医退物理学

ジョヴァンニ・ボレッリの『動物のモツ』から、さまざまな単純な機械を使ってさまざまな手足をモデル化する方法を示したページ

イアトロ物理学またはイアトロメカニクス（仏語：ギリシャ語）は、物理学の医学的応用です。医療行為を力学的原理を用いて説明します。^[1] 17世紀の医学の一派は、生理学的現象を力学的観点から説明しようとしました。イアトロメカニクスの信奉者は、人体の生理学的現象は物理法則に従うと考えていました。^{[2]自然界の観察に基づいて人体を体系的に研究する}イアトロ化学と関連がありますが、化学プロセスよりも数学モデルに重点を置いていました。

背景

啓蒙時代は、西洋の政治、哲学、科学の考え方が根本的に変えられた時代でした。啓蒙時代には、産業や科学だけでなく、社会学的な大きな変化も起こりました。医学の分野では、啓蒙時代は考え方の変化に影響を受けたいくつかの発見や研究をもたらした。例えば、マルチェロ・マルピーギは毛細血管を発見した。ヤン・バティスト・ファン・ヘルモント（1580年 - 1644年）は、消化を発酵過程とみなした初めての人物であり、胃の中に塩酸があることを確認した。病理解剖学や臨床観察も、医学のカリキュラムに組み込まれつつあった。啓蒙時代は、アントニー・フォン・レーウェンフックの顕微鏡の開発、ルネ・デカルトによる物理学の利用による眼科学の分野の進歩、ニュートンの万有引力の法則、万有引力の概念、および論文『光学』を通じて、医物理分野にも直接的な影響を与えた。^[3]

サブフィールド

医物理学者は、特定の生物学的プロセスがどのように起こるのか、そしてそれがどのように医学に応用できるのかを説明するために、さまざまな確立された物理現象からインスピレーションを得ました。

粒子

医栄養解剖学の重要な要素は粒子の研究であった。これは特に17世紀の微生物学の発展、中でも顕微鏡の登場に大きく影響を受けた。アントニー・フォン・レーウェンフックは、顕微鏡を用いて単細胞生物を特定したことで知られるオランダの科学者である。また、筋繊維、細菌、精子、毛細血管内の血流を初めて観察した人物でもある。^[4]当時の微生物学でもう一人の著名人はロバート・フックで、細胞の発見に顕微鏡を用いたことで最も有名なイギリスの科学者である。^[5]彼の最も有名な著作である『ミクログラフィア』（1665年）では、「オカルト的な性質」を基本的な「自然の仕掛け」としている。ガリレオ・ガリレイと同様に、彼も医栄養学的な視点を持ち、生物を小さな機械の集合体とみなしていた。顕微鏡の発達はこの見方に大きな影響を与えた。^[6]

力学

医物理学者は、人間の四肢や動物など、様々な生物系の直線運動と回転運動を定量的に記述するために、機械をモデルとして用いました。一部のモデルは、アイザック・ニュートンが古典力学の三法則を定式化する以前にも存在しており、静力学と動力学の基本原理を用いて生物系の挙動を表現していました。ジョヴァンニ・ボレッリは、様々な活動レベルの人間や動物に力学を適用した多作な研究者であり、並進運動、回転運動、平衡運動のための様々な単純な機械やモデルを用いていました。^{[7] [8] [9]}

体液

医理物理学者もまた、体液や体ガスの処理方法の研究に興味を持っていました。彼らは、血液が体中をどのように循環し、体にどのような影響を与えるかを理解しようとしました。血液系は動脈、静脈、血管系で構成されており、マルチェロ・マルピーギによる動物の肺組織の毛細血管の観察によって、実験と顕微鏡による検証が行われました。アルブレヒト・フォン・ハラーは、ボレッリと同様に、血液が血管壁と摩擦することで体温が上昇し、発熱さえも引き起こされると仮定しました。ルネ・デカルトによる運動の水力モデルは、人体には神経と血管を通して脳と筋肉の間の血流を平衡状態に保つシステムがあることを示唆していました。^[8]

医理学者

17世紀以降、物理学や数学といった定量的な分野は、理論、実践、そして機器の出現とともに、自然界を研究する手段としての正当性を獲得し始めました。静的原理と単純な機械は、様々な物体や建造物を創造するために既に用いられており、生物システムのモデル構築に活用できる確立されたツールでした。顕微鏡や詳細な解剖といった医療機器や技術の発達は、自然哲学者による人体の特性の説明方法を変えました。人体はもちろんのこと、生物学の様々な側面をより詳細に研究できるようになったことで、有機組織を直接研究するための機器や方法は、自然哲学者、この場合は医薬物理学者に、自らの理論を提唱し検証する機会をより多く提供しました。自然現象に関する確立された説明と、人体を研究するための新たな情報手段から着想を得て、医薬物理学者は人体を記述し、人体の様々なシステムに対する自らの説明を主張することを目指しました。

筋肉と収縮を例に挙げましょう。筋肉がどのように収縮し、協調して運動を行うのかを説明するために、巨視的および微視的スケールで様々な説明がなされてきました。観察と解剖学を通じた巨視的スケールでは、ボレリなどの一部の医物理学者は、力学モデルや物理モデルを用いて、筋肉がどのように協調して運動を形成するのかを説明することに焦点を当てました。観察と解剖を通じた微視的スケールでは、筋肉の収縮性は、デカルトとボレリが支持した一般的な説明である空気膨張、もしくは流体力学と静力学の原理に基づきニコラ・ステノとアルブレヒト・フォン・ハラーがある程度提唱した固有の形状変形によって説明されることになりました。循環や消化といった人体の他の側面についても多くの説明がなされ、17世紀と18世紀には、説明を導き出す方法論に基づいて相反する見解が生まれました。

著名な医理物理学者

著名な医物理学者にジョヴァンニ・ボレッリがいます。彼は人体や様々な動物、それらの動きを力学原理を用いてモデル化しました。^{[7] [10]}マルチェロ・マルフィージの同僚であったボレッリは、生物で観察したものと無生物だが比較的単純なシステムとの関連を見出した数学者でした。彼は動物を解剖して筋肉がどのように機械的利点を高めるかを調べ、様々な生物が走る、荷物を運ぶ、泳ぐ、飛ぶなどの様々な動作を彼の介入ではなく自然に行う様子を観察し、人の重心を計算する簡単な方法を考案しました。彼はまた、重心を調べるための板と棒、空気容積を調べるためのスパイロメーターなど、比較的単純な実験や装置を考案して観察を行いました。彼の晩年、彼の研究は『動物論』（1679年）に結実した。これは、生物間の筋肉の類似点と相違点に関する彼の研究、そして神経から放出される体液やガスの流入による筋肉の収縮と拡張の根底にあるメカニズムに関する彼の理解を示した著作である。彼はまた、神経伝達や消化といったより複雑なプロセスの記述にも試みた。^{[8] [11]}

もう一人の著名な医理物理学者は、フランスの哲学者であり数学者でもあるルネ・デカルトです。彼は、人間の肉体と魂は二重の実体であるという哲学に基づき、人間の肉体を定量化、分解、研究可能な機械として扱いました。彼は、脳、運動、睡眠、循環、感覚といった様々な現象を、貯水池、パイプ、レンズ、蒸気機関といった、特定の状態における平衡を維持しようとする無生物とのアナロジーを用いてモデル化しようと試みました。彼の主張の中には、問題の臓器や身体の物理的観察とは無関係なものが多く、現実よりも彼が「単純」または「合理的」とみなすものを強調していました。例えば、彼は血液が心臓の収縮ではなく、熱によって蒸気として膨張することで全身を循環すると主張しています。^{[7] [8]}

ウィリアム・ハーヴェイは、血流は体全体を巡る一定量の血液を含む閉じた連続したループであると仮定した。ハーヴェイは自身の主張を検証するため、人間の死体や動物を解剖し、解剖学的知見に基づいて、動脈と静脈がどのように体全体に血液を連続的に運んでいるかを示す簡略なデモンストレーションを考案した。動脈と静脈が皮膚の深さによって異なることを利用し、彼は被験者の腕を縛り、棒を握らせることで動脈から静脈へ血液を流し、血液が何らかの形で動脈を通って静脈へ流れていることを示した。彼の主張は、マルフィギによる毛細血管の発見と、それらが動脈と静脈にどのように相互接続しているかによって解明された。^{[7] [8]}

最も影響力のある医理物理学者の一人は、ライデン大学のオランダ人医師兼化学者、ヘルマン・ブールハーヴェである。他の医理物理学者と同様に、彼は生理学をメカニズムと捉えていた。彼は身体と精神がつながっているという考えには反対だったが、身体に関連するすべてのものは伸長性、不浸透性、あるいは運動性によるものだと考えた。^[6]

フランシス・グリッソンは、血液循環、神経系のメカニズム、そして遺伝性疾患に関する研究で知られています。彼はハーヴェイの血液感覚に関する研究に大きく影響を受けており、特に引力と刺激性、つまり体繊維が刺激にどのように反応するかという概念を通して、彼の研究は医原物理学的イデオロギーを実証しています。著書『肝臓の解剖学』の中で、グリッソンは肝臓で枝が交差し、運ばれた血液が分離されると論じています。そして、この血液は胆管に吸い上げられ、グリッソンはこれを類似性、磁気性、あるいは自然現象と解釈しています。^[12]

アルブレヒト・フォン・ハラーもまた著名な医物理学者であり、グリソンと同様に、生理学を体繊維のメカニズムとして捉えていた。ハラーはグリソンの易刺激性に関する見解を共有していたが、グリソンとは異なり、外部刺激に対する反応を体繊維のみに帰し、グリソンが示唆したような物質本来の力に帰することはなかった。著書『人体生理学』（1757-1766）の中で、ハラーは人体の臓器や筋肉を絡み合った繊維として描写した。筋肉に関する彼の見解は、筋肉には収縮傾向があり、これを彼は「ヴィス・モルトゥア」（死んだ力）と呼んだ。ハラーはこの筋肉の収縮を易刺激性に帰し、易刺激性を本来の力であると説明した。ハラーは特に易刺激性と感覚性を区別した。易刺激性とは筋肉の収縮力であり、感覚性とは神経インパルスである。したがって、ある部位が接触時に収縮すれば易刺激性であり、接触が精神に影響を与えるならば感覚性であるとされた。^[6]

その他の医理学者

サントリオはヴェネツィアの医師で、人間の消化を定量化しようと、長年にわたり自身の食物・水分摂取量と排泄量を綿密に測定しました。食物・水分摂取量と排泄量の間に数学的な関係性を確立するため、サントリオは被験者の食事と排泄物を計量できる天秤を備えた特別な椅子を設計しました。これらの測定値に基づいて、彼は毎日の体重の正味変化を計算しました。摂取量だけでなく、排泄物と分泌物の内容物も分析し、種類と発生源ごとに分類しました。また、体温や脈拍などの他の医療量を測定するための臨床機器も製作しました。^{[7] [8]}

ニコラス・ステノは、純粋に機械的かつ幾何学的な筋肉モデルを開発したデンマークの科学者です。このモデルでは、彼は筋肉を長い繊維が絡み合った単純なネットワークとして扱い、均一で強固な幾何学的形状を形成しているとしました。収縮は、このネットワークが一方向に短縮または伸長するように再形成する現象として説明され、筋肉は各繊維間の角度を変えるだけで、一定の体積で形状を変化させます。この収縮の説明、そして心臓の収縮は多くの繊維が短縮または伸長することで起こるという彼の理論は、当時は過激とみなされていました。デカルトやボレリといった著名な医物理学者によって支持された最も一般的な説明は、心臓の収縮は繊維が化学反応によって自ら膨張することで起こるというものでした。^{[8] [13]}

医化学との関係

イアトロ物理学と同様に、イアトロ化学は医学と解剖学を力学ではなく化学に関連付ける学派でした。イアトロ物理学とイアトロ化学は密接に関連していました。ボレリやデカルトといった著名なイアトロ物理学者の多くは、生理学的プロセスを説明するために化学を利用しました。特にフランシスクス・シルウィウスは、人体を説明する上で化学プロセスを強く信じていました。彼は、化学と循環を生理学に取り込む手段として、発酵と発泡を重視しました。^[6]

医化学と医物理学は思考方法が似ており、多くの点で密接に連携していました。しかし、時に対立することもありました。例えば、発酵の概念は医化学的な背景から生まれました。パリの薬剤師アンリ・ルイ・ド・ルヴィエールは、著書『発酵と火の自然についての考察』（1708年）の中で、発酵と健康とを結びつけました。しかし、この著書は、力学と健康との関連性、そして身体の機械論的モデルを否定しています。消化の説明においても、もう一つの対立が生じました。医物理学者は消化現象を機械論的な観点から説明したのに対し、医化学者は体内の消化過程の原因として発酵を主張しました。さらに、医物理学者は体内の過程を説明する酸塩基説を否定しましたが、医化学者は酸塩基説を支持しました。^[14]

医学への影響

中世には、ガレノス派の解剖生理学が主要な医学思想として広まっていました。さらに、アリストテレス派の自然哲学が何世紀にもわたって支配的であり、体液説は医学思考の主要な方法として含まれていました。しかし、アリストテレス、ヒポクラテス、ガレノスの哲学は人気が衰え始め、力学と化学的自然主義に基づく解剖学と哲学の学派に取って代わられました。イアトロ物理学やイアトロ化学などのイデオロギーが優勢になり始めました。ガレノス哲学に基づく医学の衰退と新しいイデオロギーの台頭は、ウィリアム・ハーヴェイの血液循環を中心とした研究など、解剖学と生理学における新しい発見の到来によって促進されました。脈拍、呼吸、栄養はすべて統一されたシステムの機能的な要素であるというハーヴェイの考えは、血液、栄養、熱に関する既存の考えに革命をもたらしました。血液循環の発見は、医理学の発展において極めて重要でした。なぜなら、それは「循環」を生理機能と初めて関連付けたからです。この発見は、栄養液の循環、リンパ液の循環、神経液の循環といった、機械的なメカニズムを解剖学に関連付ける新たな発見につながりました。^[6]

伝統的に、生理機能は目的を持った傾向によって制御されると考えられていました。しかし、新しい医学学派の出現により、生理学へのアプローチは大きく変化しました。分泌と排泄はもはや魅力的な傾向によるものではなく、肺の機能は血液の様々な成分の混合によるものとされ、消化はすり潰しと刻み込みのプロセスと捉えられ、健康と病気は体内を流れる様々な体液の動き、閉塞、停滞と関連付けられました。特にアイザック・ニュートンの万有引力と運動の理論の発展に伴い、身体はますます機械の機能として捉えられるようになりました。ニュートン物理学は身体の捉え方に広く影響を与え、生理学はますます時計仕掛けのメカニズムに焦点を当てるようになり、後には水力学が体液の動きにまで応用されました。さらに、1704年にニュートンの『光学』が出版されると、生理学者は解剖学的観察においてエーテルとエフルビアの概念にますます依存するようになった。^[6]

参考文献

1. バイナム、WF（1994年）『19世紀における科学と医療の実践』ケンブリッジ：ケンブリッジ大学出版局、p.93、ISBN 9780521272056。
2. リンデマン、メアリー（2010年）『近世ヨーロッパの医学と社会』ケンブリッジ：ケンブリッジ大学出版局、105頁。ISBN 9780521732567。
3. admin (2013年12月3日). 「啓蒙時代：医学史における重要性と影響 | Homeobook.comによるホメオパシーリソース」www.homeobook.com . 2017年3月24日閲覧。
4. 「History of the microscope.org – 顕微鏡の歴史について」www.history-of-the-microscope.org . 2017年3月3日閲覧。
5. 「UCMP – カリフォルニア大学古生物学博物館」www.ucmp.berkeley.edu . 2017年3月3日閲覧。
6. 「解剖学と生理学 – 解剖学と生理学の辞書的定義 | Encyclopedia.com: 無料オンライン辞書」www.encyclopedia.com . 2017年3月3日閲覧。
7. リンデマン、メアリー（2010年）『近世ヨーロッパの医学と社会』ケンブリッジ：ケンブリッジ大学出版局、pp.  96– 97, 105– 106. ISBN 9780521732567。
8. ピーター・ルッツ（2002年）『実験生物学の台頭』ニュージャージー州トタワ：ヒューマナ・プレス、pp. 96–103. ISBN 0-89603-835-1。
9. Maquet, Paul (1992). 「医理物理学から生体力学へ：ボレリ（1608–1679）からパウエルス（1885–1980）まで」（PDF） . The Journal of Bone and Joint Surgery. British Volume . 74-B (3): 335– 337. doi :10.1302/0301-620x.74b3.1587872. PMID  1587872.^{[永久リンク切れ]}
10. Humphrey, JD (2003-01-08). 「レビュー論文：軟部生物組織の連続体バイオメカニクス」. Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 459 (2029): 3– 46. CiteSeerX 10.1.1.729.5207 . doi :10.1098/rspa.2002.1060. ISSN  1364-5021. S2CID  108637580. 
11. Maquet, Paul (1992). 「医理物理学から生体力学へ：ボレリ（1608–1679）からパウエルス（1885–1980）まで」（PDF） . The Journal of Bone and Joint Surgery. British Volume . 74-B (3): 335– 337. doi :10.1302/0301-620x.74b3.1587872. PMID 1587872. 2017年3月12日時点の オリジナル（PDF）からアーカイブ。 2017年3月10日閲覧。
12. 「フランシス・グリッソンの事実、情報、写真 | Encyclopedia.comのフランシス・グリッソンに関する記事」www.encyclopedia.com . 2017年3月3日閲覧。
13. ペリーニ、パオロ;ランツィーノ、ジュゼッペ。パレンティ、ジュリアーノ・フランチェスコ (2010-07-01)。 「ニールス・ステンセン (1638–1686): 科学者、神経解剖学者、聖人」。脳神経外科。67 (1): 3–9 .土井:10.1227/01.neu.0000370248.80291.c5。ISSN  0148-396X。PMID  20559086。S2CID 25853167  。
14. デバス、アレン・ジョージ（2002年8月15日）『フランスのパラケルスス：初期近代フランスにおける医学・科学の伝統に対する化学的挑戦』ケンブリッジ大学出版局、ISBN 9780521894449。

さらに読む

• ポーター, R. (1997). 『人類への最大の恩恵：古代から現代までの人類の医学史』ハーパーコリンズ.  227–228ページ. ISBN 0-00-215173-1。