In fisiologia, il galvanismo è la contrazione di un muscolo stimolato da una corrente elettrica; il termine designa perciò anche l'ambito di indagine su tale fenomeno riguardante un possibile collegamento tra elettricità e vita.
Prende il nome da Luigi Galvani (1737–1798) che studiò a lungo quest'effetto, sviluppando la teoria secondo la quale gli esseri viventi fossero in possesso di unelettricità intrinseca prodotta dal cervello, propagata tramite i nervi e immagazzinata nei muscoli.
Il termine galvanismo, tuttavia, fu coniato da un suo collega contemporaneo, Alessandro Volta (1745–1827), con cui ebbe un acceso confronto su questo argomento.
Un ruolo non secondario nella diffusione di queste teorie fu svolto dal nipote di Galvani, Giovanni Aldini (1762–1834), che a Londra eseguì una pubblica dimostrazione della tecnica di elettrostimolazione sul cadavere di un criminale giustiziato, riuscendo a muoverne gli arti.
Oltre che nel lessico scientifico, il termine è entrato nell'uso comune ad esempio in espressioni come «galvanizzare», per denotare infusione di entusiasmo od energia.
Precursori L'uso medico dell'elettricità è attestato nell'antica Roma in alcune pratiche di Scribonio Largo del I secolo, il cui scritto menziona l'uso delle scosse elettriche di torpedini nere per trattare malani come cefalee e gotta. I primi esperimenti moderni di conduzione elettrica si devono invece all'olandese Pieter van Musschenbroek, a cui è attribuita l'invenzione della bottiglia di Leida, e all'inglese Stephen Gray.
Nel Settecento, lo svizzero Johann Georg Sulzer descrisse un fenomeno galvanico del quale tuttavia ignorava la natura elettrica. Mentre Albrecht von Haller introduceva la dottrina dell'irritabilità animale, tra i primi a teorizzare un'implicazione dell'elettricità nel moto muscolare vi furono Giovanni Battista Beccaria, Felice Fontana, Leopoldo Marco Antonio Caldani e Tommaso Laghi, i quali combinavano in qualche modo la dottrina tradizionale degli spiriti animali con una sorta di fluido nervoso.
A partire dalle loro ricerche, Luigi Galvani si proporrà appunto di dimostrare che tali spiriti animali della fisiologia antica consistevano in un'«elettricità nascosta nei nervi».
L'esperimento della scintilla
Era il 6 novembre 1780 quando Galvani, nel suo laboratorio domestico, scoprì accidentalmente il galvanismo, dopo aver predisposto una rana morta,La scelta delle rane dipende soltanto dalla presenza copiosa di questo animale nell'ambiante paludoso attorno Bologna, cfr. Marco Piccolino e Marco Bresaola, Rane, torpedini e scintille, Galvani, Volta e l'elettricità animale, Bollati Boringhieri, Torino, 2003, pp. 189-190. con i nervi crurali e il midollo isolati, posta ad una certa distanza da una macchina elettrica.
Durante lo scocco di una scintilla uno dei suoi assistenti toccò per sbaglio con un bisturi il nervo crurale interno della rana e ci fu un'intensa contrazione dei muscoli delle zampe dell'animale. Galvani rimase impressionato da questo evento e decise di approfondire e tentare di spiegare questo fenomeno.
A differenza di altri, si era reso conto che vi era una relazione limitata tra l'intensità della carica elettrica e lo sviluppo delle contrazioni: se la forza della scarica veniva aumentata oltre un certo valore non venivano prodotte contrazioni più forti e, al contrario, quando si riduceva l'intensità dello stimolo al di sotto di un certo livello le contrazioni potevano cessare.
Galvani infine sottolineò che, se in alcune preparazioni non vi erano più contrazioni dopo ripetute applicazioni del fluido elettrico, queste si potevano riottenere se l'animale non veniva stimolato per un po' di tempo o era sottoposto ad alcuni trattamenti.
Allora nella mente dello studioso bolognese era sorto il dubbio che le contrazioni muscolari non fossero dovute a scariche elettriche esterne, ma derivassero invece da una forza interna, propria dell'animale, stimolata dalla forza elettrica esterna.Luigi Galvani, De viribus electricitatis in motu musculari commentarius, in De Bononiensi Scientiarum et Artium Instituto atque Academia Commentarii", vol. VII, Bononiae, Ex Typographia Instituti Scientiarum, 1791: parte prima: Le forze dell'elettricità artificiale nel movimento muscolare.
Le prime ipotesi Benjamin Franklin, nel 1750, aveva dimostrato che nell'atmosfera è presente una carica elettrica naturale che genera i lampi. Così Galvani nel 1786 cercò di capire come l'elettricità presente nell'atmosfera potesse influire sulle contrazioni:
Ma le contrazioni avvenivano anche se la giornata era serena, o se si ripeteva l'esperimento in casa nelle stesse condizioni, e per questo non sembravano dipendere dall'elettricità atmosferica.Marco Piccolino e Marco Bresaola, Rane, torpedini e scintille, Galvani, Volta e l'elettricità animale, Bollati Boringhieri, Torino, 2003, pag.260-266
Dopo molti tentativi, Galvani scoprì che i muscoli delle rane si contraevano anche quando li toccava con fili di ferro e di rame interconnessi. Aveva così creato inconsapevolmente una cella galvanica, in seguito descritta più dettagliatamente da Alessandro Volta, ma che prese anch'essa il nome da Galvani, ed oggi costituisce la base di ogni batteria elettrica. Volta coniò il termine «elettricità di contatto» per questo fenomeno.
Collegando, attraverso un conduttore metallico, le strutture nervose (nervi crurali o midollo spinale) con i muscoli delle zampe, creò un «circuito di un tenuissimo fluido nervoso come nella bottiglia di Leida». Galvani giunse alla conclusione che era presente negli animali una forma di elettricità intrinseca che induceva le contrazioni e la chiamò «elettricità animale».
Comportandosi similmente alla bottiglia di Leida (il primo accumulatore di energia elettrica), l'animale è infatti capace di immagazzinare il fluido elettrico e di mantenerlo in uno stato di «disequilibrio», e l'arco conduttivo è in grado di mettere in movimento l'elettricità animale, che attraversa i nervi considerati dei conduttori, producendo la contrazione muscolare.Marco Piccolino e Marco Bresaola, Rane, torpedini e scintille, Galvani, Volta e l'elettricità animale, Bollati Boringhieri, Torino, 2003, pp. 271-287.
La controversia Galvani-Volta
Dopo la pubblicazione del De viribus electricitatis in motu musculari commentarius nel 1791 ci fu un grande clamore per la scoperta dell'elettricità animale, tant'è che lo stesso Alessandro Volta espresse la sua ammirazione nei confronti di Galvani. L'entusiasmo tuttavia durò poco: infatti lo scienziato di Como si era reso conto che si poteva creare la contrazione nelle rane attraverso l'uso di un arco bimetallico posto a contatto tra due parti di uno stesso nervo senza nemmeno considerare i muscoli.Alessandro Volta, Memoria seconda sull'elettricità animale, dal giornale fisico-medico del sig. Brugnatelli, 1792, pp. 3-34.
Allora l'ipotesi di Galvani iniziava a perdere fondamento proprio perché gli esperimenti di Volta avevano reso irrilevante il sistema nervi-muscoli, che invece era la base della teoria galvanica. Volta iniziò inoltre a considerare l'idea che l'elettricità potesse derivare dai metalli stessi; infatti tra i vari esperimenti usò l'arco bimetallico sulla lingua e sugli occhi: nella prima provocò un sapore acido e non contrazioni, nei secondi dava la sensazione di luce.Marco Piccolino e Marco Bresaola, Rane, torpedini e scintille, Galvani, Volta e l'elettricità animale, Bollati Boringhieri, Torino, 2003, pp. 464-470. Di conseguenza ritenne che gli effetti fisiologici venissero determinati in base al tipo di fibre nervose stimolate, e quindi non fossero i muscoli (nei quali per Galvani era concentrata l'elettricità animale) a determinarli.
Galvani invece dimostrò nel 1797 che la contrazione poteva essere provocata connettendo due nervi dello stesso animale senza l'utilizzo di materiali estranei alla stessa rana. Ma questo esperimento, considerato dal fisiologo tedesco Emil Du Bois Reymond come l'esperimento fondamentale dell'elettrofisiologia che poteva porre le basi per la nascita di questa nuova scienza, non venne considerato nella sua reale importanza anche perché Volta ormai stava concentrando le sue energie nella creazione di una macchina che potesse generare corrente elettrica. Così, dopo vari tentativi e fallimenti, attraverso l'alternarsi di metalli diversi a dischi di carta bagnati di una soluzione salina, inventò la pila.Marco Piccolino e Marco Bresaola, Rane, torpedini e scintille, Galvani, Volta e l'elettricità animale, Bollati Boringhieri, Torino, 2003, pp. 381-417.
Il successo di questa invenzione portò in auge Volta, e l'ipotesi dell'elettricità animale venne messa in secondo piano per molti anni. Lo scienziato comasco tuttavia non aveva compreso che a generare elettricità erano gli ioni presenti nella soluzione salina e che i metalli, nei quali credeva l'origine dell'energia, si limitavano a trasformavare l'energia chimica di questi ioni in energia elettrica.
Molti studiosi concordano sul fatto che le scoperte di Galvani abbiano contribuito e incentivato le ricerche di Volta, da cui è scaturita l'invenzione della pila, ed è proprio per questo motivo che gli studi dei due scienziati sono così intrecciati.Adolphe Ganot, Corso di fisica, Pagnoni, Milano, 1882, III edizione italiana, pp. 506-507. La loro controversia «avrebbe portato alla creazione dell'elettrofisiologia, dell'elettromagnetismo, dell'elettrochimica e della pila elettrica».
Conferme successive
L'ipotesi di un'elettricità animale è stata confermata dagli studi elettrofisiologici che sono stati condotti negli ultimi secoli. Una tale elettricità infatti è presente in tutti gli esseri viventi e, come pensò Galvani, essa esiste in uno stato di disequilibrio prodotto da gradienti di concentrazioni e pompe proteiche. Oggigiorno viene chiamato potenziale di membrana, ma a quel tempo era difficile immaginare che la conduzione nervosa derivasse da un flusso elettrico presente negli organismi in grado di stimolare e di essere stimolato.Marco Piccolino e Marco Bresaola, Rane, torpedini e scintille, Galvani, Volta e l'elettricità animale, Bollati Boringhieri, Torino, 2003, pp. 578-599.
Le macchine elettriche di quell'epoca, inoltre, e anche alcuni pesci come le torpedini, erano in grado di produrre scintille a differenza dell'elettricità animale. Per questo Galvani ritenne che questo tipo di elettricità dovesse essere diversa, tant'è che negli anni successivi venne rinominata come «fluido galvanico».Walter Bernardi, I fluidi della vita. Alle origini della controversia sull'elettricità animale, Firenze, Olschki, 1992.
Volta invece arrivò ad escludere completamente la presenza di questo fluido all'interno dell'organismo, sebbene, dopo l'invenzione della pila, furono evidenti le somiglianze tra l'elettricità prodotta da questa e quella di Galvani: tutte e due non erano in grado di produrre scintille ed erano caratterizzate da una grande carica e da un basso voltaggio. Queste proprietà spiegano l'ambiguità della batteria alla quale venne attribuito l'aggettivo «galvanico» stando proprio ad indicare questa forma di corrente continua e a bassa tensione.Marco Piccolino e Marco Bresaola, Rane, torpedini e scintille, Galvani, Volta e l'elettricità animale, Bollati Boringhieri, Torino, 2003, pagg. 294-297.
Il contributo di Giovanni Aldini A differenza di Volta, Galvani aveva un carattere riservato e progressivamente affidò al più comunicativo nipote, Giovanni Aldini, figlio di sua sorella, la difesa della teoria dell'elettricità animale.
Aldini preparò una seconda edizione del Commentarius riguardante nuovi esperimenti che utilizzavano un solo metallo per produrre la contrazione muscolare, e nel 1794 aiutò lo zio Galvani a pubblicare il Trattato dell'Arco Conduttore, con altri esperimenti in cui la contrazione muscolare veniva ottenuta senza alcun metallo, in risposta alle obiezioni sollevate da Volta.