od wczesnego dzieciństwa Joseph Lister wykazywał przedwczesny talent do obserwacji i rysowania, Dobrze zilustrowany przez jego rysunek sekcji i osteologii.1 jego ojciec, Joseph Jackson Lister, był wykwalifikowanym mikroskopistą, który opracował soczewkę achromatyczną, która zapewniła wielki postęp techniczny dla przyszłego rozwoju bakteriologii i za co został wybrany członkiem Royal Society w 1832 roku. Lister senior dostarczył synowi doskonałej technologii i zachęcił go do rozwijania umiejętności w mikroskopii, które miały zasilić wiele jego wczesnych prac w fizjologii eksperymentalnej, a także jego późniejsze badania kliniczne nad sepsą i antyseptyką. Oprócz ojca, dwaj nauczyciele Listera z University College London mieli mieć ogromny wpływ na jego przyszłą karierę: Thomas Wharton Jones, profesor medycyny okulistycznej i chirurgii oraz William Sharpey, profesor anatomii i fizjologii.

Wharton Jones badał krążenie i skutki zapalenia,wykorzystując półprzezroczyste tkanki pajęczyn żab i skrzydeł nietoperzy do swoich obserwacji mikroskopowych na obwodowych naczyniach krwionośnych, prace 2, które zostały przedstawione w jasnym i zwięzłym języku i dostarczyły modelu dla późniejszych badań Listera dotyczących przepływu krwi i stanu zapalnego.3 Sharpey, jeden z założycieli nowoczesnej fizjologii w Wielkiej Brytanii, 4 był prawdopodobnie bardziej wpływowy na młodego Listera, który w późniejszym życiu uznał: „Jako student University College bardzo pociągały mnie wykłady Dr Sharpey, które zainspirowały mnie miłością do fizjologii, która nigdy mnie nie opuściła.Sharpey studiował medycynę w Edynburgu, gdzie został dożywotnim przyjacielem Edynburskiego chirurga, profesora Jamesa Syme ’ a. W latach 1821-1823 Sharpey studiował pod kierunkiem Dupuytrena i Lisfranca w Paryżu,a mimo że w 1830 roku otrzymał stypendium Królewskiego Kolegium chirurgów Edynburga, postanowił oprzeć swoją karierę na badaniach anatomii i fizjologii. W 1836 roku został powołany na katedrę anatomii i fizjologii na University College London, a trzy lata później został wybrany na profesora. W 1853 roku Sharpey polecił Listerowi Syme ’ owi stanowisko asystenta chirurgicznego w Edynburgu, gdzie w latach 1853-1859 przeprowadzono większość eksperymentalnych badań fizjologicznych Listera, zanim przeniósł się do Glasgow, aby objąć katedrę chirurgii Regius. Pierwsze dwie publikacje to badania histologiczne tkanki kurczliwej tęczówki i tkanki mięśniowej skóry. Okres intensywnych eksperymentów zaowocował 11 pracami fizjologicznymi w latach 1857-1859, w oparciu o szeroko zakrojoną działalność badawczą, która obejmowała badania nad nerwową kontrolą tętnic, wczesnymi stadiami zapalenia, strukturą włókien nerwowych i niezwykłą sekwencją eksperymentów nad nerwową kontrolą jelit, ze szczególnym uwzględnieniem działania „hamujących” lub współczulnych nerwów.

przez całe życie Lister uważał, że najważniejsze publikacje na temat mikroskopii i fizjologii zapalenia, które przedstawił Royal Society w 1857 roku, były jego najważniejszymi publikacjami. Jego wstępne obserwacje dotyczące reakcji naczyniowych w Żabiej stopie zostały wzmocnione badaniami nad skrzydłem nietoperza ciepłokrwistego. W 1905 roku, gdy miał 78 lat, napisał: „Jeśli moje prace zostaną przeczytane, gdy mnie nie będzie, będą to te, o których myśli się najwyżej”.;7 a w wykładzie Huxleya z 1900 roku To właśnie te szczególne badania opisał w odniesieniu do swojej pracy klinicznej nad przyczynami zapalenia i ropienia.8 badania fizjologiczne Listera były drobiazgowe. Edward Sharpey-Schafer, profesor fizjologii na Uniwersytecie w Edynburgu, zauważył później, że dokładność, jaką Lister wniósł do swoich obserwacji w zakresie fizjologii i anatomii mikroskopowej, pomogła mu w jego późniejszej pracy w rewolucjonizowaniu praktyki chirurgicznej i pokazała wartość szkolenia z fizjologii praktycznemu chirurgowi.9

Lister był świadomy współczesnych postępów w badaniach fizjologicznych we Francji, Niemczech i innych krajach Europy i często omawiał obserwacje i wyniki z czołowymi badaczami, takimi jak Albert von Kölliker, Wilhelm von Wittich, Theodor Schwann i Rudolf Virchow. Był skrupulatny w nawiązywaniu do pracy innych badaczy i testował ich obserwacje i hipotezy za pomocą serii własnych eksperymentów. Jego fundamentalne obserwacje na temat kontroli nerwowej naczyń krwionośnych, na przykład, doprowadziły do częściowego nieporozumienia z Eduardem Pflügerem, który w 1857 roku doszedł do wniosku, że nerwy splanchniczne dostarczają specyficznych włókien hamujących do mięśni ściany jelita (Hemmungs-Nervensystem).10 Lister założył serię eksperymentów, aby zbadać unerwienie jelit dla siebie, z których opublikował wiele dokładnych i oryginalnych obserwacji,w których był ostrożny, aby uznać wpływ innych. Na przykład w 1884 roku, 26 lat po opublikowaniu swoich badań nad funkcją nerwów współczulnych jelitowych, napisał: „zdarzyło mi się, jak sądzę, być pierwszym, który użył słowa „hamujący” w Angielskiej fizjologii, za radą mojego starego przyjaciela Dr Sharpey ’ a, w odniesieniu do wczesnego artykułu, który miałem opublikować na temat tego, co Niemcy nazywają „Hemmungs-Nervensystem”.”11

wczesne badania fizjologiczne Listera

publikacja w 1853 roku pierwszego dużego projektu badawczego Listera dotyczyła mikroskopowej struktury i funkcji tęczówki.12 istniały wówczas przeciwstawne poglądy co do obecności lub braku oddzielnych włókien mięśniowych zwężających i rozszerzających tęczówkę.

Lister przeprowadził przegląd istniejącej literatury, zbadał tkanki konia, kota, królika i świnki morskiej, a także sześć próbek chirurgicznych pobranych od pacjentów podczas zabiegów chirurgicznych na oku oraz opisał strukturę i układ tęczówki. Jego analiza obserwacji wcześniejszych pracowników była mistrzowska: w swoim opisie mikroskopijnego wyglądu granulek w komórkach mięśniowych Lister przyznał uznanie swojemu byłemu nauczycielowi, stwierdzając: „ta tendencja do poprzecznego ułożenia granulek została już dawno zauważona przez Pana Whartona Jonesa, jak poinformował mnie ten pan”. Nie był natomiast przeciwny konstruktywnej krytyce i delikatnie skrytykował wybitnego chirurga i fizjologa Williama Bowmana za mylenie włókien mięśniowych ze ścianami naczyń krwionośnych. Gazeta ujawnia dokładną i skrupulatną pracę, raportowaną z pokorą, którą typował Lister, który stwierdził, że jego zaangażowanie uniemożliwiło mu dalsze prowadzenie dochodzenia, przepraszając za zaoferowanie wyników „niekompletnego śledztwa”. Jego kluczowym odkryciem było wykazanie, że tęczówka składa się z włókien mięśni gładkich ułożonych zarówno w mięśniach zwężających, jak i rozszerzających, korygując przekonanie poprzednich pracowników, że nie ma specyficznego mięśnia rozszerzającego.

następne badanie Listera, dotyczące tkanki mięśniowej skóry,13 ukazało się również w Quarterly Journal of Microscopical Science w 1853 roku. Był w stanie potwierdzić obserwacje Alberta von Köllikera, że w przeciwieństwie do innych ssaków—u których duże włosy dotykowe („Vibris”) są związane z mięśniami prążkowanymi—u ludzi włókna mięśni gładkich są odpowiedzialne za erekcję (horripilację) włosów. Jego zręczność Manualna została wykazana w opisie nowej metody cięcia cienkich odcinków histologicznych stosunkowo jędrnej tkanki skóry głowy. Niezwykła umiejętność mikroskopii Listera sprawiła, że mógł delikatnie skorygować Friedricha Gustava Henle ’ a, badacza uważanego za prawdopodobnie największego niemieckiego histologa XIX wieku, za mylenie małych naczyń krwionośnych z włóknami mięśniowymi. Oba te opracowania histologiczne zostały zilustrowane umiejętnymi rysunkami wykonanymi za pomocą Camera lucida, który-jak stwierdził Lister – „ma wielką zaletę zapewnienia poprawności proporcji”.

histologia i funkcja mięśni gładkich były przedmiotem trzeciego artykułu Listera pt. „minute structure of mimowolne Muscular fibre” 14, który ukazał się w tym samym czasopiśmie w 1857 roku. Praca miała na celu przetestowanie obserwacji Köllikera nad strukturą poszczególnych włókien mięśniowych. Lister potwierdził obserwacje w stopie żaby i rozszerzył je na mięsień w ścianie tętnic, równolegle prowadził badania reakcji zapalnych. Poinformował, że włókna mięśniowe naczyń krwionośnych były podobne do tych, które Kölliker znalazł w jelicie świni, ale były zwinięte spiralnie i pojedynczo wokół naczyń w środkowej warstwie ściany.

krótki raport15 z 1858 r.dotyczył przepływu limfy i emulgowanych tłuszczów (chyle) w krezce jelita myszy. Badanie miało dwa cele: określenie charakteru przepływu w limfatyce oraz zbadanie powszechnie utrzymywanego przekonania, że lacteale w ścianie jelita mogą absorbować materię stałą z światła. Po znieczuleniu myszy chloroformem otworzył brzuch i pod mikroskopem wciągnął pętlę jelita na szklaną płytkę i zobaczył krezkę płynącą stałym strumieniem, bez widocznych skurczów naczyń chłonnych. Zauważył włókna mięśniowe w ścianach naczyń, które zawierały zastawki, ale nie zgłosił rytmicznej aktywności skurczowej (możliwe, że zastosowane przez niego znieczulenie chloroformowe służyło hamowaniu ruchów w ścianach limfatycznych). W drugiej części tego badania Lister karmił myszy indygo, barwną substancją składającą się z niestrawnych cząsteczek na bazie tłuszczu. Odkrył, że indygo nie jest wchłaniane przez jelita i wyraził ” wielką wątpliwość co do możliwości wchłaniania materii stałej przez lakteale.”

Lister opublikował w 1858 roku siedem prac na temat wyników eksperymentalnych badań fizjologicznych nad pochodzeniem i mechanizmem zapalenia. Dwa z nich dotyczyły nerwowej kontroli naczyń krwionośnych16 i wczesnych stadiów stanu zapalnego.17 odnosili się do eksperymentów, które miały zbadać współczesny spór między fizjologami, dotyczący pochodzenia kontroli kalibru naczyń krwionośnych przez współczulny układ nerwowy. Seria eksperymentów, w których obserwował średnicę naczyń krwionośnych w sieci żaby z mikrometrem ocznym przed i po ablacji części ośrodkowego układu nerwowego oraz przed i po podziale nerwu kulszowego, doprowadziła go do wniosku—w przeciwieństwie do Whartona Jones2—że napięcie naczyniowe w nodze było pod kontrolą rdzenia kręgowego i rdzenia przedłużonego. Eksperymenty te były niezwykłe ze względu na finezję techniki i logikę ich planowania.

postęp stanu zapalnego w ropienie—i często śmierć—był częstym i budzącym lęk zdarzeniem po operacji i dał impuls do badań Listera nad stanem zapalnym i przepływem płynu tkankowego. Jego eksperymenty dotyczące wczesnych stadiów zapalenia przeprowadzono na pajęczynie Żabiej stopy i skrzydle nietoperza, rozwijając pracę Whartona Jonesa. Lister przeprowadził badania przyczepności erytrocytów, badając krew pobraną z jego własnego zapalnego paliczka dystalnego i porównując ją z krwią z normalnego palca.:

(i) agregacja czerwonych krwinek po usunięciu z organizmu (krzepnięcie),

(ii) Budowa i funkcjonowanie naczyń krwionośnych,

(iii) wpływ substancji drażniących na naczynia krwionośne oraz

(IV) wpływ substancji drażniących na tkanki.

wykazał, że przepływ kapilarny w sieci żaby był regulowany przez zwężenie lub rozszerzenie tętnic i miał wpływ na miejscowe podrażnienie, uraz lub aktywność odruchową przez ośrodkowy układ nerwowy. Był zdecydowany w swoich obserwacjach, że ściany naczyń włosowatych są pozbawione włókien mięśniowych, a jednocześnie bardzo elastyczne i zdolne do dużych zmian pojemności określonych przez przepływ tętniczy do łóżka naczyniowego. Reakcje naczyniowe na uraz i różne czynniki drażniące zostały zilustrowane wspaniałymi rysunkami camera-lucida, które ilustrowały zastój naczyniowy i zatory w początkowej odpowiedzi nerwowej na obrażenia. Zwrócił uwagę, że początkowe zmiany naczyniowe były wynikiem odruchów przez układ nerwowy, a następnie zmian naczyniowych wtórnych do miejscowego uszkodzenia tkanek. Rickman Godlee napisał o tym artykule, że ” zachwyca czytelnika pięknem i prostotą opisywanych eksperymentów, oryginalnością myśli i solidnością rozumowania.”18 w liście z 10 kwietnia 1859 Lister zacytował wybitnego neurofizjologa Browna-Séquarda, który mówił o” pięknych badaniach Pana Listera i dał mi pełny kredyt ustalenia podstawowych zasad dotyczących stanu zapalnego.”19

w podsumowaniu pracy Lister odniósł swoje obserwacje eksperymentalne do sytuacji klinicznych, takich jak uszkodzenie skóry w wyniku wrzącej wody i uraz spowodowany cięciami chirurgicznymi. Chociaż rola infekcji nie została jeszcze odkryta, te wczesne badania stanu zapalnego miały fundamentalne znaczenie dla przyszłych prac klinicznych Listera nad gojeniem się ran i wpływem infekcji na tkanki. Godlee relacjonował, że ” praca została dobrze przyjęta w kraju i na kontynencie, a jej wnioski, z niewielkim wyjątkiem, przetrwały próbę czasu.”20

Po obserwacji, że proces zapalny w niektórych postaciach posocznicy wpływa na wyściółkę naczyń krwionośnych, prowadząc do krzepnięcia krwi w naczyniach, Lister powrócił później do tematu na swój wykład w Royal Society w 1863 r. 21 wcześniejsze teorie sugerowały, że krew pozostaje płynna w naczyniach z powodu obecności niewielkiej ilości amoniaku. Lister udowodnił, że teorie te są błędne, a na podstawie eksperymentów z wykorzystaniem długości zwierzęcej żyły szyjnej doszedł do wniosku, że uszkodzenie błony śluzowej naczyń krwionośnych jest ważną przyczyną wykrzepiania wewnątrznaczyniowego. Nie miał wiedzy o kaskadzie krzepnięcia, ale jego obserwacje na chorych naczyniach krwionośnych przyczyniły się do dzisiejszego zrozumienia krzepnięcia.

głębokie zainteresowanie Listera kontrolą nerwową naczyń krwionośnych doprowadziło go do badania kontroli nerwowej jelit, które zakończyło się niezwykłym wnioskowaniem na temat sposobu działania nerwów współczulnych na aktywność ruchową jelit, co nie zostało potwierdzone histologicznie przez wiek. Jego badania, opublikowane w Proceedings of the Royal Society, miały formę listu skierowanego do doktora Sharpey ’ a, Sekretarza Towarzystwa.22 zainteresowanie Listera jelitami, w czasie, gdy prowadził szeroko zakrojone prace nad funkcją naczyń krwionośnych w stanach zapalnych, było stymulowane sugestią Pflügera, że nerwy splanchniczne dostarczały warstw mięśniowych jelita i zawierały specyficzne włókna hamujące, System Hemmungsa-Nervensystem.10 to Sharpey jako pierwszy zasugerował, że zwrot ten można przetłumaczyć jako „hamujący układ nerwowy”.11 Pflüger zaproponował pomysł specyficznych nerwów hamujących, ale Lister nie zgodził się: uważał, że te same włókna nerwowe są odpowiedzialne zarówno za zwiększenie, jak i zmniejszenie aktywności mięśni, w zależności od siły zastosowanego bodźca. Pogląd ten wynikał z badań naczyń krwionośnych w tkankach zapalnych, w których Lister zaobserwował, że tętnice w Żabiej stopie zwężają się po zastosowaniu łagodnego bodźca i rozluźniają się z silniejszą stymulacją, działając—jak uważał—przez te same nerwy.

pomimo tej błędnej hipotezy, w eksperymentach łączących zarówno mechaniczną, jak i elektryczną stymulację nerwów przeprowadzonych w czerwcu i lipcu 1858 Lister wysunął ważny wniosek dotyczący sposobu działania nerwów splanchnicznych. Wybrał króliki, z ich bardzo aktywnymi ruchami jelitowymi, do eksperymentów bez znieczulenia chloroformem, aby uniknąć jego depresyjnego wpływu na odruchy jelitowe. W pierwszym eksperymencie długość jelita cienkiego mogła wystawać przez nacięcie w boku zwierzęcia, a elektrody były nakładane na nerwy trzewne w miejscu ich pochodzenia z rdzenia kręgowego. Stymulacja elektryczna spowodowała całkowite rozluźnienie jelit, ale miejscowa stymulacja jelita spowodowała niewielki lokalny skurcz, który nie rozprzestrzenił się na sąsiednie jelita. Lister podsumował: „ta obserwacja ma fundamentalne znaczenie, ponieważ dowodzi, że hamujący wpływ nie działa bezpośrednio na tkankę mięśniową, ale na aparat nerwowy, za pomocą którego w zwykłych okolicznościach wywołują się jej skurcze.”

w drugim eksperymencie badał efekty dewaskularyzacji poprzez podwiązanie naczyń zaopatrujących segment jelita, co spowodowało zwiększenie perystaltyki. Pobudzenie nerwów współczulnych ponownie spowodowało rozluźnienie jelit. Lister ponownie stwierdził, że aktywność jelit była kontrolowana przez nerwy w ścianie jelita, które były stymulowane przez utratę dopływu krwi.

w końcowym eksperymencie usunął drobne nerwy do odcinka jelita bez uszkodzenia dopływu krwi. Stymulacja nerwu współczulnego nie miała teraz wpływu na odwrócony segment jelita, który kurczył się samoistnie, umożliwiając Listerowi stwierdzenie:

oprócz tych eksperymentów, jego badanie histologiczne ściany jelita ujawniło obecność splotu neuronów, potwierdzając obserwację George 'a Meissnera z poprzedniego roku (1857),23 i zakończyło się niezwykłym wnioskowaniem:” wydaje się, że jelita posiadają wewnętrzny aparat zwojowy, który jest we wszystkich przypadkach niezbędny do ruchów perystaltycznych, i chociaż jest zdolny do niezależnego działania, może być stymulowany lub sprawdzany przez inne części układu nerwowego. Co ciekawe, Lister zaprzeczył istnieniu hamujących nerwów współczulnych i doszedł do wniosku:

jego umysł zdawał się być zamknięty na specyficzną hamującą funkcję współczulnego układu nerwowego, jednak wywnioskował, że nerwy zewnętrzne pośrednio kontrolują aktywność ruchową jelit poprzez ich wpływ na splot wewnętrzny neuronów. Wniosek ten został ogólnie zignorowany i utrzymywało się przekonanie, że hamujące nerwy współczulne powodują rozluźnienie poprzez bezpośredni wpływ na włókna mięśniowe jelit.

dopiero rozwój technik histochemicznych w połowie XX wieku potwierdził wiarę Listera w wpływ nerwów zewnętrznych na splot śródszpikowy, K. A. Norberg w 1964 r. 24 techniki takie jak indukowana formaliną fluorescencja w nerwach współczulnych adrenergicznych w końcu wykazały związek synaptyczny z wewnętrznymi neuronami jelitowymi (patrz rysunek 1). Ponadto badania histochemiczne i fizjologiczne jelita wyciętego od pacjentów urodzonych ze stanem znanym jako wrodzona aganglionoza (Choroba Hirschsprunga), w którym wewnętrzne zwoje w ścianie jelita są nieobecne od urodzenia, wykazały, że skoordynowane skurcze i rozluźnienia nie występują w takich jelitach pomimo często gęstego unerwienia mięśni przez współczulne i przywspółczulne nerwy. W rezultacie pacjenci z tą chorobą cierpią na przewlekłą niedrożność jelitów25, co w zasadzie można było przewidzieć na podstawie serii eksperymentów Listera.

wnioski

w niniejszym artykule podjęto próbę wyjaśnienia umiejętności Listera jako mikroskopisty i fizjologa doświadczalnego w czasie, gdy technologia dostępna dla fizjologów była w powijakach, oraz pokazania, w jaki sposób mikroskopia stanowiła kluczowy element naukowych podstaw jego przyszłej pracy klinicznej nad zapaleniem i sepsą. Wiele wniosków, które Lister wyciągnął ze skrupulatnej wczesnej pracy, wspomaganej przez jego ostre zdolności obserwacji, przetrwało próbę czasu. Znany patolog Cuthbert Dukes nie miał wątpliwości co do pozycji tej wczesnej pracy, która stanowiła podstawę późniejszych badań nad zakażeniem i wprowadzeniem chirurgii antyseptycznej, kiedy pisał: „prace Listera mogą być badane z wielkim zyskiem przez tych, którzy poświęcą się pracy eksperymentalnej. W swoich pracach pokazuje, że był filozofem indukcyjnym z geniuszem, który natychmiast widział precyzyjny eksperyment niezbędny do wyjaśnienia wątpliwego punktu.”26

Przypisy