Ramon y Cajal, în căutarea unei rețele neuronale mai simple decât creierul, a studiat intestinul subțire de iepure pentru a găsi celule interstițiale pe care le-a considerat celulele terminale ale sistemului nervos simpatic (Ramon y Cajal, 1911). Desenele sale a ceea ce avea să se numească mai târziu celulele interstițiale ale lui Cajal, captivează și astăzi admirația pentru acuratețea lor. Ipoteza ICC ca celule nervoase s-a bazat pe observația că ICC asociate cu plexul mienteric al intestinului de iepure, colorate cu albastru de metilen și impregnare cu argint conform metodei Golgi, asemănătoare țesuturilor neuronale. În plus, celulele păreau să se intercaleze între celulele nervoase tipice și celulele musculare netede. În anii care au urmat publicațiilor lui Cajal, morfologii au studiat ICC din intestin ajungând aproape continuu la concluzia că acestea erau celule nervoase, celule Schwann, fibroblaste sau celule mioide. Ocazional, cineva a făcut legătura între aceste celule și generarea ritmicității activității motorii intestinale. Keith a văzut asemănări structurale cu celulele nodului sinoatrial și a emis ipoteza că acestea ar fi celule pacemaker (Keith, 1915). Leeuwe a scris în 1937: „Celulele interstițiale ale lui Cajal sunt formațiunile terminale ale sistemului nervos simpatic, responsabile de contracțiile ritmice ale activității peristaltice intestinale” (Leeuwe, 1937). Ambache, deși continua să creadă că ICC aparținea sistemului nervos, a sugerat totuși că o undă electrică lentă, care precede contracțiile, „reprezintă descărcarea unui stimulator cardiac în intestin și poate apărea în rețeaua nervoasă care a fost descrisă de Cajal” (Ambache, 1947). Nelemans și Nauta au comentat: „Din moment ce majoritatea organelor care conțin celule interstițiale prezintă ritmicitate …. ni se pare cel mai probabil că trebuie să găsim originea acestei ritmicități în rețeaua interstițială” (Nelemans și Nauta, 1951). Microscopia electronică a anunțat era modernă de cercetare a fiziologiei și fiziopatologiei celulelor interstițiale Cajal. Prima lucrare care a furnizat ipoteza că ICC sunt celule pacemaker pe baza acestei noi tehnici a fost publicată într-o revistă italiană de profesoara Faussone-Pellegrini de la Universitatea din Florența, Italia, unde a descris ICC observate în specimene esofagiene și gastrice de la pacienți care nu sufereau de patologii de motilitate (Faussone Pellegrini et al., 1977). O traducere a acestei lucrări în limba engleză a apărut acum în Frontiers in Autonomic Neuroscience (Faussone Pellegrini et al., 2013). Faussone-Pellegrini a absolvit Universitatea din Florența în 1963, la vârsta de 23 de ani, și i s-a oferit un post în cadrul Departamentului de Histologie și Embriologie pentru a-i instrui pe membrii departamentului în utilizarea noului microscop electronic cu transmisie. Cu puțini bani și fără niciun ajutor, Faussone Pellegrini a descoperit atunci (1967-1968) ICC în stomacul șobolanului, dar nu a putut publica nimic deoarece profesorul ei a decis că era prea tânără și că nu i s-a cerut să caute ceva în afara subiectului pe care trebuia să îl studieze. Ani mai târziu, în perioada 1974-1976, Faussone-Pellegrini a fost rugată de chirurgul Camillo Cortesini să examineze specimene de la joncțiunea gastro-esofagiană de la pacienți cu acalazie, unde a văzut că morfologia ICC diferă de cea a controalelor, deoarece aveau mai puține organite, cum ar fi mitocondrii, reticul endoplasmatic neted și aveau, de asemenea, mai puține contacte cu celulele musculare netede și cu nervii (Faussone Pellegrini et al., 1977). Faptul că achalazia este asociată cu un peristaltism slab i-a dat idei pentru ipoteza că ICC ar putea fi celule pacemaker. Dezvoltarea ipotezei a fost ajutată și de corelarea constatărilor fiziologice din literatura de specialitate cu informațiile structurale pe care le descoperea. Faussone-Pellegrini (Faussone Pellegrini et al., 1977) se referă la două capitole din Handbook of Physiology din 1986. Holman a scris că activitatea de pacemaker a fost probabil generată de câteva sau de toate celulele musculare longitudinale din intestinul subțire, recunoscând că era puțin probabil ca toate celulele musculare netede să prezinte proprietăți de pacemaker (Holman, 1968). Prosser și Bortoff și-au concentrat, de asemenea, atenția asupra celulelor musculare longitudinale, dar fac următoarea afirmație: „Din motive morfologice, Tiegs (1925) a postulat că celulele interstițiale pe care Cajal le descrisese ca fiind abundente de-a lungul nervilor … formează o rețea interstițială care inițiază, conduce și coordonează contracțiile ritmice”. Cu toate acestea, Prosser și Bortoff au părut să respingă acest lucru prin afirmația că „Richardson (1958) a arătat clar prin microscopie electronică că sunt fibroblaste care formează învelișuri în jurul nervilor.”

În plus față de studiile fiziologice, morfologia comparativă l-a ajutat pe Faussone-Pellegrini să creeze ipoteza. Faussone-Pellegrini scrie: „Gradul scăzut de diferențiere a celulelor interstițiale ca elemente contractile ar putea fi legat de autoexcitație, ca în cazul miocardului (Viragh și Challice, 1973), unde țesutul specific dedicat generării și conducerii impulsurilor este alcătuit din celule mai puțin bine diferențiate pentru contracție decât miocardiocitele comune” (Faussone Pellegrini et al, 2013).

Din moment ce lucrarea originală a fost scrisă în limba italiană (Faussone Pellegrini et al., 1977), aceasta nu a avut o audiență largă, iar Faussone-Pellegrini a fost nerăbdător să o publice în limba engleză. Obiectivul era un studiu al ICC în intestinul subțire uman. Primele încercări de publicare nu au avut succes, deoarece recenzenții au crezut că ICC sunt celule musculare imature sau celule musculare slab fixate. Dar, în cele din urmă, în 1983, a fost publicat studiul ei în care a descris ICC în zona plexului mienteric și în zona plexului muscular profund (Faussone Pellegrini și Cortesini, 1983). În acest timp, Faussone Pellegrini a studiat, de asemenea, intestinul pre și postnatal de șoarece și a demonstrat că ICC nu erau celule musculare netede imature și a furnizat informații despre morfologia diferențierii ICC de la celula mezenchimală la ICC „adultă” (Faussone Pellegrini, 1984).

Lucrarea lui Faussone-Pellegrini a devenit mai bine cunoscută prin intermediul publicațiilor și prezentărilor la conferințe ale profesorului Lars Thuneberg de la Universitatea din Copenhaga, Danemarca. Lucrarea lui Faussone-Pellegrini (1977) a fost citată în teza de doctorat fundamentală a lui Thuneberg (1982), culminând cu ani de microscopie electronică pe un vechi microscop Hitachi. Thuneberg a avut capacitatea de a observa detalii care păreau irelevante pentru majoritatea observatorilor, ceea ce i-a oferit o multitudine de idei și multe ipoteze originale. Thuneberg a descoperit ICC în jurul anului 1974, dar, liber de presiunea de a publica, abia în 1982 cercetarea a apărut sub forma unei teze de doctorat (Thuneberg, 1982). Thuneberg a extins dovezile structurale pentru ICC ca celule pacemaker și în curând a furnizat primele dovezi fiziologice împreună cu Juri Rumessen (Thuneberg et al., 1984). Se demonstrase că activitatea cu unde lente derivă din zona plexului mienteric, astfel încât s-a decis să se investigheze posibilitatea ca o ablație fotochimică a rețelei ICC-MP să provoace dispariția activității cu unde lente înregistrabile. S-a întâmplat ca albastrul de metilen vital să se acumuleze în mod unic în rețeaua ICC-MP și, atunci când celulele au fost expuse la iluminare directă, ICC au fost grav lezate și a provocat dispariția undelor lente (Thuneberg et al., 1984), oferind un sprijin puternic pentru ideea că ICC-MP sunt celule pacemaker intestinale. Fiziologul care a fost cel mai aproape de a prezice acest rezultat a fost Tomita, care a publicat în 1981: „Este astfel posibil ca anumite celule particulare situate între straturile musculare să acționeze ca stimulatoare pentru undele lente și să activeze atât mușchii longitudinali, cât și pe cei circulari” (Tomita, 1981).

Studiul ablației fotochimice a fost comunicat la cea de-a 9-a Reuniune Internațională de Motilitate GI de la Aix en Provence (Thuneberg et al., 1984), care a stimulat mai multe laboratoare să înceapă să lucreze asupra ICC. Ulterior, numărul publicațiilor privind ICC a crescut dramatic (Thuneberg, 1999). Deși Szurszewski nu menționează ICC ca o posibilă sursă în „biblia” din 1981 a fiziologiei gastrointestinale: „The physiology of the Gastrointestinal Tract” editat de Leonard Johnson (Szurszewski, 1981), în 1986, laboratorul lui Szurszewski înregistrează activitatea electrică a unor secțiuni izolate ale intestinului subțire și concluzionează că undele lente spontane ale intestinului subțire de câine, pisică, iepure, oposum și om sunt generate în celulele non-neurale situate între stratul muscular longitudinal și cel circular extern. Se sugerează că ICC ar putea fi sursa (Hara et al., 1986). Suzuki și colab. au efectuat studii similare în jejunul pisicii și au ajuns la aceeași concluzie (Suzuki și colab., 1986). În ediția din 1987 a lucrării „Fiziologia tractului gastrointestinal”, lucrarea lui Thuneberg din 1982 este discutată pe larg, iar Szurszewski scrie: „În ceea ce privește natura acestor celule … celulele interstițiale ale lui Cajal par să fie cele mai promițătoare (Szurszewski, 1987). ICC fusese acceptată în bastionul fiziologiei gastrointestinale! În 1989, mai multe dovezi fiziologice din alte laboratoare au confirmat rolul de stimulator cardiac al ICC (Barajas-Lopez et al., 1989; Langton et al., 1989). În 1999, Thuneberg și Faussone Pellegrini au publicat o lucrare comună, „Guide to the identification of interstitial cells of Cajal” (Faussone-Pellegrini și Thuneberg, 1999).

Este ciudat că Faussone Pellegrini a dezvoltat ideea că ICC sunt celule pacemaker care guvernează peristaltismul în timp ce lucra pe esofag, unde în condiții normale nu se observă nicio activitate ritmică spontană și unde se presupune că peristaltismul este sub control vagal. Într-adevăr, toate studiile fiziologice ulterioare privind rolul ICC ca celule pacemaker nu au implicat esofagul. Se crede că pierderea peristaltismului corpului esofagian se datorează pierderii neuronilor (Kraichely și Farrugia, 2006) sau din cauza disfuncției LES (Kraichely și Farrugia, 2006). Esofagul are foarte puțini ICC asociați cu plexul mienteric, ICC cel mai des asociat cu activitatea pacemakerului. Esofagul are o abundență de ICC intramusculare (ICC-IM) dispersate în tot mușchiul circular și longitudinal (figura 1). Se crede că ICC-IM sunt implicate în stimularea ritmului cardiac și în propagarea undelor lente în stomac (Hirst et al., 2006). Este interesant faptul că ICC se găsesc, de asemenea, în mușchiul striat al esofagului (Faussone-Pellegrini și Cortesini, 1986). Sunt ICC esofagiene asociate cu peristaltismul? Ca și în alte părți ale corpului, esofagul are mecanisme de propulsie suprapuse. Propulsia indusă de deglutiție este dirijată și coordonată de excitația secvențială prin fibre vagale programate de centrul de deglutiție din sistemul nervos central. În absența activității vagale, mecanismul neural intramural poate prelua controlul. Înghițirea unui bolus activează acest sistem, iar contracția de propagare ulterioară are caracteristici foarte asemănătoare cu cea dirijată de sistemul nervos central (Diamant, 1989). Stimularea directă a mușchiului esofagian la oposum produce contracții care se propagă în mod peristaltic cu o viteză similară cu cea a contracțiilor peristaltice produse de înghițituri, în prezența TTX (Sarna et al., 1977). Prin urmare, esofagul are un sistem de control miogen care poate orchestra pe deplin activitatea peristaltică, iar rețeaua de ICC este un candidat logic pentru originea sa. La unii pacienți cu achalazie, se observă o activitate contractilă ritmică puternică care indică în mod clar prezența unui stimulator cardiac (Jee et al., 2009). Noi dovezi în esofagul uman sugerează că pacemakerul ar putea fi o rețea de celule ICC-IM și PDGFRα pozitive (Ji-Hong Chen și Jan D. Huizinga, nepublicat). Prin urmare, ideea lui Faussonne Pellegrini despre ICC din esofag ca stimulatoare cardiace s-ar putea dovedi în continuare corectă.

FIGURA 1

Figura 1. Ultrastructura ICC-IM în stratul muscular circular al esofagului inferior uman. (A) Un ICC-IM și procesele sale formează conexiuni multiple (săgeți) cu celulele musculare netede adiacente. (B) Un ICC-IM dintr-un mic sept este aproape de două mici fascicule nervoase (N).

În rezumat, ipoteza că ICC sunt celule pacemaker ale intestinului a apărut în literatura de specialitate încă din 1915. Faussone-Pellegrini a fost primul care a publicat un studiu în 1977 care a întărit ipoteza prin utilizarea microscopiei electronice. Această noțiune a fost dezvoltată și popularizată în continuare de Thuneberg în 1982, ceea ce a dat startul erei moderne a studiilor fiziologice privind originile celulare ale activității pacemakerului intestinal.

Recunoștințe

Această lucrare a fost susținută financiar de un grant de la National Natural Science Foundation of China (NSFC) # 81170249 pentru Ji-Hong Chen și de la Canadian Institutes of Health Research (CIHR) # MOP12874 pentru Jan D. Huizinga.

Faussone Pellegrini, M. S. (1984). Morfogeneza stratului muscular circular special și a celulelor interstițiale ale lui Cajal legate de plexus muscularis profundus al învelișului muscular intestinal de șoarece. An E.M. study. Anat. Embryol. 169, 151-158.

Pubmed Abstract | Pubmed Full Text

Faussone-Pellegrini, M. S., și Cortesini, C. (1986). Ultrastructura fibrelor musculare striate în treimea mijlocie a esofagului uman. Histol. Histopathol. 1, 119-128.

Pubmed Abstract | Pubmed Full Text

Faussone Pellegrini, M. S., Cortesini, C., și Romagnoli, P. (1977). Sull’ultrastruttura della tunica muscolare della porzione cardiale dell’esofago e dello stomaco umano con particolare riferimento alle cosiddette cellule interstiziali del Cajal. Arch. Ital. Anat. Embriol. 82, 157-177.

Holman, M. E. (1968). „An introduction to electrophysiology of visceral smooth muscle”, în Handbook of Physiology ed C. F. Code (Washington DC: American Physiological Society), 1665-1708.

Keith, A. (1915). O nouă teorie a cauzalității enterostaziei. Lancet 2, 371-375.

Leeuwe, H. (1937). On the Interstitial Cells of Cajal (Despre celulele interstițiale ale lui Cajal). Teză de doctorat, Universitatea din Utrecht, Olanda.

Ramon y Cajal, S. (1911). Histologie du systéme nerveux de l’ homme et des vertébrés. Paris: Maloine.

Richardson, K. C. (1958). Electronmicroscopic observations on Auerbach’s plexus in the rabbit, with special reference to the problem of smooth muscle innervation. Am. J. Anat. 103, 99-135.

Pubmed Abstract | Pubmed Full Text | Pubmed Full Cross | Refef Full Text