IL PREPARATO CUORE-POLMONE DI NEWELL MARTIN: UN GRANDE CONTRIBUTO DELLA FISIOLOGIA AL PROGRESSO DELLA MEDICINA
Nel corso di alcuni esperimenti fatti da me, insieme al dr W. T. Sedgwick, sulla pressione delle arterie coronariche del cuore, rimasi impressionato dal fatto che il cuore dei mammiferi non è un organo così fragile come si è incline a credere, ma possiede una considerevole forza nel sopportare la manipolazione. …
I miei primi esperimenti furono fatti con i gatti. L’animale fu narcotizzato con morfina, tracheostomizzato, ed una cannula messa nella carotide. Il torace venne aperto (iniziata la respirazione artificiale), l’arteria innominata legata oltre l’origine della carotide di sinistra ma prossimalmente al punto in cui la succlavia e la carotide di destra si separano; la succlavia di sinistra fu legata vicino alla sua origine; e l’arco aortico legato immediatamente oltre all’origine dell’arteria succlavia di sinistra. La cannula della carotide di sinistra fu connessa con il manometro del chimografo (il tamburo rotante, ndr) ed i tracciati fatti nella maniera abituale.
In queste circostanze il corso del sangue era: auricola sinistra, ventricolo sinistro, arco aortico ed i monconi arteriosi connessi ad esso, i vasi coronarici, auricola destra, ventricolo destro, la circolazione polmonare attraverso un polmone e di ritorno all’auricola sinistra. Tutta la circolazione degli altri organi del corpo fu interrotta, fatta eccezione per cuore e polmoni; …come i miei esperimenti preliminari mostrarono (Johns Hopkins University Circular, No. 10, p. 127, Aprile 1881), il cuore continuò a battere con considerevole forza per oltre un’ora.
Il metodo, comunque, lasciava ancora molto a desiderare; io volevo che il cuore vivesse più a lungo. Mi serviva uno strumento per mantenere una temperatura uniforme, un metodo per rinnovare il sangue…Dopo molti tentativi fu congegnato l’apparato rappresentato nella Tavola IX, e si scoprì che esso funzionava bene; con esso mantenni il cuore, isolato fisiologicamente da tutto tranne che i polmoni, battente per più di cinque ore, con la consapevolezza che avrei potuto mantenerlo vivo ancora più a lungo, se vi fosse stata la necessità.
Nella Tavola il cuore è rappresentato in maniera diagrammatica e con dimensioni molto sproporzionate; i vasi polmonari sono interamente omessi, così che non interferiscono con l’esperimento.Il corso dell’esperimento è il seguente: viene eseguita la tracheotomia, ogni nervo pneumogastrico diviso nel collo … e successivamente tutta la circolazione cerebrale interrotta. Una cannula, p, viene posizionata nella carotide di sinistra, o; ed un’altra, s, nella carotide di destra, r; …
l’arteria succlavia di destra, w, viene clamplata ed aperta. il bulbo di un sottile termometro, a, viene dunque posizionato nel vaso e, rimosso il clampaggio, spinto dentro il tronco dell’arteria innominata e legato ad essa. Ciò da la temperatura del sangue che scorre attraverso il cuore …
L’arteria succlavia sinistra, m, viene isolata ed una cannula, x, posizionata in essa; e l’arco aortico, l, legato subito dopo l’origine della succlavia di sinistra. Quando le succlavie e l’aorta vengono legate (ed il flusso carotideo viene stoppato) avvengono convulsioni anemiche o dispnoiche, e la pressione arteriosa aumenta moltissimo, come evidenziato dall’incremento delle dimensioni e dalla distensioni dei monconi connessi all’arco aortico; per ovviare a questa tensione cui viene sottoposto il cuore, l’arco aortico viene legato il più velocemente possibile dopo aver messo la cannula nella succlavia sinistra, e prima che la dispnea sia estrema una grande quantità di sangue viene estratta attraverso la cannula, s, nella carotide sinistra; …
Successivamente, la vena cava inferiore, e, viene legata così come la vena azygos, f; Ciò pone fine alla procedura operativa.
Ci si sbarazza del sangue ora presente nel cuore e nei polmoni, che potrebbe coagulare durante una prolungata osservazione, e lo si sostituisce con sangue defibrinato, di cui sono stati ottenuti due litri prelevati da dei cani in precedenti esperimenti. La cannula h viene riempita con del sangue e collegata con un imbuto contenente lo stesso sangue a riscaldato a 35°; il clampaggio t sulla carotide viene riaperto ancora per permettere a 300-400 cc di sangue defibrinato di correre attraverso il sangue ed i polmoni … in modo da rimpiazzare il sangue precedentemente presente. … Il cuore è pronto per essere rimosso dal torace ed essere trasferito in una camera nella quale esso verrà mantenuto caldo ed umido ed alimentato con sangue fresco defibrinato.
Questa camera consiste di una scatola lunga 5 piedi (poco più di 150 cm, ndr), altra 3 piedi (poco più di 90 cm, ndr) e larga due e mezzo (circa 75 cm, ndr). Questa non ha una base; una una parete in legno, I, una schiena in legno, una parte anteriore in vetro, K, ed un’altra parete in vetro, L. La parte frontale, che può essere interamente rimossa, ha una finestra attraverso la quale le cose possono essere controllate ed aggiustate all’interno senza necessità di spostare l’intera parete. La camera giace su una piattaforma in ferro galvanizzato, DD, che contiene circa un inch e mezzo di acqua (0,02 litri circa). In esso è presente un regolatore connesso con le fiammelle, CC, che serve a mantenere una temperatura uniforme all’interno. …Quando tutto è pronto una piccola barella, GG, che contiene il corpo morto dell’animale con il cuore ed i polmoni viventi, viene posizionata in essa. Nel diagramma viene indicato solo il cuore per rendere la descrizione e le connessioni più facili di capire. I cilindri (indicati con i numeri 27 e 28) sono sollevati su di un blocco nella parte anteriore della piccola barella, cosicchè le loro parti bassi siano dieci o dodici centimetri più in altro delle auricole del cuore. Questi cilindri sono della fiasche di Marriot. Ognuno dei due cilindri è chiuso in alto da un tappo in sughero in cui passano quattro tubi; i tubi (chiamati 9 e 12) permettono all’aria di entrare dall’interno della camera e muoversi verso il basso; altri due (chiamati 5 e 6) agiscono da sifoni per rimuovere il sangue mentre gli altri tubi (rispettivamente chiamati 7 e 10, 8 ed 11) superano di poco il tappo in sughero. … Questi piccoli tubi servono da riserva. Quando ogni cilindro è vuoto, come per esempio il 27 nel diagramma, il clampaggio (chiamato 2), sul tubo che conduce al cuore viene chiuso e la comunicazione tre il cuore e l’altra riserva aperta; mentre questa seconda sta alimentando il cuore la prima viene riempita aprendo i clampaggi (chiamati 18 e 19), mettendo l’imbuto (chiamato 19) sul tubo in gomma e riempendo la riserva attraverso questo; mentre il sangue entra l’aria fuoriesce attraverso il tubo 10; quando il cilindro è nuovamente riempito, i clampaggi 17 e 18 vengono nuovamente richiusi ed il cilindro è nuovamente pronto all’uso prima che l’altro si sia svuotato. I sifoni che arrivano ad ogni fiasca di Marriot incontrano un connettore a forma di Y (chiamato Z) connesso al tubo in gomma chiamato i. Non appena l’animale è posizionato nella camera, questo tubo viene riempito con del sangue aprendo la connessione con uno delle riserve e viene collegato alla cannula, chiamata h, che lo collega alla vena cava inferiore, dalla quale il clampaggio viene rimosso: il cuore è perciò stabilmente rifornito di sangue a turno da ogni riserva. Il tubo di uscita, q, passa dalla carotide di sinistra, o, che non è stata usata nella preliminare deflusso e lavaggio dal sangue per evitare formazioni di coaguli, come precedentemente descritto; ora è presente solo sangue defibrinato per cui non esiste pericolo di trombosi. Nella cannula, chiamata p, si inserisce la terminazione del tubo in gomma (q), che conduce al tubo in vetro (21) il quale passa attraverso la parete in legno del box ed ha in esso un rubinetto (22) oltre il quale il tubo curva intorno pere rientrare nel box. Attraverso il rubinetto, la frequenza dell’irrigazione può essere regolata senza aprire la camera; il sangue che scorre attraverso è ricevuto nel vaso 24, che è contenuto all’interno del box ed è rimpiazzato da un altro nel tempo se necessario, fino a che uno delle fiasche del Marriott non necessita di riempimento. In questo modo, il sangue, che si trova quasi sempre dentro la camera, non ha la possibilità di raffreddarsi più di un grado o due, e così c’è tempo sufficiente per riscaldare mentre l’altra fiasca di Marriott si sta svuotando. La frequenza del flusso permesso è solitamente un pò rapido nella caduta; ma se si desidera una caduta della pressione arteriosa si apre il rubinetto 22 ancora più velocemente. Anche una lento gocciolamento mantiene il cuore vivo per un lungo periodo; se insorgono segni di debolezza, è sufficiente aprire il rubinetto per qualche secondo e contemporaneamente rinnovare il sangue nel cuore.
Le curve della pressione arteriosa e del polso vengono ottenute attraverso il manometro 26. …
E’ chiaro, secondo me, che attraverso questo piano di lavoro sia possibile studiare la fisiologia del cuore dei mammiferi come non è mai stato fatto prima; io ho fatto molte osservazioni che mostrano che per almeno quattro ore, e spesso anche più a lungo, si può mantenere la regolarità e la forza del cuore che batte. Io ho mostrato in forma di tabulati successive osservazioni l’andamento delle pressioni nella succlavia e la frequenza del polso ottenuti su due esperimenti che hanno mostrato la perfetta disponibilità del metodo. Per investigare l’azione diretta di un farmaco sul cuore si può iniettarlo con una siringa ipodermica nella terminazione cardiaca del tubo (i) alla maniera in cui si inietta usualmente il curaro nella vena. Alterando la temperatura della camera si può studiare velocemente l’effetto delle variazioni della temperatura sulla frequenza cardiaca, la pressione arteriosa …. Mantenendo la temperatura costante ed aprendo o chiudendo il rubinetto, si può studiare velocemente l’influenza diretta delle varie pressioni arteriose sul frequenza cardiaca. …
Quando il cuore inizia a morire il primo sintomo è un ritmo irregolare che non può essere rimosso attraverso la somministrazione libera di sangue nelle riserve. … L’irregolarità si manifesta attraverso un potenti battito seguito da tre o quattro più deboli, e così avanti per oltre un ora. Dopo, i piccoli battiti diventano sempre più flebili e la pressione arteriosa si abbassa. I battiti potenti diventano sempre più rari fino a scomparire.
[H. Newell Martin: “A new method of studying the mammalian heart“, 1881]
Agli inizi degli anni ottanta dell’Ottocento, il fisiologo Henry Newell Martin, professore di Fisiologia nell’Università statunitense Johns Hopkins, si accorse che il cuore era un organo più ‘robusto‘ di quanto i medici di tutto il mondo avevano creduto nei millenni precedenti. Martin fu primo professore di Fisiologia nella storia degli Stati Uniti, avendo ricevuto questo incarico presso la Johns Hopkins nel 1876. Il preparato di Martin fu davvero uno strumento eccezionale che permise l’osservazione accurata dei cuori dei mammiferi (quelli degli animali a sangue freddo hanno una parete meno spessa e non possiedono arterie coronarie), in quanto i precedenti tentativi di creare un simile preparato erano falliti poichè non riuscivano a mettere il cuore a riparo dall’insorgenza dell’arresto cardiaco.
un grande della fisiologia
Egli sviluppò il primo preparato cuore-polmone di mammifero (descritto per la prima volta nel 1881) che in seguito Starling utilizzò con grande efficacia.
Martin separò il cuore ed i polmoni degli animali mammiferi da esperimento (il gatto) dal resto degli organi, riuscendo a studiare con degli strumenti grafici di allora la pompa cardiaca in maniera isolata e senza interferenze fino 7 ore, nutrendola con sangue defibrinato e regolandone la temperatura.
Il professor Martin misurò la pressione e la frequenza cardiaca potendo notare che, quando il battito cominciava a diventare irregolare, la sua attività cessava completamente nell’arco di circa 10 minuti. Nel suo lavoro del 1881, “A new method of studying the mammalian heart“, egli mostra non solo il diagramma con il cuore all’interno del box riscaldato contenente le riserve di sangue per l’esperimento ma anche delle tabelle con i tempi, i valori pressori, la frequenza cardiaca ed annotazioni dell’esperimento.
Un’annotazione: la carriera professionale di Martin cessò nel 1893 per i suoi problemi di alcolismo.
riferimenti:
- “A new method of studying the mammalian heart” (Autori: Newell Martin, Sherrington, Charles Scott, del “Royal College of Surgeons of England“, 1881) https://
wellcomelibrary.org/item/ b22470700#?c=0&m=0&s=0&cv=0 - https://en.wikipedia.org/wiki/H._Newell_Martin
- https://wellcomelibrary.org/item/b22470700#?c=0&m=0&s=0&cv=0&z=-1.3532%2C-0.0938%2C3.7065%2C1.8754