Histopathological Evaluation of Enteric Nervous System in Pediatric patients with Intestinal Obstructive Symptoms

Abstract

The intestinal obstructive symptoms are associated with intestinal mechanical obstruction and intestinal pseudo-obstruction (IPO). The underlying histopathological changes in pediatric patients with IPO include several alterations of enteric nervous system (ENS), which have been classified into neuropathic, myopathic, and idiopathic types. The neuropathic type has been subclassified as aganglionosis (Hirschsprung’s disease, HD), intestinal neuronal dysplasia (IND) types A and B, hypoganglionosis, and immaturity of ganglion cells (GCs). This study was performed to obtain comprehensive data on the structural components of ENS in patients with intestinal obstructive symptoms in formalin-fixed paraffin-embedded routinely processed tissue by quantitative morphometric analysis. Twenty two sections from 19 pediatric patients with intestinal obstructive symptoms and eight control sections (normoganglionic segments of HD) were analyzed. The morphometric analysis for quantitation of ganglia and GCs was performed separately for the myenteric and submucous plexus with immunostained slides. For morphometric analysis of myenteric plexus, two x100 objective fields were selected, in which numbers of ganglia and GCs per mm, total plexus area/mm (10³x㎛²/mm), mean ganglion area (10³x㎛²), mean ganglion length (㎛), and mean ganglion distance (㎛) were measured or calculated. For the analysis of submucous plexus, ten x200 objective fields were taken and the numbers of ganglia and giant ganglia (ganglia with more than 7 GCs), percentage of giant ganglia in total numbers of counted ganglia (%), the total numbers of GCs in ganglia, mean of GCs in ganglia (n/ganglion), and maximum GC number (n/all ganglia) were counted or calculated. In addition, the presence of heterotopic GCs in proper muscle layer, muscularis mucosa, and lamina propria was evaluated as well as the presence of immature GCs, bud-like GCs and anisomorphic GCs. With previously known obligatory diagnostic criterion of IND type B (more than 20% of ganglia in submucous plexus are giant ones) and hypoganglionosis (less than 10 GCs/mm in myenteric plexus), IND and hypoganglionosis were diagnosed in 13 sections (59.1%) and 10 sections (54.6%), respectively. And 17 sections (77.3%) and 13 sections (59.1%) showed decreased interstitial cells of Cajal (ICC) and immature GCs, respectively. Nine sections from eight patients showed combined IND, hypoganglionosis, and decreased ICC compared with one each case of isolated hypoganglionosis and IND. Four of them also showed immature GCs. The frequent association of various histopathological changes in the patients with intestinal obstructive symptoms suggests the possibility of common pathogenesis of these diseases. In addition to the obligatory criterion for IND, number of giant ganglia as well as mean and maximum GC number in submucosal ganglia showed significant difference between two groups of patients as well as between IND group and control group. The analysis of myenteric plexus also showed significant difference in plexus area/mm and mean ganglion distance between three groups. The statistical significance showed differences according to the location of the lesion and control sections. These findings suggested the possibility to use these morphometrical measurement factors as diagnostic criteria for IND or hypoganglionosis in routinely processed sections, although some of them showed large variability range with overlapping between groups. In addition, for the practical use of these diagnostic criteria in routine surgical pathology, the proper age, sex, and location-matched reference values based on clearly defined counting techniques are mandatory.;장 폐색 증상은 물리적인 원인에 의해 장이 막히는 경우와 가성 장 폐색 증후군에서 발생한다. 소아 가성 장 폐색증후군은 물리적인 원인이 없이 장 폐색이 발생하는 질환 군으로, 복통, 설사, 심한 변비, 복부팽만, 구토, 소화 흡수장애 등의 임상소견을 보이고, 만성변비, 이차 세균 증식, 장 천공, 괴사성 장염을 초래할 수 있다. 가성 장 폐색증후군은 발생기전에 따라 근성, 신경성, 특발성으로 분류하고, 신경성 가성 장 폐색증후군은 선천성 거대 결장 증(congenital megacolon, Hirschsprung's disease), 장 신경세포 감소 증(hypoganglionosis), 장 신경형성장애(intestinal neuronal dysplasia), 등을 포함한다. 장 신경계 질환 이외에 미성숙 신경세포, 장 운동과 관련이 있는 카할 사이질 세포의 감소 및 장 근육 층의 변화도 소아 장 폐색과 연관이 있는 것으로 알려졌다. 소아 가성 장 폐색의 원인이 되는 질환 중에서 선천성 거대 결장 증을 비교적 쉽게 진단할 수 있는데 비해 장 신경세포 감소 증과 장 신경형성장애를 포함한 다른 질환의 진단기준은 아직 확립되지 않았는데, 지금까지 알려진 진단기준이 되는 소견은 대부분 동결 조직 절편을 사용하였고, 여러 장의 연속절편 (25~30장 이상)과 다양한 면역효소화학검사 결과를 기준으로 제시되었다. 본 연구는 장 폐색 증상 때문에 수술치료를 시행한 소아 환자에서 병리소견을 분석하고, 지금까지 제시된 가성 장 폐색 질환의 검사방법과 진단기준으로 알려진 소견을 포르마린에 고정한 조직에서도 이용할 수 있는가를 보기 위하여 시행하였다. 장 폐색 증상을 보인 19명의 환자에게서 얻은 22개의 대장 혹은 소장 조직에서 근육 층 신경 얼기와 점막 밑 신경 얼기의 신경 절과 신경세포, 장벽 각 층의 신경섬유 분포, 카할 사이질 세포의 분포와 근육 층의 변화를 면역염색을 시행한 조직절편에서 정량 분석하였고, 선천성 거대 결장 증으로 진단받은 환자 8명의 대장 혹은 소장 조직 중 신경세포가 정상인 부위를 대조 군으로 사용하였다. 근육 층 신경 얼기는 광학 현미경 100배에서 디지털 카메라로 촬영한 두 장의 사진 (한 장에 포함된 길이가 1.23mm)을 사용하였는데, 단위 길이(mm) 당 신경 절 수(ganglia/mm)와 신경세포의 수(ganglion cells/mm), 신경 절 면적(plexus area/mm, 10³x㎛²/mm), 평균 신경 절 면적(mean ganglion area, 10³x㎛²), 평균 신경 절 길이(mean ganglion length, ㎛), 평균 신경 절 간 거리(mean ganglion distance, ㎛)를 측정 혹은 계산하였다. 장 신경세포 감소 증을 진단하는 기준으로 알려진 소견(mm 당 10개 미만의 신경세포)를 기준으로 환자 군을 장 신경세포 감소 증 환자 군과 아닌 두 개의 군으로 분류하였고, 대조 군을 포함한 세 개의 군으로 통계분석을 시행하였다. 점막 하 신경 얼기의 분석은 광학 현미경 200배에서 디지털 카메라로 점막 하 부위를 촬영한 10장의 사진 (한 장에 포함된 면적이 2.82mm²)을 사용하였는데, 신경 절의 수, 거대 신경 절 (신경세포가 7개 이상인 경우)의 수, 신경 절의 총 수에서 거대 신경 절이 차지하는 비율(%), 신경세포의 총 수, 각 신경 절의 신경세포 수의 평균과 최대 수를 측정 혹은 계산하였다. 또한 이소성 신경세포와 미성숙 신경 세포, 신경세포가 새싹 모양으로 배열하는 소견, 신경 절의 크기가 다양한 소견의 유, 무를 관찰하였다. 본 연구에서는 장 신경형성장애 B형의 진단에 중요한 소견으로 알려진 조건 (점막 하 신경 얼기에서 거대 신경 얼기가 차지하는 비율이 20% 이상)을 기준으로 환자 군을 장 신경형성장애 환자 군과 아닌 두 개의 군으로 분류하였고, 대조 군을 포함한 세 개의 군에서 통계분석을 시행하였다. 장 신경형성장애와 장 신경세포 감소 증이 조직 절편 총 수 22개 중 13개 (59.1%)와 10개 (54.6%)에서 각각 진단되었고, 17개 (77.3%)와 13개 (59.1%)에서는 카할 사이질 세포의 감소와 미성숙 신경세포가 각각 관찰되었다. 그 중에서 9개의 조직 절편은 장 신경형성장애, 장 신경세포 감소 증과 카할 사이질 세포의 감소를 모두 보였고, 4개는 미성숙 신경세포도 함께 관찰되었다. 이와 같이 다양한 병리 소견이 함께 관찰되는 소견은 이 질환들이 같은 기전에 의해 발생하는 가능성을 의미한다. 이 연구에서 장 신경형성장애 환자 군은 다른 두 군에 비해 거대 신경 절의 수와 각 신경 절의 신경세포 수의 평균과 최대 수가 의미 있는 차이를 보였고, 장 신경세포 감소 증 환자 군은 다른 두 군에 비해 신경 절 면적과 평균 신경 절 간 거리가 의미 있는 차이가 있었다. 따라서 포르말린에 고정한 조직에서도 이런 소견들을 두 질환의 진단 기준으로 사용할 수 있는 가능성이 있지만, 그 중 일부는 측정 수치의 범위가 크며 각 군간에 서로 중복되는 양상을 보였다. 또한 병변의 위치나 사용한 대조 군의 종류에 따라 통계 분석의 결과가 다른 소견을 보여서 적절한 대조 군을 사용하는 것이 중요한 것을 알 수 있었다.