Rivista di Scienza - Vol. II/Rassegna di Fisiologia (Teorie della funzione del cuore)
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Due teorie si sono contese per decenni il campo, riguardo all’origine e alla natura della funzione cardiaca. L’una, la più antica, sostenuta dai Maestri della fisiologia (Remak, Bidder, Ludwig, Marey, Heidenhain ecc.) e da molti loro discepoli (Kronecker ecc.) del secolo passato, porta il nome di teoria nevrogena; l’altra fondata da Gaskell ed Engelmann, e sostenuta anche da molti fisiologi viventi (Fano ecc.), fu detta teoria miogena.
Il cuore è uno di quegli organi muscolari che, anche separati dal corpo dell’animale, continuano a eseguire la loro funzione motoria, purchè siano mantenuti in condizioni opportune; onde per teoria nevrogena non deve intendersi una teoria che ammetta la stretta dipendenza funzionale del cuore dai centri nervosi e dai nervi che connettono questi coll’organo centrale della circolazione sanguigna. Infatti, il cuore separato dall’organismo è sottratto a qual siasi influenza centrale; ed è provato che nemmeno i monconi nervosi del vago e del simpatico hanno alcuna importanza nel determinare le pulsazioni del cuore isolato. I sostenitori della teoria nevrogena invece ammettono che, non i centri nervosi nè i nervi peritici, ma i gangli stessi del cuore (il ganglio di Remak, il ganglio di Bidder, il ganglio di Ludwig) sono quelli da cui dipendono le contrazioni cardiache, dette automatiche, perchè non sono provocate da stimolazioni esteriori, come quelle dei muscoli scheletrici, ma si compiono spontaneamente nell’organo sottratto a qual siasi stimolo. Innumerevoli esperimenti furono fatti per provare questa dipendenza; ma di che natura essa sia non è stato mai stabilito con sicurezza. Alcuni sostennero che i gangli cardiaci, specie quelli di Remak, situati nelle pareti del seno venoso, fossero centri nervosi automatici dai quali partissero ritmicamente impulsi motori atti a provocare nella muscolatura del cuore quelle contrazioni, che si dicono sistoli. Altri invece considerarono i gangli medesimi come centri d’azione nervosa riflessa, a somiglianza dei centri spinali, nel qual caso bisognerebbe ammettere nel cuore stesso stimolazioni ritmiche capaci di eccitare fibre nervee afferenti ai gangli, da cui poi partirebbero gli eccitamenti riflessi destinati a provocare le contrazioni ritmiche nelle cellule miocardiche, giungendo ad esse per fibre nervose efferenti. Di che natura siano gli stimoli, e dove essi propriamente insorgano, e se agiscano in modo ritmico o continuo: tutti questi, ed altri ancora, sono problemi rimasti fino ad oggi insoluti. D’altro canto, anche l’ipotesi dell’automatismo dei gangli incominciò ad avere poco consentimento fra i fisiologi, quando la teoria dell’automatismo nervoso in generale incominciò ad apparire non più sostenibile di fronte ai nuovi risultati delle indagini comparative sul sistema nervoso centrale.
Sopra un punto furono però tutti i neurogenisti sempre d’accordo: nel negare cioè qual siasi capacità di automatismo motorio alla muscolatura del cuore, di che parve essere prova irrefragabile il fatto che la punta ventricolare del cuore, separata dagli atrii, non pulsa spontaneamente, ma solo quando è stimolata, essendo essa priva di gangli nervosi. Vero è che in alcuni animali inferiori fu trovata cotesta punta capace di compiere, ancorchè con ritmo diverso da quello del cuore intero, contrazioni sistoliche. Ma subito gl’istologi dimostrarono che nelle pareti, se non gangli, nel vero senso della parola, esistono tuttavia cellule nervose; e quindi i fisiologi s’affrettarono a dire che l’eccezione confermava la regola, che cioè senza cellule nervose non si danno contrazioni automatiche d’un organo muscolare, e che quindi le contrazioni cardiache sono sempre d’origine nervosa, cioè di natura nevrogena e non miogena.
Io non posso qui nemmeno semplicemente enumerare le prove su cui si basa la teoria nevrogena; ciascuno può agevolmente conoscerle, consultando un trattato qual siasi di fisiologia. Dirò solamente che tutte le proprietà caratteristiche del cuore, quelle per cui parve che quest’organo differisce qualitativamente da un muscolo striato: — la sua proprietà di compiere sempre contrazioni massimali, qualunque sia l’intensità dello stimolo adoperato (Bowditch, 1871; Kronecker e Stirling), detta anche, sotto un altro aspetto, da Ranvier, proprietà del tutto o nulla; quella del periodo refrattario (Kronecker e Stirling; Marey 1876); il fenomeno della scala di Bowditch, e dei gruppi periodici di Luciani; il fenomeno della pausa compensatrice, e la tendenza del cuore a conservare il suo ritmo normale (Marey), ecc. — fu ammesso che dipendessero, non da proprietà funzionali specifiche della muscolatura cardiaca, ma dai gangli intrinseci del cuore.
Ma fu osservato che il cuore embrionale dei vertebrati eseguisce pulsazioni ritmiche regolari a un periodo del suo sviluppo, quando ancòra non contiene cellule nervose gangliari (His jun., 1893). Fu questo il germe della teoria miogena, sostenuta poi validamente da Gaskell, da Th. W. Engelmann e da Fano e dai loro discepoli. Secondo questa teoria, gli eccitamenti ritmici che determinano le contrazioni del cuore (e di molti organi muscolari lisci) non nascono nelle cellule gangliari, ma nelle stesse cellule muscolari, e propriamente in quelle che formano le pareti dei seni venosi, anzi che si trovano già nelle parti centrali delle grandi vene sboccanti nel cuore. Queste sono il centro automatico, dove s’inizia l’onda di contrazione, che poi si propaga da cellula a cellula muscolare per tutti i rimanenti segmenti del tubo cardiale, fino al bulbo aortico. Il loro ritmo automatico domina il ritmo di tutto il cuore, in condizioni normali: e le loro proprietà automatiche dipendono dall’essere quelle cellule, per così dire, rimaste quasi a uno stato embrionale di sviluppo, mentre tutta la muscolatura cardiale s’è differenziata ulteriormente, asquistando maggior capacità inogena, ma perdendo in proporzione la proprietà automatica. Oltre all’eccitamento automatico di ciascuna pulsazione, anche la propagazione di esso per tutto quanto il tubo cardiale è di natura miogena, e le fibre nervose del cuore non hanno che farvi; e tale propagazione per via muscolare dagli atrii ai ventricoli è resa possibile dall’esistenza d’un ponte di fibre muscolari, dimostrata in tutti i vertebrati, compreso l’uomo, che congiunge la muscolatura atriale con la muscolatura ventricolare (Gaskell, Stanley-Kent, His jun.), ed è un residuo embrionale, dell’epoca in cui la tonaca muscolare del tubo cardiale è continua su tutta la parete di esso, prima che si formi l’anello fibroso separante gli atrii dai ventricoli. Data poi la scarsezza delle fibre che costituiscono il fascio di His, e, secondo Gaskell, anche la natura embrionale di esse, si spiega anche facilmente il ritardo che, passando per le medesime, subisce l’onda d’eccitamento, e che è causa dell’intervallo che separa la sistole atriale dalla ventricolare.
Queste, le due teorie, in poche parole. Ma se io volessi esporre anche succintamente i soli resultati di tutte le ricerche fatte, specialmente nell’ultimo decennio, dai sostenitori dell’una e dell’altra teoria, non che una breve rassegna, dovrei scrivere un libro. Non c’è infatti questione fisiologica più profondamente e aspramente dibattuta. Tutti i mezzi sono stati tentati, per risolverla, ma inutilmente; e la ragione è manifesta. È facile dimostrare che i muscoli degli arti non si muovono da sè; basta, infatti, recidere i nervi che ne stabiliscono la connessione coi centri nervosi, per vedere che essi rimangono immobili per sempre. Ma nel cuore e negli organi muscolari lisci tale esperimento non può farsi, perchè i centri nervosi gangliari non sono estrinseci all’organo, ma annidati nella trama muscolare delle pareti, dalla quale è impossibile separarli anatomicamente, senza lederne gli elementi. Si noti che, siccome nevrogenisti e miogenisti s’accordano circa la sede d’origine degl’impulsi ritmici del cuore, sede in cui per l’appunto si trovano le cellule del ganglio automatico dei primi e le cellule muscolari di tipo embrionale dei secondi, molti risultati sperimentali allegati come prove indiscutibili dagli uni sono tenuti in nessun conto dagli altri, e viceversa. Per es., gli esperimenti di Stannius e di Bernstein, non provano sicuramente l’origine nervosa degl’impulsi motori, perchè la separazione del segmento venoso dal resto del cuore è separazione non solo del ganglio di Remak, ma anche di quel gruppo di elementi muscolari della parete del seno venoso che degli elementi embrionali hanno conservato non solo l’aspetto citologico ma anche le proprietà funzionali.
D’altro canto, nessuna delle proprietà fisiologiche del miocardio costituisce un carattere peculiare dell’organo, tale che non appartenga pure, in grado maggiore o minore, ai muscoli scheletrici, da una parte, ai centri nervosi, dall’altra.
Nè l’azione dei veleni e di altri agenti chimici e fisici è valsa ad eliminare ogni dubbio: gli uni dicono che i veleni agiscono sulle cellule nervose gangliari, gli altri che agiscono sulla sostanza muscolare, e altri ammettono, in fine, azioni peculiari sulle « giunzioni neuro-muscolari», vale a dire su quei punti dove le fibre nervose penetrano nelle muscolari.
La fisiologia comparata non aveva portato finora alcuna prova indiscutibile a sostegno dell’una o dell’altra teoria, perchè in tutti gli animali il cuore è sempre accompagnato dai suoi gangli; anzi, in generale, può dirsi che, come il cuore, ogni altro organo contrattile viscerale è un tessuto di elementi contrattili e nervosi gangliari; si che la questione della genesi nervosa o muscolare dei movimenti così detti automatici di cotali organi (chè tutti ne presentano, se bene diversi siano per ritmo, intensità ecc.) comprende, in realtà, non solo i moti del cuore, ma anche quelli di tutti gli organi muscolari lisci. Qualcuno affermò che il muscolo liscio retrattore del pene (del cane e di altri animali), che pur eseguisce movimenti automatici, sebbene separato dal corpo, fosse privo di cellule gangliari. Ma questa affermazione ha subito la sorte di quelle analoghe di Engelmann riguardanti alcuni tratti dell’uretere, di certe vene ecc.; proprio a me, fautore della teoria miogena, per la quale ho lavorato e combattuto, è toccato dimostrare che nel M. rectractor penis del cane esistono cellule nervose gangliari. Nè ciò può far maraviglia, quando si pensi che formazioni muscolari liscie e cellule gangliari vanno sempre congiunte insieme, in qual siasi animale.
La questione sembrava giunta, come suol dirsi, sopra un binario morto, quando ecco, un fisiologo americano, il Carlson, trova il cuore d’uno speciale invertebrato, il Limulus poliphemus, in cui la massa degli elementi nervosi gangliari è disposta, rispetto al muscolo cardiaco, in modo da poterne essere facilmente separata senza ledere la parete muscolare del cuore. Era proprio il caso di esclamare: eureca!
La scoperta non rimase infruttuosa. Da varii anni il Carlson lavora su quell’organo singolare, ripetendo su esso tutti gli esperimenti fatti sul cuore degli altri animali; e già ha pubblicato più d’una dozzina di memorie sull’argomento, sfruttando sapientemente il prezioso materiale, che noi, del vecchio mondo, non possiamo utilizzare, perchè quell’animale non vive nei nostri mari1.
I resultati delle ricerche del Carlson sono disastrosi per la teoria miogena, bisogna confessarlo subito.
Estirpato il ganglio, ogni movimento del cuore, del resto integro, s’arresta per sempre. E non solo i moti cardiaci sono d’origine gangliare, ma la coordinazione dei medesimi e anche la conduzione «in the heart of this animal takes place in the nervous and does not take place in the muscular tissue».
Il cuore privo della massa gangliare, o in cui le connessioni nervee fra questa e il miocardio sono state troncate, «may be made to contract by mechanical or eletrical stimulation, but the contraction always ceases with the cessation of the stimulation». «I have — dice l’Autore — never observed a spontaneous contraction in heart or part of the heart deprived of the nerve-cord. The presence of the lateral nerves (due tronchi nervosi per cui passano le fibre che segmentalmente connettono la massa gangliare mediana con i varii tratti del tubo cardiale) is not sufficient to maintain the rhythm in the absence of the median nerve-cord. .... The heart beat in Limulus is, therefore, of purely nervous origin, the result of rhythmic nervous impulses sent out from the median nerve-cord».
È necessario che io m’indugi ora sulle osservazioni particolari fatte dal Carlson? Non credo. Mi basti aggiungere che, secondo lui, tutte le così dette proprietà fisiologiche generali del cuore (periodo refrattario, fenomeno della scala, legge del tutto o nulla ecc.) dipendono dagli elementi nervosi gangliari, e non dai muscolari, che sono puramente passivi. Un solo punto merita speciale menzione.
Secondo Carlson, la funzione motoria del cuore di Limulus sarebbe essenzialmente di natura riflessa; il ganglio cardiaco agirebbe come un centro spinale, giungendovi fibre centripete e partendone altre centrifughe; i processi d’inibizione non si generano nel miocardio, ma nel ganglio, e le fibre inibitorie appartengono esclusivamente ai nervi estracardiaci; esse producono l’inibizione agendo sugli elementi nervosi gangliari, vale a dire arrestando le contrazioni riflesse, non sugli elementi muscolari.
«The nerve-fibres passing from the ganglion-cells in the nerve-cord to the heart-muscle are ordinary motor fibres. They exhibit a very low excitability to the induced current; nevertheless the heart-muscle responds to single induces shocks applied to the nerves. Stimulation of the nerves with the interrupted current produces tetanus of the hert-muscle.
«The ganglion or nerve-cord on the dorsal side ot the heart is a reflex centre. Stimulation of the sensory or centripetal nerve-fibres passing from the wall of the heart to the nerve-cord augmente the rhythm, and may start a rhythm in a heart that is quiescent from exhaustion. There is no evidence of the presence ot a local inibitory reflex mechanism».
Data l’importanza da molti attribuita alla tensione delle pareti del cuore nella funzione di esso, ricorderò ancora che «a certain degree of mechanical tension on the heart walls, or pressure of an indifferent liquid in the cavity of the heart, augments the rhythm, and may start a rhythm in hearts that are quiescent from exhaustion. These effects are produced only in case the nerve-cord is intact. After extirpation of the ganglion, neither hydrostatic pressure in the heart cavity, nor mechanical tension on the heart walls, produces contractions».
Finalmente, tutte le sostanze chimiche, dal cloruro sodico agli alcoloidi e ai glucosidi, ai così detti «veleni del cuore», producono i loro ben noti effetti agendo non sulla muscolatura ma sul ganglio.
Dunque, alla teoria miogena è stato dato scacco sotto ogni aspetto; nè voce si leva a difenderla da cotali assalti. Gaskell ed Engelmann tacciono; solo qualche discepolo del secondo rompe ancòra qualche lancia, e forse più in omaggio del glorioso Maestro, che della Verità, che sembra esser passata dall’altra parte.
Rimane, unico rifugio dei miogenisti, il cuore embrionale, che pulsa senza gangli. Mai ahimè, assai diverse sono, nell’embrione e nell’adulto, sia le condizioni funzionali, che i rapporti istologici fra elementi nervosi e muscolari.
L’assenza di cellule gangliari dal cuore embrionale non è stata finora dimostrata con quei delicatissimi metodi recenti, che valgono a scoprire elementi nervosi dove prima non se ne sospettava nemmeno la presenza. Chi sa, se in quello stato sinciziale che caratterizza i tessuti embrionali, anche il cuore non possegga i suoi abbozzi gangliari, che niuno finora ha potuto svelare.
Un’obiezione odo muovere dal campo dei miogenisti: possono applicarsi al cuore dei vertebrati le conclusioni tratte da indagini fatte sugli animali inferiori?
Ma i neurogenisti sono pronti a ribattere: e non applicavate voi i criterii desunti dallo studio del cuore embrionale alla funzione del cuore adulto?
Certo, le funzioni organiche non si esplicano su un identico piano, in tutte le classi dei viventi; ma ciò può dirsi solamente di certi caratteri accessorii, di certe proprietà secondarie; le proprietà fondamentali però non presentano differenze essenziali da classe a classe. Tutta la questione, di cui ci siamo occupati, si riassume in queste parole: gli elementi muscolari del cuore hanno la capacità di contrarsi spontaneamente, vale a dire senza essere stimolati dall’esterno? Pare di no, nel Limulus.
Ora è possibile ammettere che siffatta proprietà fondamentale sia posseduta dagli elementi muscolari del cuore di tutti gli altri, animali, e solo a quelli del Limulus faccia difetto?
Un’altra questione secondaria, ma di poca importanza, è la seguente:
Se la contrazione del cuore è di natura nervosa riflessa, qual’è lo stimolo normale che la provoca? Si noti che lo stimolo può agire continuamente o ritmicamente, perchè, data l’esistenza del periodo refrattario, anche una stimolazione continua può avere un effetto motorio riflesso ritmico.
Tale questione non è stata ancòra risoluta, nemmeno dagli esperimenti di Carlson.
Fra gli stimoli ritmici normali, sarebbe in primo luogo da ricordarsi la periodica replezione delle cavità cardiache, la quale agirebbe, per la tensione delle pareti del cuore che inevitabilmente produce, press’a poco nel modo in cui la distensione delle pareti alveolari del pulmone stimola le fibre regolatrici del vago. Nel cuore vuoto estirpato e sospeso (alla maniera di Gaskell ed Engelmann), potrebbe ammettersi che il peso della leve agisca come il sangue che s’accumula e gravita sulle pareti del cuore in situ.
Fra gli stimoli continui, bisognerebbe in primo luogo mettere certi costituenti chimici del sangue. In un lavoro recente2 si afferma che il costituente chimico del plasma sanguigno, cui spetta l’uffizio d’intrattenere o ristorare il moto ritmico del cuore, è il cloruro sodico (verosimilmente i sodioioni).
E «it would seem that certain agents, such as the constant current, induction shocks, and mechanical tension, which have been considered capable of producing activity in heart strips, owe their power to the solution of sodium chloride used with them».
Accennerò, da ultimo, a un fatto che avrebbe potuto infirmare alquanto la teoria neurogena prima delle osservazioni del Carlson, ma che ormai non ha più valore. Io ho scoperto che i monconi venosi del cuore di Emys europaea eseguiscono due ordini di contrazioni ritmiche: alcune più frequenti, sincrone con le pulsazioni del cuore; altre meno frequenti, identiche con le «oscillazioni del tono» di Fano. Ora, le pareti di quelle vene contengono elementi muscolari striati trasversalmente ed altri lisci, e si può supporre, per ragioni che sarebbe superfluo qui ricordare, che ai primi siano dovute le contrazioni frequenti, e alle seconde le «oscillazioni del tono». Ma se tanto le une quanto le altre contrazioni non sono di natura miogena, ma debbono essere di natura neurogena, bisogna ammettere in quelle pareti venose resistenza di due specie di gangli, per le due specie di contrazioni. Queste due specie di gangli esisteranno, ma non sono ancora stati messi in evidenza.
Inoltre, la stimolazione del vago inibisce le contrazioni frequenti (per brevità e per analogia, dirò le sistoli venose), mentre aumenta le «scillazioni del tono»; e la stimolazione del simpatico inibisce le «oscillazioni del tono», mentre aumenta le sistoli venose.
Non volendo ammettere nel vago e rispettivamente nel simtico ordini diversi di fibre, bisogna necessariamente ammettere due specie di gangli, di cui dicevo dianzi, e che gli eccitamenti nervei producono effetti antagonistici nelle cellule gangliari in conseguenza della natura diversa di queste, ossia dell’azione diversa che sugli eccitamenti nervei esse esercitano, mentre gli eccitamenti passano per i loro corpi, conforme alla natura diversa di questi medesimi. Sarebbe questo, infatti, uno degli esempi più dimostrativi di quanto il corpo d’una cellula gangliare intercalata sopra un conduttore nerveo possa influire sull’azione nervea che si svolge per l’arco del conduttore stesso. Ma non basta. Bisogna ancora ammettere che le stesse cellule gangliari, poniamo quelle che governano la funzione motoria delle cellule muscolari liscie, rispondano agli eccitamenti vagali in un modo (aumento della funzione motoria), e in modo antagonistico agli eccitamenti simpatici (diminuzione della funzione motoria).
Come si vede il problema è complesso; ma una metà di esso si riscontra in qualsiasi cuore, specie di vertebrato, che presenta le sole contrazioni sistoliche: la stimolazione del vago inibisce queste contrazioni, la stimolazione del simpatico produce l’effetto opposto, le aumenta. Anche qui, o gli eccitamenti nervei hanno per sè stessi qualche cosa di caratteristico, da rendere ragione degli effetti antagonisti, o le stesse cellule gangliari rispondono in modo antagonistico ad eccitamenti identici, ma che loro giungono per fibre nervose diverse. Chè se, per altro, come voleva Gaskell, l’azione delle fibre vagali e simpatiche si esercitasse direttamente sulle cellule muscolari del cuore, e non sulle cellule nervose dei gangli, come vogliono Carlson e i neurogenisti, la difficoltà sarebbe spostata di sede, ma non diminuita, perchè è altrettanto difficile intendere come mai una cellula muscolare risponda in due modi opposti a eccitamenti giungenti per fibre nervee diverse, se la ragione della differenza non sia già in queste ultime, voglio dire nella natura degli eccitamenti.
Ma la stessa difficoltà s’incontra nei centri nervosi spinali o cerebrali. Ecco un’azione riflessa: certi eccitamenti la attenuano o la inibiscono, altri la intensificano, la esaltano; e pure gli uni e gli altri agiscono (almeno, ciò si ammette dai fisiologi) sullo stesso centro spinale, sulle stesse cellule gangliari che costituiscono il detto centro. Come avviene ciò?
In conclusione, dopo le ricerche del Carlson, io non esito ad esprimere l’opinione che la teoria miogena della funzione cardiaca non è più sostenibile, fino a quando prove sperimentali della stessa forza di quelle dell’Autore americano non vengano addotte a sostegno di essa.
- Napoli
Note
- ↑ Il Gaskell, a Cambridge, ne ha ricevuti numerosi esemplari, conservati in alcool, che gli son serviti per i suoi studii sul sistema nervoso ecc. del Limulus, e per le sue elucubrazioni circa l’origine dei Vertebrati; ed io nel suo laboratorio vidi, nel 1898, questi animali, quando ancòra non si conosceva la singolare struttura del loro cuore.
- ↑ D. J. Lingle. - Restorers of the cardiac rhythm. Americ. Journal of Physiol., XIV, 5, p. 433, 1905.