LA CIRCOLAZIONE POLMONARE

Dalle prime osservazioni fisiologiche ai moderni concetti

La fisiologia cardiovascolare è una componente piuttosto complessa della conoscenza cardiologica. Il sapere, in questo campo, si è evoluto molto lentamente, avendo bisogno inizialmente, per potersi sviluppare, di una base anatomica, sia macro che microscopica. Per molto tempo le nozioni che riguardavano la circolazione si sono basate sui miti, sulle distorsioni teologiche, sui concetti errati e sull’autoritarismo.
I primi indizi sullo scopo funzionale del cuore si possono trovare nei papiri egizi sebbene tale evidenza sia piuttosto tenue. I papiri Ebers e Brugsch descrivono il cuore come una specie di condotto il cui contenuto si diffonde agli arti. Un manoscritto successivo, l’Edwin Smith, descrive il cuore come il centro di un sistema di vasi di distribuzione.
L’idea che l’aria inspirata avesse qualcosa a che fare con l’essenza vitale nacque nella culla della Scienza Greca, la Ionia. Fu lì che si formò l’opinione che l’essenza vitale fosse il risultato di una mistura di aria e sangue, e che tale accoppiamento avvenisse nei polmoni.

greci e alessandrini

Anassimene, che visse nel VI secolo a.c., chiamò il primo principio “Pneuma”. Empedocle di Agrigento, in Sicilia, elaborò la relazione tra il sangue ed il pneuma affermando che il pneuma era la fonte della salute, e veniva trasferito alle varie parti del corpo dal sangue che allo stesso tempo trasportava il calore innato. Platone riconobbe il continuo movimento del sangue, sebbene descrivesse in modo confuso l’azione di pompa responsabile del flusso sanguigno. Anche Aristotele sosteneva che il sangue era il responsabile della distribuzione del “cibo trasformato”. Aristotele credeva che la forza propellente del movimento sanguigno fosse il cuore. Nonostante ciò, anche lui non ebbe un’idea chiara della circolazione. Aristotele credeva che il cervello impedisse al cuore di riscaldarsi in maniera eccessiva. Egli pensava anche che il cuore fosse il primo organo ad arrivare alla vita e l’ultimo a morire.
Discepolo di Aristotele, Prassagora formulò l’ipotesi che il ventricolo sinistro e le arterie trasportassero solo aria mentre il ventricolo destro e le vene trasportavano solo sangue. Il suo allievo, l’alessandrino del III secolo a.c. Erofilo, non accettò completamente questa nozione, specialmente dopo aver dimostrato che le arterie contenevano sangue durante la vita, mentre dopo la morte diventavano vuote e prive di sangue. Egli pensava che il cuore trasmettesse il suo sangue ai polmoni attraverso l’arteria polmonare, che chiama vena arteriale. Questa fu parte della sua idea di un sistema duale per il trasporto di aria e sangue. Secondo lui, i polmoni assorbivano aria fresca e dopo la distribuivano al corpo. I polmoni raccoglievano anche l’aria che ritornava dal corpo per evacuarla all’esterno. Erasistrato avanzò la sua tesi formalizzando il concetto del doppio trasporto di sangue ed aria. I suoi due elementi di base del processo vitale erano il sangue ed il pneuma. Il sangue nutriva il corpo con lo spirito naturale che trasportava. Il pneuma derivava dall’aria dell’ambiente. Nel corpo il pneuma esisteva in due forme, vitale e animale. Dopo essere stato inspirato dai polmoni, questo veniva portato al ventricolo sinistro attraverso l’arteria simil-venosa che era stata descritta da Erofilo, suo ex mentore, come l’arteria venale. La trasformazione del pneuma in spirito vitale avveniva nel ventricolo sinistro, da cui veniva distribuito nel corpo attraverso l’aorta e le arterie. La porzione dello spirito vitale che raggiungeva il cervello subiva trasformazione in spirito animale che veniva trasportato attraverso nervi “cavi” emanati dal cervello per nutrire tutte le parti del corpo. Il sangue con il suo spirito naturale veniva prodotto dal fegato. La maggior parte veniva distribuita nel corpo passando per le camere ventricolari destre attraverso le vene. Erasistrato attribuì una funzione unidirezionale del flusso sanguigno per la presenza delle valvole, tricuspide, polmonare e mitrale, che impedivano il reflusso del sangue. Uno dei principali errori del suo schema fu la sua assunzione che il sangue si muovesse dal ventricolo destro ai polmoni durante la diastole. Invece, pensò correttamente che il sangue ed il pneuma entrassero nella cavità del ventricolo sinistro durante questa fase del ciclo cardiaco. Con il senno di poi, sebbene Erasistrato avesse ammesso l’esistenza di una comunicazione tra i le più piccole ramificazioni delle arterie e delle vene, egli non avrebbe potuto visualizzare il sistema circolatorio come un circuito chiuso poiché, credendo che il sangue ed il pneuma costituissero due diverse fonti di materia e che originassero da due diverse sorgenti, esse richiedevano due separati sistemi di trasporto.

Epoca Romana

fisiologia della ‘circolazione’ galenica.

Galeno entrò in scena quattro secoli dopo, in epoca romana, ed aggiunse delle proprie teorie agli insegnamenti dei due medici alessandrini. Egli non sottoscrisse la credenza che le arterie contenessero solo aria, mentre le sue nozioni sulla circolazione continuarono ad essere errate. Galeno credeva in tre tipi di spirito: naturale, vitale e animale. Egli era dell’opinione che il cibo venisse trasportato attraverso la vena porta dall’intestino al fegato, dove diventava sangue provvisto di spirito naturale, e dunque provvisto della capacità di nutrire e far crescere il corpo. Parte del sangue del fegato veniva trasportato al ventricolo destro, dal quale veniva convogliato ai polmoni attraverso la vena arterialis. Tale sangue perdeva le sue impurità attraverso l’esalazione, ed il sangue purificato scorreva per lo scopo nutritizio rimanendo sul lato venoso. Una piccola parte del sangue della camera ventricolare destra passava al ventricolo sinistro attraverso i pori della camera ventricolare sinistra. Nel ventricolo sinistro tale sangue si caricava di spirito vitale mischiandosi con l’aria che veniva portata dai polmoni attraverso l’arteria venalis. Secondo Galeno la stessa arteria venalis [la nostra vena polmonare] era sede anche di un movimento opposto in cui i residui fuligginosi, che il calore naturale del cuore inevitabilmente produceva, venivano espulsi dai polmoni. Dal momento che Galeno non vedeva il cuore come un vero muscolo, egli introdusse un altro errore dichiarando che il sangue mescolato della camera ventricolare sinistra era risucchiata nell’aorta e nelle arterie attraverso le proprietà “pulsifiche” di questi vasi. Il sangue caricato di spirito vitale forniva agli organi la sua funzione scorrendo dentro le arterie. Il sangue veniva provvisto di spirito animale mentre passava nel cervello. Lo spirito animale era anche conosciuto come il respiro dell’anima. Questo veniva condotto al cervello attraverso i nervi che anche lui credeva fossero cavi. Dal cervello il sangue caricato di spirito animale veniva condotto ai vari organi per causare le sensazioni, il movimento ed altre funzioni. Questo intero scenario era semplicemente una variazione del tema esposto da Erasistrato. Egli se ne discostò quando affermò che il sangue era trasportato nel sistema arterioso così come in quello venoso. In essenza, Galeno concepì il sistema circolatorio come composto di due componenti (arterioso e venoso) collegati attraversi i pori invisibili del setto interventricolare. Anche Leonardo da Vinci nel millecinquecento accettò tale concetto anatomico ed i suoi dipinti rappresentarono questi pori invisibili.

il medioevo

Il sistema galenico si diffuse nella porzione civilizzata dell’Europa e dell’Africa soprattutto grazie ai medici mussulmani e per mezzo del famoso Canone di Avicenna. Indiscutibilmente, la prima vera sfida a Galeno tra gli antiche medici mussulmani fu quella proposta da Ibn al-Nafis, medico damasceno del XIII secolo d.c., riguardo alla circolazione polmonare. Egli rifiutò gli invisibili pori nel setto interventricolare del maestro mentre accettò l’esistenza di tali pori nell’albero vascolare polmonare:

“Il sangue passa attraverso la vena arteriosa ai polmoni, si diffonde nella sua sostanza, si mescola con l’aria e diventa completamente purificata; dopo passa attraverso l’arteria venosa per raggiungere la camera sinistra del cuore”.

Il manoscritto in cui espresse le sue opinioni s’intitolava Commentario sull’Anatomia del Canone di Avicenna. La storia di questo commentario è avvolto da misteri. Esso fu scoperto “ufficialmente” nel 1922 per mano di uno studente di medicina egiziano, che trovò il manoscritto negli archivi della Libreria di Stato Prussiana mentre faceva ricerche sulla letteratura durante la preparazione del sua discorso di tesi di baccalaureato in medicina all’Università di Friburgo.

il rinascimento

La questione è capire se questo testo effettivamente costituì l’ispirazione per i medici che nel XVI secolo riaffermarono il concetto della circolazione polmonare. Il collegamento potrebbe essere costituito dalla traduzione del Commentario da parte di Andrea Alpago, medico bellunese e conoscitore dell’arabo, che visse per un lungo periodo della sua vita a Damasco. In realtà questa traduzione non contiene la sezione riguardante l’anatomia, quella che tratta della piccola circolazione, ma per alcuni storici esiste la possibilità che tra i manoscritti non pubblicati di Alpago, molti dei quali diffusi tra le successivi generazioni, vi si possa trovare una traduzione della descrizione della piccola circolazione fatta da Ibn al-Nafis. Alpago a parte, comunque, questi medici rinascimentali (cioè Serveto, Valverde, Colombo e Cesalpino, i quali, chi più e chi meno, furono a contatto con il mondo accademico padovano) potrebbero essere entrati in qualche modo a contatto con le teorie di al-Nafis.
La prima descrizione della circolazione polmonare a comparire su un opera stampata nel mondo occidentale fu quella di Miguel Serveto. Ciò accadde nel 1553. L’opera successiva fu quella di Valverde nel 1556. la descrizione di Colombo comparve nel 1559.
Particolarmente intriganti sono le sfortunate vicissitudini di Miguel Serveto, medico spagnolo nato in Navarra nel 1511. Egli fu in primo luogo un filosofo-teologo, e solo secondariamente un medico. Le sue opinioni erano a supporto di una riforma religiosa e sostenevano un nuovo movimento in contrasto alla dottrina della Sacra Trinità. Anche mentre veniva consumato dalle fiamme ebbe il coraggio della sua convinzione esclamando “Jesus, figlio dell’Eterno Dio”, piuttosto che “Jesus, l’Eterno figlio di Dio”. Le sue teorie sulla circolazione polmonare furono esposte su un lavoro teologico suicida intitolato Christianismi Restitutio, che gli costò l’appoggio della famiglia, del re Carlo V di Spagna, del quale era al servizio, ed in fine gli costò la vita per opera di Calvino che lo mise al rogo per eresia, con una copia del suo libro in mano, a Ginevra. Serveto non pensava che egli sarebbe passato alla storia come uno degli scopritori della circolazione polmonare. Il passaggio sulla circolazione polmonare era del tutto incidentale rispetto al tema principale, la Trinità. Egli fu particolarmente influenzato dalle antiche idee del pneuma (o lo spiritus latino), e le usò come punto teologico di partenza per il suo tema principale.
La descrizione di Juan Valverde comparve in un libro di anatomia scritto in spagnolo. Egli fu un prosettore di Colombo, ed in questo libro riconosce Colombo come la fonte della sua descrizione della circolazione polmonare. Il De re Anatomica di Realdo Colombo, il quale nel corso della sua carriera accademica a Padova fu anche prosettore di Vesalio, fu pubblicato postumo. Laddove Valverde equivoca o appare esitante nel liberarsi completamente dalle catene del galenismo, il suo mentore, Colombo, fu molto più sicuro della sua posizione. La descrizione di Colombo attesta ciò molto chiaramente:

“Tra questi ventricoli c’è un setto attraverso il quale quasi tutti credono si apra un passaggio per il sangue dal ventricolo destro a quello sinistro, e che il sangue sia reso sottile cosicché possa essere preparato per la generazione degli spiriti vitali. Ma essi sono in grande errore, dal momento che il sangue è trasportato attraverso l’arteria polmonare al polmone e lì viene assottigliato; da lì viene condotto, insieme all’aria, attraverso la vena polmonare al ventricolo sinistro del cuore”.

Il De re Anatomica nega anche in maniera inequivocabile la dottrina di Galeno dell’escrezione di vapori fuligginosi dalla trachea attraverso la vena polmonare, mentre enfatizza che i polmoni contengano sangue arterioso. Curiosità della storia, Colombo dedicò il libro 14 al papa Paolo IV.
La parola circolazione si trova per la prima volta nella monografia Quaestionum Peripateticum di Andrea Cesalpino, pupillo di Colombo, pubblicata nel 1571. Cesalpino si riferiva al movimento circolare del sangue come osservato con i suoi esperimenti di ligature di vene simili a quelli di Harvey. Nel suo secondo libro, Quaestionum Medicarum, pubblicato 22 anni dopo il primo, Cesalpino enfatizzò ancora l’importante ruolo delle valvole cardiache e l’azione di pompa caratteristica dei ventricoli.
C’è ancora un’altra figura immediatamente precedente alle rivelazioni di Harvey. Egli è Carlo Ruini, una figura relativamente sconosciuta nel circuito medico, ma apprezzata dai veterinari. Egli è ricordato da loro per il suo libro L’Anatomia e le Malattie del Cavallo. Originariamente pubblicato nel 1598 subito dopo la morte di Ruini, il libro fu acclamato dai veterinari per i quali era stato concepito e venne ripubblicato nel XVIII secolo. Egli dichiara nel suo lavoro che la funzione del ventricolo destro era quella di spingere in avanti il sangue e nutrire i polmoni, mentre la funzione del ventricolo sinistro era quella di ricevere il sangue dai polmoni ed inviarlo al resto del corpo.

William Harvey

Nel 1628 fu pubblicata la celebre opera di William Harvey, Exercitatio Anatomica De Motu Cordis et Sanguinis in Animalibus, per gli amici De Motu Cordis. Egli godette fin da subito degli effetti benefici del Rinascimento. La maturità di Shakespeare coincise con la gioventù di Harvey. Tintoretto e Rembrandt riponevano allora tutte le loro anime nei loro magnifici dipinti. Galileo fu un contemporaneo dal quale Harvey imparò il movimento circolatorio dei pianeti e l’importanza della misurazione e della quantificazione. Il libro rappresentava un distillato di teorie basate su osservazioni provenienti da controllati e ripetuti esperimenti che demolirono una volta per tutte il perverso collegamento dell’errore galenico con la fisiologia cardiovascolare. In questa epoca in cui si parla tanto in Italia di “fuga dei cervelli”, farà piacere notare che questo genio inglese ottenne il suo dottorato in fisica, nel 1602, a Padova dove potè godere degli insegnamenti di grandi professori come Falloppio e Fabrizi d’Acquapendente. Ancora, sempre in questa epoca in cui si parla tanto in Italia di “baronati”, farà piacere notare che Padova era un’università controllata dagli studenti. Gli studenti eleggevano gli istruttori ed il Rettore, ed avevano l’ultima parola sul curriculum. A Padova il giovane Harvey era stato uno dei più diligenti studenti di Fabrizi d’Acquapendente. In seguito Harvey riconobbe la grande influenza che questo uomo aveva avuto sul suo pensiero. In relazione ad Harvey, probabilmente, il più importante contributo di Fabrizi fu la sua descrizione delle valvole delle vene. Egli non fu primo a mostrarne l’esistenza, dal momento che Vesalio già le conosceva, ascrivendone la scoperta a Canano. La cosa importante, come lo stesso Harvey disse a Robert Boyle, il famoso chimico, che il lavoro di Fabrizi sulle valvole venose era stata la fonte del suo interesse verso le sfumature della circolazione. Harvey fu un fervente lealista e, durante la ribellione contro Charles I, egli rimase con il suo re e dovette patire la perdita di numerose proprietà e scritti. Egli arrivò alla formulazione dei principi generali della circolazione in modo veramente scientifico. I suoi esperimenti furono semplici ma ben progettati e condotti con criterio. Il tempo passato a Padova gli fornì la possibilità di conoscere gl’insegnamenti di Galileo cosicché nel corso dei suoi studi ne applicò il metodo geometrico. Dopo un’attenta analisi delle sue innumerevoli osservazioni, egli propose il seguente schema della circolazione:

“Si è mostrato con l’uso della ragione e dell’esperimento che il sangue attraverso il calore dei ventricoli scorre attraverso i polmoni ed il cuore e quindi viene pompato a tutto il corpo. Lì passa attraverso i pori della carne nelle vene attraverso le quali ritorna dalla periferia al centro, da vene più piccole a quelle più grandi, per arrivare alla fine alla vena cava e al ventricolo destro. Ciò succede in una tale quantità, con un flusso nelle arterie ed un deflusso nelle vene, da non poter essere fornita dal cibo consumato. Questo è molto più di quanto è necessario alla nutrizione. Si deve perciò concludere che il sangue nel corpo muove in continuazione intorno a un circolo, e che l’azione o la funzione del cuore è di permettere che ciò possa accadere attraverso il suo pompare. Questa è la sola ragione del movimento e del battito cardiaco”.

Sulla possibile presenza dei pori del setto interventricolare, egli fu piuttosto veemente nello scrivere:

“Maledizione, tali pori né esistono né possono essere dimostrati”.

Ma la base fisiologica del passaggio di sangue attraverso i polmoni ancora gli sfuggiva. Egli credeva ancora a Galeno quando scriveva che

“il sangue caldo è trasportato verso ed attraverso i polmoni per essere temperato dall’aria inspirata e per essere liberato dell’eccessivo ribollimento”,

anche se in seguito modificò in qualche modo queste opinioni e ruppe con la dottrina del pneuma. Harvey provò matematicamente che era impossibile per il sangue del corpo fare ogni cosa senza circolare:

“… Ora, nel corso di una mezz’ora il cuore avrà fatto più di mille battiti … Moltiplicando il numero di dracme sospinte per il numero di pulsazioni, noi avremo 500 once, o 3000 dracme [circa 1500 cc], o una certa quantità proporzionale di sangue, a seconda della quantità che noi assumiamo come sospinta per ciascun battito del cuore … in ogni caso una quantità maggiore di quella contenuta nell’intero sangue”.

Harvey era anche a conoscenza del ruolo della circolazione coronarica. Alle obiezioni di Riolano sull’esistenza di un sistema circolatorio in due parti (polmonare e sistemica) Harvey rispose nel De Circulatione Sanguinis:

“… dal ventricolo sinistro al destro si dirige una porzione di sangue attraverso le arterie e le vene coronariche, che si dispongono con le loro piccole branche nel corpo, nelle pareti e nel setto del cuore … Aggiungi inoltre che una valvola si trova molto spesso all’apertura della vena coronarica impedendo l’ingresso di sangue al suo interno e favorendone l’egresso. Così una terza circolazione deve essere sicuramente ammessa”.

Infine, il suo intero schema della circolazione fu rafforzato da una serie di osservazioni che utilizzavano la semplice tecnica della ligatura e la dimostrazione che le valvole delle vene funzionavano in modo unidirezionale impedendo il ritorno del sangue da dove era venuto. Egli notò che il cuore diventava violaceo e dilatato quando l’aorta veniva compressa con una stretta ligatura e rimaneva in questo stato fino a quando la ligatura non veniva rilasciata. Una ligatura stretta del braccio poteva obliterarne il polso a valle, ed allo stesso tempo raffreddare la mano.

“L’effetto di questa disposizione è semplicemente quello di impedire tutto il movimento del sangue dal cuore e dalla vena cava, sia che venga diretto in alto verso la testa, sia che venga diretto in basso verso i piedi o verso le braccia, senza farne passare neanche una goccia; tutto il movimento del sangue, che inizia nelle vene più grandi e tende verso quello più piccole, trova opposizione e resistenza in queste valvole; invece, tutto il movimento che procede dalle vene più piccole per concludersi nelle branche più grandi è favorito da un passaggio libero ed aperto … le vene, in breve, sono condotti liberi ed aperti che conducono il sangue verso il cuore e non sono dei canali che distribuiscono il sangue dal cuore ”.

il seicento

La conferma anatomica dell’esistenza dei capillari fu fornita da Marcello Malpighi all’inizio della seconda metà del XVII secolo.
Richard Lower cercò di capire il significato della circolazione polmonare:

“Se si espone la trachea nel collo (di un cane), si inserisce un tappo e si lega la trachea in maniera serrata … allora il sangue che fluisce nell’arteria cervicale assume un colore completamente venoso e scuro come se fluisse da una ferita della vena giugulare … Noi dobbiamo allora capire cosa da al sangue questo suo colorito rosso … Se si apre la parte anteriore del torace e si insufflano continuamente i polmoni con un paio di mantici inseriti nella trachea e li si punge con un ago in molti posti in modo da permettere un libero passaggio di aria attraverso questi, allora sulla vena polmonare che è stata sezionata vicino all’auricola sinistra il sangue scorrerà con un coloro del tutto rosso brillante”.

Egli concludeva da tali osservazioni che

“questo colore rosso è interamente dovuto alla penetrazione di particelle d’aria nel sangue”.

Il suo libro Tractatus de Corde comparve nel 1669, otto anni dopo la descrizione dei capillari polmonare di rana fatta da Malpighi. In questo egli descriveva la disposizione delle fibre muscolari nei ventricoli, e come l’esercizio incrementasse la frequenza cardiaca, attribuendo, comunque, l’incremento del flusso di sangue all’azione di pompa dei muscoli scheletrici. Egli descrisse anche il movimento del chilo e come si poteva produrre l’edema attraverso la ligatura delle vene. Lower fu uno dei primi a trasfondere sangue da un cane ad un uomo. La sua tesi era che la funzione della circolazione polmonare fosse quella di aggiungere una sostanza al sangue venoso. Egli pensava che la sostanza trovata nell’aria fosse un gas nitrogeno che chiamò “spiritus aeris nitrosus”.

il settecento

Nel XVIII secolo, li esperimenti di Joseph Black (1728-1799), chimico scozzese, posero l’attenzione sulla presenza di un gas fissato nell’aria espirata che in seguito fu identificato come anidride carbonica. Joseph Priestley (1733-1804), un chimico autodidatta, condusse una serie di esperimenti che gli permisero di dedurre la presenza di due tipi di gas nell’aria atmosferica. Tali esperimenti furono descritti nel suo Experiments and Observations in Different Kinds of Air. Un gas che egli etichettò come “aria deflogisticata” permise “l’accensione con una fiamma vigorosa” di una candela e il prolungamento della vita di topi che venivano posti in un ricettacolo che la conteneva. Questa sostanza risultò essere l’ossigeno. L’altro gas che egli chiamò “aria flogisticata” fu in seguito scoperto essere l’azoto. Sfortunatamente egli non estrapolò queste scoperte fino ad arrivare al livello alveolo-capillare del polmone. Egli sosteneva che la respirazione e la putrefazione fossero fenomeni identici, e considerava l’atto della respirazione come una deflogisticazione dell’aria flogisticata. Il sangue venoso conteneva il flogisto e durante il suo passaggio attraverso i polmoni il flogisto veniva rimosso.
Nel 1777, Lavoisier presentò il suo saggio su Esperimenti sulla respirazione degli animali e sulle modificazioni dell’aria nel suo passaggio attraverso i polmoni. Egli era dell’opinione che l’aria inspirata subisse una reazione nei polmoni simile a quella osservata nella combustione del carbone, e che nel processo si formasse l’acido aeriforme gessoso. Le sue vedute finali sul meccanismo della combustione respiratoria furono espresse in un lavoro che scrisse con la collaborazione di A. Séguin. Questo s’intitolava Premier Mémoires sur la respiration des animaux.

“La respirazione è una combustione lenta di carbone analoga a quella operante nella lampada o in una candela accesa e, da questo punto di vista, gli animali che respirano sono realmente delle sostanze combustibili che bruciano e consumano sé stesse … L’aria atmosferica fornisce l’ossigeno ed il calorico, ma dal momento che, nella respirazione questa è la stessa sostanza dell’animale, il sangue che fornisce il combustibile, se gli animali non rimpiazzano costantemente con l’alimento che perdono durante la respirazione, la lampada avrebbe una mancanza d’olio, e gli animali perirebbero, proprio come la lampada si spegne quando rimane senza nutrimento”.

Egli era anche del parere che

“l’acido carbonico si forma con la digestione, viene introdotto nella circolazione dal sistema linfatico, per raggiungere alla fine il polmone, e viene rilasciato dal sangue quando l’ossigeno si combina con questo (il sangue) attraverso un’affinità superiore”

Si noti come i commenti di Lavoisier contengano per la prima volta la parola “ossigeno”. Egli la usò per sostituire il termine vago flogisto. Egli in realtà l’aveva chiamato il “principio ossigeno”, intendendo che questo forma acidi.

l’ottocento

Nel XIX secolo, circa cinquanta anni dopo Gustav Magnus riuscì a misurare la concentrazione dell’ossigeno, dell’azoto e dell’anidride carbonica nel sangue. Egli scoprì che il sangue arterioso aveva una maggiore concentrazione di ossigeno del sangue venoso, mentre il sangue venoso aveva una più alta concentrazione di anidride carbonica del sangue arterioso. Tali osservazioni lo portarono a concludere che la combustione avveniva nei tessuti periferici e non nei polmoni. I protagonisti dell’ottocento si occuparono dell’introduzione di metodi grafici che registrassero non solo gli eventi circolatori ma ogni vario fenomeno in una maniera quantitativa.
A. Beutner, un allievo del grande Ludwig e del suo laboratorio a Vienna, usò Il manometro di Ludwig per registrare le pressioni dell’arteria polmonare di conigli, gatti e cani. Egli scoprì che la pressione media nell’arteria polmonare variava da 12 a 23 mmHg.
Auguste Chauveau (1827-1917), un veterinario, ed Etienne Jules Marey (1830-1904), un brillante medico parigino, in virtù della loro tecnica di cateterizzazione cardiaca riuscirono a misurare le pressioni dei ventricoli destro e sinistro nel cavallo. L’ingresso nel ventricolo destro fu ottenuto attraverso la vena giugulare mentre la carotide permetteva di ottenere l’accesso nel ventricolo sinistro passando con un particolare catetere a modalità retrograda, espressamente congegnato. La pressione sistolica del ventricolo destro misurava 27 mmHg, mentre quella del ventricolo sinistro aveva una media di 129 mmHg.
L’emoglobina fu scoperta da Otto Funke nel 1851. La sua affinità per l’ossigeno fu determinata da Lothar Meyer nel 1857. Hoppe-Seyler amplificò le scoperte di Meyer dimostrando che la combinazione emoglobina-ossigeno era piuttosto instabile, facile da separare. La risposta alla domanda da dove provenisse l’anidride fu fornita attraverso gli sforzi di Mayer, Liebig e Pfluger. Nel 1845 Mayer aveva mostrato che i processi ossidativi a livello dei tessuti periferici erano capaci di fornire energia. I componenti chimici di questi processi e parte dello spettro del metabolismo cellulare furono svelati da Liebig. Pfluger aggiunse il tocco finale al tutto nel 1872.

il novecento

Nel novecento: il danese di Copenaghen, padre dell’ancor più celebre fisico Niels, Christian Bohr lavorò sul problema dello scambio dei gas respiratori per venti anni, prima nel laboratorio di Ludwig e dopo in quello proprio a Copenaghen. I risultati di questi sforzi furono resi noti in un articolo pubblicato nel 1904 scritto in collaborazione con August Krogh e Karl Albert Hasselbalch. Nel 1891 Bohr aveva caratterizzato lo spazio morto respiratorio. Comunque, egli errò nel credere ancora che il sangue ricevesse il suo ossigeno attraverso una secrezione attiva dell’epitelio polmonare. Krogh in seguito comprese l’errore di tale conclusione mostrando che l’ossigeno passava nel sangue a livello alveolo-capillare attraverso il semplice processo di diffusione. Egli fu fortunato ad avere come collaboratrice sua moglie Marie Krogh. Il loro articolo fu pubblicato nel 1910 con il titolo On the rate of diffusion of carbonic oxide in the lungs of man. Questo fu un report cruciale con implicazioni di vasta portata. Esso provava per sempre che la circolazione polmonare ed i polmoni erano semplicemente veicoli di scambio di ossigeno ed anidride carbonica, e che ciò accadeva a livello alveolo-capillare sotto certe ben definite leggi fisiche. Uno studente di Krogh, G. Liljestrand, iniziò una propria serie di esperimenti riguardo agli effetti dell’ipossia ed ipercapnia sulla resistenza vascolare polmonare e sul flusso di sangue polmonare. Nel 1946 egli pubblicò un articolo insieme a von Euler che dimostrava un incremento della resistenza vascolare polmonare in presenza di ipossia ed ipercapnia. Con l’avanzare del XX secolo le luci della ribalta del progresso si sono spostate verso le isole britanniche e gli Usa. Approfittando delle basi create dai giganti del continente europeo, quattro uomini primeggiarono in questo periodo. Essi sono Haldane, Barcroft, Henderson e Cournand. I primi tre furono scienziati di base che delinearono le sfumature della chimica fisica del sangue mentre Cournand lasciò il suo segno nell’arena clinica attraverso le sue brillanti scoperte nel campo della cateterizzazione cardiaca.
Il lavoro di J. Scott Haldane, sfortunatamente, fu deturpato dalla sua persistente credenza che la secrezione dell’ossigeno da parte dei polmoni fosse il meccanismo di ossigenazione del sangue. A parte questo, le sue brillanti ricerche sull’anidride carbonica e l’ossigeno, le loro relazioni ed il loro ruolo nella respirazione condussero ad un importante scoperta riguardante l’assorbimento e la dissociazione dell’anidride carbonica del sangue. La scoperta di Haldane e colleghi sull’effetto dell’ossigenazione del sangue e sulle curve di dissociazione dell’anidride carbonica fu il fattore finale che portò Henderson a concludere che

“ciascuna variabile interessata negli scambi respiratori del sangue deve essere una funzione matematica di tutti gli altri”.

Joseph Barcroft (1872-1947), nato a Dublino, trascorse la maggior parte della sua carriera a Cambridge. Egli misurò le curve di dissociazione dell’ossigeno e dimostrò gli effetti dei sali e degli acidi su tali curve. Lawrence J. Henderson (1878-1942) fu il braccio americano di questo eminente triumvirato di scienziati. Per anni egli lavorò con i suoi assistenti ad Harvard, sviluppando i concetti iniziali del bilancio acido-base nei sistemi biologici. Quando alla fine tracciò le generalità del sistema, egli entrò in una fruttifera relazione di collaborazione con Donald van Slyke del Rockefeller Institute. Dopo tre anni di intense ricerche con van Slyke ed i suoi associati pubblicarono una monografia che descriveva il sistema in termini di semplici equazioni. Gli sforzi comuni di Henderson e van Slyke riuscirono a mettere insieme tutti i pezzi del mosaico che costituisce la base fisico-chimica della respirazione ed i suoi effetti sui costituenti del sangue.