Topographic Pecularities of the Submucous Plexus in the Human Anorectum - Consequences for Histopathologic Evaluation of Rectal Biopsies

 

 Buy Article Permissions and Reprints

Abstract

Chronic colorectal motility disorders are commonly encountered in the pediatric population. While most cases can be managed successfully by conservative therapy, a subgroup of patients suffers from severe constipation and requires further diagnostic procedures to identify the underlying pathologies, such as aganglionosis, hypoganglionosis or intestinal neuronal dysplasia (IND). The present study provides reference data about the quantitative distribution of nerve cells and ganglia within the submucosal plexus of the human anorectum from healthy subjects. Anorectal specimens (n = 15) obtained postmortem were divided into 6 segments beginning from the dentate line (S 1 = 0 - 2 cm, S 2 = 2 - 4 cm, S 3 = 4 - 6 cm, S 4 = 6 - 8 cm, S 5 = 8 - 10 cm, S 6 = 10 - 12 cm). From each segment sections (6 µm thickness) were immunostained with a pan-neuronal marker (Protein Gene Product 9.5) to visualize the enteric nervous system. A morphometric analysis was carried out for each segment recording the number of ganglia and nerve cells of the submucous plexus. Neither ganglia nor nerve cells showed a uniform distribution pattern, but decreased continuously towards the anus. However, even the lowest segments (S 1, S 2) contained nerve cells and were not aganglionic. In the remaining segments ganglia with 7 or more nerve cells could be detected. The findings demonstrate segment-specific quantitative differences of the anorectal submucous plexus which should be taken into consideration for the histopathologic evaluation of rectal biopsies. Moreover, the data support the concept of a physiologic hypoganglionosis of the anal canal.

Résumé

Des anomalies de la motilité colorectale sont régulièrement rencontrées dans la population pédiatrique. Si la majorité des cas peuvent être traitées avec succès par un traitement conservateur, un sous-groupe de patients souffrant de constipation chronique nécessitent des investigations supplémentaires pour identifier les pathologies suivantes: a-ganglionose, hypoganglionose ou dysplasie neuro-intestinale (IND). La présente étude procure des références concernant la distribution quantitative des cellules nerveuses et des cellules ganglionnaires à l'intérieur du plexus sous muqueux de la paroi anorectale de sujets sains. Les biopsies anorectales (n = 15) obtenues après décès étaient divisées en 6 segments en partant de la ligne pectinée (S 1 = 0 - 2 cm, S 2 = 2 - 4 cm, S 3 = 4 - 6 cm, S 4 = 6 - 8 cm, S 5 = 8 - 10 cm, S 6 = 10 - 12 cm). Chaque biopsie (épaisseur 6 µm) était marquée avec un marqueur neuronal (protein gene product 9,5) pour visualiser le système nerveux entérique. L'analyse morphométrique était réalisée pour chaque segment, notant le nombre de ganglions et de cellules nerveuses des plexus sous muqueux. Ni les ganglions, ni les cellules nerveuses ne montraient une distribution uniforme mais une diminution régulière jusqu'à l'anus. Cependant, seuls les segments les plus bas (S 1, S 2) contenaient des cellules nerveuses et n'étaient pas a-ganglionnaires. Dans les autres segments, 7 cellules nerveuses ou plus pouvaient être repérées. Ces constatations confirment les différences spécifiques du nombre de cellules dans le plexus de la sous muqueuse anorectale qui doivent être prises en considération pour l'évaluation histopathologique des biopsies rectales. De plus, ces constatations confortent le constat d'une hypoganglionose physiologique du canal anal.

Resumen

Los trastornos crónicos de motilidad colo-rectal son frecuentes en la población pediátrica. Aunque la mayoría de los casos pueden ser tratados con éxito con tratamientos conservadores un subgrupo de pacientes sufre estreñimiento severo que requiere más procedimientos diagnósticos para identificar la patología subyacente como aganglionismo, hipoganglionismo o displasia neuronal intestinal (IND). Este estudio proporciona datos de referencia sobre la distribución cuantitativa de las células nerviosas y de los ganglios en el plexo submucoso del ano-recto humano procedente de sujetos sanos. Se obtuvieron en autopsias especímenes ano-rectales (n = 5) y se dividieron en 6 segmentos empezando por la línea dentada (S 1 = 0 - 2 cm, S 2 = 2 - 4 cm, S 3 = 4 - 6 cm, S 4 = 6 - 8 cm, S 5 = 8 - 10 cm, S 6 = 10 - 12 cm). Se inmunotiñeron cortes de cada segmento (de 6 µm de grosor) con un marcador panneuronal (PGP 9,5) para visualizar el sistema nervioso entérico. El análisis morfométrico se llevó a cabo en cada segmento registrando el número de ganglios y el de células nerviosas en el plexo submucoso. Ni los ganglios ni las células nerviosas mostaban una distribución uniforme sino que decrecían continuamente hacia el ano. Sin embargo, incluso los segmentos más bajos (S 1, S 2) contenían células nerviosas y no eran agangliónicos. En los demás segmentos se detectaron ganglios con 7 o más células nerviosas. Estos hallazgos demuestran diferencias cuantitativas específicas de segmento en el plexo submucoso anorrectal que deberían ser tomadas en consideración para la evaluación histopatológica de biopsias rectales. Es más, estos datos apoyan el concepto de un hipoganglionismo fisiológico del canal anal.

Zusammenfassung

Chronische intestinale Motilitätsstörungen gehören zu häufigen Beschwerdebildern bei Kindern und Säuglingen. Während in den meisten Fällen eine konservative Therapie ausreichend ist, benötigen einige Patienten, die unter einer schweren Obstipation leiden, weitere diagnostische Maßnahmen zur Klärung der zugrunde liegenden Pathologie, wie z. B. einer Aganglionose, Hypoganglionose oder intestinalen neuronalen Dysplasie (IND). Diese Studie liefert Referenzwerte zur quantitativen Verteilung von Nervenzellen und Ganglien im Plexus submucosus innerhalb des Anorektums von einem gesunden Kontrollkollektiv. Post mortem gewonnene anorektale Präparate (n = 15) wurden in 6 Segmente eingeteilt, beginnend von der Linea dentata (S 1 = 0 - 2 cm, S 2 = 2 - 4 cm, S 3 = 4 - 6 cm, S 4 = 6 - 8 cm, S 5 = 8 - 10 cm, S 6 = 10 - 12 cm). Zur Darstellung des enterischen Nervensystems wurden von jedem Segment Paraffinschnitte (6 µm Schnittdicke) immunhistochemisch mit einem panneuronalen Marker (Protein Gene Product 9,5) gefärbt. Für jedes Segment wurde eine morphometrische Analyse der submukösen Ganglien- und Nervenzellanzahl durchgeführt. Weder Ganglien noch Nervenzellen zeigten ein uniformes Verteilungsmuster, sondern nahmen nach anal kontinuierlich ab. Allerdings enthielten auch die am weitesten analwärts gelegenen Segmente (S 1, S 2) Nervenzellen und waren nicht aganglionär. In den übrigen Segmenten ließen sich Ganglien mit 7 oder mehr Nervenzellen beobachten. Die Befunde belegen segmentspezifische quantitative Unterschiede des Plexus submucosus im Anorektum, die für eine histopathologische Beurteilung von Rektumbiopsien berücksichtigt werden sollten. Darüber hinaus unterstützen die Daten das Konzept einer physiologischen Hypoganglionose des Analkanals.

References

• 1 Aldridge R T, Campbell P E. Ganglion cell distribution in the normal rectum and anal canal. A basis for the diagnosis of Hirschsprung's disease by anorectal biopsy.  J Pediatric Surgery. 1968;  3 475-490
  Google Scholar
• 2 Borchard F, Meier-Ruge W A, Wiebecke B. et al . Innervationsstörung des Dickdarmes: Klassifikation und Diagnostik.  Pathologe. 1999;  12 171-174
  PubMedGoogle Scholar
• 3 Coerdt W, Michel J, Rippin G, Kletzki S, Gerein V, Müntefering H, Arnemann J. Quantitative morphometric analysis of the submucous plexus in age-related control groups.  Virchows Arch. 2004;  444 239-246
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 4 Fleischhauer K, Hostein A F, Stelzner F. Über das Fehlen von Ganglienzellen im Bereich des Musculus sphincter ani internus des Menschen.  Zeitschrift für Zellforschung. 1966;  70 515-518
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 5 Holschneider A M, Meier-Ruge W, Ure B M. Hirschsprung's disease and allied disorders - a review.  Eur J Pediatr Surg. 1994;  4 260-266
  Article in Thieme ConnectPubMedGoogle Scholar
• 6 Koletzko S, Jesch I, Faus-Keßler T, Briner J, Meier-Ruge W. et al . Rectal biopsy for diagnosis of intestinal neuronal dysplasia in children: a prospective multicenter study on interobserver variation and clinical outcome.  Gut. 1999;  44 853-861
  PubMedGoogle Scholar
• 7 Lumb P D, Moore L. Are giant ganglia a reliable marker of intestinal neuronal dysplasia B (IND B)?.  Virchows Arch. 1998;  432 103-106
  PubMedGoogle Scholar
• 8 Meier-Ruge W, Morger R, Rehbein F. Das hypoganglionäre Megakolon als Begleitkrankheit bei Morbus Hirschsprung.  Z Kinderchirurgie. 1970;  43 52-53
  PubMedGoogle Scholar
• 9 Ricciardi R, Counihan T C, Banner B F, Sweeney W B. What is the normal aganglionic segment of anorectum in adults?.  Dis Colon Rectum. 1999;  42 380-382
  PubMedGoogle Scholar
• 10 Smith V V. Intestinal neuronal density in childhood: baseline for the objective assessment of hypo- and hyperganglionosis.  Ped Pathol. 1993;  13 225-237
  PubMedGoogle Scholar
• 11 Smith V V. Isolated intestinal neuronal dyplasia: A descriptive histological pattern or a distinct clinicopathological entity?. Hadziselimovic F, Herzog B Inflammatory Bowel Disease and Morbus Hirschsprung. Dordrecht; Kluwer Academic 1992: 203-214
  Google Scholar
• 12 Weinberg A G. The anorectal myenteric plexus: Its relation to hypoganglionosis of the colon.  Amer J Clin Path. 1970;  54 637-642
  PubMedGoogle Scholar
• 13 Wester T, O'Brian S, Puri P. Morphometric aspects of the submucous plexus in whole-mount preparations of normal human distal colon.  J Pediatr Surg. 1998;  33 619-622
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 14 Wilder-Smith C H, Talbot I C, Merki H S, Meier-Ruge W A. Morphometric quantification of normal submucous plexus in the distal rectum of adult healthy volunteers.  Eur J Gastroenterol Hepatol. 2002;  14 1339-1342
  PubMedGoogle Scholar

Dr. med. Kianusch Tafazzoli

Department of Pediatric Surgery
University Clinic Schleswig-Holstein/Campus Lübeck

Ratzeburger Allee 160

23538 Lübeck

Germany

Email: tafazzoli@kinderchirurgie.uni-luebeck.de