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Personaggi e tappe che hanno segnato la nascita della biochimica clinica

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di Sergio Barocci

rappresentazione medioevale esame delle urine

Rappresentazione medioevale esame delle urine

La chimica o biochimica clinica è una parte fondamentale della medicina di laboratorio che fornisce informazioni ottenute con metodi fisici, chimici o biologici su tessuti o componenti biologiche umane “in vivo” o “in vitro” o su materiali connessi alla patologia umana (plasma sanguigno e altri fluidi quali urina, liquido pleurico e peritoneale, fluido cerebro-spinale ecc) ai fini della tutela e promozione della salute, della prevenzione, della diagnosi, della valutazione del decorso della malattia e del monitoraggio della terapia.

L’ utilità della chimica clinica consiste:
• nella diagnosi di malattie su base biochimica come gli errori del metabolismo,
• nella classificazione e caratterizzazione fisiopatologica di malattie,
• nel fornire dati per analisi statistiche e/o epidemiologiche,
• nel ruolo nel controllo della posologia dei farmaci,
• nel monitoraggio di farmaci e nel rischio lavorativo e in tossicologia.

La principale finalità per la richiesta di indagini di laboratorio è rappresentata dallo screening per la conferma o per l’ esclusione di un sospetto diagnostico o ancora per la formulazione di un altro. Singoli test o gruppi di test, possono quindi fornire non solo informazioni prognostiche ma essere anche utilizzati per il monitoraggio terapeutico o per il decorso di una malattia.

Karl LandsteinerKarl Landsteiner (1868 – 1943) biologo statunitense che scoprì nel 1901 i gruppi sanguigni umani (A, B, AB e 0) , scoperta che gli valse il Premio Nobel per la medicina nel 1930 e, nel 1940, insieme a Alexander Wiener, il fattore sanguigno Rh.

 

LE ANALISI CLINICHE NEL PASSATO:
DALLE ORIGINI AL QUADRO ATTUALE
 

Fin dai tempi più antichi il sangue ha esercitato sugli uomini un fascino ambiguo.  Esso veniva considerato in positivo come fondamento dei processi vitali, veniva consacrato nelle offerte sacrificali agli dei, veniva bevuto dal corpo ferito dei nemici per acquisirne la forza ma contemporaneamente provocava e provoca tuttora un forte turbamento e un’innata repulsione. Questo fenomeno si è accentuato negli ultimi anni anche a causa di recenti malattie emo – trasmissibili.  Da un punto di vista medico il sangue è oggi una insostituibile fonte di informazioni. Infatti attraverso la sua analisi si ottengono delle diagnosi molto precise ed è quasi incredibile che solo nei primi anni del 1900 si siano determinati i gruppi sanguigni AB0 ( K. Landsteiner ) mentre il fattore Rh scoperto solo nel 1940 ( K. Landsteiner e A. Wiener ).
“Quando uno Sciita abbatte il primo nemico, ne beve il sangue…”   Erodoto- Storie IV – 59. V sec. AC.
Lo sviluppo delle analisi cliniche, si associa a quello del pensiero medico e ne segue l’iter filosofico – culturale nel corso dei secoli.  Il pensiero medico nasce nell’antica Grecia, dove attraverso l’analisi costante della natura dell’uomo e delle sue espressioni, la medicina inizia ad affrancarsi da implicazioni magiche e dal dogmatismo dei sacerdoti per iniziare il suo lungo cammino verso la medicina scientifica.  Le indicazioni su ciò che si può vedere e sentire e su tutto ciò che si può riconoscere e servirci incluse le emissioni di materiali biologici del malato, compaiono tra il V e il IV secolo a.C. negli aforismi di Ippocrate.

Ippocrate e Galeno(a sinistra) Ippocrate di Kos (460 a.C. – 377 a.C.)  Medico, geografo e aforista greco antico, considerato il padre della medicina. Egli rivoluzionò il concetto di medicina, tradizionalmente associata con la teurgia e la filosofia, stabilendo la medicina come professione. In particolare, ebbe il merito di far avanzare lo studio sistematico della medicina clinica, riassumendo le conoscenze mediche delle scuole precedenti, e di descrivere le pratiche per i medici attraverso il Corpus Hippocraticum e altre opere.
(a destra) Galeno (Pergamo 129 d.C. – 216 d.C.)  L’insegnamento di Galeno costituì a sua volta il fondamento della medicina fino a tutto il Medioevo.   Il concetto di natura come dominio del movimento indicato nel IV secolo a.C. da Aristotele, rappresenta la base dell’opera di Galeno, vissuto tra il II e il III secolo d.C., nell’ambito della cui metodologia si riconosce già il concetto di misurazione, proprio delle analisi cliniche. 

medici nel rinascimento

Nell’immagine, da sinistra a destra:
Andrea Vesàlio (1514 – 1564), anatomista e medico fiammingo, considerato il fondatore della moderna anatomia.
Paracelso (1493 – 1541) medico, alchimista e astrologo svizzero.
Girolamo Fracastoro (1476 o 1478 – 1553) umanista, medico e filosofo italiano.

G. B. Morgagni

G. B. Morgagni

Però è solo nel XVII secolo che, con il superamento dell’alchimia, dovuto alla rivoluzione chimica operata da R. Boyle e con l’opera di Galileo Galilei che si pongono le basi della medicina moderna.
La rivoluzione chimica e la scoperta della microscopia ( grazie alla perfezione tecnica dei microscopi ad opera di A. van Leeuwenhoeck) non rappresentano ancora la medicina di laboratorio ma costituiscono invece le armi della rivoluzione scientifica che renderà possibile l’applicazione del metodo sperimentale mediante il quale, nel XVIII secolo, con il medico anatomista e patologo italiano Giovanni Battista Morgagni (1682-1771), si arriva alla definitiva strutturazione della medicina come scienza.

 

Antoni van Leeuwenhoek e i disegni del suo microscopio

Antoni van Leeuwenhoek e i disegni del suo microscopio

Nel giro di pochi anni, la chimica subisce modificazioni fondamentali ad opera di A.L. Lavoisier, che ne fa una scienza basata sulle misure.  In meno di un secolo si ha così un succedersi travolgente di scoperte e di nuove tecnologie, che portano alla messa a punto dei primi test chimici a uso diagnostico, cioè alle cosiddette prime vere analisi cliniche come la prova di Fehling nel 1848 per la ricerca del glucosio nelle urine, il test di Pettenkofer nel 1844 per i sali biliari e i saggi di Heller nel 1852 per identificare l’albuminuria e l’ematuria (1852).

Hermann von FehlingHermann von Fehling (1812 – 1885), chimico tedesco; introdusse in Chimica analitica il reattivo di Fehling utilizzato per l’analisi degli zuccheri.  Il saggio di Fehling prevedeva l’aggiunta alla soluzione acquosa di un carboidrato (contenente il gruppo aldeidico – CHO) del reattivo di Fehling costituito esattamente in parti uguali di Fehling A [(solfato rameico pentaidrato (CuSO4•5 H2O) (69,278 g/l di soluzione)] e di Fehling B [(tartrato di sodio e potassio (sale di Seignette) + NaOH (idrossido di sodio): 346g + 100g di NaOH/l di soluzione].  Portando ad ebollizione, in presenza di una qualsiasi aldeide si ottenne la formazione di un caratteristico precipitato rosso mattone che confermava la capacità riducente del carboidrato in esame.  Il precipitato è costituito da ossido rameoso.  E’ avvenuta infatti una reazione di ossido riduzione in ambiente basico. Il rame della soluzione A viene mantenuto in soluzione come ione rameico grazie al tampone tartrato sodico potassico (Fehling B) che lo complessa favorendo la tautomeria cheto-enolica, perché altrimenti il rame precipiterebbe come idrossido dato l’ambiente basico dovuto ad NaOH.
2Cu2+ + 2OH + 2e  => Cu2O(s) + H2O
R-CHO + 3OH => R-COO + 2H2O + 2e
R-CHO + 2Cu2+ + 5OH => R- COO + 3H2O + Cu2O(s)

reazione di Fehling

Ripetendo lo stesso procedimento con uno zucchero complesso (es. sucrosio o saccarosio) invece di glucosio o fruttosio e riscaldando non si osserva alcun cambiamento di colore, in quanto la reazione di riduzione non avviene (infatti negli zuccheri complessi il gruppo aldeidico – CHO non è più presente, essendo “impegnato” nel legame glucosidico).
Il saccarosio appartiene alla famiglia dei glucidi disaccaridi e si forma dalla combinazione di due monosaccaridi e precisamente tra glucosio e fruttosio. Il legame glicosidico avviene fra i rispettivi carboni anomerici dei due monosaccaridi (estremità riducenti) in α 1 – 2, in modo da formare uno zucchero non riducente

Heller e Pettenkofer

(a sinistra) Johann Florian Heller (1813-1871) medico e chimico austriaco.
Oggi, viene considerato uno dei fondatori della chimica clinica . Egli scopre nei calcoli vescicali di un paziente una sostanza mai prima identificata che chiama urostealite (calcolo renale composto di colesterolo o di acidi grassi).  Egli studiò le proprietà chimiche di tale sostanza e rivelò la sua solubilità nel carbonato di sodio, sale che ritenne di utilizzare come litontritico negli individui con calcoli che la contenevano. L’esperimento terapeutico si concluse con pieno successo che venne confermato dall’analisi delle urine prima e dopo il trattamento. Un’ altra caratteristica dell’ urostealite, utilizzabile come prova di laboratorio per evidenziare la sostanza nell’urina, fu il colore rosso-bruno che assunse quando veniva trattata con ammoniaca. J.F. Heller ritenne anche che la presenza di urostealite nell’organismo umano poteva essere interpretata come un “segno chimico” di patologia e quindi utile nella diagnostica.
(a destra) Max von Pettenkofer (1818–1901), chimico tedesco; egli ideò una reazione chimica per la ricerca nelle urine dei sali biliari. La reazione di Pettenkofer ( misurazione semiquantitativa) si basava sullo sviluppo di un colore rosso in seguito alla reazione dei sali biliari ( taurocolato e glicocolato) con furfurolo che si formava per azione dell’acido solforico sul saccarosio. Prima della reazione il campione di urina era stato concentrato per ebollizione.

 le matule negli esami clinici medievali

Dalla matula , il vaso trasparente che serviva per la raccolta e l’analisi dell’urina, simbolo del laboratorio del Medioevo, si passa alla provetta, simbolo della medicina di laboratorio, che si avvale oggi degli apporti della microelettronica e della biologia molecolare, grazie alle quali il laboratorio di analisi cliniche è giunto agli attuali, sofisticati livelli di automazione e di complessità.

 

2 risposte a Personaggi e tappe che hanno segnato la nascita della biochimica clinica

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