Från tidig barndom Joseph Lister visade en tidig talang för observation och ritning, väl illustrerad av hans ritning av dissektioner och osteologi.1 Hans far, Joseph Jackson Lister, var en skicklig mikroskopist som utvecklade den achromatiska linsen, som gav det stora tekniska framstegen för den framtida utvecklingen av bakteriologi och för vilken han valdes till stipendiat i Royal Society 1832. Lister senior gav sin son utmärkt teknik och uppmuntrade honom att utveckla de färdigheter i mikroskopi som skulle driva mycket av hans tidiga arbete inom experimentell fysiologi samt hans senare kliniska studier om sepsis och antisepsis. Förutom sin far skulle två av listers lärare vid University College London ha ett djupt inflytande på hans framtida karriär: Thomas Wharton Jones, Professor i oftalmisk medicin och kirurgi, och William Sharpey, Professor i anatomi och fysiologi.

Wharton Jones hade studerat cirkulationen och effekterna av inflammation genom att använda de genomskinliga vävnaderna från grodbanor och fladdermössvingar för sina mikroskopiska observationer på perifera blodkärl,2 arbete som rapporterades på ett tydligt och koncist språk och gav en modell för Listers senare undersökningar av blodflöde och inflammation.3 Sharpey,en av grundarna av modern fysiologi i Storbritannien, 4 var möjligen mer inflytelserik på den unga Lister, som senare i livet erkände: – Som student vid högskolan blev jag starkt lockad av Dr Sharpeys föreläsningar som inspirerade mig med en kärlek till fysiologi som aldrig har lämnat mig.’5 Sharpey hade studerat medicin i Edinburgh, där han blev en livslång vän till Edinburgh-kirurgprofessorn James Syme. Mellan 1821 och 1823 hade Sharpey studerat under Dupuytren och Lisfranc i Paris,6 och även om han fick stipendiet från Royal College of Surgeons of Edinburgh 1830 bestämde han sig för att basera sin karriär på studier av anatomi och fysiologi. År 1836 utsågs han till ordförande för anatomi och fysiologi vid University College London och tre år senare valdes FRS. 1853 var Sharpey medverkande i att rekommendera Lister till Syme som sin kirurgiska assistent i Edinburgh, där de flesta av Listers experimentella fysiologiska studier skulle utföras under åren mellan 1853 och 1859, innan han flyttade till Glasgow för att ta upp Regius ordförande för kirurgi. De två första publikationerna var histologiska studier av irisens kontraktila vävnad och hudens muskelvävnad. En period av intensiv experiment resulterade i 11 fysiologiska papper mellan 1857 och 1859, baserat på omfattande och omfattande forskningsaktivitet, som inkluderade studier om nervkontroll av artärer, de tidiga stadierna av inflammation, nervfibrernas struktur och en anmärkningsvärd sekvens av experiment på nervkontroll av tarmen, med särskild hänvisning till verkan av ’hämmande’ eller sympatiska nerver.under hela sitt liv trodde Lister att de papper om mikroskopi och fysiologi av inflammation som han presenterade för Royal Society 1857 var hans viktigaste publikationer. Hans första observationer om de vaskulära svaren i grodfoten förstärktes av studier på vingen av den varmblodiga fladdermusen. 1905, när han var 78 år, skrev han: ’om mina verk läses när jag är borta, kommer dessa att vara de mest tänkte på’;7 och i Huxley-föreläsningen 1900 var det just dessa studier som han beskrev i förhållande till sitt kliniska arbete med orsakssamband till inflammation och suppuration.8 listers fysiologiska undersökningar var noggranna. Edward Sharpey-Schafer, professor i fysiologi vid Edinburgh University, observerade senare att noggrannheten som Lister hade fört med sig till sina observationer i fysiologi och mikroskopisk anatomi hade stått honom i gott skick i sitt senare arbete med att revolutionera operationen och visade värdet av en utbildning i fysiologi för den praktiska kirurgen.9

Lister var mycket medveten om samtida framsteg inom fysiologisk forskning i Frankrike, Tyskland och andra länder i Europa, och han diskuterade ofta observationer och resultat med ledande utredare som Albert von K Jacoblliker, Wilhelm von Wittich, Theodor Schwann och Rudolf Virchow. Han var noggrann med att hänvisa till andra utredares arbete, och han testade deras observationer och hypoteser med en serie egna experiment. Hans grundläggande observationer om nervkontrollen av blodkärl, till exempel, ledde till en partiell oenighet med Eduard PFL Acigger, som 1857 hade dragit slutsatsen att de splanchnic nerverna levererade specifika hämmande fibrer till muskeln i tarmväggen (Hemmungs-Nervensystem).10 Lister etablerade en serie experiment för att undersöka innervationen av tarmen för sig själv, från vilken han publicerade många exakta och ursprungliga observationer, och där han var noga med att erkänna andras inflytande. 1884, till exempel, 26 år efter publiceringen av hans undersökningar om funktionen av intestinala sympatiska nerver, skrev han: ”Jag råkade, tror jag, vara den första som använde ordet” hämmande ”i engelsk fysiologi, på råd av min gamla vän Dr Sharpey, med hänvisning till ett tidigt papper som jag skulle publicera om vad tyskarna kallar”Hemmungs-Nervensystem”.’11

Listers tidiga fysiologiska undersökningar

publikationen 1853 av Listers första stora forskningsprojekt gällde irisens mikroskopiska struktur och funktion.12 Det fanns vid den tiden motsatta åsikter om närvaron eller frånvaron av separata muskelfibrer i iris.

Lister genomförde en översikt över den befintliga litteraturen, studerade vävnad från häst, katt, kanin och marsvin förutom sex kirurgiska prover som tagits från patienter under kirurgiska ingrepp på ögat och beskrev irisens struktur och arrangemang. Hans analys av observationerna från tidigare arbetare var mästerlig: i sin beskrivning av det mikroskopiska utseendet av granuler i muskelcellerna gav Lister kredit till sin tidigare lärare och sade:’denna tendens till tvärgående arrangemang av granulerna märktes sedan länge av Wharton Jones, som denna gentleman har informerat mig’. Däremot var han inte motvillig att ge konstruktiv kritik och försiktigt chided den framstående kirurgen och fysiologen William Bowman för att förvirra muskelfibrer med blodkärlens väggar. Papperet avslöjar grundlig och noggrann arbete, rapporterade med en ödmjukhet som typified Lister, som uppgav att hans engagemang hindrade honom från att bära utredningen ytterligare, ber om ursäkt för att erbjuda resultaten av en ’ofullständig utredning’. Hans nyckelfynd var att visa att iris består av glatta muskelfibrer anordnade i både constrictor och dilatormuskler, vilket korrigerade tidigare arbetares tro på att det inte fanns någon specifik dilator pupillamuskel.

Listers nästa studie,på muskelvävnaden i huden, 13 uppträdde också i Quarterly Journal of Microscopical Science 1853. Han kunde bekräfta Albert von K Ackillikers observationer att i motsats till andra däggdjur—där de stora taktila håren (vibrissae) är förknippade med strimmig muskel—hos människor är glatta muskelfibrer ansvariga för hårets erektilfunktion (horripilation). Hans manuella fingerfärdighet demonstrerades för att beskriva en ny metod för att skära tunna histologiska sektioner av den relativt fasta vävnaden i hårbotten. Sådan var den extraordinära skicklighet Lister mikroskopi att han försiktigt kunde korrigera Friedrich Gustav Henle, en forskare betraktas som kanske den största tyska histolog av artonhundratalet, för att miste små blodkärl för muskelfibrer. Båda dessa histologiska papper illustrerades med skickliga ritningar gjorda med kameran lucida, som lister bekräftade, ’har den stora fördelen att säkerställa korrekthet av proportioner’.

histologin och funktionen hos vanlig (ostripad) muskel var föremål för Listers tredje papper, om minutstrukturen av ofrivillig muskelfiber,14 som dök upp i samma tidskrift 1857. Arbetet utformades för att testa K Bicrillikers observationer av strukturen hos enskilda muskelfibrer. Lister bekräftade observationerna i grodans fot och utvidgade dem till muskeln i artärväggen, arbete som han genomförde parallellt i sin studie av inflammatoriska svar. Han rapporterade att muskelfibrerna i blodkärlen liknade de som k Aciclliker hade hittat i gristarmen, men de lindades spiralt och individuellt runt kärlen i mellanskiktet på väggen.

en kort rapport15 av 1858 gällde flödet av lymf och emulgerade fetter (chyle) i mesenteriet i mustarmen. Studien hade två mål: att definiera karaktären av flödet i lymfatiken och att undersöka den vanliga uppfattningen att laktealer i tarmväggen kunde absorbera fast material från lumen. Efter att ha bedövat en mus med kloroform öppnade han buken och drog tillbaka en tarmslinga på en glasplatta under ett mikroskop och såg mesenterisk lymf som flödade i en stadig ström utan synliga sammandragningar av lymfkärlen. Han noterade muskelfibrer i kärlens väggar, som innehöll ventiler, men rapporterade inte rytmisk kontraktil aktivitet (det är möjligt att kloroformanestesi som han hade använt tjänade till att hämma rörelser i lymfväggarna). I den andra delen av denna studie matade Lister möss med indigo, en färgad substans bestående av osmältbara fettbaserade molekyler. Han fann att indigo inte absorberades av tarmen, och han uttryckte stor tvivel om möjligheten att absorbera fast substans av laktealerna.’

Lister publicerade sju artiklar 1858 om resultaten av experimentella fysiologiska undersökningar om inflammationens ursprung och mekanism. Två av dem gällde nervkontrollen av blodkärl16 och de tidiga stadierna av inflammation.17 de hänvisade till experiment som planerades för att undersöka en samtida tvist mellan fysiologer om ursprunget till kontrollen av blodkärlskaliber av det sympatiska nervsystemet. En serie experiment, där han observerade blodkärlens diameter i grodbanan med en okulär mikrometer före och efter ablationen av delar av centrala nervsystemet, och före och efter uppdelning av ischiasnerven, ledde honom att dra slutsatsen—i oenighet med Wharton Jones2—att vaskulär ton i benet var under kontroll av ryggmärgen och medulla oblongata. Dessa experiment var anmärkningsvärda för teknikens finess och för logiken i deras planering.

progressionen av inflammation till suppuration—och ofta döden-var en vanlig och mycket fruktad händelse efter operationen och gav upphov till Listers studier om inflammation och vävnadsvätskeflöde. Hans experiment på de tidiga stadierna av inflammation gjordes på grodfoten och bat-vingen och utvecklade Wharton Jones arbete. Lister utförde undersökningar av erytrocythäftning, undersökte blod som tagits från sin egen inflammerade distala falanx och jämförde det med blod från ett normalt finger och delade upp sin rapport i fyra sektioner:

(i) aggregering av röda blodkroppar när de tas bort från kroppen (koagulering),

(ii) blodkärlens struktur och funktion,

(III) effekterna av irriterande ämnen på blodkärlen och

(iv) effekterna av irriterande ämnen på vävnader.

han visade att kapillärflödet i grodbanan styrdes av förträngning eller utvidgning av artärerna och påverkades av lokal irritation, trauma eller reflexaktivitet genom centrala nervsystemet. Han var fast i sina observationer att väggarna i kapillärerna saknade muskelfibrer men ändå mycket elastiska och kunde stora variationer i kapacitet bestämd av arteriellt flöde i kärlbädden. De vaskulära reaktionerna på trauma och olika irriterande ämnen illustrerades med fantastiska kamera-lucida-ritningar som illustrerade vaskulär stasis och trängsel i ett initialt nervöst svar på skada. Han påpekade att initiala vaskulära förändringar var resultatet av reflexer genom nervsystemet som lyckades med vaskulära förändringar sekundära till lokal vävnadsskada. Rickman Godlee skrev om detta papper att det imponerar läsaren genom skönheten och enkelheten i de beskrivna experimenten, tankens originalitet och resonemangets sundhet.’18 i ett brev daterat den 10 April 1859 citerade Lister den framstående neurofysiologen Brown-s Jacobquard, som hade talat om ’Listers vackra undersökningar, och gav mig full kredit för att fastställa det väsentliga när det gäller inflammation.’19

i slutet av papperet relaterade Lister sina experimentella observationer till kliniska situationer som hudskador från kokande vatten och trauma från kirurgiska snitt. Även om infektionens Roll ännu inte hade upptäckts var dessa tidiga studier av inflammation av grundläggande betydelse för Listers framtida kliniska arbete med läkning av sår och infektionens effekter på vävnader. Godlee rapporterade att ’ tidningen mottogs väl hemma och på kontinenten och dess slutsatser har, med knappast ett undantag, stod tidens test.’20

efter en observation att den inflammatoriska processen i vissa former av septikemi påverkar blodkärlens foder, vilket leder till blodkoagulering i kärlen, återvände Lister senare till ämnet för sin Croonian föreläsning vid Royal Society 1863.21 tidigare teorier hade föreslagit att blodet förblir flytande i kärlen på grund av närvaron av en liten mängd ammoniak. Lister visade dessa teorier fel, och från experiment med längder av djur jugularven drog han slutsatsen att skador på blodkärlens foder var en viktig orsak till intravaskulär koagulering. Han hade inte kunskap om koagulationskaskaden, men hans observationer på sjuka blodkärl bidrog till dagens förståelse av koagulering.

Listers djupa intresse för nervkontrollen av blodkärl ledde honom till en undersökning av nervkontrollen av tarmen som avslutades med en anmärkningsvärd slutsats om verkningsmekanismen för sympatiska nerver på tarmmotorisk aktivitet, vilket inte bekräftades histologiskt på ett sekel. Hans undersökningar, publicerade i Proceedings of the Royal Society, var i form av ett brev riktat till Dr Sharpey, föreningens sekreterare.22 Listers intresse för tarmen, vid en tidpunkt då han gjorde ett omfattande arbete med blodkärlens funktion vid inflammation, hade stimulerats av PFL Auggers förslag att de splanchnic nerverna levererade tarmens muskelskikt och innehöll specifika hämmande fibrer, Hemmungs-Nervensystemet.10 Det var Sharpey som först föreslog att denna fras skulle kunna översättas som’hämmande nervsystem’.11 PFL Ubigger hade föreslagit tanken på specifika hämmande nerver, men Lister var oense: han trodde att samma nervfibrer var ansvariga för både ökad och minskad muskelaktivitet, beroende på styrkan hos den applicerade stimulansen. Denna uppfattning härrörde från studier av blodkärl i inflammerade vävnader där Lister hade observerat att artärerna i grodfoten sammandragdes efter applicering av en mild stimulans och avslappnades med starkare stimulering och agerade—trodde han—genom samma nerver.

trots denna felaktiga hypotes, i experiment som kombinerar både mekanisk och elektrisk nervstimulering utförd i juni och juli 1858 gjorde Lister en viktig slutsats om handlingssättet för splanchnic nerver. Han valde kaniner, med sina mycket aktiva tarmrörelser, för experiment utan kloroformanestesi för att undvika dess depressiva effekt på tarmreflexer. I det första experimentet fick en längd av tunntarmen skjuta ut genom ett snitt i djurets flank och elektroder applicerades på de viscerala nerverna vid deras ursprung från ryggmärgen. Elektrisk stimulering orsakade fullständig avkoppling av tarmen, men lokal stimulering av tarmen orsakade en liten lokal sammandragning som inte spred sig till intilliggande tarm. Lister avslutade: ’denna observation är av grundläggande betydelse, eftersom det visar att det hämmande inflytandet inte fungerar direkt på muskelvävnaden utan på den nervösa apparat genom vilken dess sammandragningar under vanliga omständigheter framkallas.’

i det andra experimentet undersökte han effekterna av devaskularisering genom att ligera kärlen som levererar ett tarmsegment, ett förfarande som resulterade i ökad peristaltik. Stimulering av de sympatiska nerverna orsakade igen en avslappning i tarmen. Lister drog igen slutsatsen att tarmaktiviteten kontrollerades av nerver i tarmväggen som hade stimulerats av förlusten av blodtillförsel.

i det sista experimentet tog han bort de fina nerverna till ett tarmsegment utan att skada blodtillförseln. Sympatisk nervstimulering hade nu ingen effekt på det denerverade tarmsegmentet, som fortsatte att kontrahera spontant, vilket gjorde att Lister kunde dra slutsatsen:

utöver dessa experiment avslöjade hans histologiska undersökning av tarmväggen närvaron av en plexus av neuroner, vilket bekräftade George Meissners observation av föregående år (1857), 23 och avslutades med den anmärkningsvärda slutsatsen: ’det verkar som om tarmarna har en inneboende ganglionisk apparat som i alla fall är nödvändig för peristaltiska rörelser,och, även om de kan oberoende åtgärder, kan stimuleras eller kontrolleras av andra delar av nervsystemet. Märkligt nog förnekade Lister förekomsten av hämmande sympatiska nerver och avslutade med att säga:

hans sinne verkade vara stängd för det sympatiska nervsystemets specifika hämmande funktion, men han drog slutsatsen att yttre nerver kontrollerade tarmmotorisk aktivitet indirekt genom deras effekt på neurons intramurala plexus. Denna slutsats ignorerades generellt, och tron kvarstod att hämmande sympatiska nerver orsakade avslappning av en direkt effekt på tarmens muskelfibrer.

det var inte förrän utvecklingen av histokemiska tekniker i mitten av det tjugonde århundradet som Listers tro på effekten av yttre nerver på intramural plexus bekräftades, av KA Norberg 1964.24 tekniker såsom formalininducerad fluorescens i adrenerga sympatiska nerver visade äntligen det synaptiska förhållandet med inneboende tarmneuroner (se figur 1). Vidare visade histokemiska och fysiologiska undersökningar av tarm resekterade från patienter födda med tillståndet som kallas medfödd aganglionos (Hirschsprungs sjukdom), där de inneboende ganglierna i tarmväggen saknas från födseln, att samordnade sammandragningar och avslappningar inte förekommer i sådan tarm trots en ofta tät muskulär innervation av sympatiska och parasympatiska nerver. Som ett resultat lider patienter med tillståndet av kronisk tarmobstruktion, 25 något som i princip kunde ha förutsagts från Listers serie experiment.

slutsatser

i detta dokument har ett försök gjorts för att belysa Listers skicklighet som mikroskopist och experimentell fysiolog vid en tidpunkt då tekniken tillgänglig för fysiologer var i sin linda och för att visa hur mikroskopi gav en avgörande komponent i den vetenskapliga grunden för hans framtida kliniska arbete med inflammation och sepsis. Många av de slutsatser som Lister drog från noggrant tidigt arbete, med hjälp av hans akuta observationsförmåga, har stått tidens test. Den berömda patologen Cuthbert Dukes hade ingen tvekan om hur detta tidiga arbete var, som låg till grund för de senare studierna om infektion och införandet av antiseptisk kirurgi, när han skrev: ’Listers papper kan studeras med stor vinst av dem som skulle ägna sig åt experimentellt arbete. Under hela sina papper visar han sig ha varit en induktiv filosof med ett geni för att genast se det exakta experimentet som krävs för att rensa upp en tveksam punkt.’26

fotnoter