Von früher Kindheit an zeigte Joseph Lister ein frühreifes Talent für Beobachtung und Zeichnung, gut illustriert durch seine Zeichnung von Dissektionen und Osteologie.1 Sein Vater, Joseph Jackson Lister, war ein erfahrener Mikroskopiker, der die achromatische Linse entwickelte, die den großen technischen Fortschritt für die zukünftige Entwicklung der Bakteriologie darstellte und für die er 1832 zum Fellow der Royal Society gewählt wurde. Lister senior versorgte seinen Sohn mit exzellenter Technologie und ermutigte ihn, die Fähigkeiten in der Mikroskopie zu entwickeln, die einen Großteil seiner frühen Arbeiten in der experimentellen Physiologie sowie seiner späteren klinischen Studien zur Sepsis und Antisepsis antreiben sollten. Neben seinem Vater sollten zwei von Listers Lehrern am University College London einen tiefgreifenden Einfluss auf seine zukünftige Karriere haben: Thomas Wharton Jones, Professor für Augenheilkunde und Chirurgie, und William Sharpey, Professor für Anatomie und Physiologie.Wharton Jones hatte die Zirkulation und die Auswirkungen von Entzündungen untersucht, indem er die durchscheinenden Gewebe von Froschnetzen und Fledermausflügeln für seine mikroskopischen Beobachtungen an peripheren Blutgefäßen verwendete,2 Arbeiten, die in klarer und prägnanter Sprache berichtet wurden und ein Modell für Listers spätere Untersuchungen von Blutfluss und Entzündung lieferten.3 Sharpey, einer der Begründer der modernen Physiologie in Großbritannien,4 war möglicherweise einflussreicher auf den jungen Lister, der im späteren Leben anerkannte: Als Student am University College war ich sehr von Dr. Sharpeys Vorlesungen angezogen, die mich mit einer Liebe zur Physiologie inspirierten, die mich nie verlassen hat.5 Sharpey hatte in Edinburgh Medizin studiert, wo er ein lebenslanger Freund des Edinburgh-Chirurgen Professor James Syme wurde. Zwischen 1821 und 1823 hatte Sharpey bei Dupuytren und Lisfranc in Paris studiert,6 und obwohl er 1830 das Stipendium des Royal College of Surgeons of Edinburgh erhielt, beschloss er, seine Karriere auf das Studium der Anatomie und Physiologie zu stützen. 1836 wurde er auf den Lehrstuhl für Anatomie und Physiologie am University College London berufen und drei Jahre später zum FRS gewählt. Im Jahr 1853 war Sharpey maßgeblich daran beteiligt, Lister Syme als seinen chirurgischen Assistenten in Edinburgh zu empfehlen, wo die meisten experimentellen physiologischen Studien von Lister in den Jahren zwischen 1853 und 1859 durchgeführt wurden, bevor er nach Glasgow zog, um den Regius Chair of Surgery zu übernehmen. Die ersten beiden Publikationen waren histologische Untersuchungen des kontraktilen Gewebes der Iris und des Muskelgewebes der Haut. Eine Periode intensiver Experimente führte zu 11 physiologischen Papieren zwischen 1857 und 1859, basierend auf umfangreichen und breit angelegten Forschungstätigkeit, die Studien über die nervöse Kontrolle der Arterien, die frühen Stadien der Entzündung, die Struktur der Nervenfasern und eine bemerkenswerte Folge von Experimenten über die nervöse Kontrolle des Darms, mit besonderem Bezug auf die Wirkung von ‚hemmenden‘ oder sympathischen Nerven.Sein ganzes Leben lang glaubte Lister, dass die Arbeiten über die Mikroskopie und Physiologie der Entzündung, die er 1857 der Royal Society vorstellte, seine wichtigsten Veröffentlichungen waren. Seine ersten Beobachtungen zu den Gefäßreaktionen im Froschfuß wurden durch Untersuchungen am Flügel der Warmblüterfledermaus untermauert. 1905, als er 78 Jahre alt war, schrieb er: ‚Wenn meine Werke gelesen werden, wenn ich weg bin, werden diese diejenigen sein, an die am meisten gedacht wird.‘;7 und in der Huxley-Vorlesung von 1900 waren es diese besonderen Studien, die er in Bezug auf seine klinische Arbeit über die Ursache von Entzündungen und Eiterungen ausführte.8 Listers physiologische Untersuchungen waren akribisch. Edward Sharpey-Schafer, Professor für Physiologie an der Universität Edinburgh, bemerkte später, dass die Genauigkeit, die Lister zu seinen Beobachtungen in Physiologie und mikroskopischer Anatomie gebracht hatte, ihn in seiner späteren Arbeit bei der Revolutionierung der chirurgischen Praxis unterstützt hatte, und zeigte den Wert einer Ausbildung in Physiologie für den praktischen Chirurgen.9

Lister war sich der gegenwärtigen Fortschritte in der physiologischen Forschung in Frankreich, Deutschland und anderen Ländern Europas sehr bewusst und diskutierte häufig Beobachtungen und Ergebnisse mit führenden Forschern wie Albert von Kölliker, Wilhelm von Wittich, Theodor Schwann und Rudolf Virchow. Er bezog sich akribisch auf die Arbeit anderer Forscher und testete ihre Beobachtungen und Hypothesen mit einer Reihe eigener Experimente. Seine grundlegenden Beobachtungen über die nervöse Kontrolle von Blutgefäßen führten beispielsweise zu einer teilweisen Meinungsverschiedenheit mit Eduard Pflüger, der 1857 zu dem Schluss gekommen war, dass die splanchnischen Nerven dem Muskel der Darmwand spezifische Hemmfasern zuführten (Hemmungs-Nervensystem).10 Lister führte eine Reihe von Experimenten durch, um die Innervation des Darms für sich selbst zu untersuchen, aus denen er viele genaue und originelle Beobachtungen veröffentlichte und in denen er darauf achtete, den Einfluss anderer anzuerkennen. 1884 zum Beispiel, 26 Jahre nach der Veröffentlichung seiner Untersuchungen über die Funktion der intestinalen sympathischen Nerven, schrieb er: „Ich war zufällig, glaube ich, der erste, der das Wort „hemmend“ in der englischen Physiologie benutzte, auf Anraten meines alten Freundes Dr. Sharpey, mit Bezug auf ein frühes Papier, das ich über das, was die Deutschen das „Hemmungs-Nervensystem“ nennen, veröffentlichen wollte.’11

Listers frühe physiologische Forschungen

Die Veröffentlichung von Listers erstem großen Forschungsprojekt im Jahr 1853 betraf die mikroskopische Struktur und Funktion der Iris.12 Es gab damals gegensätzliche Ansichten über das Vorhandensein oder Fehlen separater Konstriktor- und Dilatatormuskelfasern in der Iris.

Lister gab einen Überblick über die vorhandene Literatur, untersuchte Gewebe von Pferd, Katze, Kaninchen und Meerschweinchen sowie sechs chirurgische Proben, die Patienten bei chirurgischen Eingriffen am Auge entnommen wurden, und beschrieb die Struktur und Anordnung der Iris. Seine Analyse der Beobachtungen früherer Arbeiter war meisterhaft: in seiner Beschreibung des mikroskopischen Aussehens von Körnchen innerhalb der Muskelzellen würdigte Lister seinen ehemaligen Lehrer mit den Worten: ‚Diese Tendenz zur Queranordnung der Körnchen wurde von Mr. Wharton Jones längst bemerkt, wie mir dieser Herr mitgeteilt hat‘. Im Gegensatz dazu war er konstruktiver Kritik nicht abgeneigt und tadelte sanft den bedeutenden Chirurgen und Physiologen William Bowman, weil er Muskelfasern mit den Wänden von Blutgefäßen verwechselt hatte. Das Papier zeigt gründliche und sorgfältige Arbeit, berichtet mit einer Demut, die Lister typisierte, der erklärte, dass seine Verpflichtungen hinderte ihn daran, die Untersuchung weiter, entschuldigend für die Ergebnisse einer ‚unvollständigen Untersuchung‘ bietet. Sein Schlüsselergebnis war zu zeigen, dass die Iris aus glatten Muskelfasern besteht, die sowohl in den Constrictor- als auch in den Dilatatormuskeln angeordnet sind, was den Glauben früherer Arbeiter korrigierte, dass es keinen spezifischen Dilatatorpupillen-Muskel gab.Listers nächste Studie über das Muskelgewebe der Haut 13 erschien ebenfalls 1853 im Quarterly Journal of Microscopical Science. Er konnte Albert von Köllikers Beobachtungen bestätigen, dass im Gegensatz zu anderen Säugetieren — bei denen die großen Tasthaare (die Vibrissen) mit quergestreiften Muskeln assoziiert sind — beim Menschen glatte Muskelfasern für die erektile Funktion (Horripilation) der Haare verantwortlich sind. Seine manuelle Geschicklichkeit zeigte sich in der Beschreibung einer neuen Methode zum Schneiden dünner histologischer Schnitte des relativ festen Gewebes der Kopfhaut. Die außerordentliche Fähigkeit von Listers Mikroskopie war so groß, dass er Friedrich Gustav Henle, einen Forscher, der als der vielleicht größte deutsche Histologe des neunzehnten Jahrhunderts galt, sanft korrigieren konnte, weil er kleine Blutgefäße mit Muskelfasern verwechselte. Beide histologischen Papiere wurden mit geschickten Zeichnungen illustriert, die mit der Camera lucida angefertigt wurden, was, wie Lister bestätigte, ‚den großen Vorteil hat, die Korrektheit der Proportionen zu gewährleisten‘.Die Histologie und Funktion des einfachen (ungestreiften) Muskels waren Gegenstand von Listers drittem Artikel über die winzige Struktur der unwillkürlichen Muskelfaser14, der 1857 in derselben Zeitschrift erschien. Die Arbeit sollte Köllikers Beobachtungen zur Struktur einzelner Muskelfasern testen. Lister bestätigte die Beobachtungen am Fuß des Frosches und dehnte sie auf den Muskel in der Arterienwand aus, eine Arbeit, die er parallel zu seiner Untersuchung von Entzündungsreaktionen durchführte. Er berichtete, dass die Muskelfasern der Blutgefäße denen ähnelten, die Kölliker im Schweinedarm gefunden hatte, aber sie waren spiralförmig und einzeln um die Gefäße innerhalb der Zwischenschicht der Wand gewickelt.

Ein kurzer Bericht15 von 1858 betraf den Fluss von Lymphe und emulgierten Fetten (Chyle) im Mesenterium des Mausdarms. Die Studie hatte zwei Ziele: den Charakter des Flusses in den Lymphgefäßen zu definieren und den allgemein verbreiteten Glauben zu untersuchen, dass Laktase in der Darmwand feste Stoffe aus dem Lumen absorbieren könnte. Nachdem er eine Maus mit Chloroform betäubt hatte, öffnete er den Bauch und zog eine Darmschlinge auf eine Glasplatte unter einem Mikroskop und sah mesenteriale Lymphe in einem stetigen Strom fließen, ohne sichtbare Kontraktionen der Lymphgefäße. Er bemerkte Muskelfasern in den Gefäßwänden, die Klappen enthielten, meldete jedoch keine rhythmische kontraktile Aktivität (es ist möglich, dass die von ihm eingesetzte Chloroformanästhesie dazu diente, Bewegungen in den Lymphwänden zu hemmen). Im zweiten Teil dieser Studie fütterte Lister Mäuse mit Indigo, einer farbigen Substanz, die aus unverdaulichen Molekülen auf Fettbasis besteht. Er fand heraus, dass das Indigo nicht vom Darm absorbiert wurde, und er äußerte große Zweifel an der Möglichkeit der Absorption von Feststoffen durch die Laktase.Lister veröffentlichte 1858 sieben Arbeiten über die Ergebnisse experimenteller physiologischer Untersuchungen über den Ursprung und den Mechanismus der Entzündung. Zwei davon betrafen die nervöse Kontrolle der Blutgefäße16 und die frühen Stadien der Entzündung.17 Sie bezogen sich auf Experimente, die geplant waren, um einen zeitgenössischen Streit zwischen Physiologen über den Ursprung der Kontrolle des Blutgefäßkalibers durch das sympathische Nervensystem zu untersuchen. Eine Reihe von Experimenten, bei denen er den Durchmesser von Blutgefäßen im Froschnetz mit einem Augenmikrometer vor und nach der Ablation von Teilen des Zentralnervensystems sowie vor und nach der Teilung des Ischiasnervs beobachtete, führte ihn zu dem Schluss — im Widerspruch zu Wharton Jones2 — dass der Gefäßtonus im Bein unter der Kontrolle des Rückenmarks und der Medulla oblongata stand. Diese Experimente waren bemerkenswert für die Finesse der Technik und für die Logik ihrer Planung.Das Fortschreiten der Entzündung zur Eiterung – und oft zum Tod – war ein häufiges und viel gefürchtetes Ereignis nach der Operation und gab Listers Studien über Entzündungen und Gewebeflüssigkeitsfluss Impulse. Seine Experimente zu den frühen Stadien der Entzündung wurden am Netz des Froschfußes und des Fledermausflügels durchgeführt und entwickelten die Arbeit von Wharton Jones. Lister führte Untersuchungen der Erythrozytenadhäsion durch, untersuchte Blut aus seiner eigenen entzündeten distalen Phalanx und verglich es mit Blut von einem normalen Finger, und teilte seinen Bericht in vier Abschnitte:

(i) die Aggregation von roten Blutkörperchen, wenn sie aus dem Körper entfernt werden (Gerinnung),

(ii) die Struktur und Funktion von Blutgefäßen,

(iii) die Auswirkungen von und

(iv) die Auswirkungen von Reizstoffen auf Gewebe.

Er zeigte, dass der Kapillarfluss im Froschnetz durch die Verengung oder Erweiterung der Arterien bestimmt und durch lokale Reizung, Trauma oder Reflexaktivität durch das zentrale Nervensystem beeinflusst wurde. Er war fest in seinen Beobachtungen, dass die Wände der Kapillaren waren frei von Muskelfasern noch sehr elastisch und in der Lage, große Variationen in der Kapazität bestimmt durch arterielle Strömung in das Gefäßbett. Die vaskulären Reaktionen auf Traumata und verschiedene Reizstoffe wurden mit hervorragenden Camera-Lucida-Zeichnungen illustriert, die vaskuläre Stase und Stauung in einer anfänglichen nervösen Reaktion auf Verletzungen illustrierten. Er wies darauf hin, dass anfängliche Gefäßveränderungen das Ergebnis von Reflexen durch das Nervensystem waren, gefolgt von Gefäßveränderungen infolge lokaler Gewebeschäden. Rickman Godlee schrieb von diesem Papier, dass es den Leser durch die Schönheit und Einfachheit der Experimente beeindruckt beschrieben, die Originalität der Gedanken, und die Solidität der Argumentation.18 In einem Brief vom 10. April 1859 zitierte Lister den bedeutenden Neurophysiologen Brown-Séquard, der von den schönen Forschungen von Herrn Lister gesprochen hatte und mir die volle Anerkennung dafür gab, das Wesentliche in Bezug auf Entzündungen festgestellt zu haben.’19

Am Ende der Arbeit bezog Lister seine experimentellen Beobachtungen auf klinische Situationen wie Hautschäden durch kochendes Wasser und Traumata durch chirurgische Schnitte. Obwohl die Rolle der Infektion noch entdeckt werden musste, waren diese frühen Studien der Entzündung von grundlegender Bedeutung für Listers zukünftige klinische Arbeit über die Heilung von Wunden und die Auswirkungen von Infektionen auf Gewebe. Godlee berichtete‘ dass das Papier zu Hause und auf dem Kontinent gut angenommen wurde und seine Schlussfolgerungen, mit kaum einer Ausnahme, den Test der Zeit bestanden haben.’20

Nach einer Beobachtung, dass der Entzündungsprozess bei einigen Formen der Septikämie die Auskleidung von Blutgefäßen beeinflusst und zu Blutgerinnseln in den Gefäßen führt, kehrte Lister später für seine Croonian Lecture an der Royal Society in 1863 zu diesem Thema zurück. 21 Frühere Theorien hatten vorgeschlagen, dass Blut in den Gefäßen aufgrund der Anwesenheit einer kleinen Menge Ammoniak flüssig bleibt. Lister bewies, dass diese Theorien falsch waren, und aus Experimenten mit Längen der Halsvene kam er zu dem Schluss, dass eine Schädigung der Auskleidung von Blutgefäßen eine wichtige Ursache für die intravaskuläre Koagulation war. Er hatte keine Kenntnis von der Gerinnungskaskade, aber seine Beobachtungen an erkrankten Blutgefäßen trugen zum heutigen Verständnis der Gerinnung bei.Listers tiefes Interesse an der Nervenkontrolle von Blutgefäßen führte ihn zu einer Untersuchung der Nervenkontrolle des Darms, die mit einer bemerkenswerten Schlussfolgerung über die Wirkungsweise sympathischer Nerven auf die motorische Aktivität des Darms endete, die histologisch seit einem Jahrhundert nicht bestätigt wurde. Seine Untersuchungen, veröffentlicht in Proceedings of the Royal Society, waren in Form eines Briefes an Dr. Sharpey, der Sekretär der Gesellschaft.22 Listers Interesse am Darm zu einer Zeit, als er umfangreiche Arbeiten zur Funktion von Blutgefäßen bei Entzündungen durchführte, war durch Pflügers Vorschlag angeregt worden, dass die splanchnischen Nerven die Muskelschichten des Darms versorgten und spezifische Hemmfasern, das Hemmungs-Nervensystem, enthielten.10 Es war Sharpey, der zuerst vorschlug, dass dieser Ausdruck als ‚hemmendes Nervensystem‘ übersetzt werden könnte.11 Pflüger hatte die Idee spezifischer Hemmnerven vorgeschlagen, aber Lister war anderer Meinung: er glaubte, dass die gleichen Nervenfasern sowohl für eine erhöhte als auch für eine verminderte Muskelaktivität verantwortlich sind, abhängig von der Stärke des angewendeten Reizes. Diese Ansicht stammte aus Untersuchungen von Blutgefäßen in entzündeten Geweben, bei denen Lister beobachtet hatte, dass sich die Arterien im Froschfuß nach Anwendung eines milden Reizes verengten und sich bei stärkerer Stimulation entspannten und — wie er glaubte — durch dieselben Nerven wirkten.Trotz dieser falschen Hypothese machte Lister in Experimenten, die sowohl mechanische als auch elektrische Nervenstimulation kombinierten, die im Juni und Juli 1858 durchgeführt wurden, eine wichtige Schlussfolgerung über die Wirkungsweise der splanchnischen Nerven. Er wählte Kaninchen mit ihren sehr aktiven Darmbewegungen für Experimente ohne Chloroformanästhesie aus, um deren depressive Wirkung auf die Darmreflexe zu vermeiden. Im ersten Experiment wurde eine Länge des Dünndarms durch einen Einschnitt in die Flanke des Tieres ragen gelassen, und Elektroden wurden an den viszeralen Nerven an ihrem Ursprung aus dem Rückenmark angebracht. Die elektrische Stimulation verursachte eine vollständige Entspannung des Darms, aber die lokale Stimulation des Darms verursachte eine kleine lokalisierte Kontraktion, die sich nicht auf den angrenzenden Darm ausbreitete. Diese Beobachtung ist von grundlegender Bedeutung, da sie beweist, dass der hemmende Einfluss nicht direkt auf das Muskelgewebe wirkt, sondern auf den Nervenapparat, durch den seine Kontraktionen unter gewöhnlichen Umständen hervorgerufen werden.Im zweiten Experiment untersuchte er die Auswirkungen der Devaskularisation durch Ligation der Gefäße, die ein Darmsegment versorgen, ein Verfahren, das zu einer erhöhten Peristaltik führte. Die Stimulation der sympathischen Nerven führte wiederum zu einer Entspannung des Darms. Lister kam erneut zu dem Schluss, dass die Darmaktivität durch Nerven in der Darmwand gesteuert wurde, die durch den Verlust der Blutversorgung stimuliert worden waren.

Im letzten Experiment entfernte er die feinen Nerven zu einem Segment des Darms, ohne die Blutversorgung zu beschädigen. Die sympathische Nervenstimulation hatte nun keine Wirkung auf das denervierte Darmsegment, das sich weiterhin spontan zusammenzog, so dass Lister zu dem Schluss kam:

Sein Geist schien der spezifischen hemmenden Funktion des sympathischen Nervensystems verschlossen zu sein, doch er folgerte, dass extrinsische Nerven die motorische Aktivität des Darms indirekt durch ihre Wirkung auf den intramuralen Plexus von Neuronen kontrollierten. Diese Schlussfolgerung wurde im Allgemeinen ignoriert, und der Glaube blieb bestehen, dass inhibitorische sympathische Nerven Entspannung durch eine direkte Wirkung auf die Muskelfasern des Darms verursachten.Jahrhunderts wurde Listers Glaube an die Wirkung extrinsischer Nerven auf den intramuralen Plexus von K. A. Norberg 1964 bestätigt.24 Techniken wie Formalin-induzierte Fluoreszenz in adrenergen sympathischen Nerven zeigten schließlich die synaptische Beziehung zu intrinsischen Darmneuronen (siehe Abbildung 1). Darüber hinaus zeigten histochemische und physiologische Untersuchungen von Darmresektionen von Patienten, die mit der als angeborene Aganglionose (Morbus Hirschsprung) bekannten Erkrankung geboren wurden, bei der die intrinsischen Ganglien in der Darmwand von Geburt an fehlen, dass koordinierte Kontraktionen und Entspannungen in einem solchen Darm nicht auftreten trotz einer oft dichten Muskelinnervation durch sympathische und parasympathische Nerven. Infolgedessen leiden Patienten mit dieser Erkrankung an chronischem Darmverschluss,25 etwas, das im Prinzip aus Listers Versuchsreihe hätte vorhergesagt werden können.

Schlussfolgerungen

In diesem Artikel wurde versucht, Listers Fähigkeiten als Mikroskopiker und experimenteller Physiologe zu einer Zeit zu erläutern, als die für Physiologen verfügbare Technologie noch in den Kinderschuhen steckte, und zu zeigen, wie die Mikroskopie eine entscheidende Komponente der wissenschaftlichen Grundlage für seine zukünftige klinische Arbeit zu Entzündungen und Sepsis darstellte. Viele der Schlussfolgerungen, die Lister aus akribischen frühen Arbeiten zog, unterstützt von seiner akuten Beobachtungsgabe, haben den Test der Zeit bestanden. Der renommierte Pathologe Cuthbert Dukes hatte keinen Zweifel an der Statur dieser frühen Arbeit, die die Grundlage für die späteren Studien über Infektionen und die Einführung der antiseptischen Chirurgie bildete, als er schrieb: ‚Listers Papiere könnten mit großem Gewinn von denen studiert werden, die sich der experimentellen Arbeit widmen würden. In seinen Arbeiten zeigt er sich als induktiver Philosoph mit einem Genie, um sofort das genaue Experiment zu sehen, das notwendig ist, um einen zweifelhaften Punkt aufzuklären.’26

Fußnoten