Adolf Fick: Yaşamı Ölçen Fizikçi

1870 yılında bir fizyoloji profesörü, Würzburg Fizik-Tıp Derneği'nin önünde durdu ve şaşkınlığını itiraf etti; bu şaşkınlık fikrinin zorluğundan değil, barizliğinden kaynaklanıyordu. Adolf Fick, salondakilere, ventrikülün her sistolde ne kadar kan pompaladığını doğrudan belirlemek için "aşağıdaki bariz yönteme" henüz kimsenin ulaşmadığını söyledi. Bunu takip eden şey, yeni bir alet veya yeni bir ameliyat gerektirmiyordu; sadece hile gibi görünecek kadar temiz bir aritmetik gerektiriyordu. Bir buçuk asır sonra, kardiyologlar hala bu aritmetiği, her rakip kardiyak debi ölçümünün yargılandığı altın standart olarak kabul ediyorlar.

Doktor Önlüğü Giyen Bir Matematikçi

Fick, 3 Eylül 1829'da Kassel'de, Alman bilim tarihinin birden fazla sayfasına adını yazdıracak bir ailede doğdu. Kardeşi Franz Ludwig Fick'ti; yeğeni Adolf Gaston Eugen Fick ise 1887'de düzensiz astigmatizm tedavisi olarak ilk cam kontakt lenslerden birini uygulayacaktı; bu, uzun süre takılamayacak kadar rahatsız edici, erken dönem bir cihazdı.

Tıbba yan yollardan geldi. Resmi eğitimi matematik ve fizikte başladı ve ancak ondan sonra tıp fakültesine yöneldi; 1851'de Marburg Üniversitesi'nden doktorasını aldı ve bir süre, kadavraları gösteri için hazırlayan anatomist teknisyeni olan prosektör olarak çalıştı. Bu operasyon sırası, takip eden kariyeri hakkında neredeyse her şeyi açıklıyor. Fick, fizyolojiye fiziksel analojiler arayarak gelmedi; onları zaten elinde tutarak geldi ve hayatını vücudun onlara ne kadar boyun eğeceğini keşfederek geçirdi.

Difüzyon Üzerine (Ueber Diffusion)

Adını kalıcı kılan makaleyi yayınladığında yirmi beş yaşındaydı. "Ueber Diffusion" (Difüzyon Üzerine), 1855'te Annalen der Physik'in 94. cildinin 59-86. sayfalarında yayınlandı ve ardından Philosophical Magazine'de İngilizce çevirisi yer aldı. Sorun yeni değildi. Thomas Graham, çözünmüş maddelerin sıvı içinde ölçülebilir hızlarla yayıldığını deneysel olarak zaten göstermişti. Graham'ın sağlamadığı şey bir yasaydı.

Fick, analoji yoluyla bir yasa sağladı. Isı, Fourier yasasına göre sıcaklık gradyanı boyunca akar; elektrik yükü, Ohm yasasına göre potansiyel gradyanı boyunca akar; çözünmüş tuzun bir konsantrasyon gradyanı boyunca akarken farklı davranması için hiçbir neden yoktu. Bu yüzden ilişkiyi yazdı - akı, gradyanın dikliği ile orantılıydı - ve sonra doğanın buna katılıp katılmadığını öğrenmek için laboratuvara gitti. Graham'ınkine göre modellenmiş bir aparat kullanarak, su dolu tüplerle birleştirilmiş iki rezervuar arasındaki tuz konsantrasyonlarını ve difüzyon akılarını ölçtü. Doğa katıldı. Katılardaki difüzyonun o zamanlar incelenebilir olmadığı düşünülüyordu, bu yüzden yasalar sıvılarda kuruldu ve ancak daha sonra genişletildi.

Bu hamle, döneminin karakteristiğiydi. Darcy, gözenekli ortamlardan hidrolik akış için benzer bir yasa formüle ediyordu; ısı için Fourier yasası zaten kanonikti; yük için Ohm yasası da öyle. Fick'in katkısı, aile benzerliğini tanımak ve eksik üyeyi talep etmekti. Membranlar boyunca gaz değişimini anlamak için bir fizyolog aracı olarak başlayan şey, şimdi yarı iletken üretimi, ilaç salım formülasyonu, gıda bilimi ve endüstriyel kimyanın büyük bir kısmının temelini oluşturuyor.

Biyofiziğin İlk Kitabı

Bir yıl sonra, 1856'da, genellikle muhtemelen yazılmış ilk biyofizik ders kitabı olarak kabul edilen Die medizinische Physik (Tıbbi Fizik) kitabını yayınladı. Bu başlıkta ortaya konan iddia mütevazı değildi. Canlı vücudun kendi özel açıklayıcı ilkelerini talep eden bir alan değil, ölçüme, diferansiyel denklemlere ve fizik dersliğinin sıradan mobilyalarına açık bir fiziksel sistem olduğunu iddia ediyordu. Ayrıca, mekanik ölçümün en sert olduğu konu dalı olan kas fizyolojisi üzerinde de önemli ölçüde çalıştı.

Kalbin Muhasebesi

1870 yöntemi kütlenin korunumu ilkesine dayanır ve başka hiçbir şeye değil. Kan, oksijen taşıyarak dokulara ulaşır ve daha azını taşıyarak ayrılır; bu fark, geçen kanın hacmiyle çarpıldığında, vücudun tükettiği oksijene eşit olmalıdır. Yeniden düzenleyin, kardiyak debi, oksijen tüketiminin arteriyovenöz oksijen farkına bölünmesi haline gelir. Bir hastanın ne kadar oksijen yaktığını ölçün, arteriyel ve venöz kandaki oksijen içeriğinden örnek alın, bölün; işte hiç dokunmadığınız bir kalbin debisi.

Bu radikaldi çünkü organı tamamen atlıyordu. Kalbin işini tartmaya yönelik önceki girişimler kalbe ulaşmayı gerektiriyordu. Fick ilkesi, dolaşımı kapalı bir kutu olarak ele alır ve dışarıdan sorgular, doğrudan gözlemin ulaşamadığı bir miktara ulaşmak için muhasebeyi kullanır.

Bu mükemmel bir alet değil ve hiçbir zaman öyle olduğunu iddia etmedi. Arteriyovenöz farkın dar olduğu yerlerde, küçük örnekleme hataları kötü bir şekilde büyütülür. İntrakardiyak şantlar oksijen değerlerini bozar. Pnömonide, akciğerin kendisi tarafından tüketilen oksijen, hesaplanan debiyi yüzde 13 ila 15 oranında şişirebilir. Kararlı durum varsayımı, hemodinamik olarak kararsız bir hastada başarısız olur. Doğrudan ve dikkatli bir şekilde gerçekleştirilse bile, doğrudan Fick yöntemi gerçeğin yaklaşık yüzde sekizi içinde kalır. Yine de referans standart olmaya devam ediyor, çünkü diğer her şey ona göre kalibre ediliyor.

Würzburg'da Otuz Bir Yıl

1868'den 1899'a kadar Fick, Würzburg'daki Julius-Maximilians Üniversitesi'nde fizyoloji kürsüsünü yönetti; aynı bölümde otuz yıl, bir Alman fizyolog neslini kendi nicel imajında şekillendirmek için yeterince uzun bir süre. Üniversite tarafından dikilen Kapuzinerstraße'deki bir plaket, hala yaşadığı evi işaret ediyor. 21 Ağustos 1901'de Flaman kıyısındaki Blankenberge'de yetmiş bir yaşında öldü.

Adolf Neden Dahi Olarak Adlandırılıyor

Fick'in en iyi çalışmalarında sergilenen kalite, ham hesaplama gücü veya ansiklopedik bilgi hakimiyeti değildir. Bu, belirli bir yapısal vizyon türüdür: bir alandaki çözülmemiş bir probleme bakıp onun başka bir alandaki çözülmüş bir problemle biçimsel olarak aynı olduğunu tanıma yeteneği. Bunu en üst düzeyde iki kez yaptı. Difüzyon, farklı bir değişkenin yerine konduğu Fourier'in ısı denklemi haline geldi. Kardiyak debi, bir kütle korunumu defteri haline geldi. Her iki içgörü de başkasının sahip olmadığı aparatlar gerektirmiyordu; her ikisi de herkesin doğrudan içinden baktığı bir şekli görmeyi gerektiriyordu; işte tam da bu yüzden Würzburg derneğine, bariz bir şaşkınlıkla, kalp yönteminin "bariz" olduğunu söyleyebildi.

Karşı durum gerçektir ve belirtilmelidir. Fick difüzyonu keşfetmedi; Graham'ın deneyleri önce geldi ve Fick'in kendi aparatı Graham'ınkine göre modellenmişti. Yasasını ilk ilkelerden türetmekten çok, termal fizikten toptan ithal etti ve sonra deneysel olarak doğruladı. Önerdiği kalp ölçümünü asla gerçekleştirmedi: 1870'te karışık venöz kanı güvenli bir şekilde örnekleme araçları yoktu ve yöntem, kardiyak kateterizasyonun onu kullanılabilir hale getirmesi için onlarca yıl bekledi. Sert bir okuma onu bir köken sahibi olmaktan çok parlak bir analojist ve biçimlendirici olarak bırakır. Ancak biçimlendirme daha az bir eylem değildir. Fick yasası olmayan Graham sonuçları bir sayı tablosudur; onunla birlikte, herhangi bir ortama ve herhangi bir disipline ihraç edilebilir bir fiziksel ilke haline gelirler. Bu aktarılabilirlik, başarının tüm ölçüsüdür.

Miras

Fick'in adı, birbirleriyle nadiren konuşan iki yerde yaşıyor. Bir malzeme laboratuvarında, Fick yasaları katkı atomlarının silikon boyunca nasıl sürüklendiğini yönetir. Bir kateterizasyon odasında, Fick ilkesi bir kardiyoloğa başarısız bir kalbin ne kadar sıkı çalıştığını söyler. Her iki topluluk da her ikisini de üreten fizyoloğu olabileceği kadar tam olarak hatırlamıyor; yeğeninin kontakt lensi halk tarafından her ikisinden de daha iyi biliniyor. Ancak onu taşıyan inanç, canlı maddenin sıradan fiziğe uyduğu ve sıradan matematiğe boyun eğeceği inancı, şimdi biyomedikal bilimin temeli olarak o kadar tamamen yerleşti ki görünmez hale geldi. Bu, bir bilim insanının kazanabileceği en kapsamlı zafer türüdür.