DA GALENO A FOSTER: BREVE STORIA SULL’ORIGINE DELLA PULSAZIONE CARDIACA

diagramma del movimento del sangue e dell’aria secondo Galeno.

Da quando Galeno (II secolo dc) dimostrò per la prima volta che il cuore di un animale continua a battere anche dopo esser stato rimosso dalla sua sede naturale, l’origine della ritmicità divenne un oggetto di studio nei secoli successivi. Il riconoscimento di questo fenomeno divenne un comune sapere ma la comprensione del suo meccanismo fu sconosciuta alla categoria medica fino a quando i pupilli del grande fisiologo inglese Michael Foster (8marzo 1836 – 29gennaio 1907) non iniziarono ad occuparsi del problema.

Il loro obiettivo era quello di risolvere il dibattito centrato sull’origine miogena o neurogena del battito cardiaco.

coiter

Lo stesso Galeno aveva già percepito la capacità del cuore di battere senza essere legato ai suoi nervi allorché scrisse: “Il potere della pulsazione ha la sua origine nello stesso cuore”, e quando arrivò a dire :“Il fatto che il cuore, rimosso dal torace, può essere visto muoversi per un tempo considerevole è un’indicazione definitiva che esso non ha bisogno di nervi per svolgere la sua funzione”.
Il medico naturalista Volcher Coiter (anche chiamato Coyter o Koyter; 1534 – 2giugno 1576) descrisse il battito nel cuore vivo di un gattino appena nato. Egli notò che i ventricoli si contraevano dopo gli atri. Egli notò anche che durante la sistole il cuore si allungava mentre durante la diastole si accorciava. Il suo contributo elettrofisiologico fu la sua osservazione che quando il cuore veniva escisso, le differenti parti continuavano a battere con la base del cuore che batteva più a lungo. Questa è una descrizione dell’automaticità, una delle proprietà fondamentali del muscolo cardiaco. Coiter, un olandese, fu uno studioso di anatomia comparata ed un embriologo. Egli, come il grande Harvey, sottopose al suo studio molte specie animali.

william harvey e thomas willis

William Harvey (1578-1657) riportò le sue osservazioni sul battito cardiaco nel suo “De generatione animalium“,pubblicato a Londra nel 1651. Le sue opinioni sembrano coincidere con quelle di Aristotele allorché scrisse: “l’auricola cardiaca dalla quale parte la pulsazione, è eccitata dal sangue”.
Dal lato opposto del dibattito si trovarono coloro che parteggiavano per la base neurogena. Thomas Willis (1621-1675), in particolare, sostenne con forza questa tesi. Le ricerche di Galvani, Volta ed altri che seguirono, avevano stabilito un’apparente connessione logica per questo meccanismo con le loro osservazioni sul collegamento nervo-muscolo. La reputazione di Willis era tale che molti medici si schierarono con lui quando dichiarò che la contrazione cardiaca avveniva in risposta ad un “liquor nervoso” prodotto nel cervelletto e condotto al cuore attraverso appropriate vie.

von haller vs legallois

Albrecht von Haller dipinto dall’artista Johann Rudolf Huber (1736 circa)

Il pendolo oscillò verso l’opinione miogena in seguito agli studi del fisiologo svizzero Albrecht von Haller (1708-1777) In realtà tutto ciò che egli fece fu ripetere gli esperimenti di Galeno, sebbene con tecniche raffinate. Egli si assicurò che tutte le connessioni, nervose e di altro genere, venissero tagliate. L’influenza di Aristotele era ancora persuasiva quando Haller espose la credenza che il flusso di sangue attraverso il cuore innescasse la sua ritmicità. Nonostante la brillantezza di von Haller ed il diffuso rispetto che si era conquistato, ci furono ancora molti fisiologi pronti a difendere l’istanza neurogena contro quella miogena.
Uno di loro fu il fisiologo francese César Julien Jean Legallois (1febbraio 1770 – 10febbraio 1814 ). Mentre studiava le funzioni del midollo spinale negli animali, egli notò che il cuore cessava di battere non appena schiacciava il midollo spinale.

esperimenti sempre più complessi

François Magendie (6ottobre 1782 – 7ottobre 1855). Lithografia di Nicolas-Eustache Maurin.

Il conflitto proseguì per molto tempo. Gli esperimenti venivano congegnati con complessità crescente, confidando sempre di più nei nuovi strumenti che venivano introdotti, come il moltiplicatore. Sebbene queste ricerche rivelassero che il muscolo cardiaco si contrae in risposta ad altri stimoli oltre quello elettrico, come il calore, il freddo o il trauma, divenne presto evidente che una proprietà unica del muscolo cardiaco era la sua capacità di iniziare il proprio battito. Le osservazioni anatomiche si unirono alle ricerche fisiologiche nello svelare il suo meccanismo. I protagonisti di questo campo furono in tale periodo i fisiologi francesi e tedeschi.
In Francia, Francois Magendie sezionò molto attentamente l’intero nervo simpatico del cuore compreso il primo ganglio dorsale. Con l’animale ancora vivo ed il cuore in situ, egli notò che il cuore continuava a battere. Questa fu una parte del tentativo di Magendie di eliminare le eteree “forze vitali” da tutti i fenomeni fisiologici e sostituirle con fatti concreti attraverso un attenta sperimentazione.

Johannes Muller

Anche Johannes Muller raccolse il guanto della sfida qualche anno dopo. Muller si distingue come uno dei più grandi fisiologi di tutti i tempi, e merita lo stesso rispetto ed ammirazione accordati a Haller, Ludwig ed altre figure eminenti. Il suo “Handbuch der Physiologie des Menschen” riassunse tutta la conoscenza fisiologica fino al 1840. Il libro è considerato da molti storici come un classico e un degno successore del tomo enciclopedico di Haller. Il libro di Muller presentò una formidabile analisi dei movimenti cardiaci, l’origine dell’itto apicale e i meccanismi dinamici coinvolgenti il riempimento ventricolare. Riguardo al battito cardiaco, Muller rivide gli esperimenti di Legallois nel 1812 e riprese i suoi concetti di controllo da parte di un centro spinale motore. Egli riconobbe la natura intrinseca del ritmo cardiaco così ampiamente documentata dal battere continuo del cuore di rana anche dopo esser stato rimosso dal corpo. Egli notò anche che il cuore escisso, che aveva cessato di battere, poteva riprendere a battere per mezzo di una debole corrente che l’attraversava. Ciò rinforzò la sua opinione che, in vivo, il nervo agisce sul cuore nello stesso modo della corrente elettrica. Egli continuava a dire che:

“I nervi cardiaci interessati sono in parte i nervi vaghi ed il loro intreccio con le fibre del nervo accessorio ed in parte il primo ganglio toracico del sistema simpatico”.

la scoperta di cellule gangliari cardiache

Una serie di gangli cardiaci descritti a pagina 262 dell’opera “**Physiology and biochemistry in modern medicine**” (1918) di John James Rickard Macleod, futuro Nobel per la Medicina.

Pupillo di Muller, Robert Remak scoprì nel 1839 la presenza di cellule gangliari nel seno venoso della rana. In poco tempo, Friedrich W. Bidder (9novembre 1810 – 22agosto 1894), un altro pupillo di Muller, scoprì che le cellule gangliari si trovavano anche nella giunzione atrio-ventricolare, mentre Carl Ludwig (Witzenhausen, 29dicembre 1816 – Lipsia, 27aprile 1895) le identificò anche nel setto interatriale. Secondo Muller la presenza di questi gangli nel cuore ed in altri organi rafforzavano la sua teoria che il sistema nervoso simpatico fornisse lo stimolo all’inizio ed alla perpetuazione del battito cardiaco nel corpo in vita. Egli propose che una certa quantità di energia nervosa accumulata nei gangli eccedesse il livello critico innescando il battito cardiaco.

ipotesi neurogene sembrano prendere la meglio

Robert Remak (26luglio 1815 – 29agosto 1865)

Questo fu un tentativo di spiegare il battito cardiaco periodico del cuore in presenza di un costante flusso di energia nervosa fornita dai nervi simpatici attraverso i gangli.
Il concetto che il battito cardiaco originasse nelle cellule del ganglio di Remak fu rafforzata nel 1852 da un esperimento ideato da Hermann Friedrich Stannius (Amburgo, 15marzo 1808 – Schwerin, 15gennaio 1883). Egli applicò una ligatura attorno alla giunzione senoatriale del cuore di rana. Sebbene gli atri ed i ventricoli cessassero di battere, la porzione del seno continuava a contrarsi ritmicamente. A questo punto pose una seconda ligatura intorno alla giunzione atrio-ventricolare. I ventricoli ripreso a battere. Stannius non riuscì a spiegare la seconda osservazione. Il sito di origine del battito cardiaco si trovava senza dubbio nella porzione del seno.

una serie di teorie

Ernst Heinrich Weber (24 giugno 1795 – 26 gennaio 1878)

Il fisiologo tedesco Conrad Eckhard (1822-1905) suggerì che la seconda ligatura aumentasse l’eccitabilità delle cellule del ganglio di Bidder, e che ciò fosse responsabile della ripresa dei battiti ventricolari. Questa di Eckhard fu una pura congettura dal momento che egli non presentò alcuna prova in favore della sua ipotesi.
L’influenza inibitrice del nervo vago fu scoperta nel 1845 da Edward Weber (6marzo 1806 – 18maggio 1871) e suo fratello maggiore Ernst Heinrich Weber (24giugno 1795 – 26gennaio 1878). A questo punto, iniziava ad emergere un meccanismo di controllo neurogeno del battito cardiaco in vivo. Nel 1831, Faraday aveva posto le basi per la loro invenzione di uno strumento capace di produrre ripetute scosse elettriche. I fratelli Weber capitalizzarono l’invenzione di Faraday usandola come modello per progettare una macchina rotatoria ad induzione elettromagnetica. Basandosi su una serie di esperimenti ben congegnati, essi avanzarono la tesi che il sistema simpatico, agendo attraverso i gangli intracardiaci, spingesse il cuore a battere mentre il nervo vago rallentasse e stoppasse perfino il battito cardiaco.

Fye cita Geison, uno storico, mentre dichiara che queste scoperte significarono che

“l’intero sistema cardiovascolare poteva essere visto come una sorta di marionetta muscolare le cui corde erano controllate da agenti del sistema nervoso simpatico“.

il concetto di ‘periodo refrattario’

Le osservazioni dei fratelli Weber sull’eccitazione faradica furono riportate (quasi nello stesso periodo) anche da Julius L. L. Budge (11settembre 1811 – 14 luglio 1888). Wiggers indicò giustamente che “il merito di una scoperta appartiene non al ricercatore che vede semplicemente il fenomeno, ma a colui che vede attraverso di esso”. I fratelli Weber, piuttosto che Budge, ebbero la “perspicacia di dedurre che i nervi possono sopprimere così come eccitare l’effetto delle attività viscerali”.
Il concetto del periodo refrattario aiutò a spiegare la base della natura periodica del battito cardiaco e abolì ogni necessità di dover confidare nella spiegazione di Muller. Moritz Schiff (Francoforte sul Meno, 28gennaio 1823 – Ginevra, 6ottobre 1896) , un pupillo di Magendie, fu il primo a dimostrare l’esistenza del periodo refrattario. Egli rimase comunque dell’opinione che i vaghi fossero nervi motori e che la stimolazione prolungata o intensa dei vaghi inducesse la fatica e dunque bloccasse ulteriormente gli impulsi.

l’era delle registrazioni grafiche

Michael Foster (8marzo 1836 – 29gennaio 1907) . Quadro di John Collier.

L’era delle registrazioni grafiche e del progresso riguardante la strumentazione elettrica fu il dividendo da riscuotere. Il fermento intellettuale del tempo si prestò ad un’attività frenetica e sostenuta. I tempi erano maturi per il colpo gobbo. Questo fu realizzato con l’ingresso in campo dell’inglese Michael Foster e della sua coterie di brillanti allievi con un laboratorio che aveva un orientamento simile a quello di Ludwig.
Michael Foster si preparò sotto uno dei più eminenti fisiologi del XIX secolo, William Sharpey (1aprile 1802 – 11aprile 1880) della University College di Londra. La sua prima pubblicazione sul battito cardiaco comparve nel 1859. Usando una lumaca come modello, Foster descrisse come piccoli pezzi del suo cuore escisso continuavano a battere in modo ritmico per un certo periodo. L’interesse di Foster verso la genesi del battito cardiaco continuò anche dopo il suo trasferimento alla Trinity College di Cambridge.

Mentre era lì egli confermò la base miogena del battito cardiaco e creò il fondamento sperimentale per elaborare le ricerche sui disordini della formazione e della propagazione dell’impulso.

Da Galeno a Foster: breve storia sull’origine della pulsazione cardiaca