LA FORMAZIONE SCIENTIFICA DI CARLO MATTEUCCI
L'OPERA SCIENTIFICA DI CARLO MATTEUCCI
L'ELETTROFISIOLOGIA DOPO MATTEUCCI
BIBLIOGRAFIA
MODULO DIDATTICO
Carlo Matteucci nasce a Forlì, il 20 Giugno
1811; figlio unico di un medico, Vincenzo che esercitava la sua professione nell'ospedale
di Forlì. La madre Chiara Folfi, di nobili origini era donna colta se si considera il
livello medio delle donne del tempo, sensibile e dolce influenzò notevolmente la vita del
figlio nonostante morisse quando egli era ancora un bambino.
Carlo Matteucci frequentò il Ginnasio della città di Forlì, dove si distinse in tutte
le materie, ma già i suoi interessi erano particolarmente rivolti alle materie
scientifiche, cosa che determinò la scelta della facoltà di Fisica.
Fu una decisione abbastanza originale, dal momento che la maggior parte degli studenti si
indirizzava verso studi di tipo giuridico, letterario e tra quelli scientifici
primeggiavano sicuramente quelli medici. Da un articolo dedicato a letterati, scienziati,
artisti e patrioti di Romagna vissuti nel periodo 1750-1860 si può constatare che tra gli
scienziati contemporanei di Matteucci figurano solo dei medic. L'amore per il sapere
scientifico lo portò comunque a scegliere una facoltà che offriva, tra l'altro ben pochi
sbocchi professionali (avrebbe aspettato 12 anni per avere la cattedra di Fisica), cosa
abbastanza considerevole per il Matteucci in quanto la famiglia era, dal punto di vista
economico mediocre, infatti possedeva solo la casa in città (vicino al centro cittadino
in una via che ora porta il suo nome) e un piccolo podere che fu poi dal padre venduto. Le
rendite non erano, quindi, tali dal dispensarlo dal lavoro e permettergli di dedicarsi
esclusivamente allo studio.
Nel novembre del 1825 il giovane Matteucci, poco piu' che quattordicenne, veniva ammesso
al secondo anno della facoltà di Fisica e Matematica dell'Università di Bologna dove
conseguì la laurea il 29 Gennaio 1829, a soli 17 anni, con una tesi di meccanica
generale. Il conseguimento della laurea viene datato in modo diverso da alcuni biografi
del Matteucci, per esempio il Bianchi parla di "7 aprile 1828".
Il clima che si respirava allora all'Università di Bologna risentiva certo della
situazione di pesantezza e di chiusura che si erano ripristinate quando, conclusasi
l'esperienza del dominio francese (1796-1815) il Papa Pio VII era tornato a esercitare il
suo governo sull'Emilia Romagna, le Marche, l'Umbria e il Lazio.
Con l'elezione di Papa Leone XII scomparve quasi ogni retaggio della dominazione francese;
egli tentò con ogni mezzo di ripristinare le antiche consuetudini, confermando e
aumentando il potere ecclesiastico, negò la libertà di stampa e con la bolla "quod
divina sapientia" promulgata nel 1824 riduceva ogni forma di istruzione sotto
l'esclusivo controllo del clero. La bolla prevedeva che tornasse obbligatorio lo scrivere
e il parlare in latino, che non avesse spazio alcuna materia di ordine pratico, ma
dominasse incontrastato l'insegnamento del pensiero metafisico. Veniva negata l'istruzione
tecnica, scientifica, ginnica e militare, non permessi i congressi scientifici.
Provvedimenti di questo tipo si accompagnavano all'espulsione delle persone sospette,
così molti valenti professori furono allontanati dall'Università di Bologna. Nicomede
Bianchi parla di questa decadenza, riferendosi soprattutto a quella della sua fama
scientifica, tuttavia non la vede spinta a tal punto da far perdere il suo valore. Quando
il Matteucci vi studiò, osserva, tenevano i loro corsi personaggi di rilievo.
Le costrizioni che venivano introdotte dal clero negli atenei, come pure la generale
situazione politica, diedero vita a proteste e moti di ribellione. Quando si verificarono
fatti di questo tipo, nel 1825, il Matteucci era in pieno corso di studi ma non partecipò
alle iniziative di protesta.Anche se si trovava d'accordo con i motivi di fondo il suo
mite temperamento non corrispondeva a quel tipo di ribellione.
Durante la fase universitaria si dedicò, piuttosto, allo studio profondo, alla
meditazione e alla lettura, cominciando a informarsi delle teorie scientifiche allora più
discusse.
Nel 1827, a soli sedici anni, pubblicò la sua prima opera: Cenni sull'influenza
dell'elettricità nella formazione delle principali meteore acquee, a cui seguirono
subito dopo altri scritti. Componeva infatti tra il 1827 e il 1829: Discorso sul
periodo dei temporali, Discorso sulle pietre meteoriche, Del temporale,
Discorso sull'influenza dell'elettricità terrestre sui temporali. L'argomento,
come si vede, è sempre quello meteorologico.
Conseguita la laurea, Matteucci tornò a vivere nella casa paterna a Forlì, dove avrebbe
voluto continuare la sua attività di laboratorio ma gli strumenti di cui disponeva erano
molto pochi, solo quelli messi a disposizione dal collegio Tartagni di Forlì e quelli di
sua invenzione.
Erano gli anni in cui la grande questione scientifica, su cui si concentrava l'attenzione
di tutti gli studiosi europei, era costituita dall'elettricità, che quindi suscitò
l'interesse anche del Matteucci. Ben presto l'ambiente in cui viveva si dimostrò inadatto
per svolgere le sue ricerche e rivolse, quindi la sua attenzione oltre i confini della
limitata vita scientifica italiana.
Matteucci partì per Parigi nell'ottobre del 1829. La prima persona con la quale prese i
contatti fu lo scienziato Pouillet grazie al quale ottenne l'iscrizione alla scuola di
fisica dell'Università. La capitale francese era in quel tempo il centro della cultura
scientifica; nella sua Università insegnavano maestri di fama eccezionale (Cuvier,
Becquerel, Pouillet, Chevreul, Dumas, Arago, ed altri), vi erano laboratori accuratamente
attrezzati e gran fervore intellettuale. Matteucci, sebbene iscritto a Fisica, prese
lezioni di quasi tutte le discipline scientifiche, non solo, ma seguì anche i corsi di
Diritto amministrativo e quelli di Storia. Negli otto mesi in cui rimase a Parigi prese in
particolare contatti con lo scienziato Francois Arago, che svolgeva studi
sull'elettromagnetismo. Fu l'unica amicizia ad avere un seguito, infatti Matteucci rimase
in contatto epistolare con lui e quando tornò a Parigi per la seconda volta, nel 1837, fu
proprio Arago a prendere pubblicamente le sue difese, riconoscendogli l'originalità di
certe sue scoperte sulla torpedine.
Tra gli scienziati coi quali Matteucci entrò maggiormente in contatto, vanno ricordati
anche Becquerel e Chevreul; il primo si interessava agli studi elettrici, il secondo
alla chimica. L'esperienza parigina fu importantissima per la formazione scientifica di
Matteucci, in quanto l'ambiente e l'esempio di sommi uomini di scienza lo stimolarono a
continuare nella ricerca scientifica con rigore e seguendo il metodo scientifico da loro
appreso.
Durante il soggiorno parigino Matteucci scrive una memoria Sulla decomposizione dei
sali metallici per mezzo della pila, che venne pubblicata sulle "Annales de
Chimie et de Physique", la piu' prestigiosa rivista nell'ambito scientifico di quel
tempo, e una delle più stimate d'Europa.
Ritornò in Italia nel giugno del 1830, con un notevole bagaglio di esperienze che
accelerarono non solo la sua maturità scientifica ma anche quella politica in quanto, a
Parigi, assistette alla preparazione dei moti che sfociarono nei fatti del luglio 1830 in
cui Carlo X verrà cacciato per lasciare il posto alla monarchia costituzionale di Luigi
Filippo d'Orleans.
In Italia era il periodo in cui cominciava il fervore contro il potere teocratico che
portò poi ai moti che scoppiarono nel 1831 e che videro l'Emilia Romagna e quindi anche
Forlì al centro delle rivoluzioni. Matteucci, pur di idee liberali, non approvava la
protesta violenta e quindi non scese in piazza ma fu comunque tenuto sotto controllo dalla
polizia papale.
Egli continuava i suoi studi scientifici, cominciando la sua produzione letteraria sugli
argomenti più dibattuti inerenti l' elettricità.
Sul problema dell'elettricità animale (tema che verrà successivamente ampliato e per il
quale si ricorda maggiormente l'opera scientifica del Matteucci) pubblica una memoria nel
1830, Sulla contrazione provata dagli animali nell'aprirsi del circuito elettrico in
che trovansi. In realtà già aveva scritto qualcosa sull'argomento quando ancora si
trovava a Parigi. Si tratta di un lavoro Sur la putrefation animale pubblicato
sulle "Annales de Chimie et de Phyisique" nel 1829. Esso doveva contenere
sicuramente osservazioni interessanti se fu ritenuto degno di figurare su una rivista che
era una delle piu' importanti d' Europa.
Sullo stesso argomento fu tenuta anche, da Matteucci, una conferenza a Forlì
all'Accademia dei Filergiti che costituiva un notevole centro culturale per tutta la
regione. Vi figuravano in quegli anni iscritti come Maurizio Bufalini, Pietro Giordani,
Manzoni, Leopardi, Romagnosi, Nobili e dal 1830 anche Matteucci.
Nell'ottobre del 1831 fu chiamato da Fusinieri a prendere parte al suo giornale
"Rivista delle scienze fisiche" che rappresentava una sorta di bollettino per le
scienze naturali, in particolare per il territorio nazionale, anche se per la verità le
pubblicazioni scientifiche in Italia uscivano molto raramente. Nel 1831 Matteucci scrisse
4 lavori di argomento fisico e chimico: Azione del cloro sulla bile, Esame
dei fenomeni presentati dall'azione del calore sull'acetato neutro di piombo, e dei
prodotti che si svolgono, Discorso sull'influenza del calore sul magnetismo,
Lettera su alcuni fenomeni del calore, indirizzata ad Arago.
Dopo la morte del padre, avvenuta nel giugno del 1834, Matteucci lasciò quasi
definitivamente Forlì per stabilirsi a Firenze, realizzando così un desiderio presente
da tempo. Firenze o comunque la Toscana rappresentavano per lui l'unica oasi di libertà
in Italia, l'Università di Pisa, l'unico luogo che favoriva oltre lo sviluppo letterario
anche quello scientifico. Prima di partire, a Forlì, lo scienziato pubblicò ancora 5
opere: Della composizione degli acidi vegetabili e specialmente dell'acido acetico,
Sulle correnti elettromagnetiche di Faraday, Sulla formazione della grandine, Sopra
le interferenze dei raggi calorifici oscuri, Sulla natura chimica e sulla
formazione di un calcolo intestinale.
Sono invece del 1834, quando il Matteucci risiedeva già a Firenze, due opere: Sull'elettricitè
animale e Sulla forza elettrochimica della pila. L'anno seguente usciva
anche un'opera volta a continuare questo argomento di elettrochimica Sul passaggio
della corrente elettrica fra i metalli e i liquidi e fra i liquidi e i liquidi.
A partire dal '36 inizia la produzione scientifica inerente l'elettrofisiologia, con la
quale il Matteucci apporta un contributo fondamentale per la comprensione dei fenomeni
elettrici negli animali e getta le basi fisiche della moderna elettrofisiologia.
Nel 1835 completa la sua prima e fondamentale opera sul metodo da seguire nello studio dei
sistemi viventi: Sopra gli elementi del progresso della scienza dell'organismo,
in cui si mette in evidenza che sulle funzioni organiche non ha influenza una forza vitale
ma esse sono regolate dalle stesse leggi che presiedono la chimica e la fisica, assestando
in tal modo un colpo alle dottrine vitalistiche. La prima edizione di questa memoria
risente sicuramente del clima che si stava allora vivendo negli ambienti scientifici
toscani,in seguito alla riscoperta di Galileo.
Gli scienziati che sentivano l' esigenza di un profondo rinnovamento consideravano la
scienza come svincolata da problemi morali e religiosi e Galileo era il simbolo di una
scienza libera. La seconda edizione uscita nel '39 a Forlì, quindi nello stato
pontificio, nonostante Matteucci fosse meno drastico nella considerazione meccanicistica
della vita, suscitò dei sospetti e l'autore fu chiamato a Roma per rendere conto delle
sue affermazioni al Tribunale dell'Inquisizione.
Nel 1837, Matteucci si reca di nuovo a Parigi per esporre i risultati dei suoi esperimenti
sulla rana e sulla torpedine ad una commissione composta da scienziati molto importanti
quali Humboldt, Arago, Becquerel, Faraday, i quali poi riferirono ai soci
dell'Academie des Science. Riscuote un successo insperato ed elogi tanto che Faraday si
felicita con lui e Humboldt, nel congratularsi, gli comunica l'importanza che il suo nome
ha acquistato presso i fisici dell'Accademia di Berlino e in tutta la Germania. Il
successo non venne condiviso dagli scienziati italiani, infatti i risultati delle ricerche
di Matteucci non suscitarono alcun interesse nel convegno scientifico che si tenne a Pisa
nel '39.
Dal 1838, subito dopo il soggiorno parigino, al 1840, Matteucci assunse la direzione del
laboratorio chimico dell' Ospedale di Ravenna, dove ebbe la possibilità di continuare le
sue ricerce sui pesci elettrici e iniziò i lavori sui potenziali di demarcazione nelle
rane.
Nel 1840 il Granduca Leopoldo II chiamava Matteucci a ricoprire la cattedra di Fisica
dell'Università di Pisa dove potè continuare i suoi esperimenti servendosi di strumenti
tecnologicamente piu' avanzati.
Nel 1840, pubblica un lavoro molto importante per lo studio dei potenziali di demarcazione
e le correnti d'azione dal titolo Essai sur les phenomenes elettriques des animaux,
scritto in francese, in omaggio all'Accademia di Parigi. Questa opera rimane quella
fondamentale di tutto il lavoro di Matteucci e segna un progresso nella comprensione dei
fenomeni elettrici negli animali.
Nel 1844, Matteucci pubblicava le lezioni sui fenomemi fisico-chimici dei corpi viventi e
un voluminoso trattato in francese dal titolo Traitè des phenomenes electro
physiologiques des animaux, in cui riporta i risultati delle sue ricerche eseguite
sempre sui pesci elettrici e sulla "corrente di rana", compiute nei laboratori
dell'Università di Pisa.
Nell'estate del '44, convalescente da una malattia, Matteucci fece un viaggio durante il
quale passò dalla Svizzera alla Francia e all'Inghilterra.
In Inghilterra rimase entusiasta dell'ottima accoglienza che gli rese il mondo scientifico
e del modo di vivere inglese; ebbe finalmente l'occasione di incontrare Faraday, con il
quale da parecchio tempo teneva una vivace corrispondenza. L'Inghilterra sarebbe diventata
la sua patria ideale, sposò nel '46 una donna inglese, Robinia Young, e nel 1848 ebbe la
medaglia Copley della Royal Society di Londra, quale riconoscimento per la sua attività
scientifica. E' di questo periodo anche la polemica, scoppiata con Emil Du Bois-Reymond
della scuola berlinese di fisiologia, che, sorta su un piano scientifico, degenerò su
quello personale in quanto Matteucci fu accusato di non saper scrivere e di frettolosità
nelle sue opere.
Nel 1855, insieme con Raffaele Piria, fondò " Il Nuovo Cimento" divenuto dal
1897 organo della Società italiana di Fisica e oggi una delle piu' prestigiose riviste
europee.
Il periodo che va dal 1844 alla morte, vede Matteucci impegnato in molteplici attività,
come esponente delle correnti liberali toscane nel 1848, come senatore e ministro della
Pubblica istruzione, come vicepresidente del Consiglio superiore della Pubblica
Istruzione.
Il suo nome resta legato alle ricerche compiute tra il 1836 e il 1844, anche se non restò
inattivo nel campo della ricerca scientifica nemmeno negli anni della sua attività
politica. Le sue opere di questo periodo, comunque, riprendono e ripetono osservazioni e
scoperte eseguite precedentemente.
Muore a Livorno, affetto da una malattia di cuore il 24 giugno 1868.
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Il 1800 è un periodo di grandi scoperte
scientifiche nel campo della fisica, della chimica e delle scienze naturali.
Per la fisica la scoperta della forza elettrica creò notevoli entusiasmi tanto che si
cercò di spiegare moltissimi fenomeni chiamando in causa tale forza. E' del 1800
l'invenzione della pila da parte di Alessandro Volta, della prima metà del secolo le
fondamentali esperienze di Faraday sull'elettricità e il magnetismo, e ancora delle
teorie di Oersted, di Arago, di Ampere, del 1864 la grande sistematizzazione teorica delle
leggi sull'elettromagnetismo operata da Maxwell.
Ancora nel campo della fisica da ricordare le teorie termodinamiche di Joule, Helmoltz,
Mayer, Kelvin. Importanti nel campo della chimica nomi come Davy e Berzelius per
l'elettrochimica.
A ciò vanno aggiunte alcune basilari scoperte biologiche come quella della cellula
animale e l'elaborazione della teoria cellulare, del processo che determina la
fecondazione, della sintesi in laboratorio di sostanze organiche a partire da sostanze
inorganiche, le teorie evoluzionistiche di Lamarck e quindi di Darwin.
L'opera scientifica di Matteucci si colloca in questo contesto dove erano ancora vive le
teorie vitalistiche secondo le quali le funzioni dei sistemi viventi sono regolate da una
forza vitale peculiare della vita, ma dove, a causa delle nuove scoperte scientifiche,
stava venendo avanti una concezione meccanicistica della vita.
Matteucci fu uno dei primi scienziati italiani a portare avanti il discorso
meccanicistico. Infatti, già nel suo lavoro del 1835 "Sopra gli elementi della
scienza dell'organismo", indica il metodo da seguire per lo studio dei sistemi
viventi fondamentalmente basato sul principio che le funzioni dei viventi seguono le leggi
della chimica e della fisica , idea senz'altro rivoluzionaria se si considera che a quel
tempo la scienza era sotto il controllo del potere ecclesiastico che sosteneva
naturalmente la concenzione della "forza vitale"..
Come conseguenza di tali convinzioni e per le influenze che ebbe su di lui l'ambiente
pisano, la ricerca scientifica di Matteucci ha senz'altro avuto un'impostazione di tipo
galileano: egli perveniva a risultati solo dopo esperimenti ripetuti e comunicava le
proprie osservazioni e conclusioni ai più grandi scienziati del tempo superando i
ristretti confini del territorio nazionale. Questo scambio di informazioni è ancor oggi
punto fondamentale per la conduzione di una buona ricerca scientifica . La metodologia
seguita e sostenuta, basata sulla concezione meccanicistica , sulla sperimentazione e
sugli scambi di informazioni, si può considerare uno dei grandi pregi dell'opera di
Matteucci.
Prima del 1835 condusse esperimenti e pubblicò opere sui fenomeni meteorologici, su
quelli chimici e sui grandi temi dell'elettricità, di cui molti fisici si occupavano;
sperimentò e provò, nella sua fase giovanile, teorie già conosciute. Non è,
comunque, da sottovalutare neanche questa fase, in quanto dimostra quanto Matteucci fosse
aggiornato sulle dispute scientifiche del suo tempo.
Il suo nome rimane particolarmente legato alle scoperte che consentirono il fondamento su
base scientifica della moderna elettrofisiologia, cioè di quella disciplina che studia i
fenomeni elettrici che avvengono negli organismi animali.
L'esistenza dell'elettricità animale era ormai un fatto accertato, dopo gli esperimenti
di Luigi Galvani ma ancora non si sapeva qual era il meccanismo della manifestazione di
tali fenomeni elettrici e tanto meno la causa che li generava.
Il primo fenomeno osservato da Galvani risale al 1780, allorchè notò delle contrazioni
in una rana scorticata. Le contrazioni avvenivano toccando con un coltello i muscoli di
una rana scorticata posta vicino a una macchina elettrostatica: nello stesso istante in
cui scoccano le scintille nella macchina si osservano le contrazioni. Galvani, sorpreso da
questo inatteso risultato , volle controllare se la rana subiva le stesse contrazioni per
effetto delle scariche atmosferiche e ottenne risultati positivi.
Nel 1786, Galvani osservò che una rana , appesa ad una ringhiera, subiva delle
contrazioni quando accidentalmente si stabiliva un contatto metallico fra i muscoli delle
zampe e i nervi lombari.
Successivamente egli stesso si accorse che le contrazioni erano più intense se il
contatto metallico tra i nervi lombari e i muscoli degli arti inferiori avveniva per mezzo
di un arco bimetallico costituito cioè da due metalli diversi. Galvani non attribuì
molta importanza al fatto dell'arco bimetallico e finì con l'interpretare i fenomeni
osservati attribuendoli a una vera e propria elettricità di origine biologica; il metallo
chiudeva un circuito che permetteva un flusso di fluido elettrico contenuto nei tessuti
Volta, allora professore di fisica sperimentale alla università di Pavia, venne a
conoscenza della pubblicazione in cui Galvani esponeva i risultati dei suoi esperimenti.
Volta, inizialmente incredulo, cominciò l'esecuzione degli esperimenti di Galvani
constatando con una certa sorpresa la loro realtà; ne derivò una vera e propria disputa
tra Galvani e Volta che coinvolse anche i loro sostenitori.
La questione si poneva nei seguenti termini: la rana si comporta come un elettrometro
particolarmente sensibile capace di rilevare la differenza di potenziale prodotta da una
macchina elettrostatica, dall'elettricità atmosferica e dall'arco bimetallico, oppure è
essa stessa la sorgente del fluido elettrico?
Galvani era per la seconda ipotesi,mentre Volta, inizialmente d'accordo con Galvani, in
seguito sostenne la prima, confortato dal fatto che le scosse erano particolarmente
intense allorchè il contatto avveniva con un arco bimetallico. Galvani a sostegno della
propria teoria adduceva il fatto che le contrazioni si producono anche quando il contatto
avveniva con un solo metallo, ma Volta attribuiva le contrazioni a impurità presenti nel
metallo che ne alterano il comportamento. Volta per dimostrare che l'elettricità poteva
essere generata da contatti di superfici di due diversi metalli con un sale, giunse ad
inventare la pila elettrochimica, che egli trionfalmente denominò"un organo
elettrico artificiale". Questo contributo di Volta fu così rilevante e di così
grande importanza per ulteriori ricerche che gli esperimenti di Galvani furono
ignorati.Vennero ignorate anche le dimostrazioni che gli organi elettrici dei pesci
elettrici di fatto generano una corrente elettrica.
Il progresso che seguì la scoperta della pila da parte di Volta condusse a miglioramenti
nelle misurazioni elettriche. L'invenzione del galvanometro da parte di L. Nobili
risuscitò interesse per l'elettricità animale intorno al 1827.
I primi esperimenti originali che Matteucci condusse nell'ambito di questo contesto furono
quelli sui pesci elettrici i quali presentano un particolare organo in grado, se
stimolato, di generare una scossa elettrica.
Espose i risultati dei suoi esperimenti a Parigi ad una commissione di noti scienziati i
quali poi riferivano all'Accademie des Sciences nel 1837. Matteucci dimostrava che
l'irritazione meccanica d'una regione ben determinata dell'encefalo, che egli in seguito
denominò lobo elettrico, produceva la scarica elettrica della torpedine e che la
distruzione di tale lobo aboliva la scarica elettrica in seguito a stimolazioni
provenienti dall'ambiente. In questo modo Matteucci aveva scoperto il centro riflesso che
permette alla torpedine di rispondere con scariche elettriche del suo organo specializzato
a stimoli esterni e che quindi tali scariche non si generano nell'organo stesso, gettando
le basi per la moderna teoria della propagazione dell'impulso nervoso.
Un nuovo contributo reca alla scienza quando tra il 1840 e il 1844 giunge alla scoperta
delle correnti di demarcazione e delle correnti di azione, scoperta che scatenò le aspre
controversie con il fisiologo berlinese Emil Du Bois-Reymond.
Nel 1842 Matteucci pubblicò i suoi risultati negli"Annales de Chimie et
Physique" e riferiva che l'ago del galvanometro deviava quando un elettrodo era posto
sulla superficie del muscolo e uno all'interno di una ferita fatta nel muscolo stesso.
Egli scopriva cosi' quelle che piu' tardi sarebbero state chiamate le correnti di
demarcazione , la cui esistenza spiegava gli ultimi esperimenti di Galvani.Matteucci non
vide questo rapporto tra i suoi risultati e quelli di Galvani. Esso doveva apparire chiaro
solo molto piu' tardi.Ma vide chiaramente però che la direzione della corrente era
costante: un fenomeno che ora sappiamo essere dovuto all'esistenza di una differenza di
potenziale , pure costante, fra l'esterno e l'interno della fibra muscolare.
L'altra scoperta che Matteucci comunicava all'Accademia delle Scienze di Parigi, sempre
nel 1842,riguarda la "scossa indotta".Fu Dumas a comunicarla all'Accademia e a
raccontare da quale esperimento il Matteucci l'aveva dedotta.
Si trattava di preparare la coscia di una rana lasciando il nervo sciatico (nervo motore)
attaccato ( zampa galvanoscopica) ;quest'ultimo poi doveva essere posto sulle cosce di una
rana preparata alla Galvani, in corrispondenza della superficie di un muscolo a riposo e
di un muscolo che si contrae sotto l'influenza della stimolazione elettrica del suo nervo
motore.Se alla seconda rana venivano fatti contrarre i muscoli delle zampe, si produceva
la contrazione dei muscoli anche nella zampa della prima rana.L'unica spiegazione
possibile di questo fondamentale esperimento è che il nervo motore della zampa
galvanoscopica venga stimolato dalle correnti d'azione prodotte dalla differenza di
potenziale che si ha tra i muscoli a riposo e i muscoli che si contraggono. Effettivamente
Matteucci vedeva che l'effetto era presente quando fra i muscoli della rana alla Galvani e
il nervo della zampa galvanoscopica era interposta carta inumidita, mentre mancava se la
carta veniva sostituita con una lamina sottile di oro. Becquerel, che aveva subito
ripetuto e confermato l'esperimento di Matteucci, aveva immediatamente compreso che la
foglia d'oro sopprimeva il fenomeno perchè ne eliminava la causa, cortocircuitando le
correnti d'azione muscolare.
A 31 anni Matteucci aveva raggiunto il momento piu' alto della sua opera scientifica .
Sorprendentemente, dopo aver accettato l'interpretazione esatta del fenomeno della scossa
indotta egli abbandonava la via giusta e dava alle sue ricerche un indirizzo che doveva
portarlo verso una via senza uscita.
La polemica con Du Bois-Reymond iniziò già dal 1845 e riguardò, inizialmente, una
scoperta fatta dal Matteucci nel 1838, della quale egli non seppe cogliere l'importanza;
si trattava dell'osservazione dell'assenza di corrente elettrica in una rana colpita da
tetano. La spiegazione di tale fenomeno fu data successivamente da Du Bois-Reymond in una
pubblicazione del 1843, nella quale egli confermava molte delle argomentazioni svolte dal
Matteucci sulla corrente muscolare e si soffermava in particolare sulla constatazione
secondo cui, al momento della contrazione muscolare, la corrente di demarcazione tende ad
annullarsi . La spiegazione di questo fenomeno, scoperto indubbiamente da Matteucci, si
deve esclusivamente a Du Bois-Reymond: secondo quest'ultimo ciò che accade è una
variazione dello stato di polarizzazione (potenziale d'azione). La polemica iniziata dal
Matteucci non si limitò al solo piano scientifico ma degenerò anche su quello
personale.Infatti pare che Du Bois-Reymond non si accontentasse di sottolineare con
durezza gli errori dell'opera scientifica di Matteucci, ma si scagliasse anche contro la
limitatezza della sua cultura generale; gli rimproverava di non saper scrivere, di non
conoscere bene il francese, e criticava la rozzezza del suo stile e la frettolosità delle
sue opere. Matteucci, che aveva iniziato questa polemica, preferì poi mettervi anche fine
negando completamente l'importanza della sua scoperta del'38.In questa prima fase della
polemica, Du Bois Reymond riconosceva, insomma, al Matteucci una sola scoperta importante:
quella della scossa indotta.Il contrasto tra i due scienziati continuò ancora per anni,
con una forte punta nel 1850, anche se si mantenne poi piu' vicino al piano scientifico.
Le scoperte che Matteucci conseguì costituirono comunque nuovi punti fermi su cui
si basa la moderna fisiologia. Nonostante egli fosse riuscito a conquistarsi una certa
fama, piu' a livello europeo che nazionale, spesso non si ritrova il nome di
Matteucci nella storia della scienza; le correnti muscolari, scoperte interamente da
Matteucci, restano per lo piu' legate al nome di Du Bois-Reymond. I motivi di tale
mancanza possono essere dovuti da un lato alla scarsa comprensione che la maggior parte
dei contemporanei mostrò anche verso le sue opere piu' originali.In Italia Matteucci si
trovò inizialmente in una situazione di particolare isolamento:ne diede prova lampante il
congresso scientifico tenuto a Pisa nel 1839, nel quale si ignorò completamente o
comunque si sottolavalutò l'opera di Matteucci che tanti consensi aveva ricevuto in
Europa. Dall'altro lato non si può negare una certa incapacità del Matteucci di portare
fino in fondo le sue scoperte. Per esempio il "potenziale d'azione" scoperto da
Du Bois-Reymond, era già stato osservato tempo prima dal Matteucci, ma l'importanza di
tale fenomeno gli era sfuggita.
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L'ELETTROFISIOLOGIA DOPO MATTEUCCI
L'eredità scientifica di Matteucci viene
raccolta da Du Bois Reymond che inizia la nuova elettrofisiologia, la scienza che studia
la capacità su base elettrica degli animali di reagire a stimoli esterni. Matteucci e in
seguito Du Bois-Reymond, avevano trovato una netta differenza di potenziale quando un
elettrodo era sistemato su un nervo intatto o su un muscolo, e l'altro posto su una parte
lesa di tessuto. Questo potenziale di lesione o demarcazione fu esattamente interpretato
da Du Bois-Reymond come manifestazione di una negatività interna nella cellula a riposo.
Si scoprì inoltre che il potenziale di lesione diminuiva quando il tessuto veniva
stimolato, e Du Bois-Reymond concluse che il nervo o il muscolo generavano impulsi i quali
facevano sì che l'elettrodo che si trovava su un tessuto intatto divenisse negativo
rispetto allo stato di riposo e che gli stessi impulsi viaggiassero nel nervo dal punto di
stimolazione al sito di innervazione del muscolo.
Bernstein che si occupò di questi problemi negli ultimi decenni del XIX secolo e
all'inizio del XX secolo, riteneva che le cellule nervose fossero polarizzate, essendo
l'interno di segno negativo, a causa di una ineguale distribuzione di ioni, diffusibili e
non, ai due lati di una membrana semipermeabile. Secondo l'ipotesi di Bersntein la lesione
provocava la fuoriuscita di ioni che muovendosi secondo il gradiente di concentrazione
davano luogo al flusso di corrente.
Nei primi decenni del secolo, per lo studio dei fenomeni bioelettrici si disponeva solo di
elettrodi di dimensione relativamente grande, composti da un filo di argento ricoperto di
cloruro di argento, le cui dimensioni escludevano misure intracellulari. Nel 1936 fu
introdotto da Young l'uso, negli studi di elettrofisiologia,dell'assone gigante di
calamaro. Fibre giganti di questo tipo sono presenti in diverse specie di invertebrati
come vie di conduzione veloce necessaria alle attività locomotorie; il diametro di queste
fibre può giungere fino a 1 mm e quindi permettere l'uso degli elettrodi metallici sopra
citati.In questo stesso periodo si andava anche sviluppando l'impiego di microelettrodi di
vetro, vale a dire di tubicini di vetro con punta capillare di diametro fino a 0,1
micrometri e anche inferiore. Se si pone una coppia di questi elettrodi all'interno di una
cellula o sulla superficie non si osserva una differenza di potenziale, mentre se i
due elettrodi sono posti uno all'interno e uno all'esterno, si osserva differenza di
potenziale nel misuratore a cui gli elettrodi sono collegati; questo è il potenziale di
riposo. Potenziale di riposo e potenziale di lesione sono due aspetti dello stesso
fenomeno sebbene misurato con modalità diverse: il potenziale di lesione ha valori
inferiori al potenziale di riposo poichè la perdita di corrente che si ha dalla lesione
non giunge all'elettrodo, ma si perde nel mezzo extracellulare. Tornando all'ipotesi di
Bernstein, egli riteneva che la differenza di potenziale fosse dovuta all'ineguale
distribuzione di ioni potassio (K+interno maggiore di K+esterno).
Bernstein non potè provare le sue ipotesi per mancanza di strumentazione adeguata. Gli
sperimentatori che lo seguirono esaminarono a fondo le sue ipotesi e pervennero alla
teoria del potenziale di riposo e del potenziale d'azione e al completo meccanismo di
trasmissione dell'impulso lungo la fibra nervosa non più inteso come una corrente
elettrica data da un flusso di ioni che viaggia lungo la fibra, come si pensava
inizialmente.
Dunque, quando viene messo un elettrodo all'interno della cellula e uno all'esterno, si
registra una differenza di potenziale misurata in circa 70 millivolt, con l'interno della
membrana negativo e l'esterno positivo. Questo è il potenziale di riposo della membrana
caratteristico di tutte le cellule .
Quando l'assone (fibra nervosa) viene stimolato si registra una brevissima inversione
della polarità, cioè l'interno diventa carico positivamente rispetto all'esterno: questa
inversione della polarità è il potenziale d'azione. Il potenziale d'azione che procede
lungo la membrana è l'impulso nervoso.
Il potenziale d'azione dipende dal potenziale elettrico di riposo dell'assone che a sua
volta è instaurato dalla differenza delle concentrazioni ioniche presenti ai due lati
della membrane. Le differenze di concentrazione piu' importanti negli assoni, riguardano
gli ioni potassio(K+) e gli ioni sodio(Na+). Allo stato di riposo la
concentrazione degli ioni K+ nel citoplasma di un assone è circa 30 volte
maggiore rispetto al liquido esterno; viceversa, la concentrazione di ioni Na+
è circa 10 volte maggiore nel liquido extracellulare rispetto al citoplasma.Tale
differenza di concentrazione è mantenuta dalla presenza nella membrana cellulare di una
proteina integrale detta pompa sodio-potassio, che permette il trasporto attivo, contro,
quindi, il gradiente di concentrazione, attraverso la membrana plasmatica ma in direzioni
opposte e a livelli differenti. Essa porta 3 ioni sodio fuori dalla cellula per ogni due
ioni potassio che porta dentro. Ciò rende la superficie interna della membrana neuronale
leggermente meno positiva, cioè negativa, rispetto alla superficie esterna. Quindi la
pompa sodio-potassio crea la differenza di potenziale nota come potenziale di riposo.
Altri fattori che concorrono a produrre il potenziale di riposo sono le caratteristiche
della membrane stessa, la quale è piu' permeabile agli ioni potassio che agli ioni sodio.
Ne deriva che gli ioni potassio diffondono all'esterno,seguendo il loro gradiente di
concentrazione, piu' velocemente di quanto non lo facciano gli ioni sodio verso
l'interno.Inoltre la membrana plasmatica è quasi impermeabile agli ioni negativi che
stanno al suo interno. Ciò lascia un piccolo eccesso di ioni negativi sulla superficie
interna della membrana neuronale.
Quando si applica uno stimolo adeguato ad un neurone, nel punto stimolato aumenta
considerevolmene la sua permeabilità agli ioni sodio che quindi si muovono piu'
velocemente verso l'interno. All'esterno di questo punto diminuisce l'eccesso di ioni
positivi fino a raggiungere il valore zero. Il punto stimolato della membrana non è piu'
polarizzato o come si dice è depolarizzato; questa è una situazione temporanea, infatti
in seguito alla continua entrata di ioni sodio, entro pochi millisecondi si produce una
positività all'interno della membrana, chiamata potenziale d'azione.Un potenziale
d'azione è una differenza di potenziale,attraverso la membrana di un neurone, di circa 30
millivolt con l'interno positivo rispetto all'esterno.Lo sviluppo del potenziale d'azione
nel punto stimolato della membrana neuronale rappresenta il momento iniziale della
conduzione dell'impulso nervoso. L'inversione della polarizzazione nella regione stimolata
della membrana di un neurone provoca un flusso locale di corrente verso la regione
adiacente della membrana medesima.Qui il flusso locale di corrente agisce da stimolo ,
causando la depolarizzazione di questa regione e lo sviluppo del potenziale d'azione.
Allora il potenziale d'azione si muove dal punto originariamente stimolato verso il punto
adiacente della membrana.Poichè il ciclo va ripetendosi da punto a punto in rapida
successione, il potenziale d'azione si muove verso la terminazione dell'assone.Un
potenziale d'azione dura circa un millisecondo in un punto della membrana, poi si instaura
di nuovo il potenziale di riposo come conseguenza di una diminuzione della permeabilità
della membrana agli ioni sodio.
Il potenziale di riposo e il potenziale d'azione, la cui esistenza era stata primariamente
osservata da Matteucci anche se non si era reso conto della loro importanza, spiegano
quindi nel modo suddetto la trasmissione dell'impulso nervoso, dal punto di stimolazione
fino alla terminazione della stessa fibra nervosa. Il passaggio dell'impulso da un neurone
all'altro può avvenire per via elettrica, ma piu' frequentemente, negli animali
superiori, si riscontra una via di trasmissione di tipo chimico. Le strutture di
congiunzione di questo tipo sono chiamate sinapsi e le molecole che fungono da
trasportatori del messaggio, sono i cosidetti neurotrasmettitori che sono quindi i
responsabili della stimolazione della fibra nervosa successiva e dell'insorgenza di un
nuovo potenziale d'azione che si propaga fino alla terminazione. Il ciclo si propaga in
questo modo in tutti i neuroni collegati tra loro. Un meccanismo simile, mediato da
neurotrasmettitori è presente anche nelle sinapsi neuromuscolari ed è responsabile della
contrazione del muscolo in seguito alla ricezione dello stimolo.
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BIBLIOGRAFIA
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