Carl Friedrich Wilhelm Ludwig (1816-1895)

Carl Ludwig fue uno de los creadores de la moderna fisiología. Durante mucho tiempo en la historiografía ha permanecido un tanto oculto tras otras dos figuras, Johannes Müller y Claude Bernard. Las personas de su generación, libres de la Naturphilosophie, se entregaron a fondo en el estudio de los procesos vitales hasta llegar a sus elementos físico-químicos esenciales. Hubo un cambio de paradigma, se pasó de un enfoque vitalista-inductivo a otro mecanicista hipotético-deductivo, en el que el experimento jugó un papel central. El iniciador de esta nueva tendencia fue Carl Friedrich Wilhelm Ludwig [1] .

A lo largo del siglo XIX la situación de Alemania cambió. Aumentó la población; se produjo un desplazamiento desde las zonas agrícolas (el este) a las zonas más industrializadas (al oeste); mejoraron las condiciones sociales, la higiene y la asistencia médica. No obstante, tuvieron que enfrentarse también a periodos de hambruna, a epidemias como la de tifus de la Alta Silesia, o al cólera. Científicos importantes como Liebig y Virchow y otros de los que hablaremos aquí, convencieron al estado de la importancia de la ciencia que podía contribuir a la mejora de las condiciones de vida de la población. El desarrollo de la industria era bueno para Alemania y dependía del progreso de las ciencias naturales. Esto supuso un extraordinario desarrollo científico en el país. La casi veintena de universidades alemanas independientes mantenidas por reyes o príncipes de los estados pequeños, garantizaron la descentralización. Unas competían con las otras, trataban de atraer a los mejores científicos y éstos, pagados por el estado, se convirtieron en investigadores a tiempo completo. Investigación y enseñanza tenían lugar en el mismo lugar.

Ludwig nació el 29 de diciembre de 1816 en Witzenhausen an der Werra, cerca de Kassel, capital de Westphalia. Su padre fue herido durante las guerras napoleónicas y fue recompensado con un puesto de funcionario civil en la ciudad de Hanau. Fue en ésta donde Carl asistió al gymnasium. En 1834 ingresó en la Universidad de Marburg para estudiar medicina. Posiblemente por actividades políticas fue expulsado y marchó a la Universidad de Erlangen y Bamberg. Regresó a Marburg donde recibió el título en 1839. Después fue nombrado prosector y estuvo con su amigo y mentor Ludwig Fick, hermano mayor de Adolf Fick. En 1842 Ludwig comenzó a dar clases y cuatro años después fue nombrado profesor de anatomía comparada [2] .

Desde el comienzo renunció a las explicaciones vitalistas sobre las funciones y apostó por las que proporcionaban la física y la química. Por entonces comenzaba a declinar la corriente de la Naturphilosophie, como se ha dicho. Un ejemplo fue su tesis de habilitación Beiträge zur Lehre vom Mechanismus der Harnsecretion (Contribución al estudio del mecanismo de secreación de la orina). Se planteó la cuestión de qué clase de fuerzas físicas actuaban sobre la función renal. Para él eran la filtración y la reabsorción. En el texto no se habla de fuerzas vitales secretas, sino de expresión en los glomérulos, merced a la presión sanguínea, de sustancias preformadas en la sangre y reabsorción de agua en los tubuli colindantes [3] .

Estas teorías animaron a sus seguidores a frenar la ideología y el vitalismo y a analizar a fondo los procesos vitales hasta llegar a sus elementos físico-químicos esenciales. No obstante, sólo lo consiguieron parcialmente.

En 1847 conoció en Berlín a Emile du Bois Reymond (1818-1896), Ernst Brücke (1819-1892) y Hermann von Helmholtz (1821-1894). Juntos elaboraron un manifiesto en el que afirmaban que los fenómenos vitales podían explicarse mediante leyes de la física y de la química. Estos cambios vinieron de la mano de los cambios sociales surgidos en 1848 [4] . La juventud alemana vivió la guerra contra Napoleón como una guerra de liberación. El acontecimiento político más importante fue la revolución de 1848 con la apertura de la primera Asamblea Nacional Alemana. Sin embargo, las aspiraciones no llegaron a cumplirse del todo. Ludwig fue abandonando el interés por la política al contrario de lo que hizo du Bois-Reymond. En 1849 ocupó la cátedra de Anatomía y Fisiología de la Universidad de Zurich. Ese mismo año contrajo matrimonio con Christine Endermann. Ludwig trabajó allí con Adolf Pick (1829-1901) que más tarde sería profesor de fisiología en Wurburg. Fue uno de los que demostró que los carbohidratos eran fuente de energía muscular [5] . Ludwig trabajó durante esta etapa en la investigación de la formación de la linfa, con Noll; la secreción salival con von Kries; y la secreción de orina.

En 1852 apareció el primer volumen de su Lehrbuch der Physiologie des Menschen. Cuatro años más tarde aparecía el segundo. Se le considera como el primer tratado de fisiología moderno. Según Schöer [6] , el título del primer capítulo, “Fisiología de los átomos”, pone de manifiesto que éste pretendía montar lo viviente sobre los componentes de la materia general. Otros capítulos, como “Difusión y ósmosis”, “Electricidad animal”, “La Visión”, “Mecánica articular”, “Hemodinámica” que implican a la biofísica, se sitúan en primer plano a costa de la morfología o la forma.

En este tratado Ludwig plantea nuevos objetivos. “La fisiología científica tiene como tarea determinar los rendimientos del cuerpo animal y deducirlos necesariamente de las condiciones elementales del mismo”. “El concepto precedente no es el tradicional; es aquél de entre los nuevos que llamamos físico, en especial contraposición con vital. Esta concepción exige, de conformidad con la ley de la causalidad a la que debemos atenernos, si es que queremos pensar, que una cosa contiene dentro de sí las causas de sus efectos”. La metodología que debía emplearse según él consistía en a) descomponer el cuerpo animal en sus partes constituyentes, tratando de separar estas últimas, prescindiendo de sus actividades dentro del organismo humano y mediante características de cualquier clase, lo más acentuadas posible; b) intentar medir en su valor absoluto los rendimientos mediante aparatos más o menos complicados sin tener en cuenta el modo y manera en que se produce éste resultando a partir de los procesos subyacentes; y c) intentar entender cualquier actividad como una función de las condiciones originarias” [7].

Entre 1855 y 1865 dirigió el Instituto de Fisiología de la Real e Imperal Academia de Medicina Militar de Viena, también conocida como el Josephinum. En el mismo fue donde inventó una bomba de sangre de mercurio que permitía la separación de los gases respiratorios en sangre in vivo. También esclareció los procesos que estaban involucrados en el intercambio de gases y en el origen y movimiento de la linfa. Así mismo, descubrió el centro vasomotor, área difusa del bulbo raquídeo, en el tronco encefálico, que está compuesta por una red neuronal que regula la presión arterial y otros procesos homeostáticos junto al centro cardíaco y el centro respiratorio. Ejerce su acción a través del sistema nervioso autónomo y cuenta con dos áreas separadas, un área vasopresora y un área vasodepresora. Diez años permaneció en este Instituto que no le gustaba por sus estrictas reglas de funcionamiento y su burocracia [8] .

En 1865 fue invitado a seguir trabajando en la Universidad de Leipzig. Allí se encontraba desde 1821 Ernst Heinrich Weber (1795-1878), que impartía anatomía. Más tarde, en 1840, también se encargó de la fisiología. Ludwig se benefició de las reformas que realizó Johann Paul Freiherr von Falkenstein, ministro de cultura y ciencia. Entre ellas la de los estudios de medicina en esta ciudad. Aun con presupuestos limitados, su objetivo era crear determinadas áreas científicas de calidad con el contrato de personal competente y la inversión en los medios necesarios. Este plan preveía la separación de la anatomía y la fisiología. A Ludwig se le pidió su colaboración para planificar y construir un Instituto de Fisiología que sirvió de modelo para fundaciones ulteriores. Permaneció en esta ciudad hasta su muerte que tuvo lugar el 27 de abril de 1895. Weber se encargó de la anatomía y Ludwig de la fisiología [9] .

Para alcanzar los objetivos que perseguían Ludwig y sus discípulos, era necesaria la experimentación, es decir, el ensayo con intervención sobre las funciones vitales en general o las funciones de órganos determinados. Requirieron gran cantidad de nuevos instrumentos para este fin. Ludwig fue el creador de varios. En 1846 introdujo, por ejemplo, el quimógrafo, es decir, el registro gráfico que más tarde se convirtió en objeto de innumerables modificaciones. Gracias al mismo fue posible medir la presión arterial o las contracciones musculares.

Este instrumento también se utilizó para la evaluación funcional del corazón de rana perfundido aislado que fue desarrollado por Elias Cyon (1842-1912) en el Instituto de Leipzig. En el corazón de rana aislado se descubrieron fenómenos importantes como el fenómeno de la escalera o “treppe”, el período refractario absoluto y la ley de todo o nada del corazón [10] .

El “treppe” consiste en un incremento escalonado de la fuerza de contracción en los primeros espasmos de una serie. Se cree que está producido por el aumento de los iones calcio en el citosol debido a la liberación cada vez mayor de iones desde el retículo sarcoplásmico con cada potencial de acción muscular sucesivo y la incapacidad del sarcoplasma de recapturar inmediatamente los iones.

El llamado “periodo refractario” es el intervalo de tiempo en el cual un impulso cardiaco normal no puede volver a excitar una parte ya excitada del músculo cardiaco. En el ventrículo el periodo refractario normal es de 0.25 a 0.30 segundos, que es el tiempo de duración del potencial de acción; el periodo refractario auricular es mucho más corto que el de los ventrículos, aproximadamente de unos 0.15 segundos.

Respecto a la “ley del todo o nada”, con el fisiólogo estadounidense Henry Bowditch (1840-1911), Ludwig señaló que el músculo cardíaco, bajo cualquier estímulo, se contraerá al máximo o no se contraerá en absoluto.

El corazón de perro aislado se utilizó para determinar el origen del primer ruido cardíaco, que se caracterizó como un tono muscular. Para medir el flujo sanguíneo regional y eventualmente el gasto cardíaco, Ludwig diseñó un medidor de flujo, el conocido como ‘Stromuhr’. Esto le permitió medir la fuerza del flujo en las principales arterias y venas. Las mediciones precisas del gasto cardíaco solo fueron posibles cuando Adolf Fick(1829-1901) desarrolló su principio, que sirvió de base para los métodos de indicadores modernos. Dice éste que el flujo sanguíneo a un órgano se puede calcular utilizando una sustancia marcadora si se conoce la siguiente información: cantidad de sustancia marcadora absorbida por el órgano por unidad de tiempo, la concentración de sustancia marcadora en la sangre arterial que irriga el órgano, y la concentración de sustancia marcadora en la sangre venosa que sale del órgano [11] . Con Cyon también investigó en el corazón de perro aislado la influencia de la temperatura sobre la actividad cardíaca [12] .

Ya hemos dicho que en su tesis de habilitación Ludwig enunció el principio de la ultrafiltración glomerular impulsada únicamente por fuerzas físicas, es decir, la diferencia en las presiones hidrostática y oncótica de la sangre en los capilares glomerulares, un concepto que sigue siendo válido en la actualidad. Ludwig se convirtió así en el primer científico en describir correctamente un componente principal de la función renal, el proceso de filtración glomerular [13] .

Cyon y Ludwig también descubrieron, como se ha dicho, el nervio depresor, que constituye la base del reflejo barorreceptor[14]. Hallaron que la estimulación de un nervio aferente que salía del arco aórtico producía bradicardia e hipotensión. Fue conocido desde entonces como nervio depresor de Cyon. Finalmente, la localización precisa del centro vasomotor en la médula ventrolateral se logró en el Instituto de Leipzig. Esto se confirmó más de 100 años después con métodos neuroanatómicos modernos que utilizan el transporte axonal retrógrado.

Las investigaciones sobre la respiración, que ya se han mencionado, también progresaron mucho a partir de mediados del siglo XIX. Con anterioridad el intercambio de O2 y CO2 se relacionaba con los pulmones sin un conocimiento exacto de los mecanismos. Ludwig y sus discípulos mejoraron los métodos analíticos de Heinrich Gustav Magnus (1802-1870) y Lothar Meyer (1830-1895) y aplicaron diversas condiciones experimentales obteniendo así datos que permiteron interpretar el intercambio de gases respiratorios en el organismo de acuerdo con leyes físicas. Hallaron que estos gases respiratorios se transportan en un estado químicamente ligado; que los mecanismos de unión de O2 y CO2 interactuaban; que los tejidos corporales extraían O2 y liberan CO2 dependiendo del metabolismo; y que las presiones parciales justificaban las teorías puramente físicas del intercambio de gases. Estos resultados permitieron después investigar la sustancia transportadora, la hemoglobina, por F. Hoppe-Seyler [15] .

El Instituto de Fisiología de Leipzig, que se inauguró el 26 de abril de 1869, se convirtió en la meca de la Fisiología donde acudían los jóvenes investigadores que querían formarse en esta rama. Ejemplos son Adolf Fick, Hugo Kronecker, Max von Frey y Johannes von Kries. Allí también estuvo Pavlov igual que otros muchos de nacionalidad rusa, americana, italiana o inglesa [16] . El centro tenía forma de “E”. En la parte media se encontraba la sala para estudiantes. En un ala estaba el Departamento de Histología, en otro el de Química. Estaban conectados por los laboratorios de Fisiología experimental [17] .

En este laboratorio trabajó durante veinticinco años hasta su jubilación. En el mismo prosiguió los trabajos que, como hemos visto, inició en otros lugares. Entre ellos los de la regulación de la circulación y el transporte de los gases respiratorios. También trabajó en el estudio de la viabilidad de órganos aislados y perfundidos como el corazón, riñón e hígado; la secreción de glándulas; la fisiología de la sangre, de la linfa y del músculo no sólo desde el punto de vista fisiológico sino que incluyó también el histológico y bioquímico. Con Ludwig trabajaron en este centro personajes tan conocidos como Gaskell, Lauder-Brunton, Starling, A.E. Shäefer, Lombard, Welch, Minor, Holmgren, Bohr, Luciani o Mosso [18] .

El Instituto de Ludwig fue uno de los más productivos de Europa. Del mismo salían publicaciones de forma constante. Una buena parte aparecieron como Berichte über die Verhandlungen der Königlich Sächsischen Gesellschaft der Wissenschaften zu Leipzig. Un problema para estudiar la obra de Ludwig es que en numerosas ocasiones no firmaba los trabajos que realizaba con sus discípulos.

Discípulos suyos dirigieron nuevos institutos de fisiología. Por ejemplo Adolf Fick dirigió el de Würzburg, Otto Frank el de Munich. El estadounidense Bowditch se formó con Ludwig, luego estuvo en la Facultad de Medicina de Harvard y fue uno de los fundadores de la American Physiological Society. Otros tres discípulos formaron parte de la Escuela de Medicina John Hopkins: William H. Welch (1850-1935) se encargó de la Patología, Franklin P. Mall (1862-1917) de la Anatomía y John J. Abel de la Farmacología (1857-1938) [19] . Estos introdujeron también en los Estados Unidos el método alemán o la universidad alemana: docencia e investigación [20] . Otro compañero ruso fue, como ya hemos dicho, Iwan Petrowitsch Pavlow, el primer fisiólogo que recibió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1904. Christian Bohr fue catedrático de fisiología en Copenague donde también llegó a ser rector de su universidad. Angelo Mosso llegó a ser catedrático de fisiología y también de farmacología en Turín.

En 1884 le fue concedida a Ludwig la Medalla Copley por “... sus investigaciones en fisiología y los grandes servicios prestados a la ciencia fisiológica”. También fue miembro electo de la Academia Leopoldina (1867); Miembro honorario de la Universidad de Moscú (1874); Medalla Cothenius (1876); Miembro honorario de la Royal Society de Edimburgo; Miembro de la Orden Maximiliana de Baviera para la Ciencia y el Arte; Ciudadano de honor de Leipzig. También fue elegido miembro de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias en 1882 y de la National Academy of Sciences en 1893. Así mismo fue miembro de las Academias de Ciencias de Berlín, Viena, Munich, Leipzig, París, San Petersburgo, Roma, Turín, Estocolmo, y Upsala, entre otras [21] .

José L. Fresquet Febrer, Universitat de València, noviembre, 2020

Bibliografía

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Notas

[1]. Ortega Lozano, R. (2013); Simmons, J.G. (2002), p. 80-83.
[2]. Simmons, J.G. (2002), p. 80-83; Neil, E. (1961).
[3]. Schröer H (1967) .
[4]. Simmons, J.G. (2002), pp. 80-83
[5]. Neil, E. (1961).
[6]. Schröer H (1967); Rothschuh, K.E. (1974), p. 69
[7]. Selección de Rothschuh, K.E. (1974), p. 64.
[8]. Zimmer H.G. (1996).
[9]. Zimmer H.G. (1996).
[10]. Zimmer H.G. (1999); Fye, WB. (1991).
[11]. Zimmer HG. (1999).
[12] Rothschuh, K.E. (1974).
[13]. Thurau K, Davis JM, Häberle DA. (1996).
[14]. El reflejo barorreceptor es un reflejo integrado que permite corregir cambios en la presión arterial variando principalmente el gasto cardíaco y la resistencia periférica al paso de la sangre.
[15]. Schubert, E. (1996); Neil, E. (1961).
[16]. Simmons, J.G. (2002), pp. 80-83.
[17]. Fye, W.B. (1986).
[18]. Rothschuh, K.E. (1974)., p. 70; Simmons, J.G. (2002), pp. 80-83.
[19]. Schulte-Bockolt, A.; Soergel, K.H.; Stein, J. (2016).
[20]. Ryan, K.L. (2013).
[21]. Carl Ludwig (Mediziner). Wikipedia.de.