor is 
based on clinical evaluation and measurement of the hormone or its metabolites. In other wordsfunctional and 
nonfunctional adrenocortical neoplasms cannot be distinguished on the basis of morphologic features.
 
Patholgical features 
Adrenocortical adenomas (Fig. 7-26)  
Most  cortical  adenomas  do  not  cause  hyperfunction  and  are  usually  encountered  as  incidental  findings  at  the 
time of autopsy or during abdominal imaging for an unrelated cause.  

  They are generally small, 1 to 2 cm in diameter.  

  On cut surface, adenomas are usually yellow to yellow-brown due to presence of lipid within the neoplastic 

cells  

  Microscopically, adenomas are composed of cells similar to those populating the normal adrenal cortex. The 

nuclei tend to be small, although some degree of pleomorphism may be encountered even in benign lesions 
("endocrine atypia"). The cytoplasm ranges from eosinophilic to vacuolated, depending on their lipid content. 

Adrenocortical carcinomas  
These are rare and may occur at any age, including in childhood.  

  Carcinomas are generally large, invasive lesions.  

  The cut surface is typically variegated and poorly demarcated with areas of necrosis, hemorrhage, and cystic 

change (Fig. 7-27).  

  Microscopically,  they  are  composed  of  well-differentiated  cells  resembling  those  of  cortical  adenomas  or 

bizarre, pleomorphic cells, which may be difficult to distinguish from those of an undifferentiated carcinoma 
metastatic to the adrenal.  

Adrenal  cancers  have  a  strong  tendency  to  invade  the  adrenal  vein,  vena  cava,  and  lymphatics.  Metastases  to 
regional and periaortic nodes are common, as are distant hematogenous spread to the lungs and other viscera. 
The median survival is about 2 years. 
 
ADRENAL MEDULLA 
The adrenal medulla is populated by cells derived from the neural crest (chromaffin cells) and their supporting 
(sustentacular)  cells.  The  chromaffin  cells  are  so  named  because  they  stain  brown-black  after  exposure  to 
potassium  dichromate.  They  secrete  catecholamines  in  response  to  signals  from  preganglionic  nerve  fibers  in 
the  sympathetic  nervous  system.  Similar  collections  of  cells  are  distributed  throughout  the  body  in  the  extra-
adrenal paraganglion system. Tumors are the most important diseases of the adrenal medulla. 
 
 
Pheochromocytoma 
Pheochromocytomas  are  neoplasms  composed  of  chromaffin  cells,  which  as  their  normal  counterparts 
synthesize  and  release  catecholamines.  The  "rule  of  10s"  is  conviently  applied  to  this  tumor:  10%  of 
pheochromocytomas  
1.  Arise  in  association  with  one  of  several  familial  syndromes  such  as  MEN  syndromes,  type  1 

neurofibromatosis, von Hippel-Lindau disease, and Sturge-Weber syndrome. 

2.  Are extra-adrenal, occurring in sites such as the organ of Zuckerkandl and the carotid body, where they are 

usually called paragangliomas rather than pheochromocytomas. 

3.  Are bilateral; but in association with familial syndromes, this figure may rise to 50%.  
4.  Are malignant; frank malignancy, however, is more common in extra-adrenal tumors.  
Gross features 

  The size of these tumors is quite variable ranging from small to huge masses. 

  Sectioning shows  yellow-tan, well-defined tumor that compress the adjacent adrenal.  Large lesions display 

areas of hemorrhage, necrosis, and cystic degeneration.  


background image

  Incubation  of  the  fresh  tissue  with  potassium  dichromate  solutions  converts  the  tumor  a  dark  brown  color. 

(Fig. 7-28) 

Microscopic features 

  These  tumors  are  composed  of  polygonal  to  spindle-shaped  chromaffin  cells  and  their  supporting 

sustentacular  cells,  arranged  in  well-defined  small  nests  (Zellballen),"  rimmed  by  a  rich  vascular  network 
(Fig. 7-28).  

  The cytoplasm is often finely granular (catecholamine-containing granules)  

  The nuclei are often quite pleomorphic.  

  Both  capsular  and  vascular  invasion  may  be  encountered  in  benign  lesions,  and  the  presence  of  mitotic 

figures  per  se  does  not  imply  malignancy.  Therefore,  the  definitive  diagnosis  of  malignancy  in 
pheochromocytomas is based exclusively on the presence of metastases.
 These may involve regional lymph 
nodes as well as more distant sites, including liver, lung, and bone. 

  Electron  microscopy  reveals  variable  numbers  of  membrane-bound,  electron-dense  granules,  representing 

catecholamines.  

The  clinical  course  of  pheochromocytoma  is  dominated  by  hypertension  that  may  be  episodic,  which  is 
associated  with  tachycardia,  palpitations,  headache,  sweating  and  tremor.  Sudden  cardiac  death  may  occur, 
probably secondary to catecholamine-induced myocardial irritability and ventricular arrhythmias.  
The  laboratory  diagnosis  of  pheochromocytoma  is  based  on  demonstration  of  increased  urinary  excretion  of 
free catecholamines and their metabolites, such as vanillylmandelic acid (VMA)&  metanephrines

 
Neuroblastoma and Related Neoplasms 
Neuroblastoma is the second most common solid malignancy of childhood after brain tumors, accounting for up 
to10% of all pediatric neoplasms. They are most common during the first 5 years of life. Neuroblastomas may 
occur anywhere along the sympathetic nervous system and occasionally within the brain. Most neuroblastomas 
are  sporadic.  Spontaneous  regression  and  spontaneous-  or  therapy-induced  maturation  are  their  unique 
features.  
Gross features 

  The adrenal medulla is the commonest site of neuroblastomas. The remainder occur along the sympathetic 

chain, mostly in the paravertebral region of the abdomen and posterior mediastinum.  

  They range in size from minute nodules to large masses weighing more than 1 kg.  

  Some tumors are delineated by a fibrous pseudo-capsule, but others invade surrounding structures, including 

the kidneys, renal vein, vena cava, and the aorta.  

  Sectioning shows soft, gray-tan, brain-like tissue. Areas of necrosis, cystic softening, and hemorrhage may 

be present in large tumors. (Fig. 7-29) 

Microscopic features 

  Neuroblastomas are composed of small, primitive-appearing neuroblasts with dark nuclei & scant cytoplasm, 

growing in solid sheets.   

  The  background  consists  of  light  pinkish  fibrillary  material  corresponding  to  neuritic  processes  of  the 

primitive cells.  

  Typically, rosettes can be found in which the tumor cells are concentrically arranged about a central space 

filled with the fibrillary neurites. 

  Supporting features include include immunochemical detection of neuron-specific enolase and ultrastructural 

demonstration of small, membrane-bound, cytoplasmic catecholamine-containing secretory granules. 

  Some  neoplasms  show  signs  of  maturation,  either  spontaneous  or  therapy-induced.  Larger  ganglion-like 

cells  having more abundant  cytoplasm  with  large vesicular nuclei and  prominent  nucleoli  may be found in 
tumors  admixed  with  primitive  neuroblasts  (ganglioneuroblastoma).  Further  maturation  leads  to  tumors 
containing many mature ganglion-like cells in the absence of residual neuroblasts (ganglioneuroma). 

Many factors influence prognosis, but the most important are the stage of the tumor and the age of the patient. 
Children below 1 year of age have a much more favorable outlook than do older children at a comparable stage 
of  disease.  Miscroscopic  features  are  also  an  independent  prognostic  factor;  evidence  of  gangliocytic 
differentiation is indicative of a "favorable" histology. Amplification of the MYCN oncogene in neuroblastomas 


background image

is a molecular event that has profound impact on prognosis. The greater the number of copies, the worse is the 
prognosis. MYCN amplification is currently the most important genetic abnormality used in risk stratification of 
neuroblastic tumors.  
Aout  90%  of  neuroblastomas  produce  catecholamines  (as  pheochromocytomas),  which  are  an  important 
diagnostic  feature  
(i.e.,  elevated  blood  levels  of  catecholamines  and  elevated  urine  levels  of  catecholamine 
metabolites such as vanillylmandelic acid [VMA] and homovanillic acid [HVA]). 
 
Multiple Endocrine Neoplasia Syndromes (MEN) 
The  MEN  syndromes  are  a  group  of  inherited  diseases  resulting  in  proliferative  lesions  (hyperplasias, 
adenomas, and carcinomas) of multiple endocrine organs.
 Even in one organ, the tumors are often multifocal
These tumors  are usually  more  aggressive and recur in a higher proportion of cases than similar  but  sporadic 
endocrine tumors.  
Multiple  Endocrine  Neoplasia  Type  1  (MEN1)  is  inherited  in  an  autosomal  dominant  pattern.  The  gene 
(MEN1) is a tumor suppressor gene; thus, inactivation of both alleles of the gene is believed to be the basis of 
tumorigenesis.  Organs  commonly  involved  include  the  parathyroid,  pancreas,  and  pituitary  (the  3  Ps). 
Parathyroid hyperplasia is the most consistent feature of MEN-1 but endocrine tumors of the pancreas are the 
leading  cause  of  death  because  such  tumors  are  usually  aggressive  and  present  with  metastatic  disease. 
Zollinger-Ellison  syndrome,  associated  with  gastrinomas,  and  hypoglycemia,  related  to  insulinomas,  are 
common endocrine manifestations.  Prolactin-secreting macroadenoma  is  the most frequent  pituitary  tumor in 
MEN-1 patients.  
Multiple Endocrine Neoplasia Type 2 (MEN2) 
MEN  type  2  is  actually  two  distinct  groups  of  disorders  that  are  unified  by  the  occurrence  of  activating 
mutations of the RET protooncogene. Both are inherited in an autosomal dominant pattern.  
MEN 2A 
Organs commonly involved include: 
Medullary carcinoma
 of the thyroid develops in virtually all cases, and the tumors usually occur in the first 2 
decades  of  life.  The  tumors  are  commonly  multifocal,  and  foci  of  C-cell  hyperplasia  can  be  found  in  the 
adjacent thyroid. Adrenal pheochromocytomas develop in 50% of patients; fortunately, no more than 10% are 
malignant. Parathyroid gland hyperplasia with primary hyperparathyroidism occurs in a third of patients.  
Multiple Endocrine Neoplasia, Type 2B  
Organs  commonly  involved  include  the  thyroid  and  adrenal  medulla.  The  spectrum  of  thyroid  and  adrenal 
medullary disease is similar to that in MEN-2A. However, unlike MEN-2A, patients with MEN-2B:  
1. Do not develop primary hyperparathyroidism 
2.  Develop  extraendocrine  manifestations:  ganglioneuromas  of  mucosal  sites  (gastrointestinal  tract,  lips, 
tongue) and marfanoid habitus  
 
 
 
 
 
 
 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 31 عضواً و 492 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل