Adolf Fick: O físico que mediu a vida

Em 1870, um professor de fisiologia apresentou-se perante a Sociedade Físico-Médica de Würzburg e confessou o seu desconcertamento — não pela dificuldade da sua ideia, mas pela sua obviedade. Ninguém, disse Adolf Fick à sala, tinha ainda "chegado ao seguinte método óbvio" para determinar diretamente quanto sangue o ventrículo ejeta a cada sístole. O que se seguiu não exigiu nenhum instrumento novo nem qualquer cirurgia, apenas uma aritmética tão limpa que parecia batota. Um século e meio depois, os cardiologistas continuam a tratar essa aritmética como o padrão-ouro pelo qual cada medição rival do débito cardíaco é julgada.

Um matemático com bata de médico

Fick nasceu a 3 de setembro de 1829 em Kassel, numa família que deixaria o seu nome em mais do que uma página da ciência alemã. O seu irmão foi Franz Ludwig Fick; o seu sobrinho, Adolf Gaston Eugen Fick, adaptaria mais tarde uma das primeiras lentes de contacto de vidro, em 1887, como tratamento para o astigmatismo irregular — um dispositivo precoce e famosamente desconfortável que não podia ser usado durante muito tempo.

Chegou à medicina por um caminho lateral. A sua formação formal começou em matemática e física, e só depois se dirigiu à faculdade de medicina, obtendo o seu doutoramento na Universidade de Marburg em 1851 e trabalhando durante um período como prosector, o técnico anatomista que prepara um cadáver para demonstração. Essa ordem de operações explica quase tudo sobre a carreira que se seguiu. Fick não chegou à fisiologia à procura de analogias físicas; chegou já possuindo-as, e passou a sua vida a descobrir até que ponto o corpo se submeteria a elas.

Ueber Diffusion

Tinha vinte e cinco anos quando publicou o artigo que tornou o nome permanente. "Ueber Diffusion" apareceu nos Annalen der Physik em 1855, volume 94, páginas 59 a 86, com uma tradução inglesa a seguir no Philosophical Magazine. O problema não era novo. Thomas Graham já tinha demonstrado experimentalmente que as substâncias dissolvidas se propagam através de um líquido a velocidades mensuráveis. O que Graham não tinha fornecido era uma lei.

Fick forneceu uma por analogia. O calor flui a favor de um gradiente de temperatura segundo a lei de Fourier; a carga elétrica flui a favor de um gradiente de potencial segundo a de Ohm; não havia razão, raciocinou, para que o sal dissolvido se comportasse de forma diferente ao fluir a favor de um gradiente de concentração. Então escreveu a relação — fluxo proporcional à inclinação do gradiente — e depois foi ao laboratório para descobrir se a natureza concordava. Usando um aparelho baseado no de Graham, mediu as concentrações de sal e os fluxos de difusão entre dois reservatórios unidos por tubos cheios de água. A natureza concordou. A difusão em sólidos não era considerada viável de estudar na época, pelo que as leis foram estabelecidas em fluidos e só mais tarde estendidas.

O movimento foi característico da sua época. Darcy estava a formular uma lei análoga para o fluxo hidráulico através de meios porosos; a lei de Fourier para o calor já era canónica; a de Ohm para a carga também. A contribuição de Fick foi reconhecer a semelhança familiar e reclamar o seu membro em falta. O que começou como uma ferramenta de fisiologista para compreender a troca gasosa através de membranas agora sustenta o fabrico de semicondutores, a formulação de libertação de fármacos, a ciência alimentar e uma grande parte da química industrial.

O primeiro livro de biofísica

Um ano depois, em 1856, publicou Die medizinische Physik — "Física Médica" —, geralmente considerado como provavelmente o primeiro livro de biofísica alguma vez escrito. A afirmação implícita nesse título não era modesta. Afirmava que o corpo vivo não é um domínio que exija os seus próprios princípios explicativos especiais, mas um sistema físico, disponível para medição, para equações diferenciais e para o mobiliário comum da sala de conferências de física. Trabalhou também substancialmente na fisiologia muscular, o ramo da matéria onde a medição mecânica é mais rigorosa.

A contabilidade do coração

O método de 1870 baseia-se na conservação da massa e em nada mais. O sangue chega aos tecidos transportando oxigénio e sai transportando menos; essa diferença, multiplicada pelo volume de sangue que passou, deve ser igual ao oxigénio que o corpo consumiu. Reorganize, e o débito cardíaco torna-se o consumo de oxigénio dividido pela diferença arteriovenosa de oxigénio. Meça quanto oxigénio um paciente queima, recolha uma amostra do conteúdo de oxigénio do sangue arterial e venoso, divida — e terá o débito de um coração que nunca tocou.

Isto foi radical porque evitava o órgão por completo. As tentativas anteriores de medir o trabalho do coração envolviam chegar ao coração. O princípio de Fick trata a circulação como uma caixa selada e interroga-a a partir do exterior, usando a contabilidade para chegar a uma quantidade que a observação direta não conseguia.

Não é um instrumento perfeito, e nunca pretendeu ser. Onde a diferença arteriovenosa é estreita, pequenos erros de amostragem são gravemente amplificados. As derivações intracardíacas corrompem os valores de oxigénio. Na pneumonia, o oxigénio consumido pelo próprio pulmão pode inflar o débito calculado em 13 a 15 por cento. O pressuposto de estado estacionário falha num paciente hemodinamicamente instável. Mesmo realizado de forma direta e cuidadosa, o método direto de Fick situa-se aproximadamente dentro de oito por cento da verdade. Continua a ser o padrão de referência, porque tudo o resto é calibrado em função dele.

Trinta e um anos em Würzburg

De 1868 a 1899, Fick ocupou a cátedra de fisiologia na Universidade Julius-Maximilians de Würzburg — três décadas no mesmo departamento, tempo suficiente para formar uma geração de fisiologistas alemães à sua própria imagem quantitativa. Uma placa na Kapuzinerstraße, erigida pela universidade, ainda marca a casa onde viveu. Morreu a 21 de agosto de 1901 em Blankenberge, na costa flamenga, aos setenta e um anos.

Por que Adolf é chamado de génio

A qualidade exibida no melhor trabalho de Fick não é a potência computacional bruta nem o domínio enciclopédico dos factos. É um tipo particular de visão estrutural: a capacidade de olhar para um problema não resolvido num campo e reconhecer que é formalmente idêntico a um problema resolvido noutro. Fez isto duas vezes ao mais alto nível. A difusão tornou-se a equação de calor de Fourier com uma variável diferente substituída. O débito cardíaco tornou-se um livro de contabilidade de conservação de massa. Nenhuma das duas ideias exigia aparelhos que ninguém mais possuísse; ambas exigiam ver uma forma através da qual todos os outros tinham estado a olhar diretamente — que é precisamente a razão pela qual pôde dizer à sociedade de Würzburg, com evidente surpresa, que o seu método cardíaco era "óbvio".

O contra-argumento é real e deve ser exposto. Fick não descobriu a difusão; as experiências de Graham vieram primeiro, e o próprio aparelho de Fick baseou-se no de Graham. Não derivou a sua lei de princípios fundamentais tanto quanto a importou por grosso da física térmica e depois a verificou experimentalmente. Nunca realizou a medição cardíaca que propôs: os meios para recolher amostras de sangue venoso misto de forma segura não existiam em 1870, e o método esperou décadas que o cateterismo cardíaco o tornasse utilizável. Uma leitura severa deixa-o como um brilhante analogista e formalizador em vez de um originador. Mas a formalização não é o ato menor. Os resultados de Graham sem a lei de Fick são uma tabela de números; com ela, tornam-se um princípio físico exportável para qualquer meio e qualquer disciplina. Essa transferibilidade é a medida total da conquista.

Legado

O nome de Fick sobrevive em dois lugares que raramente se falam entre si. Num laboratório de materiais, as leis de Fick governam como os átomos dopantes se arrastam através do silício. Numa sala de cateterismo, o princípio de Fick diz a um cardiologista o quanto um coração que falha está a trabalhar. Nenhuma das duas comunidades se lembra do fisiologista que produziu ambos tão plenamente como poderia — a lente de contacto do seu sobrinho é mais conhecida pelo público do que qualquer um dos dois. Mas a convicção que o levou, de que a matéria viva obedece à física comum e cederá perante a matemática comum, é agora tão completamente o fundamento da ciência biomédica que se tornou invisível. Esse é o tipo de vitória mais completa que um cientista pode ganhar.