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STORIA DELLA MEDICINA PER IMMAGINI

ANTONIO MOLFESE
 

CANNON: IL RICERCATORE NEL CAMPO DELLA FISIOLOGIA

PREMESSA

Il fenomeni, per quanto misteriosi possano sembrare, hanno una spiegazione naturale e sveleranno il loro segreto al ricercatore perseverante, intelligente e cauto

Gli studi anatomici progredirono meravigliosamente nel XVII secolo, nonostante reliquati di ostracismo; l'anatomia si arricchì di un nuovo fecondo campo di scoperte meravigliose, quello della anatomia microscopica, nel quale il Malpighi farà rifulgere qualità di perfetto studioso e di gentile ricercatore. Gli anatomisti invadono tutto il campo della ricerca e ogni parte del corpo divenne oggetto di studio nelle forme ed anche nelle funzioni, dato che le idee medievali apparivano monche e incomplete. Comincia così a delinearsi un piano di studio di fisiologia che si scinde dalla anatomia; nel XVIII secolo, finalmente, le due materie, anatomia e fisiologia, vengono separate per merito di L. Spallanzani, di Von Haller, di Bischat, di L. Galvani e F. Fontana(1).
Con il XIX secolo, sia la meccanica sia la fisica dettero alla fisiologia un valido contributo e non da meno fu la chimica. Prima del 1600 si può dire che la fisiologia, la scienza che studia le funzioni dell'organismo umano, esistesse solo in quanto 'anatomia animata', come la chiamavano allora i suoi creatori, e la si individuava solo a fatica, impastoiata come era tra la metafisica e i dogmi religiosi; alla fine del XIX secolo la fisiologia riuscì, come tutte le altre branche della scienza medica, a diversificarsi e ad assumere una propria fisionomia.
La fisiologia medica, come tutta la medicina, fu attraversata da numerose correnti, contraddittorie ma costanti dal 1500 al 1800. Per quanto riguarda la circolazione del sangue, già in precedenza, illuminati scienziati come Ippocrate, Aristotele, Erofilo, Erasistrato, Galeno, Avicenna ed Aselli, avevano contribuito con le loro scoperte a portare un tassello alla costruzione (del puzzle che si stava costruendo) che poi Harvey completò in modo mirabile e di cui abbiamo parlato nella tavola XIV. Colui che però mise fine alle numerose e feroci controversie sorte in seguito alla pubblicazione della Exercitatio antomica de motu cordis et sanguinis in animalibus di Harvey, fu Malpighi, che mise in evidenza il sistema artero-venoso capillare (1661).
Circa la digestione degli alimenti, fu Galeno che stabilì che era un fenomeno fisico di concezione gastrica ed epatica, mentre per Silvius era un fenomeno chimico sotto la dipendenza delle fermentazioni dovute alla saliva, alla bile ed al succo pancreatico. Boerhaave sosteneva, invece, che la digestione associava fenomeni meccanici, quali la masticazione e la peristalsi gastrica, aveva operazioni chimiche di soluzione e putrefazione mediante la saliva e il succo gastrico. Spallanzani riuscì a sperimentare con successo la prima digestione artificiale (ideata da Reamur) e dimostrò l'importanza del succo gastrico nella digestione.
Dunque, nel XIX secolo l'esperienza diventerà finalmente più importante del ragionamento astratto e dell'intuito, e la filosofia sarà definitivamente allontanata dai laboratori di ricerca. La fisiologia sperimentale si svilupperà e codificherà i suoi propri metodi, applicando la sperimentazione all'osservazione dei corpi viventi e usufruendo delle scoperte della fisica, della chimica, della anatomia patologica e della creazione di numerosi strumenti di misurazione.
Uno dei più grandi pionieri di questa disciplina fu Johannes Midler (1801-58), di Coblenza.
E' da ricordare anche Albrecht von Haller(2), anatomico, botanico e poeta svizzero, considerato il padre della fisiologia, anche se non fu il primo a usare questo nome. Infatti, lo avevano già usato, anche se in un altro senso, i filosofi della Magna Grecia, poi Galeno e appena due secoli prima Fernelius, né fu il primo a occuparsi del funzionamento degli organi; fu tuttavia il primo ad avere una visione d'insieme del corpo umano in funzione, esattamente come Vesalio, due secoli prima, aveva formato un quadro totale della 'fabbrica umana'. Gli esperimenti condotti sui muscoli portarono Haller al concetto di irritabilità ma non fu certo il primo a enunciarlo, in quanto già Glisson nella seconda metà del XVII secolo l'aveva definita come capacità dei corpi a reagire agli stimoli esterni; contemporaneamente ad Haller illustra questa funzione anche lo Zimmermann nella Dissertatio physiologica de irritabilitate, pubblicata a Gottinga nel 1731. Dimostrare che i muscoli avevano capacità di contrarsi in seguito a stimoli non era difficile: bastava metterli allo scoperto e 'irritarli', ad esempio con 'olio di vitriolo' o 'burro di antimonio'. Lo stesso risultato si otteneva sia stimolando il nervo che si distribuiva al muscolo, sia agendo direttamente sul muscolo denervato; più difficile la dimostrazione per quanto riguardava i nervi. Questi non erano più considerati dei vasi, ma conducevano il fluido nervoso, sia dal centro verso i muscoli, che dalla periferia al centro. Non si sapeva dove confluissero i nervi e da dove partissero, fatta eccezione per la dura madre, ritenuta insensibile, mentre la sostanza midollare, ritenuta invece molto sensibile, quando veniva stimolata produceva paralisi, convulsioni e morte.
Accertato quindi che la sostanza nervosa era sensibile, ciò confermava innanzitutto la capacità dei nervi di condurre sensazioni fino a un 'sensorio comune' la cui sede non era facilmente individuabile. Sensibilità significava attività nervosa, alla quale presiedeva l'anima, della quale i fisiologi più acuti del XVIII secolo dichiaravano di non saper nulla. Per quanto influenzata dai principi del 'vitalismo' e del 'meccanicismo', la fisiologia di Albrecht von Haller è già oltre i 'sistemi': nei principi di irritabilità e di sensibilità, che sono alla base di tutti i costituenti del corpo umano, non è necessariamente implicita l'idea che le malattie si possono ricondurre a poche situazioni elementari. Le cause sono molte, i processi sono diversi: non è senza significato che la fisiologia di Haller sia contemporanea all'anatomia patologica di Morgagni.
Oltre ad Haller, ricordiamo Herman Von Helmhotz (1821-94), che scrisse la grande opera Handbook der physiologischen Optik e inventò l'oftalmoscopio; Thomas Young, che scrisse un trattato On the Mechanism of the Eye; Carl Ludwig (1816-95), professore di Fisiologia all'Università di Zurigo, che contribuì validamente alla conoscenza della pressione sanguigna e della funzione renale.
Ma fra tutti gli studiosi di fisiologia, spicca la figura di Walter Bradford Cannon (1871-1945)' colui che iniziò le ricerche che costituiscono la base delle procedure diagnostiche gastrointestinali di ogni tempo.

LA SCHEDA

Fu un giovane studente del primo anno del Medical College di Harvard a effettuare nel 1896 le ricerche che da allora sono alla base delle prassi diagnostiche gastrointestinali. Walter Bradford Cannon individuò un modo per utilizzare i nuovi raggi di Reintgen, o raggi X, per studiare i processi digestivi, senza interferire con interventi chirurgici o meccanici. Moltissime persone, assoggettandosi solo al semplice e temporaneo fastidio di dover ingerire un liquido di contrasto contenente solfato di bario e di stare in piedi tra l'apparecchio dei raggi X e uno schermo fluorescente, debbono essere grate al dottor Cannon per aver allungato loro la vita, per mezzo delle informazioni che i loro medici hanno potuto ottenere dalla fluoroscopia gastrointestinale. Questo brillante giovane, la cui carriera coincide con gli anni in cui la scienza medica americana acquisì sempre maggiore fama a livello mondiale, era destinato a divenire uno dei più importanti fisiologi del mondo, nonché uno dei maggiori scienziati del suo paese.
Il dottor Cannon, la cui vita si divise tra laboratori e insegnamento, negli ultimi anni affermò di credere che: «Tutti i fenomeni, per quanto misteriosi possano sembrare, hanno una spiegazione naturale e sveleranno il loro segreto al ricercatore perseverante, intelligente e cauto». La sua attività di ricerca convalida l'affermazione di Joseph Henry, un medico del XIX secolo: «I semi delle grandi scoperte sono costantemente attorno a noi, ma mettono radici solo nelle menti preparate ad accoglierli».
Walter Bradford Cannon nacque il 19 ottobre 1871 a Prairie du Chien (Wisconsin), da Colbert H. Cannon e Sarah Denio Cannon. Il padre era un impiegato delle Ferrovie e in seguito divenne sovrintendente ai trasporti della Great Northern Railroad. La madre morì di polmonite quando Walter aveva dieci anni, e nel letto di morte fece al figlio una raccomandazione: «Walter, fai del bene al mondo». Fu un testamento spirituale che egli non dimenticò, né trascurò mai.
Forse, come lo stesso Cannon accenna nei suoi scritti, la scelta del lavoro della sua vita fu influenzata dall'essere nato nei pressi di Fort Crawford, dove, cinquant'anni prima, il dottor William Beaumont aveva condotto lunghi studi sul processo digestivo, attraverso una 'finestra' fistolosa sull'addome di un paziente, Alexis St. Martin. Tuttavia, fu un'insegnante della scuola superiore di St. Paul a consigliare a Cannon di andare a studiare nell'Est. Così nel 1892, avendo con sé solo 180 dollari, entrò all'Harvard College di Cambridge, in Massachusetts. Da allora in poi, durante i quattro anni di college e i quattro anni della Harvard Medical School a Boston, il giovane studente si mantenne agli studi con i propri guadagni. All'ultimo anno fu invitato a tenere dei corsi di anatomia comparata all'Harvard College e al Radcliffe College e quando, nel giugno del 1900 si laureò in medicina, accettò un posto di assistente di fisiologia alla Harvard Medica! School. Un anno dopo sposò la sua fidanzata di St. Paul, Cornelia James. Nel 1902 divenne professore associato, e nel 1906 successe a Henry Pickering Bowditch come professore di fisiologia ad Harvard, cattedra che tenne per trentasei anni, fino a quando andò in pensione, nell'agosto del 1942. Il dottor Bowditch, che aveva occupato quella cattedra per trentacinque anni, era stato il primo titolare di una cattedra di fisiologia degli Stati Uniti ed era stato a sua volta studente di Cari Ludwig a Lipsia. Cannon, molto affezionato al suo maestro, si attribuiva spesso l'appellativo di 'figlio' del dottor Bowditch e 'nipote' del dottor Ludwig; il contributo che Cannon diede al progresso della fisiologia avrebbe indubbiamente riscosso una profonda e 'paterna' approvazione da parte del suoi predecessori.
Quando Walter Cannon si offrì volontariamente di avviare un progetto di ricerca per integrare i suoi studi del primo anno di medicina, il professor Bowditch, ravvisando in lui un potenziale talento, gli suggerì di trovare un metodo per utilizzare i raggi di Róntgen al fine di studiare il processo digestivo negli animali. Cannon si mise al lavoro e costruì un apparecchio che permetteva di porre l'animale su di un'apertura praticata in un tavolo ricoperto di piombo, sotto il quale era collocato un tubo per i raggi X. Nei sui primi esperimenti Cannon poté seguire il percorso di un bottone lungo l'esofago di un cane e un bolo opaco mentre veniva inghiottito da un'oca. Dopo essersi servito di vari animali, Cannon si rese conto che il gatto era il più adatto per i suoi esperimenti. Impiegò per lo più il subnitrato di bismuto, in quanto sostanza facilmente dissipabile e opaca ai raggi X, e tra le varie sostanze da lui testate vi furono l'ossicloruro di bismuto e il solfato di bario. Mescolando questi sali di metalli pesanti e insapori al cibo che gli animali erano soliti mangiare, per varie ore Cannon riusciva a osservare l'attività naturale degli organi digestivi come delle ombre che attraversavano uno schermo fluorescente.
«Per secoli sacerdoti e macellai, scrutando le interiora delle loro vittime sacrificate, disposero più o meno delle stesse conoscenze dei medici sui processi meccanici della digestione» scrisse Cannon. Tuttavia, le ferite traumatiche o chirurgiche alterano profondamente i processi digestivi e, sebbene il XIX secolo volgesse oramai al termine, sino a quel momento questa funzione vitale del corpo era ancora poco nota sia ai medici sia alla gente comune.
Con il suo apparecchio improvvisato e i pasti di contrasto sapientemente formulati, Cannon scoprì che poteva osservare i movimenti del tratto digestivo, senza interferire con il processo e non disturbando in alcun modo l'animale. «Mediante l'impiego dei raggi X» scrive Cannon nella sua relazione «la velocità del passaggio del cibo attraverso l'esofago, la velocità e il ritmo della peristalsi gastrica, le contrazioni oscillanti dell'intestino tenue, la peculiare antiperistalsi dell'intestino crasso, la rapidità con cui il contenuto gastrico viene scaricato nel duodeno, il tempo impiegato dalle sostanze digerite per arrivare al colon, e tutto ciò che internamente o esternamente può influenzare tali processi può essere osservato per lungo tempo e senza interruzioni, mentre l'animale rimane in uno stato di serenità e appagamento [...]». Il suo primo studio, intitolato I movimenti dello stomaco studiati mediante i raggi di Rontgen, fu pubblicato nel 1898 nell' American Journal of Physiology.
Con l'istinto del vero ricercatore, Cannon riuscì a superare una delle prime difficoltà che gli si presentarono, traendone uno spunto di ricerca non meno significativo dello studio della digestione. Egli osservò infatti che qualsiasi variazione dello stato emotivo dell'animale — come ansia, paura o rabbia — si accompagnava a una totale cessazione dei movimenti dello stomaco. Un'ulteriore osservazione degli effetti delle emozioni sugli organi digestivi portò all'esplorazione del sistema nervoso autonomo, che controlla tali movimenti. In questo settore della fisiologia Cannon diventò un'autorità non meno di quanto non lo fosse nella fisiologia della digestione. Le sue scoperte furono pubblicate di volta in volta su varie riviste del settore e furono in seguito raccolte in un libro dal titolo I fattori meccanici della digestione, pubblicato nel 1911. Quattro anni dopo, uscì il famoso libro del dottor Cannon Mutamenti del corpo dovuti al dolore, alla fame, alla paura e alla rabbia. Nello stesso anno, il 1915, egli riuscì a provocare sperimentalmente l'ipertiroidismo.
Cannon ricoprì per tutta la vita il doppio ruolo di ricercatore e docente. Nell'insegnamento, possedeva tutte quelle doti in grado di stimolare gli studenti a pensare con la propria testa e a intraprendere ricerche originali; al tempo stesso, come disse il professor Ralph B. Berry, «era un buon 'cercatore', sapeva come individuare le vene del pregiato minerale scientifico, ma sapeva (anche) come estrarne l'oro». Sebbene Cannon non praticasse la professione medica, il suo codice rigorosamente scientifico era governato dal codice del medico: tutti i suoi sforzi erano diretti a trovare il modo di curare o alleviare le malattie umane.
La Prima guerra mondiale interruppe il lavoro di Cannon. Egli si recò in Europa con un'unità medica di Harvard, il cui compito era quello di studiare e combattere lo choc. I risultati degli studi e delle ricerche che ne derivarono salvarono la vita di molte persone rimaste ferite in combattimenti militari o civili. Venticinque anni dopo, durante la Seconda guerra mondiale, Cannon fu chiamato a presiedere il Comitato sullo choc e sulle trasfusioni del National Research Council.
Dopo la fine della Prima guerra mondiale, Cannon riprese l'attività di ricerca e di insegnamento. Fu uno dei pionieri dello studio del sistema nervoso autonomo, riuscendo a isolare nelle terminazioni nervose una sostanza chimica, la simpatina, e a individuarne il ruolo di mediatore degli impulsi tra nervi e muscoli. Le sue osservazioni lo convinsero inoltre che il corpo di un essere vivente tende sempre a raggiungere un equilibrio armonico, condizione che nel libro La saggezza de/corpo e in altri scritti egli definì 'omeostasi'. Questo concetto è analogo a quello di milieu interne elaborato in precedenza da Claude Bernard.
Cannon fece delle ricerche anche sulla funzione delle ghiandole surrenali e sugli effetti che le loro secrezioni hanno sul corpo, specie in condizioni di stress o di eccitazione. Studiò altri organi a secrezione interna, con particolare riferimento ai problemi genetici, nervosi e psichici del sesso. Egli non esitò a seguire la propria curiosità, anche quando lo portava a esaminare problemi che esulavano dall'ambito fisiologico. Nel 1914 descrisse un apparecchio per determinare il tempo di coagulazione del sangue.
Ma gli interessi di Cannon non si limitavano al campus universitario di Harvard, né all'ambito nazionale. Nel 1929 accettò uno scambio di cattedra con la Sorbona di Parigi, e nel 1935 con l'Union Medica! College di Peiping, in Cina. Inoltre, più di cinquanta studenti stranieri provenienti da diciassette paesi diversi, frequentarono i suoi laboratori per approfondire i propri studi. Tra i suoi amici vi erano i più importanti fisiologi del mondo, e partecipò attivamente a numerose organizzazioni nazionali e internazionali. Nel 1914 fu eletto membro della National Academy of Sciences e per parecchi anni ne presiedette la Divisione relazioni internazionali. Fu anche Presidente del Comitato di Fisiologia del National Research Council, dalla sua fondazione, nel 1916, fino alla sua morte. Come direttore del Comitato di tutela della ricerca medica presso l'Amenican Medical Association rese un grande servigio alla sua professione, opponendosi ai tentativi degli antivivisezionisti di frenare la ricerca. Fece anche parte, insieme al famoso mago Harry Houdini, di un comitato che si prefiggeva di ricercare le prove dell'esistenza dei poteri soprannaturali. La sua amicizia con Pavlov lo portò ad accettare la presidenza dell'American-Soviet Medical Society. Era un amico leale e sincero e provava immediata compassione e indignazione alla vista della sofferenza e dell'ingiustizia. La sua organizzazione per l'assistenza medica ai lealisti spagnoli e allo United China Relief non fu motivata da ragioni politiche, bensì dalla grande compassione per coloro che soffrivano.
Cannon fu un ricercatore scientifico dall'inizio alla fine. Trascorse esattamente cinquant'anni ad Harvard, come studente, assistente e professore. Sebbene a volte dovesse sobbarcarsi un pesante lavoro amministrativo, mandava avanti con entusiasmo i progetti di ricerca, riuscendo ad inculcare ai suoi studenti la giusta dose di buon senso e di idealismo; e il dottor Aub sostiene che i progressi nella ricerca clinica che hanno caratterizzato questo secolo sono dovuti, in modo certamente non trascurabile, a tale ispirazione iniziale.
L'adolescenza nel Wisconsin e nel Minnesota aveva trasmesso a Cannon una grande passione per l'atletica e per la vita all'aria aperta. La testimonianza delle prodezze alpinistiche di Cannon e della moglie si può trovare nel Montana, dove una vetta che essi scalarono per primi porta il loro nome. La loro famiglia, formata da un figlio maschio e quattro femmine, viveva unita nell'affetto e nella serenità. Cannon aveva un temperamento schietto e amichevole. Il suo ultimo libro, Il cammino di un ricercatore, scritto nel 1942, subito dopo essere andato in pensione, è sia autobiografico sia piacevolmente discorsivo raccontando una vita di ricerche e di scoperte scientifiche.
Quando, da giovane, Cannon effettuò i suoi lunghi studi sui raggi X, i pericoli connessi al loro impiego non erano ancora ben conosciuti; per fortuna egli aveva parzialmente schermato con lamine di piombo l'apparecchio che usava. Tuttavia, negli ultimi anni soffrì di una dermatite acuta, che si sospettava fosse stata provocata dalle radiazioni. Cessò di vivere a causa di un linfoma maligno, aveva quasi settantaquattro anni quando passò a miglior vita, il 1° ottobre 1945.

NOTE

1 - Lazzaro Spallanzani (1729-99) scrisse, tra l'altro, Prodromo sulle riproduzioni animali (1766), Dell'azione del cuore nei vasi sanguigni (1768), Experience sur la digestione de l'homme e des differentes especies d'animaux (1784). E Fontana (1720-1805) studiò in particolare gli organi di senso e scrisse, tra l'altro, Principi ragionati sulle generazioni.

2 - Lavoratore instancabile e dinamico, pubblicò numerosi articoli sull'«Archiv fur Anatomie und Physiologie», che diresse per molti anni. Studioso appassionato dell'anatomia comparata, il suo maggior merito fu la pubblicazione dell'Handbuch der Physiologie des Menschen (1833-40); fu professore di anatomia e fisiologia dapprima a Bonn e poi, dal 1833, a Berlino, ove rimase fino alla morte, all'età di 57 anni. Oltre ai contributi all'embriologia (dotti di Miiller), egli confermò le scoperte di Sir Charles Beh sulle radici spinali e sulla loro posizione, enunciò la legge sull'energia specifica dei nervi, fece indagini sulla produzione del suono da parte delle corde vocali e fu tra i primi ricercatori che classificarono i tumori a seconda del loro aspetto microscopico. Nel suo trattato di fisiologia è compresa anche la materia che oggi chiamiamo psicologia e la sua acuta descrizione della natura della mente umana merita tuttora d'esser letta. La scienza medica sembrava non aver altro problema che stabilire gli esatti rapporti tra l'anima e il movimento, quando nel 1747 un libretto pubblicato a Gottinga apriva l'era di una scienza nuova: erano proprio le Primae lineae physiologiae di von Haller. Il successivo trattato in otto volumi, Elementa physiologi ae corporis umani, è un'opera nuova, in cui ogni organo trova una completa descrizione anatomica che giunge fino alla struttura più fine; seguono accenni alle proprietà fisiche e chimiche e un'interpretazione del loro funzionamento. Vi sono riportate centinaia di esperimenti, per la maggior parte relativi al tessuto muscolare e al sistema nervoso, poiché a poco a poco lo studio della meccanica umana restringe il campo della propria ricerca: dagli organi che si muovono o digeriscono o secernono si passa ai nervi che li regolano e si risale ai centri da cui dipendono; fu soprattutto scoperta la fisiologia del sistema nervoso. «L'irritabilità» scrive von Haller nella sua Memoria sulle parti irritabili e sensibili, è naturale a muscoli, dura quanto la vita, ed anche dopo la morte finché i muscoli sian raffreddati negli animali di sangue caldo, e molto più lungo tempo negli animali di sangue freddo. E 'essa' sola che anima i muscoli negli animali che non hanno nervi. Vedesi operare da sé stessa né muscoli scoperti, e si richiama irritandoli. Essa produce il moto senza l'aiuto dei nervi, essa sussiste nel cuore, negli intestini, nelle gambe separate dal corpo; essa resta attaccata ai muscoli dei quali i nervi si separano, o furono renduti incapaci di operare con una forte legatura, e sussiste nelle parti il senso delle quali è assolutamente abolito».



 

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