Adolf Fick: El físico que midió la vida

En 1870, un profesor de fisiología se presentó ante la Sociedad Físico-Médica de Würzburg y confesó su desconcierto, no por la dificultad de su idea, sino por lo obvia que resultaba. Nadie, dijo Adolf Fick a la sala, había "llegado todavía al siguiente método obvio" para determinar directamente cuánta sangre expulsa el ventrículo con cada sístole. Lo que siguió no requirió ningún instrumento nuevo ni cirugía alguna, solo una aritmética tan limpia que parecía un truco. Siglo y medio después, los cardiólogos siguen tratando esa aritmética como el estándar de oro con el que se juzga cualquier medición rival del gasto cardíaco.

Un matemático con bata de médico

Fick nació el 3 de septiembre de 1829 en Kassel, en una familia que dejaría su nombre en más de una página de la ciencia alemana. Su hermano fue Franz Ludwig Fick; su sobrino, Adolf Gaston Eugen Fick, adaptaría más tarde una de las primeras lentes de contacto de vidrio, en 1887, como tratamiento para el astigmatismo irregular, un dispositivo temprano y famosamente incómodo que no podía usarse durante mucho tiempo.

Llegó a la medicina por un camino lateral. Su formación formal comenzó en matemáticas y física, y solo después se dirigió a la facultad de medicina, obteniendo su doctorado en la Universidad de Marburg en 1851 y trabajando durante un tiempo como prosector, el técnico anatomista que prepara un cadáver para su demostración. Ese orden de operaciones explica casi todo sobre la carrera que siguió. Fick no llegó a la fisiología buscando analogías físicas; llegó ya poseyéndolas y pasó su vida descubriendo hasta qué punto el cuerpo se sometería a ellas.

Ueber Diffusion

Tenía veinticinco años cuando publicó el artículo que hizo que su nombre perdurara. "Ueber Diffusion" apareció en Annalen der Physik en 1855, volumen 94, páginas 59 a 86, con una traducción al inglés que apareció en el Philosophical Magazine. El problema no era nuevo. Thomas Graham ya había demostrado experimentalmente que las sustancias disueltas se propagan a través de un líquido a velocidades medibles. Lo que Graham no había proporcionado era una ley.

Fick proporcionó una por analogía. El calor fluye a favor de un gradiente de temperatura según la ley de Fourier; la carga eléctrica fluye a favor de un gradiente de potencial según la de Ohm; no había razón, razonó, para que la sal disuelta se comportara de manera diferente al fluir a favor de un gradiente de concentración. Así que escribió la relación —flujo proporcional a la pendiente del gradiente— y luego fue al laboratorio para averiguar si la naturaleza estaba de acuerdo. Utilizando un aparato basado en el de Graham, midió las concentraciones de sal y los flujos de difusión entre dos depósitos unidos por tubos llenos de agua. La naturaleza estuvo de acuerdo. La difusión en sólidos no se consideraba factible de estudiar en ese momento, por lo que las leyes se establecieron en fluidos y solo se extendieron más tarde.

El movimiento fue característico de su época. Darcy estaba formulando una ley análoga para el flujo hidráulico a través de medios porosos; la ley de Fourier para el calor ya era canónica; la de Ohm para la carga, también. La contribución de Fick fue reconocer el parecido familiar y reclamar a su miembro perdido. Lo que comenzó como una herramienta de fisiólogo para comprender el intercambio de gases a través de las membranas ahora sustenta la fabricación de semiconductores, la formulación de liberación de fármacos, la ciencia de los alimentos y una gran parte de la química industrial.

El primer libro de biofísica

Un año después, en 1856, publicó Die medizinische Physik —"Física médica"—, generalmente considerado como probablemente el primer libro de texto de biofísica jamás escrito. La afirmación implícita en ese título no era modesta. Afirmaba que el cuerpo vivo no es un dominio que exija sus propios principios explicativos especiales, sino un sistema físico, disponible para la medición, para las ecuaciones diferenciales y para el mobiliario ordinario de la sala de conferencias de física. También trabajó sustancialmente en la fisiología muscular, la rama de la materia donde la medición mecánica es más rigurosa.

La contabilidad del corazón

El método de 1870 se basa en la conservación de la masa y nada más. La sangre llega a los tejidos transportando oxígeno y sale transportando menos; esa diferencia, multiplicada por el volumen de sangre que pasó, debe ser igual al oxígeno que consumió el cuerpo. Reorganice, y el gasto cardíaco se convierte en el consumo de oxígeno dividido por la diferencia arteriovenosa de oxígeno. Mida cuánto oxígeno quema un paciente, tome una muestra del contenido de oxígeno de la sangre arterial y venosa, divida, y tendrá el gasto de un corazón que nunca tocó.

Esto fue radical porque evitaba el órgano por completo. Los intentos anteriores de medir el trabajo del corazón implicaban llegar al corazón. El principio de Fick trata la circulación como una caja sellada y la interroga desde el exterior, utilizando la contabilidad para llegar a una cantidad que la observación directa no podía.

No es un instrumento perfecto, y nunca ha pretendido serlo. Donde la diferencia arteriovenosa es estrecha, los pequeños errores de muestreo se amplifican gravemente. Las derivaciones intracardíacas corrompen los valores de oxígeno. En la neumonía, el oxígeno consumido por el propio pulmón puede inflar el gasto calculado entre un 13 y un 15 por ciento. La suposición de estado estacionario falla en un paciente hemodinámicamente inestable. Incluso realizado de forma directa y cuidadosa, el método directo de Fick se sitúa aproximadamente dentro del ocho por ciento de la verdad. Sigue siendo el estándar de referencia de todos modos, porque todo lo demás se calibra en función de él.

Treinta y un años en Würzburg

Desde 1868 hasta 1899, Fick ocupó la cátedra de fisiología en la Universidad Julius-Maximilians de Würzburg: tres décadas en un mismo departamento, tiempo suficiente para formar a una generación de fisiólogos alemanes a su propia imagen cuantitativa. Una placa en Kapuzinerstraße, erigida por la universidad, todavía marca la casa donde vivió. Murió el 21 de agosto de 1901 en Blankenberge, en la costa flamenca, a los setenta y un años.

Por qué Adolf es llamado un genio

La cualidad que se exhibe en el mejor trabajo de Fick no es la potencia computacional bruta ni el dominio enciclopédico de los hechos. Es un tipo particular de visión estructural: la capacidad de mirar un problema no resuelto en un campo y reconocer que es formalmente idéntico a un problema resuelto en otro. Hizo esto dos veces al más alto nivel. La difusión se convirtió en la ecuación de calor de Fourier con una variable diferente sustituida. El gasto cardíaco se convirtió en un libro de contabilidad de conservación de masa. Ninguna de las dos ideas requería aparatos que nadie más poseyera; ambas requerían ver una forma a través de la cual todos los demás habían estado mirando directamente, que es precisamente por lo que pudo decirle a la sociedad de Würzburg, con evidente sorpresa, que su método cardíaco era "obvio".

El contraargumento es real y debe ser expuesto. Fick no descubrió la difusión; los experimentos de Graham fueron primero, y el propio aparato de Fick se basó en el de Graham. No derivó su ley de principios fundamentales tanto como la importó al por mayor de la física térmica y luego la verificó experimentalmente. Nunca realizó la medición cardíaca que propuso: los medios para tomar muestras de sangre venosa mixta de forma segura no existían en 1870, y el método esperó décadas a que el cateterismo cardíaco lo hiciera utilizable. Una lectura severa lo deja como un brillante analogista y formalizador más que como un originador. Pero la formalización no es el acto menor. Los resultados de Graham sin la ley de Fick son una tabla de números; con ella, se convierten en un principio físico exportable a cualquier medio y cualquier disciplina. Esa transferibilidad es la medida total del logro.

Legado

El nombre de Fick sobrevive en dos lugares que rara vez se hablan entre sí. En un laboratorio de materiales, las leyes de Fick gobiernan cómo los átomos dopantes se arrastran a través del silicio. En una sala de cateterismo, el principio de Fick le dice a un cardiólogo cuánto esfuerzo está haciendo un corazón que falla. Ninguna de las dos comunidades recuerda al fisiólogo que produjo ambos tan plenamente como podría; la lente de contacto de su sobrino es más conocida por el público que cualquiera de los dos. Pero la convicción que lo llevó, de que la materia viva obedece a la física ordinaria y cederá ante las matemáticas ordinarias, es ahora tan completamente el fundamento de la ciencia biomédica que se ha vuelto invisible. Ese es el tipo de victoria más completa que un científico puede ganar.