Galvanismo

In fisiologia, il galvanismo è la contrazione di un muscolo stimolato da una corrente elettrica; il termine designa perciò anche l'ambito di indagine su tale fenomeno riguardante un possibile collegamento tra elettricità e vita.

Prende il nome da Luigi Galvani (1737–1798) che studiò a lungo quest'effetto, sviluppando la teoria secondo la quale gli esseri viventi fossero in possesso di un'elettricità intrinseca prodotta dal cervello, propagata tramite i nervi e immagazzinata nei muscoli.

Il termine galvanismo, tuttavia, fu coniato da un suo collega contemporaneo, Alessandro Volta (1745–1827), con cui ebbe un acceso confronto su questo argomento.

Un ruolo non secondario nella diffusione di queste teorie fu svolto dal nipote di Galvani, Giovanni Aldini (1762–1834), che a Londra eseguì una pubblica dimostrazione della tecnica di elettrostimolazione sul cadavere di un criminale giustiziato, riuscendo a muoverne gli arti.

Oltre che nel lessico scientifico, il termine è entrato nell'uso comune ad esempio in espressioni come «galvanizzare», per denotare infusione di entusiasmo od energia.

Precursori

L'uso medico dell'elettricità è attestato nell'antica Roma in alcune pratiche di Scribonio Largo del I secolo, il cui scritto menziona l'uso delle scosse elettriche di torpedini nere per trattare malani come cefalee e gotta. I primi esperimenti moderni di conduzione elettrica si devono invece all'olandese Pieter van Musschenbroek, a cui è attribuita l'invenzione della bottiglia di Leida, e all'inglese Stephen Gray.

Nel Settecento, lo svizzero Johann Georg Sulzer descrisse un fenomeno galvanico del quale tuttavia ignorava la natura elettrica. Mentre Albrecht von Haller introduceva la dottrina dell'irritabilità animale, tra i primi a teorizzare un'implicazione dell'elettricità nel moto muscolare vi furono Giovanni Battista Beccaria, Felice Fontana, Leopoldo Marco Antonio Caldani e Tommaso Laghi, i quali combinavano in qualche modo la dottrina tradizionale degli spiriti animali con una sorta di fluido nervoso.

A partire dalle loro ricerche, Luigi Galvani si proporrà appunto di dimostrare che tali spiriti animali della fisiologia antica consistevano in un'«elettricità nascosta nei nervi».

L'esperimento della scintilla

Era il 6 novembre 1780 quando Galvani, nel suo laboratorio domestico, scoprì accidentalmente il galvanismo, dopo aver predisposto una rana morta, con i nervi crurali e il midollo isolati, posta ad una certa distanza da una macchina elettrica.

Durante lo scocco di una scintilla uno dei suoi assistenti toccò per sbaglio con un bisturi il nervo crurale interno della rana e ci fu un'intensa contrazione dei muscoli delle zampe dell'animale. Galvani rimase impressionato da questo evento e decise di approfondire e tentare di spiegare questo fenomeno.

A differenza di altri, si era reso conto che vi era una relazione limitata tra l'intensità della carica elettrica e lo sviluppo delle contrazioni: se la forza della scarica veniva aumentata oltre un certo valore non venivano prodotte contrazioni più forti e, al contrario, quando si riduceva l'intensità dello stimolo al di sotto di un certo livello le contrazioni potevano cessare.

Galvani infine sottolineò che, se in alcune preparazioni non vi erano più contrazioni dopo ripetute applicazioni del fluido elettrico, queste si potevano riottenere se l'animale non veniva stimolato per un po' di tempo o era sottoposto ad alcuni trattamenti.

Allora nella mente dello studioso bolognese era sorto il dubbio che le contrazioni muscolari non fossero dovute a scariche elettriche esterne, ma derivassero invece da una forza interna, propria dell'animale, stimolata dalla forza elettrica esterna.

Le prime ipotesi

Benjamin Franklin, nel 1750, aveva dimostrato che nell'atmosfera è presente una carica elettrica naturale che genera i lampi. Così Galvani nel 1786 cercò di capire come l'elettricità presente nell'atmosfera potesse influire sulle contrazioni:

Ma le contrazioni avvenivano anche se la giornata era serena, o se si ripeteva l'esperimento in casa nelle stesse condizioni, e per questo non sembravano dipendere dall'elettricità atmosferica.

Dopo molti tentativi, Galvani scoprì che i muscoli delle rane si contraevano anche quando li toccava con fili di ferro e di rame interconnessi. Aveva così creato inconsapevolmente una cella galvanica, in seguito descritta più dettagliatamente da Alessandro Volta, ma che prese anch'essa il nome da Galvani, ed oggi costituisce la base di ogni batteria elettrica. Volta coniò il termine «elettricità di contatto» per questo fenomeno.

Collegando, attraverso un conduttore metallico, le strutture nervose (nervi crurali o midollo spinale) con i muscoli delle zampe, creò un «circuito di un tenuissimo fluido nervoso come nella bottiglia di Leida». Galvani giunse alla conclusione che era presente negli animali una forma di elettricità intrinseca che induceva le contrazioni e la chiamò «elettricità animale».

Comportandosi similmente alla bottiglia di Leida (il primo accumulatore di energia elettrica), l'animale è infatti capace di immagazzinare il fluido elettrico e di mantenerlo in uno stato di «disequilibrio», e l'arco conduttivo è in grado di mettere in movimento l'elettricità animale, che attraversa i nervi considerati dei conduttori, producendo la contrazione muscolare.

La controversia Galvani-Volta

Dopo la pubblicazione del De viribus electricitatis in motu musculari commentarius nel 1791 ci fu un grande clamore per la scoperta dell'elettricità animale, tant'è che lo stesso Alessandro Volta espresse la sua ammirazione nei confronti di Galvani. L'entusiasmo tuttavia durò poco: infatti lo scienziato di Como si era reso conto che si poteva creare la contrazione nelle rane attraverso l'uso di un arco bimetallico posto a contatto tra due parti di uno stesso nervo senza nemmeno considerare i muscoli.

Allora l'ipotesi di Galvani iniziava a perdere fondamento proprio perché gli esperimenti di Volta avevano reso irrilevante il sistema nervi-muscoli, che invece era la base della teoria galvanica. Volta iniziò inoltre a considerare l'idea che l'elettricità potesse derivare dai metalli stessi; infatti tra i vari esperimenti usò l'arco bimetallico sulla lingua e sugli occhi: nella prima provocò un sapore acido e non contrazioni, nei secondi dava la sensazione di luce. Di conseguenza ritenne che gli effetti fisiologici venissero determinati in base al tipo di fibre nervose stimolate, e quindi non fossero i muscoli (nei quali per Galvani era concentrata l'elettricità animale) a determinarli.

Galvani invece dimostrò nel 1797 che la contrazione poteva essere provocata connettendo due nervi dello stesso animale senza l'utilizzo di materiali estranei alla stessa rana. Ma questo esperimento, considerato dal fisiologo tedesco Emil Du Bois Reymond come l'esperimento fondamentale dell'elettrofisiologia che poteva porre le basi per la nascita di questa nuova scienza, non venne considerato nella sua reale importanza anche perché Volta ormai stava concentrando le sue energie nella creazione di una macchina che potesse generare corrente elettrica. Così, dopo vari tentativi e fallimenti, attraverso l'alternarsi di metalli diversi a dischi di carta bagnati di una soluzione salina, inventò la pila.

Il successo di questa invenzione portò in auge Volta, e l'ipotesi dell'elettricità animale venne messa in secondo piano per molti anni. Lo scienziato comasco tuttavia non aveva compreso che a generare elettricità erano gli ioni presenti nella soluzione salina e che i metalli, nei quali credeva l'origine dell'energia, si limitavano a trasformavare l'energia chimica di questi ioni in energia elettrica.

Molti studiosi concordano sul fatto che le scoperte di Galvani abbiano contribuito e incentivato le ricerche di Volta, da cui è scaturita l'invenzione della pila, ed è proprio per questo motivo che gli studi dei due scienziati sono così intrecciati. La loro controversia «avrebbe portato alla creazione dell'elettrofisiologia, dell'elettromagnetismo, dell'elettrochimica e della pila elettrica».

Conferme successive

L'ipotesi di un'elettricità animale è stata confermata dagli studi elettrofisiologici che sono stati condotti negli ultimi secoli. Una tale elettricità infatti è presente in tutti gli esseri viventi e, come pensò Galvani, essa esiste in uno stato di disequilibrio prodotto da gradienti di concentrazioni e pompe proteiche. Oggigiorno viene chiamato potenziale di membrana, ma a quel tempo era difficile immaginare che la conduzione nervosa derivasse da un flusso elettrico presente negli organismi in grado di stimolare e di essere stimolato.

Le macchine elettriche di quell'epoca, inoltre, e anche alcuni pesci come le torpedini, erano in grado di produrre scintille a differenza dell'elettricità animale. Per questo Galvani ritenne che questo tipo di elettricità dovesse essere diversa, tant'è che negli anni successivi venne rinominata come «fluido galvanico».

Volta invece arrivò ad escludere completamente la presenza di questo fluido all'interno dell'organismo, sebbene, dopo l'invenzione della pila, furono evidenti le somiglianze tra l'elettricità prodotta da questa e quella di Galvani: tutte e due non erano in grado di produrre scintille ed erano caratterizzate da una grande carica e da un basso voltaggio. Queste proprietà spiegano l'ambiguità della batteria alla quale venne attribuito l'aggettivo «galvanico» stando proprio ad indicare questa forma di corrente continua e a bassa tensione.

Il contributo di Giovanni Aldini

A differenza di Volta, Galvani aveva un carattere riservato e progressivamente affidò al più comunicativo nipote, Giovanni Aldini, figlio di sua sorella, la difesa della teoria dell'elettricità animale.

Aldini preparò una seconda edizione del Commentarius riguardante nuovi esperimenti che utilizzavano un solo metallo per produrre la contrazione muscolare, e nel 1794 aiutò lo zio Galvani a pubblicare il Trattato dell'Arco Conduttore, con altri esperimenti in cui la contrazione muscolare veniva ottenuta senza alcun metallo, in risposta alle obiezioni sollevate da Volta.

Dopo la morte di Galvani nel 1798, Aldini continuò il suo lavoro sul galvanismo fondando la Società Galvanica, e proseguendo gli esperimenti anche su animali a sangue caldo, come buoi ed agnelli. Rilevò che la stimolazione di un emisfero del cervello produce contrazioni muscolari sul lato opposto, una scoperta che sarebbe stata approfondita solo alla fine del XIX secolo da Hitzig e Fritsch nei cani, e da Bartholow negli esseri umani.

Ma soprattutto Aldini promosse l'uso dell'elettricità animale come strumento terapeutico, in particolare per i casi di «asfissia e animazione sospesa» associati all'annegamento, aprendo la strada all'idea della stimolazione elettrica transcranica sviluppata nel XX secolo.

Spesso per convincere medici e scienziati dell'efficacia curativa del galvanismo, fu costretto a utilizzare proprio la batteria bimetallica del rivale Volta. Dapprima testò le stimolazioni su se stesso, riferendone così gli effetti:

In seguito le applicò alla testa di un paziente dell'ospedale Sant'Orsola di Bologna, il contadino Luigi Lanzarini di 27 anni affetto da malinconia, il quale dopo 6 settimane del suo trattamento stimolatorio fu considerato «completamente guarito».

Nel 1802 applicò la stimolazione galvanica sui cadaveri di tre criminali giustiziati per decapitazione vicino al Palazzo di Giustizia di Bologna, provocando in essi marcate contrazioni muscolari di vario tipo, che si protrassero fino a tre ore dopo l'esperimento. Per convincere la comunità scientifica dell'esistenza dell'elettricità animale e della sua importanza in medicina, Aldini si recò all'estero facendo tappa in città come Parigi, Oxford, Londra, per tenervi le sue lezioni pratiche, convinto che la «potenza» vitale presente nelle fibre muscolari, che scompare dopo la morte, potesse essere riacquistato attraverso il galvanismo.

L'esperimento su George Foster

Particolare clamore suscitò una dimostrazione di Aldini su George Foster, un condannato a morte per omicidio, «di costituzione forte e vigorosa», per il quale Aldini sembra abbia comprato i giudici inglesi per ottenerne l'impiccagione, anziché la decapitazione.

Gli esperimenti pubblici sul suo cadavere, condotti con l'aiuto del signor Cuthbertson utilizzando una grande pila di Volta contenente 100 dischi di zinco e altrettanti di rame, collegati a naso, bocca e orecchie, diede risultati inaspettati per lo stesso Aldini che li definì in grado «quasi di dare un'apparenza di rianimazione», come se stesse ricominciando a respirare: «la mascella cominciò a tremare, i muscoli adiacenti erano orribilmente contorti e l'occhio sinistro si aprì davvero». Commentò tuttavia in proposito:

«Il nostro obiettivo nell'applicare il trattamento qui descritto non era quello di produrre rianimazione, ma semplicemente di ottenere una conoscenza pratica fino a che punto il galvanismo potesse essere impiegato come ausilio ad altri mezzi nei tentativi di rianimare persone in circostanze simili.»

(G. Aldini, An account of the late improvements in Galvanism, Londra, Cuthell and Martin, J. Murray, 1803, p. 201)

I risultati dell'esperimento, riportato in dettaglio dal quotidiano The Times del 22 gennaio 1803, lasciando una forte impressione sia negli scienziati che tra i profani, molti dei quali lo giudicarono raccapricciante, portarono Aldini a concludere che i metalli voltaici da soli, pur agendo sui muscoli, non avrebbero potuto stimolare le fibre nervose tanto a lungo, inducendo a presumere la presenza un fluido preesistente nel «sistema animale».

D'altronde Aldini si rese subito conto che le scariche elettriche non avevano effetti sul cuore, rendendo così impossibile la rianimazione dei cadaveri, e perciò decise di abbandonare questi studi.

Ispirazione di Frankenstein

Proprio dai suoi esperimenti, tuttavia, la scrittrice Mary Shelley trasse ispirazione per il dottor Frankenstein, protagonista del suo omonimo romanzo di genere gotico, composto a partire dai mesi estivi del 1816 ricordati per il clima inusualmente invernale a seguito dell'eruzione del vulcano Tambora, in Indonesia, le cui ceneri oscurarono il cielo in tutto il mondo.

Forse ispirato anche dal chirurgo toscano Andrea Vaccà Berlinghieri, figlio di un personaggio soprannominato Frank the Stone perché versato nella cura dei calcoli renali, il romanzo descrive la galvanizzazione di un cadavere con l'ausilio di chimica, alchimia, e soprattutto una forte scarica elettrica finalizzata a riportare in vita la cosiddetta creatura.

In un passaggio del libro l'autore dell'esperimento, novello Prometeo, definisce l'elettricità «quella scienza costruita su solide fondamenta, e quindi degna della mia considerazione». Sebbene deformate in senso macabro, appaiono numerosi i riferimenti alle nozioni galvaniche che permeavano l'immaginario dell'epoca, con cui la Shelley era venuta presumibilmente in contatto attraverso la frequentazione di poeti-scienziati come Humphry Davy, Samuel Taylor Coleridge, il marito Percy Shelley, o Erasmus Darwin, sostenitore tra l'altro della teoria abiogenetica sull'origine della vita.

Influssi sulla cultura filosofica romantica

Nell'ambito della filosofia naturale del primo Romanticismo, infatti, gli esperimenti galvanici portarono a considerare l'elettricità come una sorta di energia viva, contribuendo alla formazione del contesto culturale della Naturphilosophie, oltre ad esercitare influssi sulle arti, la letteratura e le scienze naturali in tutta Europa all'inizio dell'Ottocento.

L'elettricità venne vista come uno strumento prodigioso in grado di apportare benefici all'intera società in numerosi campi, dalla medicina alla fisica, fino allo sviluppo industriale.

Una questione centrale nel dibattito scientifico-filosofico riguardava la natura della vita: mentre le teorie meccanicistiche, prevalenti nell'età illuminista, riconducevano il funzionamento degli organismi biologici a leggi fisiche generali, i vitalisti sostenevano l'esistenza di una forza vitale, spesso concepita come immateriale, che distingueva gli esseri viventi dalla materia inorganica. Nell'ultimo decennio del Settecento si dedicò alla questione Alexander von Humboldt, conducendo migliaia di esperimenti galvanici e anatomici, i cui risultati talora contraddittori furono elaborati in un suo racconto letterario, La forza vitale o il genio di Rodi, apparso sulla rivista Die Horen di Schiller nel 1795.

Humboldt era tra coloro che, difendendo la teoria di Galvani contro Volta, riteneva che nell'elettricismo consistesse una sorta di «energia vitale», ma si deve a Johann Wilhelm Ritter la scoperta nel 1897 della sua natura elettrochimica, peraltro già ipotizzata dagli italiani Fabbroni e dallo stesso Aldini. Ritter ne estese i presupposti vitalistici anche all'ambito inorganico, fino a concepire l'intero macrocosmo come un sistema unitario di catene galvaniche.

Il dibattito tra i sostenitori dell'elettricità metallica di Volta e di quella organica di Galvani era peraltro acceso anche in Italia, coinvolgendo tra gli altri Giuseppe Saverio Poli. Contemporaneamente agli sviluppi della fisica romantica, anche l'idealismo filosofico tedesco, teorizzato in particolare da Schelling, riteneva di poter collegare la materia con lo spirito attraverso il galvanismo, ritenuto il fondamento dell'irritabilità nella vita animale.

La concezione del primo Romanticismo di un'unità organica di natura, corpo e anima viene descritta da Dietrich von Engelhart come «spiritualizzazione della natura e naturalizzazione dell'uomo». Sebbene tale approccio fosse ben lontano dal meccanicismo classico, in alcuni casi risultava allo stesso tempo orientato verso un materialismo organico che non distingueva più fondamentalmente la vita spirituale dai processi materiali. Ad esempio Johann Jacob Wagner (1775–1841) dichiarò che «ogni pensiero appare come un processo galvanico ed è quindi, in linea di principio, indistinguibile dalla materia».

Quest'approccio rimase tuttavia limitato, venendo progressivamente escluso dall'ambito della filosofia naturale romantica, e già all'inizio dell'Ottocento Philipp Franz Walther e Joseph Görres riaffermarono il primato di un'anima immateriale sulla materia. Ciononostante, la nascita dell'elettrofisiologia giocò un ruolo decisivo nell'abbandono del vitalismo classico a metà del XIX secolo. Mentre Johannes Müller era ancora un sostenitore dell'ipotesi tradizionale della forza vitale, i suoi allievi Emil Heinrich Du Bois-Reymond, Hermann von Helmholtz e Carl Ludwig la rifiutarono radicalmente.

Il rigetto del vitalismo tuttavia non si tradusse generalmente in un riduzionismo che spiegasse le funzioni della mente coi meccanismi del corpo. In particolare, du Bois-Reymond si oppose a simili scorciatoie con il suo Ignoramus et ignorabimus, mentre le discussioni sui confini tra animato e inanimato continuarono con la controversia sul materialismo tra Carl Vogt, Ludwig Büchner, Jakob Moleschott, e sull'enigma riguardante i limiti delle spiegazioni scientifiche alla fine del XIX secolo.

Contributi all'elettrofisiologia

Lo stesso Du Bois-Reymond, insieme ad altri come Carlo Matteucci e Leopoldo Nobili, contribuirono intorno al 1850 a restituire piena dignità scientifica alla dottrina galvanica, dopo decenni in cui era stata surclassata dal voltaismo, in concomitanza con i primi incerti sviluppi dell'elettrofisiologia sperimentale.

Grazie a nuovi strumenti di misura come un galvanometro per i nervi, Du Bois-Reymond scoprì che uno stimolo provoca un'onda di depolarizzazione, che viaggia lungo il nervo come una differenza di potenziale elettrico. Si compiacque perciò di «aver realizzato l'antico sogno del fisico e del fisiologo, di far emergere una realtà vivente dall'unità del sistema nervoso e dell'elettricità, sebbene in forme leggermente diverse».

Il galvanismo ricevette poi un particolare impulso dalla scoperta, da parte di Eduard Hitzig e Gustav Fritsch, dell'eccitabilità elettrica del cervello, il quale era stato a lungo considerato non eccitabile, ad esempio da Humboldt che aveva notato con delusione l'assenza di effetti misurabili su di esso durante gli esperimenti galvanici.

Ma nel 1870 Hitzig e Fritsch descrissero come «iniettando determinate correnti galvaniche nella parte posteriore del cervello, si ottengono lievi movimenti oculari che, per loro natura, possono essere innescati solo dall'eccitazione diretta dei centri cerebrali». Effettuando una vivisezione, essi riuscirono a stabilire una topografia dei centri motori nei cani, e stimolando determinate regioni della corteccia sperimentarono una reazione in corrispondenza di arti specifici.

In tal modo il galvanismo non solo aprì la strada all'elettrofisiologia, della quale Galvani viene ritenuto l'antesignano, ma preannunciò anche la neurologia funzionale.

Note

Bibliografia

• Luigi Galvani, De viribus electricitatis in motu musculari commentarius, in De "Bononiensi Scientiarum et Artium Instituto atque Academia Commentarii", vol. VII, Bononiae, Ex Typographia Instituti Scientiarum, 1791.
• Luigi Galvani, Dell'uso e dell'attività dell'arco conduttore nelle contrazioni dei muscoli, San Tommaso d'Aquino, Bologna, 1794, p. 191.
• Luigi Galvani, Lazzaro Spallanzani, Giovanni Aldini, Memorie sulla elettricità animale di Luigi Galvani, p. prof. di notomià nella Università di Bologna al celebre abate Lazzaro Spallanzani ...: aggiunte alcune elettriche esperienze di Gio. Aldini P. prof di Fisica, per le stampe del Sassi, Bologna, 1797. [nuova ed. a cura di M. Mamiani, Theoria, Roma, 1982, p. 174].
• Luigi Galvani, Memorie ed esperimenti inediti, Cappelli, Bologna, 1937, pag.485.
• Adolphe Ganot, Corso di fisica, Pagnoni, Milano, 1882, vol. III, pag.605.
• Jean Louis Alibert, Elogio storico di Luigi Galvani, San Tommaso d'Aquino, Bologna 1802, p. 153.
• Marcello Pera, La rana ambigua, Einaudi, Torino 1986, p. 209.
• Walter Bernardi, I fluidi della vita. Alle origini della controversia sull'elettricità animale, Firenze, Olschki editore, 1992 ISBN 978-8822240132.
• Marco Piccolino e Marco Bresadola, Rane, torpedini e scintille, Galvani, Volta e l'elettricità animale, Bollati Boringhieri, Torino, 2003, p. 722.

Voci correlate

Altri progetti

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• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su galvanismo

Collegamenti esterni

• (EN) Galvanic Experiments, su eee.uci.edu.
• Luigi Galvani, Commentario sulle forze dell'elettricità artificiale nel movimento muscolare, su ppp.unipv.it.
• Il dibattito Volta-Galvani, su ppp.unipv.it.
• Luigi Galvani, De viribus electricitatis in motu musculari, su Marco Bresadola (a cura di), cis.alma.unibo.it, P. Fezzi. URL consultato il 3 dicembre 2017 (archiviato dall'url originale il 16 ottobre 2008).
• Marco Piccolino, Galvani, Volta e l'elettricità animale, due secoli dopo l'invenzione della pila (PDF), 2000.
• (DE) Galvanismus, su anthrowiki.at.

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