La teoria cellulare

La scoperta della cellula portò nella prima metà dell’Ottocento, alla formulazione della «teoria cellulare», che rappresenta un evento di fondamentale importanza nella storia della biologia e della medicina. 

Nel campo della biologia permise infatti, di spiegare problemi, fino allora poco chiari, come quelli riguardanti la riproduzione, il sesso, l’ereditarietà, l’evoluzione, il metabolismo e l’accrescimento, mentre in quello della medicina consentì di compiere il prime passe verso una profonda rivoluzione della patologia.

Numerosi gli studiosi che contribuirono a questo percorso: da Swann che, ampliando la concezione di Schleiden, dimostrò che i tessuti vegetali ed animali sono costituiti da cellule e da sostanze da esse escrete. Sempre nel 1839 Giovanni Evangelista Purkinje (1787-1869) coniò il termine protoplasma per la sostanza che costituisce il corpo cellulare. 

Nel 1861 Massimo Schultze (1825-1874) fornì una definizione chiara della cellula come la «base fisica per la vita».

Nel 1880 Flemming (1843-1905) scoprì la cromatina e l’acromatina nucleare, e  Weismmann (1834-1914) individuò i cromosomi. Nel 1887 Edoardo van Beneden (1846-1910) e Teodoro Boveri (1862-1921) descrissero il centrosoma, che venne considerato il terzo elemento costituente la cellula.

In conformità sull’assioma «ommis cellula e cellula» formulate nel 1855 da Virchow (1821-1902), si svilupparono gli studi sulla riproduzione cellulare.

Nel 1858 Roberto Remak (1815-1865) osservò per primo i fenomeni di polarizzazione del protoplasma mentre,  Flemming rilevò la figura cromatica e acromatica del nucleo, che gli fecero emettere, come corollario all’assioma del Virchow, l’assioma «omnis nucleus e nucleo». Nel 1887 Teodoro Boveri scoprì il meccanismo di riproduzione cellulare per divisione diretta (amitosi) e per divisione indiretta (mitosi) e l’anno successive osservò la divisione cromosomica.

Schwann e la “teoria cellulare”

Nell’Ottocento tutti i rami della scienza – fisica, chimica, matematica, astronomia, biologia – progredirono con un ritmo così veloce che alla fine del Settecento non era affatto prevedibile.

La medicina fece progressi perché divenne più scientifica: il numero di scoperte e invenzioni modificò sostanzialmente, e in alcuni settori radicalmente, il modo di pensare, di vivere, di comunicare, di programmare e, ovviamente, anche di diagnosticare e di curare le malattie.

Fondamentali furono nella prima metà dell’Ottocento la scoperta di Mathias Schleiden che individuò nella cellula vegetale l’elemento-base delle piante e quella analoga di Theodor Schwann che pubblicò la “teoria cellulare” secondo la quale ogni organismo animale era fatto di cellule che si riproducevano per divisione.  Queste due scoperte, rese possibili dalle osservazioni al microscopio, sono ritenute universalmente il fondamento della biologia moderna.

le scoperte di Schleiden e Schwann sono universalmente ritenute  il fondamento della biologia moderna

La successiva scoperta della possibilità di mantenere vivi artificialmente per anni porzioni di tessuti prelevate dal vivente con le culture in vitro consentì lo studio sempre più raffinato del modo di crescere dei tessuti, della loro differenziazione e della esistenza e funzione delle entità endocellulari.
La branca degli studi anatomici che trasse per prima i vantaggi del progressivo e continuo potenziamento dell’osservazione microscopica fu dunque l’istologia,  accompagnata dalla citologia.

Mathias Schleiden (1804-1883) - Nel 1838 aveva pubblicato la memoria Beiträge zur Phytogenesis nella quale sosteneva che la cellula, prodotto finale della maturazione del nucleo (che egli chiamava citoblasto), costituisce l'unità fondamentale degli organismi vegetali e si forma in seguito alla cristallizzazione di un liquido (citoblastema) composto da zucchero, gomma e muco, all'interno di una vescicola trasparente che circonda il nucleo maturo. L'ipotesi discussa con Th. Schwan, che la estese al mondo animale, costituì il momento storicamente più rilevante nello sviluppo della teoria cellulare. S. contribuì alla diffusione dell'uso del microscopio tra i biologi; osservò e descrisse accuratamente varie strutture e funzioni vegetali, indicò in particolare l'importanza del nucleo nella divisione cellulare e introdusse il concetto di identità morfologica di tutte le specie cellulari in base all'identità della loro genesi.
Theodor Schwann (Neuss sul Reno 1810 - Colonia 1882) Biologo, considerato tra i fondatori dell'istologia moderna Misurò la forza sviluppata dai muscoli durante la contrazione, dimostrando che essa diminuisce proporzionalmente all'accorciamento del muscolo (1836). Scoprì e denominò la pepsina riconoscendo la natura di "fermento" a questa sostanza presente nel succo gastrico e la sua azione nella digestione delle proteine (1836). Nel 1837 studiò la fermentazione alcolica e riconobbe che essa è dovuta a un agente specifico, cioè alle cellule del lievito. Tale conclusione, rifiutata e aspramente criticata da F. Wöhler e J. von Liebig, fu accettata solo molti anni più tardi, dopo i classici esperimenti di L. Pasteur. Ma il contributo più importante di S. è contenuto nella monografia dal titolo Mikroskopische Untersuchungen über die Übereinstimmung in der Struktur und den Wachstum der Thiere und Pflanzen (1839), in cui, estendendo anche agli animali le considerazioni sviluppate l'anno precedente da J. M. Schleiden a proposito dei vegetali, formulò in termini assai chiari e precisi la "teoria cellulare". Affermò cioè che il corpo delle piante e degli animali è costituito da unità elementari dotate di vita propria, le cellule, e da sostanze che sono da esse elaborate. La scoperta dell'unità fondamentale di strutture e di funzione degli organismi viventi è una delle più importanti della biologia ed è quella che ha reso possibile l'indagine scientifica della maggior parte dei fenomeni vitali, normali e patologici.

Giovanni Battista Amici e il microscopio moderno

Nel 1800 gli anatomici, dopo le numerose scoperte di ordine macroscopico fatte nei secoli precedenti, rivolsero prevalentemente le loro ricerche nel campo microscopico dove, malgrado le geniali osservazioni dei precedenti studiosi, restavano ancora numerosi punti oscuri da chiarire, a causa dell’imperfezione tecnica dei mezzi di cui potevano disporre.

Il progresso in quest’ordine di ricerche fu possibile allorché gli scienziati ebbero a disposizione microscopi migliori e poterono giovarsi di tecniche di fissazione e di colorazione dei tessuti.
Decisivo fu il sempre maggiore perfezionamento degli strumenti di ingrandimento ottico grazie anche agli studi del modenese Giovanni Battista Amici (1786-1863): innovatore nella costruzione dei microscopi, nel 1827 perfezionò il microscopio acromatico, introdusse la lente emisferica frontale nella struttura dell’obbiettivo e nel 1850 pubblicò l’invenzione del cosiddetto sistema ad immersione.

Joseph von Gerlach (1820-1896), professore ad Erlangen, è considerato il fondatore della tecnica istologica per aver adoperato sistematicamente la colorazione al carminio nell’allestimento di preparati microscopici. Inoltre, collaborò con Camillo Golgi nello studio del sistema nervoso.

Alfonso Corti (1822-1876) usò per primo con successo soluzioni diluite di carminio per visualizzare i nuclei cellulari ed altre strutture.

Inoltre, grandi progressi si ottennero nel campo dell’elettrologia in seguito alla diatriba sugli studi di Luigi Galvani (1879-1798) ed Alessandro Volta (1745-1827). Il primo per mezzo di un arco bimetallico faceva contrarre le zampe di una rana stabilendo un circuito con il sistema di innervazione concludendo così che il movimento era prodotto dall’elettricità dei muscoli; il secondo sosteneva che era l’arco stesso, costituito da due metalli differenti, a fornire l’elettricità.
Anche la statistica fece il suo ingresso sulla scena della medicina: si iniziava a capire l’importanza di raccogliere, esaminare e classificare dati e informazioni riguardo salute e malattia per poter disporre di sempre più elementi al fine di studiare e sconfiggere le diverse patologie. Certamente all’inizio i metodi usati non erano perfetti e completamente attendibili, ma grossi passi in avanti furono fatti grazie all’opera dell’inglese William Farr (1807-1883) e di Melchiorre Gioia (1767-1829)

Giovanni Battista Amici è stato il più importante costruttore italiano di strumenti scientifici ottici dell'Ottocento e uno dei maggiori del suo tempo nel panorama internazionale. 
Laureatosi in ingegneria a Bologna nel 1807, diventò docente di geometria, algebra e trigonometria presso l’Università di Modena e di Reggio Emilia nel 1815. 
Diede contributi fondamentali soprattutto nel campo dell'ottica microscopica con il perfezionamento del moderno microscopio composto catadiottrico e acromatico, ma legò il suo nome anche alla realizzazione di telescopi riflettori e rifrattori, di micrometri, cannocchiali, settori e circoli di riflessione, circoli ripetitori, uno strumento dei passaggi, livelli, meridiane, prismi e camere lucide. 
Applicò all'obbiettivo del microscopio la lente emisferica frontale (1838). Introdusse la tecnica dell'immersione in acqua (1847) e in diversi tipi di olio (1855). Fra il 1857 e il 1860 inventò il prisma a visione diretta tuttora usato in spettroscopia e che ancora porta il suo nome. Ma gli interessi di Amici non si limitarono alla matematica e all’astronomia. Fu anche naturalista di valore: si occupò della inseminazione e delle malattie dei vegetali, diventando noto in tutto il mondo per aver chiarito il meccanismo della fecondazione nelle piante fanerogame.

1802: la “nascita” della biologia

A inizio Ottocento in Europa, ma soprattutto in Germania dopo Kant e in Italia, i fenomeni naturali – e quindi anche le malattie – furono interpretati in modo sempre più idealistico.

I filosofi tedeschi Friedrich Schelling (1775- 1854) che concepì la natura come un universo in continua trasformazione dinamico-storica e Gottfried Reinhold Treviranus (1776-1837) che nel 1802 coniò la parola “biologia” come sinonimo della “natura vivente” costruirono la base hegeliana sulla quale si sviluppò la Medicina romantica della prima metà dell’Ottocento.

Gottfried Reinhold Treviranus riportò le sue idee nel testo “Biologie; oder die Philosophie der lebenden Natur”, pubblicato nel 1802, lo stesso anno in cui Jean-Baptiste Lamarck propose le sue idee sull’evoluzione, peraltro molto simili a quelle di Treviranus.

Gottfried Reinhold Treviranus è considerato, insieme allo stesso Lamarck, il coniatore del termine biologia.

La biologia diventa una scienza autonoma: il termine “biologia” fa la sua comparsa e il suo campo di interesse viene ben delineato da Lamarck (1801) come ricerca “sulla natura, le facoltà, gli sviluppi e l’origine dei corpi viventi”, in cui si intravedono le idee di trasformazione e di evoluzione.

Importanti furono anche i progressi registrati dalla chimica a cavallo fra Settecento e Ottocento, per le loro ripercussioni sullo studio della materia vivente. Si prende atto che i cambiamenti che si osservano nelle sostanze chimiche nel corso delle reazioni effettuate in laboratorio sono del tutto analoghi ai processi che intervengono nelle sostanze organiche che si trovano all’interno degli organismi viventi.
Rappresentante in Italia fu il medico-filosofo Angelo Camillo De Meis (1817-1891), un neo- hegeliano che concepì la natura come effetto del passaggio dello spirito alla sua estensione con la conseguenza che la natura possiede nel contempo caratteri spirituali e materiali, processo questo che è continuo e che genera autodeterminazioni sempre più complesse e concrete. Nel filone razionalista-idealistico della scienza ottocentesca si iincontrano nomi di primo piano come de Lamarck, Darwin, Goethe, Huxley e Mendel.

A. Gambarotto, Stud Hist Philos Biol Biomed Sci. 2014 Dec;48 Pt A:12-20. doi: 10.1016/j.shpsc.2014.07.007. Epub 2014 Aug 28. Vital forces and organization: philosophy of nature and biology in Karl Friedrich Kielmeyer.

L’Ottocento: l’età della medicina moderna

Nell’ottocento nasce la medicina contemporanea, è il secolo in cui si sviluppano le discipline mediche moderne tra cui la citologia, la fisiologia, la microbiologia, l’ immunologia, e la fisiopatologia.
Anche nel 1800 gli scienziati affrontarono il problema della conoscenza avvalendosi sia del razionalismo sia dello sperimentalismo. Tali dottrine, inizialmente indipendenti e contrastanti, col passare del tempo si conciliarono, dando origine al «positivismo scientifico», che fu determinante per il progresso di tutte le scienze, compresa la medicina.
Sparisce la figura del medico solitario e geniale, le cui intuizioni segnano le tappe del progresso. Le scoperte diventano il frutto della collaborazione di molti studiosi, ciascuno dei quali è specializzato in un particolare aspetto della questione. Tecnologia e medicina vanno di pari passo: la prima fornisce gli indispensabili strumenti necessari al progresso della seconda. Le ricerche sono sempre più numerose e il confronto necessario, tanto che Rudolf Virchow nel 1848 scriveva: “La medicina è una scienza sociale, e la politica non è altro che medicina su vasta scala”, l’anno della rivoluzione che percorse l’intera Europa. Il fatto che fosse anche l’anno di un’epidemia di colera non fu una semplice coincidenza, dal momento che colera e rivolta sociale si accompagnarono spesso nel corso del XIX secolo.
E se la vaccinazione cominciava a proteggere contro il vaiolo (e la febbre tifoide regrediva grazie a una migliore igiene degli alimenti) i processi di industrializzazione e urbanizzazione determinarono condizioni ecologiche, come l’aumento della densità abitativa nelle città – dove peraltro mancavano impianti fognari e l’acqua era facilmente contaminata – che favorirono la diffusione di malattie come tubercolosi, tifo e influenza (nel corso del XIX secolo la sola tubercolosi uccise quasi un quarto della popolazione europea).
Il razionalismo, basato sulla convinzione della preminenza del ragionamento, andò progressivamente affermandosi nel corso dei secoli, fino a sfociare nel 1700 nella concezione «romantica» della medicina che, disdegnando qualsiasi apporto offerto dalla ricerca sperimentale, poneva ad arbitro assoluto dei problema conoscitivo il giudizio individuale del ricercatore. Questi, fidandosi esclusivamente della sua personale persuasione, riduceva la conoscenza scientifica ad una sterile estrinsecazione del suo pensiero, fino a deificare la ragione e a ricercare nei suoi «lumi» la verità delle cose. A tale dottrina, ancora in auge nel 1800, si contrapponeva lo sperimentalismo originato dalla dottrina galileiana, che in quest’epoca si accentuò e raggiunse con il «positivismo» il suo apice.
La «filosofia positiva» riconosce nell’esperimento l’unico mezzo valido per il raggiungimento della conoscenza scientifica. Il fondamento del «positivismo» consiste infatti nel limitare l’attività dello scienziato alla pura e semplice registrazione dei fatti osservati, vietandogli di esorbitare dalla pura constatazione, escludendo ogni induzione che non sia sostenuta da fatti positivi: il termine «positivismo», coniato nella Scuola di Saint-Simon (1760-1825), designa una filosofia rivolta unicamente al semplice accertamento dei fatti. Questo «positivismo» sempre più spinto
portò al «materialismo», che limita esclusivamente alla materia il centro della conoscenza e conferisce alla ricerca un valore assolutamente oggettivo, libero da qualsiasi influsso soggettivo.
Questo periodo è caratterizzato da importanti scoperte scientifiche e tecniche. La medicina fu condizionata in modo senza dubbio positivo dalle acquisizioni di altre scienze quali la chimica, la fisica e la matematica. Pietra miliare del progresso in medicina fu poi la teoria cellulare, nonché l’implementazione sempre migliore dello strumentario a disposizione dei medici.
In questo clima di fermento scientifico anche i vecchi asili e tutti gli altri luoghi di cura iniziarono a trasformarsi in strutture con servizi di assistenza sempre migliori grazie anche all’ingresso dei laboratori per le indagini chimiche e delle sale per le operazioni chirurgiche.