Introducción a
La ultraestructura de la capa muscular de la unión gastroesofágica humana, con especial referencia a las «células intersticiales de Cajal»

un trabajo histórico escrito originalmente en italiano y traducido ahora por Faussone Pellegrini et al. (2013).

Ramón y Cajal, buscando una red neuronal más simple que el cerebro, estudió el intestino delgado del conejo para encontrar células intersticiales que consideró las células finales del sistema nervioso simpático (Ramón y Cajal, 1911). Sus dibujos de lo que más tarde se llamaría células intersticiales de Cajal, siguen cautivando la admiración por su precisión. La hipótesis de las CIC como células nerviosas se basó en la observación de que las CIC asociadas al plexo mientérico del intestino del conejo, teñidas con azul de metileno e impregnadas de plata según el método de Golgi, eran similares a los tejidos neurales. Además, las células parecían intercalarse entre las células nerviosas típicas y las células musculares lisas. En los años siguientes a las publicaciones de Cajal, los morfólogos estudiaron la CCI en el intestino casi continuamente llegando a la conclusión de que eran células nerviosas, células de Schwann, fibroblastos o células mioides. Ocasionalmente, alguien relacionó las células con la generación de la ritmicidad de la actividad motora intestinal. Keith vio similitudes estructurales con las células del nodo sinoauricular y planteó la hipótesis de que eran células marcapasos (Keith, 1915). Leeuwe escribió en 1937 «Las células intersticiales de Cajal son las formaciones finales del sistema nervioso simpático, responsables de las contracciones rítmicas de la actividad peristáltica intestinal» (Leeuwe, 1937). Ambache, aunque seguía creyendo que la CCI pertenecía al sistema nervioso, sugirió sin embargo que una onda eléctrica lenta, que precede a las contracciones, «representa la descarga de un marcapasos en el intestino, y puede surgir en la red nerviosa que fue descrita por Cajal» (Ambache, 1947). Nelemans y Nauta comentaron: «Dado que la mayoría de los órganos que contienen células intersticiales muestran ritmicidad …. nos parece muy probable que tengamos que encontrar el origen de esta ritmicidad en la red intersticial» (Nelemans y Nauta, 1951). La microscopía electrónica inauguró la era moderna de la investigación sobre la fisiología y la fisiopatología de las células intersticiales de Cajal. El primer artículo que aportó la hipótesis de que las CIC eran células marcapasos basándose en esta nueva técnica fue publicado en una revista italiana por la profesora Faussone-Pellegrini de la Universidad de Florencia (Italia), donde describió las CIC observadas en muestras esofágicas y gástricas de pacientes que no padecían patologías de la motilidad (Faussone Pellegrini et al., 1977). Una traducción de este artículo en inglés ha aparecido ahora en Frontiers in Autonomic Neuroscience (Faussone Pellegrini et al., 2013). Faussone-Pellegrini se graduó en la Universidad de Florencia en 1963 a la edad de 23 años y se le ofreció un puesto en el Departamento de Histología y Embriología para instruir a los miembros del departamento en el uso del nuevo microscopio electrónico de transmisión. Con poco dinero y sin ayuda, Faussone Pellegrini descubrió entonces (1967-1968) la CCI en el estómago de la rata, pero no pudo publicar nada porque su profesor decidió que era demasiado joven y no se le había pedido que buscara algo fuera del tema que debía estudiar. Años más tarde, en el periodo de 1974-1976, el cirujano Camillo Cortesini pidió a Faussone-Pellegrini que observara muestras de la unión gastroesofágica de pacientes con acalasia, donde vio que la morfología de la CCI difería de la de los controles, ya que tenían menos orgánulos, como mitocondrias y retículo endoplásmico liso, y también tenían menos contactos con las células musculares lisas y los nervios (Faussone Pellegrini et al., 1977). El hecho de que la acalasia esté asociada a un peristaltismo deficiente le dio ideas para la hipótesis de que las CCI podrían ser células marcapasos. El desarrollo de la hipótesis también se vio favorecido por la correlación de los hallazgos fisiológicos de la literatura con la información estructural que estaba descubriendo. Faussone-Pellegrini (Faussone Pellegrini et al., 1977) se refiere a dos capítulos del Handbook of Physiology de 1986. Holman escribió que la actividad de marcapasos era probablemente generada por unas pocas o todas las células musculares longitudinales del intestino delgado, reconociendo que era poco probable que todas las células musculares lisas exhibieran propiedades de marcapasos (Holman, 1968). Prosser y Bortoff también centraron su atención en las células musculares longitudinales, pero hacen la siguiente afirmación «Por motivos morfológicos, Tiegs (1925) postuló que las células intersticiales que Cajal había descrito como abundantes a lo largo de los nervios… forman una red intersticial que origina, conduce y coordina las contracciones rítmicas». Sin embargo, Prosser y Bortoff parecieron descartar esto al afirmar que «Richardson (1958) demostró claramente mediante microscopía electrónica que se trata de fibroblastos que forman vainas alrededor de los nervios».

Además de los estudios fisiológicos, la morfología comparativa ayudó a Faussone-Pellegrini a crear la hipótesis. Faussone-Pellegrini escribe: «El bajo grado de diferenciación de las células intersticiales como elementos contráctiles podría estar relacionado con la autoexcitación, como en el miocardio (Viragh y Challice, 1973), donde el tejido específico dedicado a la generación y conducción de impulsos está formado por células menos diferenciadas para la contracción que los miocardiocitos comunes» (Faussone Pellegrini et al, 2013).

Como el artículo original fue escrito en italiano (Faussone Pellegrini et al., 1977) no tuvo una amplia audiencia y Faussone-Pellegrini estaba ansioso por publicar en inglés. El objetivo era un estudio de la CCI en el intestino delgado humano. Los primeros intentos de publicación fueron infructuosos ya que los revisores creyeron que las CIC eran células musculares inmaduras o mal fijadas. Pero finalmente en 1983 se publicó su estudio donde describió la CCI en la zona del plexo mientérico y en la zona del plexo muscular profundo (Faussone Pellegrini y Cortesini, 1983). Durante este tiempo, Faussone Pellegrini también estudió el intestino de ratones pre y postnatales y demostró que las CCI no eran células musculares lisas inmaduras y proporcionó información sobre la morfología de la diferenciación de las CCI de la célula mesenquimal a las CCI «adultas» (Faussone Pellegrini, 1984).

El trabajo de Faussone-Pellegrini se hizo más conocido a través de las publicaciones y presentaciones en conferencias del profesor Lars Thuneberg en la Universidad de Copenhague, Dinamarca. El trabajo de Faussone-Pellegrini (1977) fue citado en la tesis doctoral seminal de Thuneberg (1982), que culminó años de microscopía electrónica en un viejo microscopio Hitachi. Thuneberg tenía la capacidad de observar detalles que parecían irrelevantes para la mayoría de los observadores, lo que le proporcionó una gran cantidad de ideas y muchas hipótesis originales. Thuneberg descubrió la CCI en torno a 1974, pero libre de la presión de publicar, no fue hasta 1982 cuando la investigación apareció como tesis doctoral (Thuneberg, 1982). Thuneberg amplió las pruebas estructurales de la CCI como células marcapasos y pronto aportó las primeras pruebas fisiológicas junto con Juri Rumessen (Thuneberg et al., 1984). Se había demostrado que la actividad de ondas lentas procedía de la zona del plexo mientérico, por lo que se decidió investigar la posibilidad de que una ablación fotoquímica de la red CCI-MP provocara la desaparición de la actividad de ondas lentas registrables. Resulta que el azul de metileno vital se acumulaba de forma única en la red de CCI-MP y cuando se expusieron las células a la iluminación directa, las CCI resultaron gravemente lesionadas y sí que provocó la desaparición de las ondas lentas (Thuneberg et al., 1984), proporcionando un fuerte apoyo a la idea de que las CCI-MP son células marcapasos intestinales. El fisiólogo que más se acercó a la predicción de este resultado fue Tomita, que publicó en 1981 «Por lo tanto, es posible que algunas células particulares situadas entre las capas musculares actúen como marcapasos de las ondas lentas y activen tanto los músculos longitudinales como los circulares» (Tomita, 1981).

El estudio de la ablación fotoquímica se comunicó en la 9ª Reunión Internacional de Motilidad GI en Aix en Provence (Thuneberg et al., 1984), lo que estimuló a varios laboratorios a empezar a trabajar en la CCI. A partir de entonces, el número de publicaciones sobre la CCI aumentó de forma espectacular (Thuneberg, 1999). Aunque Szurszewski no menciona la CCI como posible fuente en la «biblia» de la fisiología gastrointestinal de 1981: «The physiology of the Gastrointestinal Tract» editada por Leonard Johnson (Szurszewski, 1981), en 1986, el laboratorio de Szurszewski registra la actividad eléctrica de secciones aisladas del intestino delgado y concluye que las ondas lentas espontáneas del intestino delgado del perro, el gato, el conejo, la zarigüeya y el ser humano se generan en células no neuronales situadas entre la capa muscular longitudinal y la circular externa. Se sugiere que la CCI podría ser la fuente (Hara et al., 1986). Suzuki et al. realizaron estudios similares en el yeyuno del gato y llegaron a la misma conclusión (Suzuki et al., 1986). En la edición de 1987 de «Fisiología del tracto gastrointestinal», se discute ampliamente el artículo de Thuneberg de 1982 y Szurszewski escribe: «En cuanto a la naturaleza de estas células… las células intersticiales de Cajal parecen ser las más prometedoras (Szurszewski, 1987). ¡La CIC había sido aceptada en el bastión de la fisiología gastrointestinal! En 1989, más pruebas fisiológicas de otros laboratorios confirmaron el papel de marcapasos de la CCI (Barajas-López et al., 1989; Langton et al., 1989). En 1999 Thuneberg y Faussone Pellegrini publicaron un trabajo conjunto, la «Guía para la identificación de las células intersticiales de Cajal» (Faussone-Pellegrini y Thuneberg, 1999).

Es peculiar que Faussone Pellegrini desarrollara la idea de que las CCI eran células marcapasos que gobernaban el peristaltismo mientras trabajaba en el esófago, donde en condiciones normales no se observa ninguna actividad rítmica espontánea y donde se supone que el peristaltismo está bajo control vagal. De hecho, todos los estudios fisiológicos posteriores sobre el papel de las CCI como células marcapasos no incluyeron el esófago. Se cree que la pérdida de peristaltismo del cuerpo esofágico se debe a la pérdida de neuronas (Kraichely y Farrugia, 2006) o a la disfunción del EEI (Kraichely y Farrugia, 2006). El esófago tiene muy pocas CCI asociadas con el plexo mientérico, la CCI más frecuentemente asociada con la actividad del marcapasos. El esófago tiene abundantes ICC intramusculares (ICC-IM) dispersas por el músculo circular y longitudinal (Figura 1). Se cree que las ICC-IM están implicadas en el marcapasos y en la propagación de ondas lentas en el estómago (Hirst et al., 2006). Curiosamente, las CCI también se encuentran en el músculo estriado del esófago (Faussone-Pellegrini y Cortesini, 1986). ¿Están las CCI esofágicas asociadas al peristaltismo? Como en otras partes del cuerpo, el esófago tiene mecanismos de propulsión superpuestos. La propulsión inducida por la deglución está dirigida y coordinada por la excitación secuencial a través de fibras vagales programadas por el centro de deglución en el sistema nervioso central. En ausencia de actividad vagal, el mecanismo neural intramural puede tomar el control. La deglución de un bolo activa este sistema y la subsiguiente contracción propagadora tiene características muy similares a la dirigida por el sistema nervioso central (Diamant, 1989). La estimulación directa del músculo esofágico en la zarigüeya produce contracciones que se propagan de forma peristáltica a una velocidad que es similar a la de las contracciones peristálticas producidas por la deglución, en presencia de TTX (Sarna et al., 1977). Por lo tanto, el esófago tiene un sistema de control miogénico que puede orquestar completamente la actividad peristáltica y la red de CCI es un candidato lógico para su origen. En algunos pacientes con acalasia, se observa una fuerte actividad contráctil rítmica que indica claramente la presencia de un marcapasos (Jee et al., 2009). Nuevas pruebas en el esófago humano sugieren que el marcapasos podría ser una red de células ICC-IM y PDGFRα positivas (Ji-Hong Chen y Jan D. Huizinga, sin publicar). Por lo tanto, la idea de Faussonne Pellegrini de que las CCI del esófago son marcapasos podría seguir siendo correcta.

Figura 1. Ultraestructura de la CCI-IM en la capa muscular circular del esófago inferior humano. (A) Una ICC-IM y sus procesos forman múltiples conexiones (flechas) con las células musculares lisas adyacentes. (B) Una CCI-IM en un pequeño tabique está cerca de dos pequeños haces nerviosos (N).

En resumen, la hipótesis de que las CCI son células marcapasos del intestino ha aparecido en la literatura desde 1915. Faussone-Pellegrini fue el primero en publicar un estudio en 1977 que reforzaba la hipótesis mediante el uso de la microscopía electrónica. Esta noción fue desarrollada y popularizada por Thuneberg en 1982, y con ello se inició la era moderna de los estudios fisiológicos sobre los orígenes celulares de la actividad de los marcapasos intestinales.

Agradecimientos

Este trabajo fue apoyado financieramente por una subvención de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (NSFC) # 81170249 a Ji-Hong Chen y de los Institutos Canadienses de Investigación en Salud (CIHR) # MOP12874 a Jan D. Huizinga.