Mese: Maggio 2020

Matteucci e l’elettrofisiologia

Carlo Matteucci è considerato tra i precursori dell’elettrofisiologia, ebbe il merito di aver scoperto per primo la corrente muscolare, ossia il fenomeno elettrico connesso allo sforzo muscolare.
Scienziato, sin da giovanissimo compì ricerche di elettrochimica ed elettrofisiologia, che lo condussero in modo indipendente a formulare le leggi dell’elettrolisi.

Nacque a Forlì il 20 giugno 1811 da Vincenzo, medico del locale ospedale, già chirurgo militare della Repubblica Cisalpina, e da Chiara Folfi. Dopo gli studi a Forlì, seguì gli studi alla facoltà di fisica e matematica dell’Università di Bologna, laureandosi con una tesi in meccanica generale.

Nell’ottobre 1829 si recò a Parigi per frequentare i corsi della École polytechnique e, in quello che era allora uno fra i più celebri ambienti scientifici europei, poté stringere amicizia con illustri esponenti dell’università e dell’accademia francese. Tornato a Forlì nel giugno 1830, diede inizio a una serie di esperimenti volti a studiare l’azione esercitata dall’elettricità sugli organismi animali e vegetali (Sulla contrazione provata dagli animali all’aprirsi del circolo elettrico in che trovansi, Forlì 1830).
Nel 1831, trovandosi a Modena ad assistere il padre gravemente malato, fu spettatore dei tragici avvenimenti culminati con l’arresto e la condanna a morte di Menotti, e ne rimase sconvolto. Di nuovo a Forlì, si dedicò a ricerche di fisica-chimica e fu invitato a collaborare alla Rivista delle scienze fisiche.
A partire dal 1830, sotto l’influenza dei risultati di Luigi Galvani (1737-1798), sviluppò un programma di ricerche di elettrochimica ed elettrofisiologia, settori di cui è considerato un precursore.

Costretto a lasciare Bologna per motivi politici, si trasferì a Firenze. Il 1835 vide la pubblicazione del “Il Discorso sul Metodo Razionale” in cui Matteucci mise in evidenza i rapporti stretti e indissolubili tra fisica, chimica e fisiologia: la sua più importante opera scientifica fu lo studio dei fenomeni elettrici che hanno luogo negli organismi animali, dei quali dimostrò la natura biologica, che aprì di fatto un nuovo capitolo della biologia sperimentale, l’elettrofisiologia, il cui futuro, enorme sviluppo dottrinale e tecnologico avrebbe poi rappresentato uno dei più preziosi metodi di indagine strumentale nella diagnostica clinica. Questi studi lo conducono a formulare autonomamente le leggi dell’elettrolisi e a scoprire la corrente elettrica muscolare.

Ebbe il merito di aver scoperto per primo la corrente muscolare, ossia il fenomeno elettrico connesso allo sforzo muscolare.

Rientrato a Forlì, nel 1836 diede vita a un’industria chimica per la lavorazione delle ossa e la conseguente produzione di colle e concimi: il bisogno di una tranquilla sistemazione economica, determinato dall’esito fallimentare dell’impresa, lo indusse, nel luglio 1837, ad accettare l’incarico di direttore della farmacia e del laboratorio annessi all’ospedale di S. Maria delle Croci di Ravenna. Con il conseguimento a Roma, il 27 ottobre 1839, della matricola in farmacia, concluse lo studio della chimica farmaceutica che aveva necessariamente dovuto intraprendere per svolgere la nuova attività.

La sua carriera accademica ebbe inizio nel 1840, quando il granduca Leopoldo II di Asburgo Lorena, su segnalazione di von Humboldt, lo chiamò a succedere a R. Gerbi, morto nel 1839, nella direzione della cattedra di fisica sperimentale dell’Università di Pisa.
Qui Matteucci diresse anche il gabinetto fisico, realizzato per lui con la scissione di quello di fisica sperimentale diretto da Pacinotti, e nell’anno scolastico 1841-42 insegnò chimica; inoltre nel 1843 fu incaricato di registrare le osservazioni meteorologiche, all’epoca considerate un settore importantissimo della ricerca fisica.

Matteucci probabilmente disponeva di strumenti che gli consentivano misurazioni poco più che approssimative: non comprese quindi il significato dei fenomeni osservati, che le successive ricerche poi chiarirono completamente. In particolare, la corretta interpretazione del fenomeno della “scossa indotta”, fornita alcuni anni più tardi da du Bois-Reymond fu poi all’origine di un’accesa rivalità tra i due studiosi, che degenerò nel fisiologo tedesco in un vero e proprio odio nei confronti del Matteucci, che  ammise mai il proprio errore, e cui tuttavia deve essere ascritto il merito della scoperta della corrente di demarcazione e dell’involontaria e incompresa «dimostrazione fisiologica», con l’osservazione del fenomeno della scossa indotta, dell’esistenza della corrente d’azione.

Il 30 giugno 1847 avviò con successo la prima linea sperimentale telegrafica italiana, tra Pisa e Livorno. Fondatore della rivista “Nuovo Cimento“, dal 1844 organo ufficiale della Società Italiana di Fisica, divenne ispettore generale dei Telegrafi e infine (1861) senatore del Regno d’Italia. Nel 1862, è ministro dell’istruzione pubblica nel primo governo di Urbano Rattazzi e nel 1866 membro della Società italiana delle scienze.

Du Bois-Reymond e l’elettrofisiologia

Emil Du Bois-Reymond, è stato un fisiologo tedesco (Berlino 1818 – ivi 1896) d’origine francese, successe a J. P. Müller nella cattedra di fisiologia di Berlino (1858); fu socio straniero dei Lincei (1853). Studiò l’elettricità animale, seguendo le ricerche di Matteucci e sviluppando una nuova branca nelle scienze biologiche: l’elettrofisiologia, di cui fu considerato tra i maggiori studiosi ed esperti nell’epoca.

[Sul mistero della vita] Non lo sapremo mai.

Collaborando con l’italiano Carlo Matteucci, dimostrò che i muscoli possono essere indotti a contrarsi in modo involontario quando i nervi vengono stimolati elettricamente, e che il cervello stesso è capace di generare elettricità. Confermò proprio l’osservazione di Matteucci, verificando che nella malattia (il tetano) la corrente a riposo che scorre da una regione intatta a una regione lesa diminuisce e questa variazione negativa è stata composta da una serie di variazioni individuali: da qui la scoperta che l’impulso viaggia lungo il nervo come un’onda di negatività relativa.

Nei suoi studi impiegò il galvanometro, definendo ciò che chiamava elettrotono, i potenziali cambiamenti prodotti da una corrente applicata esternamente.

In una famosa conferenza (Die sieben Welträtsel, 1880) pronunciò il noto aforisma: ignoramus et ignorabimus, con cui espresse drasticamente il suo pessimismo circa i tentativi di risolvere gli enigmi dell’universo, che egli applicò a sette questioni considerate irresolubili perché ritenute trascendenti le capacità scientifiche dell’uomo

Carl Ludwig e la fisiologia di Lipsia

Come già precisato in precedenti post, nel corso dell’Ottocento la fisiologia divenne una solida disciplina a base sperimentale: interessata da innumerevoli scoperte, fiduciosa nei suoi metodi, fu un modello per la diffusione della sperimentazione in altre aree della biologia e una fra le tante scienze di base considerate essenziali per il progresso e la pratica della medicina. Le spiegazioni storiche di quest’evoluzione si sono incentrate sul ruolo decisivo svolto da alcuni grandi fisiologi, fra cui, in particolare, François Magendie e Claude Bernard in Francia, Johannes Peter Müller che ebbe come celebri allievi Emil Du Bois-Reymond (1818-1896), Hermann von Helmholtz (1821-1894) e Carl Ludwig (1816-1895) in Germania.

Emil Du Bois-Reymond fu successore del Maestro a Berlino, è considerato il fondatore della moderna elettrofisiologia, mentre Hermann von Helmholtz fu I’inventore dell’oftalmoscopio (1851).

Fu pure allievo del Muller Friedrich Wöhler (1800-1882), che nel 1828 riuscì ad effettuare la sintesi di un composto organico, l’urea.

Carl Ludwig, direttore del celebre Istituto di Fisiologia dell’Universita di Lipsia, fu il primo in Germania a bandire dalla ricerca qualsiasi residuo di linguaggio qualitativo, per introdurvi in modo decisivo unicamente criteri di valutazione quantitativa, facendo cosi entrare la fisiologia nel novero delle scienze sperimentali. Nel 1842, appena ventiseienne, egli prospettò un’ interpretazione “meccanica” del processo di secrezione urinaria, in contrapposizone a quella vitalistica avanzata da Bowmann (1816-1892). Nel 1846 introdusse in fisiolgia il <metodo grafico>, allo scopo di oggettivare il più possibile ogni osservazione e di ridurre al minimo o annullare l’intervento di componenti soggettive nella valutazione. Costruì cosi il <chimografo>, con cui registro graficamente, per la prima volta, sulla carta di un cilindro rotante, la pressione sanguigna della carotide esterna del cane. Tra le tante indagini da lui svolte ricordiamo ancora quelle sulla secrezione delle ghiandole salivari (1850) e quelle sulla pressione capillare (1875), nonché sulla la scoperta del nervo depressore, fatte in collaborazione con il suo allievo Elia von Cyon (1843-1912). Ludwig fu inoltre autore di un importante manuale di fisiologia. Alla sua Scuola si formarono oltre 200 scienziati provenienti da ogni parte del mondo.

Johannes Peter Müller

In Germania, dove lo sviluppo scientifico si manifestò con ritardo rispetto alla Francia, a causa della persistenza dell’orientamento <romantico>, il primo grande esponente della fisiologia nel 1800 fu Johannes Peter Müller (1801-1858), romantico in gioventù e scienziato <esatto> nella maturità, la più grande personalità della biologia tedesca nella prima metà dell’Ottocento.
Müller fu un antesignano degli indirizzi su base rigidamente sperimentale che caratterizza la seconda meta dell’ottocento e i suoi sforzi furono sempre rivolti a spiegare meccanicamente i fenomeni vitali: effettuò importanti ricerche sulla respirazione fetale; distinse i secreti e gli escreti; osservò che la fibrina origina non dai corpuscoli, come si credeva, ma dal plasma e contribuì notevolmente alla conoscenza dell’angiologia, degli organi erettili in genere, del ganglio otico e di altri gangli nervosi. Ma il suo contributo di più ampia rilevanza fu la determinazione della <legge delle energie sensoriali specifiche o dell’irritabilita specifica>, che costituisce una delle quattro leggi fondamentali che presiedono al funzionamento del sistema nervoso afferente.

Müller scrisse un trattato di fisiologia umana, considerato come una delle prime opere di fondamentale importanza per lo studio di questa materia.

Alla sua scuola si formarono i maggiori scienziati, fisiologi e anatomisti tedeschi del secolo scorso, come Hermann von Helmholtz (1821-1894), Emil Du Bois-Reymond (1818-1896), Theodor Schwann (1810-1882), Friedrich Gustav Jakob Henle (1809-1885), Karl Bogislaus Reichert (1811-1883), Rudolf Virchow (1821-1902), Ernst Wilhelm Ritter von Brücke (1819-1892), Carl Ludwig (1816-1895), Ernst Haeckel (1834-1919), Moritz Schiff (1823-1896).

Afasia di Broca

La scuola di Bernard continuò in Francia con Paul Broca (nato il 28 giugno 1824, Sainte-Foy-laGrande, deceduto il 9 luglio 1880, Parigi) che nel 1883 identificò il centro cerebrale del linguaggio articolato: il suo studio delle lesioni cerebrali ha contribuito in modo significativo a comprendere le origini dell’afasia, la perdita o la compromissione della capacità di formare o articolare parole.

Fu chirurgo, non sempre allineato con il pensiero dei medici del tempo, e il suo lavoro è strettamente associato allo sviluppo del concetto moderno di antropologia in Francia.

Nel 1859 egli fondò la Société d’Anthropologie per promuovere gli studi antropologici, società che ebbe presto pubblicazioni proprie.
E proprio in questa sede Broca illustrò alcune delle prove più convincenti per un legame tra danno cerebrale e perdita di funzione: presentò il cervello di un paziente, soprannominato “Tan” a causa dell’unica sillaba che poteva pronunciare, che aveva sofferto di difficoltà linguistiche; il suo cervello aveva segnato un danno al lobo frontale. Grazie all’autopsia su monsieur Leborgne – questo il vero nome del paziente – Broca dimostrò che un danno funzionale in quest’area poteva provocare afasia.

presentò il cervello di un paziente, soprannominato “Tan”
«on parle avec l’hémisphère gauche»

Il lavoro come quello di Broca è stato un valido esempio del ruolo dell’anatomia patologica nel lavoro di localizzazione, acquisendo una comprensione più profonda del cervello e mappandone le funzioni.
L’espressione “Area di Broca” viene ancora comunemente usata, anche se i confini di quest’area non sono chiaramente definiti e possono variare da una persona all’altra.
Il discorso nei pazienti con tali lesioni è laborioso, lento, spesso non schematico e spesso presenta un’articolazione compromessa.
Oltre alle evidenze che vengono dallo studio dei soggetti afasici, il ruolo dell’area di Broca come area di produzione del linguaggio è sostenuto anche dagli esperimenti di neuroimmagine.

Quando, nel 1868, il ministro della Pubblica Istruzione istituì l’École pratique, e il laboratorio di antropologia fu compreso nei laboratori di ricerca, Broca iniziò un insegnamento antropologico, che ebbe grande successo. La guerra del ’70 interruppe tutto questo fervore scientifico, ma, chiusasi quella, egli riprese il suo lavoro instancabile: nel 1872 fondava la Revue d’anthropologie e nel 1876 apriva, vincendo grandi difficoltà, l’École d’Anthropologie, istituto libero e indipendente dallo stato. Soltanto però nel 1878 l’autorizzazione ufficiale ai corsi, la quale per l’innanzi era stata concessa anno per anno individualmente, divenne permanente e collettiva e l’insegnamento dell’antropologia fu incoraggiato e anzi sussidiato dallo stato.
Tra le opere: Mémoires d’anthropologie (5 voll., 1871-1888); Mémoires sur le cerveau de l’homme et des primates (1888).

Nel diciannovesimo secolo, proprio grazie al lavoro di Broca nacque il concetto di “disturbo del linguaggio” su aree del cervello responsabili della linguaggio; i primi modelli di funzione linguistica ipotizzavano che i programmi coordinati per l’esecuzione di atti linguistici si trovassero nell’area di Broca e il termine “disturbo” iniziò ad essere usato frequentemente negli scritti britannici sui problemi del linguaggio all’inizio del ventesimo secolo.

 

Clinical Methods: The History, Physical, and Laboratory Examinations. 3rd edition. Walker HK, Hall WD, Hurst JW, editors. Boston: Butterworths; 1990.

The Metamorphosis of Autism: A History of Child Development in Britain. Evans B. Manchester (UK): Manchester University Press; 2017.

Investigating the Body in the Victorian Asylum: Doctors, Patients, and Practices. Wallis J. London (UK): Palgrave Macmillan; 2017.