Sin dalla prima infanzia Joseph Lister ha mostrato un precoce talento per l’osservazione e il disegno, ben illustrato dal suo disegno di dissezioni e osteologia.1 Suo padre, Joseph Jackson Lister, era un abile microscopista che sviluppò la lente acromatica, che fornì il grande progresso tecnico per il futuro sviluppo della batteriologia e per la quale fu eletto membro della Royal Society nel 1832. Lister senior ha fornito a suo figlio un’eccellente tecnologia e lo ha incoraggiato a sviluppare le abilità in microscopia che avrebbero alimentato gran parte dei suoi primi lavori in fisiologia sperimentale e i suoi successivi studi clinici sulla sepsi e l’antisepsi. Oltre a suo padre, due degli insegnanti di Lister all’University College di Londra avrebbero avuto una profonda influenza sulla sua futura carriera: Thomas Wharton Jones, professore di Medicina e Chirurgia oftalmica, e William Sharpey, professore di Anatomia e Fisiologia.

Wharton Jones aveva studiato la circolazione e gli effetti dell’infiammazione usando i tessuti traslucidi delle ragnatele di rana e delle ali di pipistrello per le sue osservazioni microscopiche sui vasi sanguigni periferici,2 lavoro che è stato riportato in un linguaggio chiaro e conciso e fornito un modello per le successive indagini di Lister sul flusso sanguigno e sull’infiammazione.3 Sharpey,uno dei fondatori della fisiologia moderna in Gran Bretagna, 4 era forse più influente sul giovane Lister, che in seguito riconobbe: “Come studente all’University College sono stato molto attratto dalle lezioni del dottor Sharpey che mi hanno ispirato con un amore per la fisiologia che non mi ha mai lasciato.’5 Sharpey aveva studiato medicina a Edimburgo, dove è diventato un amico per tutta la vita del chirurgo Edimburgo Professor James Syme. Tra il 1821 e il 1823 Sharpey aveva studiato sotto Dupuytren e Lisfranc a Parigi,6 e anche se ha ottenuto la borsa di studio del Royal College of Surgeons di Edimburgo nel 1830 ha deciso di basare la sua carriera sullo studio di anatomia e fisiologia. Nel 1836 è stato nominato alla Cattedra di Anatomia e Fisiologia presso l’University College di Londra e tre anni dopo è stato eletto FRS. Nel 1853 Sharpey fu determinante nel raccomandare Lister al Syme come suo assistente chirurgico a Edimburgo, dove la maggior parte degli studi fisiologici sperimentali di Lister sarebbero stati eseguiti negli anni tra il 1853 e il 1859, prima del suo trasferimento a Glasgow per assumere la Regius Chair of Surgery. Le prime due pubblicazioni erano studi istologici sul tessuto contrattile dell’iride e sul tessuto muscolare della pelle. Un periodo di intensa sperimentazione ha portato 11 fisiologico documenti tra il 1857 e il 1859, basato su un’ampia e vasta attività di ricerca, che comprendono studi sul controllo nervoso delle arterie, le prime fasi di infiammazione, la struttura delle fibre del nervo, e una notevole sequenza di esperimenti sul controllo nervoso dell’intestino, con particolare riferimento all’azione di ‘inibitori’ o simpatico nervi.

Per tutta la sua vita Lister credeva che i documenti sulla microscopia e la fisiologia dell’infiammazione che presentò alla Royal Society nel 1857 fossero le sue pubblicazioni più importanti. Le sue osservazioni iniziali sulle risposte vascolari nel piede della rana sono state rafforzate da studi sull’ala del pipistrello a sangue caldo. Nel 1905, quando aveva 78 anni, scrisse: ‘Se le mie opere saranno lette quando non ci sarò più, queste saranno le più altamente pensate’;7 e nella Conferenza di Huxley del 1900 sono stati questi studi particolari che ha dettagliato in relazione al suo lavoro clinico sulla causalità dell’infiammazione e della suppurazione.8 Le indagini fisiologiche di Lister erano meticolose. Edward Sharpey-Schafer, professore di Fisiologia all’Università di Edimburgo, in seguito osservò che l’accuratezza che Lister aveva portato alle sue osservazioni in fisiologia e anatomia microscopica lo aveva messo in buona posizione nel suo lavoro successivo nel rivoluzionare la pratica della chirurgia, e mostrò il valore di una formazione in fisiologia al chirurgo pratico.9

Lister era acutamente consapevole dei progressi contemporanei nella ricerca fisiologica in Francia, Germania e altri paesi in Europa, e ha spesso discusso osservazioni e risultati con i principali ricercatori come Albert von Kölliker, Wilhelm von Wittich, Theodor Schwann e Rudolf Virchow. Fu meticoloso nel riferirsi al lavoro di altri investigatori, e testò le loro osservazioni e ipotesi con una serie di esperimenti suoi. Le sue osservazioni fondamentali sul controllo nervoso dei vasi sanguigni, ad esempio, portarono ad un parziale disaccordo con Eduard Pflüger, che nel 1857 aveva concluso che i nervi splancnici fornivano fibre inibitorie specifiche al muscolo della parete intestinale (Hemmungs-Nervensystem).10 Lister ha stabilito una serie di esperimenti per indagare l’innervazione dell’intestino per se stesso, da cui ha pubblicato molte osservazioni accurate e originali, e in cui è stato attento a riconoscere l’influenza degli altri. Nel 1884, ad esempio, 26 anni dopo la pubblicazione delle sue indagini sulla funzione dei nervi simpatici intestinali, scrisse: “Mi è capitato, credo, di essere il primo ad usare la parola” inibitorio “nella fisiologia inglese, su consiglio del mio vecchio amico Dr Sharpey, con riferimento a un primo articolo che stavo per pubblicare su quello che i tedeschi chiamano”Hemmungs-Nervensystem”.’11

Le prime ricerche fisiologiche di Lister

La pubblicazione nel 1853 del primo grande progetto di ricerca di Lister riguardava la struttura microscopica e la funzione dell’iride.12 A quel tempo c’erano opinioni opposte sulla presenza o assenza di fibre muscolari costrittore e dilatatore separate nell’iride.

Lister ha intrapreso una panoramica della letteratura esistente, ha studiato il tessuto del cavallo, del gatto, del coniglio e della cavia oltre a sei campioni chirurgici prelevati da pazienti durante le procedure chirurgiche sull’occhio e ha descritto la struttura e la disposizione dell’iride. La sua analisi delle osservazioni dei lavoratori precedenti è stata magistrale: nella sua descrizione dell’aspetto microscopico dei granuli all’interno delle cellule muscolari, Lister ha dato credito al suo ex insegnante, affermando: “Questa tendenza alla disposizione trasversale dei granuli è stata notata da tempo dal signor Wharton Jones, come questo signore mi ha informato”. Al contrario, non era contrario a dare critiche costruttive e rimproverò gentilmente l’eminente chirurgo e fisiologo William Bowman per confondere le fibre muscolari con le pareti dei vasi sanguigni. Il documento rivela un lavoro approfondito e meticoloso, riportato con un’umiltà che caratterizzava Lister, che ha dichiarato che i suoi impegni gli impedivano di portare avanti l’inchiesta, scusandosi per aver offerto i risultati di un’indagine incompleta. La sua scoperta chiave è stata quella di dimostrare che l’iride è composta da fibre muscolari lisce disposte in entrambi i muscoli costrittori e dilatatori, correggendo la convinzione dei lavoratori precedenti che non vi era alcun muscolo pupilla dilatatore specifico.

Il prossimo studio di Lister, sul tessuto muscolare della pelle,13 è apparso anche nel Quarterly Journal of Microscopical Science nel 1853. È stato in grado di confermare le osservazioni di Albert von Kölliker che, a differenza di altri mammiferi—in cui i grandi peli tattili (le vibrisse) sono associati al muscolo striato—negli esseri umani, le fibre muscolari lisce sono responsabili della funzione erettile (horripilation) dei capelli. La sua destrezza manuale è stata dimostrata nel descrivere un nuovo metodo di taglio di sezioni istologiche sottili del tessuto relativamente solido del cuoio capelluto. Tale era la straordinaria abilità della microscopia di Lister che poteva correggere delicatamente Friedrich Gustav Henle, un ricercatore considerato come forse il più grande istologo tedesco del diciannovesimo secolo, per confondere i piccoli vasi sanguigni per le fibre muscolari. Entrambi questi documenti istologici sono stati illustrati con sapienti disegni realizzati con la camera lucida, che, ha affermato Lister, “ha il grande vantaggio di garantire la correttezza delle proporzioni”.

L’istologia e la funzione del muscolo semplice (non striato) furono oggetto del terzo articolo di Lister, sulla struttura minuta della fibra muscolare involontaria,14 che apparve nella stessa rivista nel 1857. Il lavoro è stato progettato per testare le osservazioni di Kölliker sulla struttura delle singole fibre muscolari. Lister confermò le osservazioni nel piede della rana e le estese al muscolo nella parete delle arterie, lavoro che stava intraprendendo in parallelo nel suo studio delle risposte infiammatorie. Riferì che le fibre muscolari dei vasi sanguigni erano simili a quelle che Kölliker aveva trovato nell’intestino del maiale, ma erano arrotolate a spirale e individualmente attorno ai vasi all’interno dello strato intermedio della parete.

Un breve rapporto15 del 1858 riguardava il flusso di linfa e grassi emulsionati (chyle) nel mesentere dell’intestino del topo. Lo studio aveva due obiettivi: definire il carattere del flusso nei linfatici e indagare la credenza comune che i lattei nella parete intestinale potessero assorbire la materia solida dal lume. Dopo aver anestetizzato un topo con cloroformio ha aperto l’addome e ha ritirato un anello di intestino su una lastra di vetro al microscopio e ha visto la linfa mesenterica che scorre in un flusso costante, senza contrazioni visibili dei vasi linfatici. Ha notato fibre muscolari nelle pareti dei vasi, che contenevano valvole, ma non ha riportato attività contrattile ritmica (è possibile che l’anestesia con cloroformio che aveva impiegato servisse a inibire i movimenti nelle pareti linfatiche). Nella seconda parte di questo studio Lister nutriva i topi con indaco, una sostanza colorata costituita da molecole a base di grassi indigeribili. Egli ha scoperto che l’indaco non è stato assorbito dall’intestino, e ha espresso ‘grande dubbio sulla possibilità di assorbimento di materia solida da parte dei lattei.’

Lister pubblicò sette articoli nel 1858 sui risultati delle indagini fisiologiche sperimentali sull’origine e sul meccanismo dell’infiammazione. Due di questi riguardavano il controllo nervoso dei vasi sanguigni16 e le prime fasi dell’infiammazione.17 Si riferivano a esperimenti che erano stati progettati per indagare una disputa contemporanea tra fisiologi, riguardante l’origine del controllo del calibro dei vasi sanguigni da parte del sistema nervoso simpatico. Una serie di esperimenti, in cui egli ha osservato il diametro dei vasi sanguigni nella rana web con un micrometro oculare prima e dopo l’ablazione di parti del sistema nervoso centrale, e prima e dopo la divisione del nervo sciatico, ha portato a concludere—in disaccordo con la Wharton Jones2—che il tono vascolare in gamba che era sotto il controllo del midollo spinale e del midollo allungato. Questi esperimenti erano notevoli per la finezza della tecnica e per la logica della loro pianificazione.

La progressione dell’infiammazione alla suppurazione—e, spesso, alla morte—era un evento comune e molto temuto dopo l’intervento chirurgico, e diede impulso agli studi di Lister sull’infiammazione e sul flusso del fluido tissutale. I suoi esperimenti sulle prime fasi dell’infiammazione sono stati fatti sulla rete del piede della rana e dell’ala del pipistrello, sviluppando il lavoro di Wharton Jones. Lister eseguì indagini sull’adesività degli eritrociti, esaminando il sangue prelevato dalla propria falange distale infiammata e confrontandolo con il sangue di un dito normale, e divise il suo rapporto in quattro sezioni:

(i) l’aggregazione dei globuli rossi quando viene rimosso dal corpo (coagulazione),

(ii) la struttura e la funzione dei vasi sanguigni,

(iii) gli effetti di sostanze irritanti sui vasi sanguigni, e

(iv) gli effetti di sostanze irritanti sui tessuti.

Ha dimostrato che il flusso capillare nella rete della rana era governato dalla costrizione o dalla dilatazione delle arterie ed era influenzato da irritazione locale, trauma o attività riflessa attraverso il sistema nervoso centrale. Era fermo nelle sue osservazioni che le pareti dei capillari erano prive di fibre muscolari ma altamente elastiche e capaci di grandi variazioni di capacità determinate dal flusso arterioso nel letto vascolare. Le reazioni vascolari al trauma e varie sostanze irritanti sono state illustrate con superbi disegni camera-lucida che illustravano la stasi vascolare e la congestione in una risposta nervosa iniziale alla lesione. Ha sottolineato che i cambiamenti vascolari iniziali erano il risultato di riflessi attraverso il sistema nervoso seguiti da cambiamenti vascolari secondari al danno tissutale locale. Rickman Godlee ha scritto di questo documento che ‘ impressiona il lettore per la bellezza e la semplicità degli esperimenti descritti, l’originalità dei pensieri, e la solidità del ragionamento.”18 In una lettera del 10 aprile 1859 Lister citava l’eminente neurofisiologo Brown-Séquard, che aveva parlato delle belle ricerche del signor Lister, e mi dava il pieno merito di stabilire gli elementi essenziali per quanto riguarda l’infiammazione.’19

Nella conclusione del documento, Lister ha correlato le sue osservazioni sperimentali a situazioni cliniche come danni alla pelle da acqua bollente e traumi da incisioni chirurgiche. Anche se il ruolo dell’infezione doveva ancora essere scoperto, questi primi studi sull’infiammazione erano di fondamentale importanza per il futuro lavoro clinico di Lister sulla guarigione delle ferite e sugli effetti dell’infezione sui tessuti. Godlee riferì che ‘ il giornale è stato ben accolto in patria e nel continente e le sue conclusioni, con poche eccezioni, hanno resistito alla prova del tempo.’20

a Seguito di una osservazione che il processo infiammatorio in alcune forme di setticemia colpisce il rivestimento dei vasi sanguigni, che porta alla coagulazione del sangue all’interno dei vasi, Lister successivamente restituito al soggetto, per la sua Croonian Conferenza alla Royal Society nel 1863.21 teorie Precedenti avevano suggerito che il sangue rimane liquido nei vasi a causa della presenza di una piccola quantità di ammoniaca. Lister ha dimostrato quelle teorie sbagliate, e da esperimenti utilizzando lunghezze di vena giugulare animale ha concluso che il danno al rivestimento dei vasi sanguigni è stata una causa importante di coagulazione intravascolare. Non aveva conoscenza della cascata di coagulazione, ma le sue osservazioni sui vasi sanguigni malati hanno contribuito alla comprensione attuale della coagulazione.

Il profondo interesse di Lister per il controllo nervoso dei vasi sanguigni lo portò in un’indagine sul controllo nervoso dell’intestino che si concluse con una notevole inferenza sul modo di azione dei nervi simpatici sull’attività motoria intestinale, che non fu confermata istologicamente per un secolo. Le sue indagini, pubblicate in Proceedings of the Royal Society, erano sotto forma di una lettera indirizzata al dottor Sharpey, il segretario della Società.22 Lister interesse nell’intestino, in un momento in cui stava facendo un ampio lavoro sulla funzione dei vasi sanguigni nell’infiammazione, era stato stimolato da Pflüger suggerimento che splancnico nervi forniti gli strati muscolari dell’intestino e contenuti specifici inibitori di fibre, il Hemmungs-Nervensystem.10 Fu Sharpey che per primo suggerì che questa frase potesse essere tradotta come “sistema nervoso inibitorio”.11 Pflüger aveva proposto l’idea di specifici nervi inibitori, ma Lister non era d’accordo: credeva che le stesse fibre nervose fossero responsabili sia dell’aumento che della diminuzione dell’attività muscolare, a seconda della forza dello stimolo applicato. Questo punto di vista derivava da studi sui vasi sanguigni nei tessuti infiammati in cui Lister aveva osservato che le arterie del piede della rana si restringevano dopo l’applicazione di uno stimolo lieve e si rilassavano con una stimolazione più forte, agendo—credeva—attraverso gli stessi nervi.

Nonostante questa errata ipotesi, negli esperimenti che combinavano la stimolazione nervosa meccanica ed elettrica eseguiti nel giugno e luglio 1858 Lister fece un’importante inferenza riguardante la modalità di azione dei nervi splancnici. Ha scelto i conigli, con i loro movimenti intestinali molto attivi, per esperimenti senza anestesia con cloroformio per evitare il suo effetto depressivo sui riflessi intestinali. Nel primo esperimento una lunghezza di intestino tenue è stato permesso di sporgere attraverso un’incisione nel fianco dell’animale, e gli elettrodi sono stati applicati ai nervi viscerali alla loro origine dal midollo spinale. La stimolazione elettrica ha causato il completo rilassamento dell’intestino, ma la stimolazione locale dell’intestino ha causato una piccola contrazione localizzata che non si è diffusa nell’intestino adiacente. Lister concluse: “questa osservazione è di fondamentale importanza, poiché dimostra che l’influenza inibitoria non agisce direttamente sul tessuto muscolare, ma sull’apparato nervoso mediante il quale le sue contrazioni sono, in circostanze ordinarie, provocate.’

Nel secondo esperimento ha esaminato gli effetti della devascolarizzazione legando i vasi che forniscono un segmento di intestino, una procedura che ha portato ad un aumento della peristalsi. La stimolazione dei nervi simpatici ha causato nuovamente un rilassamento dell’intestino. Lister concluse ancora che l’attività intestinale era controllata dai nervi nella parete intestinale che erano stati stimolati dalla perdita di afflusso di sangue.

Nell’esperimento finale ha rimosso i nervi sottili in un segmento dell’intestino senza danneggiare l’afflusso di sangue. La stimolazione del nervo simpatico ora non ha avuto alcun effetto sulla denervati segmento di intestino, che ha continuato a contrarsi spontaneamente, permettendo Lister per concludere:

In aggiunta a questi esperimenti, il suo esame istologico della parete intestinale, ha rivelato la presenza di un plesso di neuroni, a conferma di George Meissner osservazione dell’anno precedente (1857),23 e si è conclusa con la notevole inferenza: ‘sembra che l’intestino possiedono un’intrinseca ganglionica apparecchio che è in tutti i casi essenziale per i movimenti peristaltici, e, mentre la capacità di autonomia di azione, rischia di essere stimolato o controllate da altre parti del sistema nervoso.”Curiosamente, Lister negò l’esistenza di nervi simpatici inibitori e concluse dicendo:

La sua mente sembrava essere chiusa alla specifica funzione inibitoria del sistema nervoso simpatico, tuttavia dedusse che i nervi estrinseci controllavano indirettamente l’attività motoria intestinale attraverso il loro effetto sul plesso intramurale dei neuroni. Questa conclusione è stata generalmente ignorata e la convinzione persisteva che i nervi simpatici inibitori causassero il rilassamento da un effetto diretto sulle fibre muscolari dell’intestino.

Non fu fino allo sviluppo di tecniche istochimiche nella metà del XX secolo che la credenza di Lister nell’effetto dei nervi estrinseci sul plesso intramurale fu confermata, da K. A. Norberg nel 1964.24 Tecniche come la fluorescenza indotta dalla formalina nei nervi simpatici adrenergici finalmente dimostrarono la relazione sinaptica con i neuroni intestinali intrinseci (vedi figura 1). Inoltre, indagini istochimiche e fisiologiche dell’intestino resecato da pazienti nati con la condizione nota come aganglionosi congenita (malattia di Hirschsprung), in cui i gangli intrinseci nella parete intestinale sono assenti dalla nascita, hanno dimostrato che contrazioni e rilassamenti coordinati non si verificano in tale intestino nonostante un’innervazione muscolare spesso densa da parte dei nervi simpatici e parasimpatici. Di conseguenza, i pazienti con la condizione soffrono di ostruzione intestinale cronica, 25 qualcosa che in linea di principio avrebbe potuto essere previsto dalla serie di esperimenti di Lister.

> Conclusioni

In questo libro è stato fatto un tentativo per chiarire Lister abilità come un microscopista e sperimentale di physiologist in un momento in cui la tecnologia disponibile per i fisiologi era nella sua infanzia, e di mostrare come la microscopia fornito una componente fondamentale di una base scientifica per il suo futuro lavoro clinico sull’infiammazione e sepsi. Molte delle conclusioni che Lister trasse dal meticoloso lavoro iniziale, aiutato dalle sue acute capacità di osservazione, hanno superato la prova del tempo. Il famoso patologo Cuthbert Dukes non aveva dubbi sulla statura di questo primo lavoro, che costituì la base degli studi successivi sull’infezione e sull’introduzione della chirurgia antisettica, quando scrisse: “I documenti di Lister potrebbero essere studiati con grande profitto da coloro che si sarebbero dedicati al lavoro sperimentale. In tutte le sue carte egli mostra di essere stato un filosofo induttivo con un genio per vedere in una sola volta il preciso esperimento necessario per chiarire un punto dubbio.’26

Note a piè di pagina