אדולף פיק: הפיזיקאי שמדד את החיים
בשנת 1870 עמד פרופסור לפיזיולוגיה בפני האגודה הרפואית-פיזיקלית של וירצבורג והודה בבלבולו — לא בקושי של רעיונו, אלא בברורותו. אף אחד, אמר אדולף פיק לנוכחים, עדיין לא "הגיע לשיטה הברורה הבאה" לקביעה ישירה כמה דם החדר זורם החוצה בכל סיסטולה. מה שהתרחש אחר כך לא דרש כלי חדש או ניתוח חדש, רק חישוב מתמטי כל כך נקי שנראה כמו רמאות. ועדיין, כמאה וחמישים שנה אחר כך, קרדיולוגים עדיין מתייחסים לחישוב הזה כסטנדרט הזהב שכל מדידה מתחרה של פלט הלב נשפטת לפיו.
מתמטיקאי בבגדי רופא
פיק נולד ב-3 בספטמבר 1829 בקאסל, למשפחה ששמה יימצא ביותר מדף אחד במדע הגרמני. אחיו היה פרנץ לודוויג פיק; אחיינו, אדולף גסטון אויגן פיק, ייצר מאוחר יותר את אחת מרשתות המגע הזכוכית הראשונות, בשנת 1887, כטיפול לאסטיגמטירמה לא סדירה — מכשיר מוקדם ומפורסם באי-נוחותו שלא ניתן היה ללבוש לאורך זמן.
הוא הגיע לרפואה בדרך עקיפה. ההכשרה הפורמלית שלו החלה במתמטיקה ופיזיקה, ורק לאחר מכן פנה לפקולטה לרפואה, קיבל את הדוקטורט שלו באוניברסיטת מרבורג בשנת 1851 ועבד לתקופה כפרוסקטור, הטכנאי של האנטומיסט שמכין גופה להדגמה. סדר הפעולות הזה מסביר כמעט הכל על הקריירה שבאה אחר כך. פיק לא הגיע לפיזיולוגיה בחיפוש אנלוגיות פיזיקליות; הוא הגיע כבר עם אנלוגיות ביד, ובילה את חייו בגילוי עד כמה הגוף יכול להיכנע להן.
על הדיפוזיה
הוא היה בן 25 כשפרסם את המאמר שהפך את שמו לנצחי. "על הדיפוזיה" הופיע ב-Annalen der Physik בשנת 1855, כרך 94, עמודים 59 עד 86, עם תרגום לאנגלית שהתפרסם אחר כך ב-Philosophical Magazine. הבעיה לא הייתה חדשה. תומאס גרהם כבר הראה בניסויים שחומרים מומסים מתפשטים דרך נוזל בקצב ניתן למדידה. מה שגרהם לא סיפק היה חוק.
פיק סיפק אחד באמצעות אנלוגיה. חום זורם במורד גרדיאנט טמפרטורה לפי חוק פורייה; מטען חשמלי זורם במורד גרדיאנט פוטנציאל לפי חוק אוהם; לא הייתה סיבה, הוא טען, שמלח מומס צריך להתנהג אחרת זורם במורד גרדיאנט ריכוז. אז הוא כתב את היחס — זרימה פרופורציונלית לתלולות הגרדיאנט — ואז פנה לספסל העבודה כדי לבדוק אם הטבע מסכים. באמצעות מכשיר שהושפע מגרהם, הוא מדד ריכוזי מלח וזרימות דיפוזיביות בין שני מאגרים המחוברים על ידי צינורות מלאי מים. הטבע הסכים. דיפוזיה במוצקים לא נחשבה לחקירה אפשרית באותה תקופה, כך שהחוקים נקבעו בנוזלים והורחבו רק מאוחר יותר.
Twenty questions, eight minutes on the clock, and a percentile measured against everyone who has taken it. No sign-up.
Take the IQ test →המעבר היה אופייני לתקופתו. דארסי ניסח חוק אנלוגי לזרימה הידראולית דרך מדיה נקבובית; חוק פורייה לחום כבר היה קנוני; חוק אוהם למטען חשמלי גם כן. תרומתו של פיק הייתה להכיר את הדמיון המשפחתי ולתבוע את החבר החסר שלו. מה שהחל ככלי של פיזיולוג להבנת חילוף גזים דרך ממברנות, משמש כיום לייצור מוליכים למחצה, נוסחאות שחרור תרופות, מדע המזון והרבה כימיה תעשייתית.
הספר הראשון בביופיזיקה
שנה אחר כך, ב-1856, הוא פרסם את "Die medizinische Physik" — "פיזיקה רפואית" — שנחשב בדרך כלל לספר הלימוד הראשון בביופיזיקה שנכתב אי פעם. התביעה שהוצגה בכותרת לא הייתה צנועה. היא טענה שהגוף החי אינו תחום דורש עקרונות הסבר מיוחדים משלו, אלא מערכת פיזיקלית, זמינה למדידה, למשוואות דיפרנציאליות ולרהיטים הרגילים של בית הספר לפיזיקה. הוא עבד גם באופן משמעותי על פיזיולוגיה שרירים, הענף שבו מדידה מכנית נוגעת בצורה הקשה ביותר.
הנהלת החשבונות של הלב
השיטה מ-1870 מבוססת על שימור מסה ועל כלום אחר. דם מגיע לרקמות נושא חמצן ועוזב נושא פחות; ההבדל הזה, מוכפל בנפח הדם שעבר, חייב להשוות לחמצן שהגוף צרך. סדר מחדש, ופלט הלב הופך לצריכת חמצן מחולקת בהפרש החמצן העורקי-ורידי. מדוע חמצן מטופל צורך, דגום את תכולת החמצן של דם עורקי וורידי, חלק — ויש לך את פלט הלב שלא נגעת בו.
זו הייתה מהפכנית מכיוון שהיא עקפה את האיבר לחלוטין. ניסיונות קודמים לשקול את עבודת הלב כללו הגעה ללב. עקרון פיק מטפל במחזור הדם כבתיבה אטומה וחוקר אותו מבחוץ, באמצעות נהלי חשבונאות להגיע לכמות שתצפית ישירה לא יכלה להשיג.
זהו לא כלי מושלם, והוא מעולם לא טען להיותו כזה. כאשר ההפרש העורקי-ורידי צר, שגיאות דגימה קטנות מוגברות באופן רע. הסטים תוך-לבביים משחיתים את ערכי החמצן. בדלקת ריאות, חמצן שנצרך על ידי הריאה עצמה יכול להגדיל את פלט המחושב ב-13 עד 15 אחוז. ההנחה של מצב יציב נכשלת אצל חולה בלתי יציב הידרודינמית. אפילו כשמבצעים אותו ישירות ובזהירות, שיטת פיק הישירה מגיעה לתוך כ-8 אחוז מהאמת. היא נשארת הסטנדרט הייחוסי בכל מקרה, כי הכל אחר מכוונן לפיו.
שלושים ואחת שנים בווירצבורג
מ-1868 עד 1899 כיהן פיק כפרופסור לפיזיולוגיה באוניברסיטת יוליוס-מקסימיליאן בווירצבורג — שלושה עשורים במחלקה אחת, מספיק זמן כדי לעצב דור של פיזיולוגים גרמנים בדמותו הכמותית. לוחית בקפוצינרשטראסה, שהוצבה על ידי האוניברסיטה, מסמנת עדיין את הבית שבו הוא חי. הוא מת ב-21 באוגוסט 1901 בבלנקנברג, על חוף פלנדריה, בגיל 71.
מדוע אדולף נקרא גאון
האיכות המוצגת בעבודתו הטובה ביותר של פיק אינה עוצמת חישוב גולמית או שליטה אנציקלופדית בעובדות. זו סוג מסוים של ראייה מבנית: היכולת להסתכל על בעיה בלתי פתורה בתחום אחד ולהכיר שהיא זהה פורמלית לבעיה פתורה בתחום אחר. הוא עשה זו פעמיים ברמה הגבוהה ביותר. דיפוזיה הפכה למשוואת החום של פורייה עם משתנה שונה מוחלף. פלט הלב הפך למחשבון שימור מסה. אף אחד מהם לא דרש ציוד שאף אחר לא החזיק; שניהם דרשו לראות צורה שכולם הסתכלו דרכה — וזו בדיוק הסיבה שהוא יכול היה לספר לאגודת וירצבורג, בהפתעה ברורה, ששיטתו הלבבית הייתה "ברורה."
המקרה הנגדי אמיתי וצריך להיאמר. פיק לא גילה דיפוזיה; הניסויים של גרהם הגיעו קודם, והמכשיר שלו עצמו הושפע מגרהם. הוא לא ניהל את חוקו מעקרונות ראשונים כמו ייבואו בכלל מפיזיקת חום ואז אישורו ניסיונית. הוא מעולם לא ביצע את המדידה הלבבית שהציע: אמצעי דגימת דם ורידי מעורב בטוח לא היה קיים ב-1870, והשיטה המתינה עשרות שנים עד שצנתור לב הפך אותה שימושית. קריאה קשוחה משאירה אותו כאנלוג ומפורמל מבריק יותר מאשר ממציא. אבל פורמליזציה אינה מעשה נחות. תוצאותיו של גרהם בלי חוק פיק הם טבלת מספרים; עם זה, הם הופכים לעקרון פיזיקלי ניתן לייצוא לכל מדיום וכל תחום. הניתנות להעברה הזו היא מדד שלם של ההישג.
מורשת
שמו של פיק שורד בשני מקומות שדברים רבים ביניהם לא נאמרים. במעבדת חומרים, חוקי פיק קובעים איך אטומי מוספים חודרים דרך צורן. בחדר צנתור, עקרון פיק אומר לקרדיולוג כמה קשה לב כושל עובד. אף אחד מהקהילות לא זוכר את הפיזיולוג שיצר את שניהם במלואם — משקפי המגע של אחיינו ידועים יותר לציבור מכל אחד. אבל האמונה שהניעה אותו, שחומר חי ציית לפיזיקה רגילה ויכול להיכנע למתמטיקה רגילה, היא עכשיו כל כך מוחלטת יסוד המדע הביו-רפואי שהפכה לבלתי נראית. זו הניצחון המלא ביותר שמדען יכול להשיג.