Part 1

_Q. D. B. V._ DISSERTATIO INAUGURALIS PHYSICO-MEDICA _DE_ RESPIRATIONE, Quam CONSENSU & AUCTORITATE GRATIOSISSIMI MEDICORUM ORDINIS IN UNIVERSITATE PATRIA _Pro Summis in Arte Medicâ_ Honoribus & Privilegiis Doctoralibus ritè consequendis, _Ad diem 2. Septembr. M D CC XXI._ L. H. Q. S. _Publico Examini subjicit_ DANIEL BERNOULLI, JOH. FIL. BASIL.

Typis JOHANNIS LUDOVICI BRANDMÜLLERI.

VIRO

_Experientissimo atque Excellentissimo_

DANIELI NEBELIO,

Medicinæ Doctori, ejusdemque in Universitate Heidelbergensi Professori famigeratissimo, S. Elect. Palat. Medico Aulico meritissimo,

_Suo Fautori & in Re Medica Præceptori ad extremum vitæ halitum devenerando,_

Hasce Studiorum primitias ob varia in ipsius ædibus beneficia & insignis amoris testimonia accepta sacras facit

AUCTOR.

DISSERTATIO _DE_ RESPIRATIONE

_PRÆFATIO._

_Quamquam timidè, fateor, hanc materiam de _Respiratione _nodosam admodum & difficilem aggrediar, tamen illa, statim ac mentem subiit, arrisit, geminâ se potissimum commendans prærogativâ; prior harum est, quod non ita exhausta mihi nîl magis quam compilatoris consuetudinem fugienti videretur, quin nova addi possint, multaque insuper erronea ab aliis tradita correctionem sui mereantur; altera, nec minus ponderosa, est, quod materia hæc præ reliquis ita sit comparata, ut fertilissimi pariter ac nobilissimi studii mathematici [quod semper medico junxi, hoc sine illo nunquam subsistere posse ratus] usus & necessitas pro genuina ejus pertractatione ilico elucescat: quid præstiterim, judicet B. Lector, quem proìn, ut tenues hasce pagellas qualitercunque conscriptas attento animo perlegat, rogo._

CAPUT I.

§.1. Solent Dissertationem conscripturi multum esse soliciti indefinitione, etymologia, aliisque hujusmodi generalioribus præmittendis; his verò eò libentius supersedeo, quod nemini credam latere, quid per Respirationem nulli non usitatam intellectum velim; si verò quis multum hujusmodi præliminaribus delectetur, adeat Auctores, quibus de Respiratione sermo est, & ipsi protinus satisfiet; reperiet etiam apud nonnullos organorum respirationi inservientium descriptionem, quam theses has lecturo cognitam supponam. Sepositis igitur omnibus ambagibus, ordo requirere videtur, ut statim ostendamus modum, quo respiratio absolvitur; hæc verò duplici agendi modo constat, nimirum _inspiratione_ & _expiratione_; [Sidenote: _Quomodo fiat inspiratio & expiratio?_] Inspiramus aërem, quando _elevatione costarum_ & _descensu diaphragmatu_ cavitas pectoris ampliatur, atque sic aër externus _propter suum elaterem_ pulmones ingreditur & eosdem explicat; factâ hoc modo inspiratione musculi intercostales relaxantur, ac _costæ descendunt_, musculi abdominis simul intestinorum interventu diaphragma sursum trudunt, unde aër ex pulmonibus undiquaque compressis refluit, quem aëris è pulmonibus egressum vocamus _expirationem_.

§.2. Innuimus quod cavitas pectoris elevatione costarum amplietur; hanc costarum elevationem à musculis intercostalibus tam internis quàm externis fieri censeo, nec credo, vel in vehementissima inspiratione quicquam ad costarum elevationem conferre musculos serratos majores basibus scapularum alligatos, uti quidam opinantur, nam ductus fibrarum horum musculorum planè est parallelus cum ipsis costis, adeò ut fibras illas potius ruptum iri, quàm costas elevare necesse sit: quod autem elevatis costis pectus amplietur, id nullo negotio ex primis Geometriæ elementis demonstrari potest; [Sidenote: _Demonstratur elevatione costarum ampliari cavitatem pectoris._] Constat costarum figuram accedere ad ellipsin, hasque costas sibi invicem superimpositas constituere quasi cylindrum ellipticum; sit ergo (fig.1.) FA spina dorsi, BA & EF axes imæ & summæ costæ, cum spinâ dorsi angulos BAM & EFO acutos facientes; concipiatur BA & EF elevatis costis pervenisse in situm CA & DF atque in prolongatas FD & FE agantur perpendiculares AQ & AT; Erit totus cylindrus formatus à costis non elevatis ad totum cylindrum formatum à costis elevatis, ut illius altitudo TA ad hujus altitudinem QA; Est verò angulus QTA major angulo TQA, ille enim est major recto, hic minor recto, ergo QA major, quam TA; unde sequitur, cylindrum formatum à costis elevatis esse majorem cylindro formato à costis non elevatis Q. E. D.

§.3. Diximus etiam in thesi primâ, diaphragma in inspiratione descendere; interim non omnes Auctores conveniunt, utrum diaphragma in inspiratione ascendat an descendat? utrum motus ejus sit activus in inspiratione an in expiratione? item an septum illud transversum finitâ expiratione planum vel concavum vel convexum sit? [Sidenote: _Quæstiuncularum quarundam solutio._] Omnes hæ quæstiones facile resolventur, si attendatur, quod ultimus semper morientium actus sit expiratio; atqui, in demortuis diaphragma est pulmones versus convexum, ergo diaphragma peracta quavis expiratione pulmones versus convexum erit; 2^o. Cùm usus diaphragmatis sit motu suo cavitatem pectoris modò ampliorem modò minorem reddere, & cavitas pectoris ampliari debeat in inspiratione, iterum patet, quod diaphragma descendat durante inspiratione ascendatque tempore expirationis; 3^o. in actione musculorum diaphragmatis, septum hoc descendit, atqui idem descendit in inspiratione, ergo motus diaphragmatis est activus in inspiratione.

§.4. Affirmavimus porrò in §.1. aërem in pulmones irruere propter suum elaterem; Non puto, quemquam adhuc fore, qui hunc aëris in pulmones ingressum absonæ illi Veterum fugæ vacui attribuat; interim miror dari, qui illum per circulum Schvvammerdamij absurditate fugæ vacui minimè cedentem explicare adhucdum conantur: [Sidenote: _Circulus Schwammerdamij refutatur._] Putabat nimirum Schvvammerdamius costas in inspiratione elevatas aërem propellere, propulsum pariter sibi proximum protrudere, usque dum ille, qui immediatè ante os & nares existit, itidem propulsus in pulmones irruat, postea in expiratione iterum egressurus: quod huic Viro imposuit, fuit experimentum illud, quo vidit canem vasi aquâ repleto im̃issum inspiratione sua aquam sursum propellere, eodem verò expirante aquam ad pristinam suam altitudinem subsidere; hæc observans conclusit, _sicut aqua aquam, ita aër aërem propellit_, sed malè hanc deduxit conclusionem; anxius ergo ubi esset aërem à pectore propulsum collocaturus, ipsum pulmones subire ait, exemplo ab aquâ desumto: nonne autem maxima statim inter aërem & aquam differentia occurrit? ille ope antliæ pneumaticæ in decies minus spatium condensari potest, hæc omni condensationi ad sensum resistit; Nonne ergo universus aër terram ambiens & in decies minus spatium condensabilis, saltem tantillum in nostro casu condensari poterit, ut spatium relinquat pauco illi aëri à pectore elevato propulso? ad hoc sanè aliud responderi nihil potest, nisi quod dicatur, aërem condensationi resistere, non verò impediri, quò minus in pulmones irruat; hæc responsio totám quæstionem eò reducit, utra resistentia major sit, an pulmonum aërem, quo minus in ipsos ingrediatur, cohibentium, an athmosphæræ insensibili condensationi resistentis; posterior hæc infinite quasi parva est, ipsa quippe atmosphæra incomparabiliter major quam quantitas illa perexigua quâ costæ elevatæ fuerunt: quis verò contendet, pulmonum resistentiam esse quoque infinitè parvam? consideret modò fricationem aëris per minimos asperæ arteriæ ramusculos transeuntis, & attendat ad fibrarum pulmonalium tenacitatem, qua extensioni resistunt. Potest etiam falsitas circuli Schvvammerdamij sic demonstrari; possumus nimirum obturatis naribus partem aëris ex lagenâ magnâ ori admotâ com̃odè haurire, quod verò fieri non deberet juxta hypothesin Schvvammerdamij, siquidem aër externus nullam habet communicationem cum aëre lagenæ incluso, ad quæ respondet Schvvammerdamius, à pectore propelli aërem subtilem, qui latera lagenæ penetrando pulmones ingrediatur: sed quid impedit aërem illum subtilem ne per ipsam cutim & pleuram intret in cavitatem inter pulmones & pleuram contentam hocque modo pulmonum extensioni resistat? Corruit ergo circulus ille, qui quamquam debili fundamento nixus, multos tamen in sui admirationem rapuit.

[Sidenote: _Argumentum, quod musculi intercostales interni producant inspirationem._] §.5. Asseruimus tandem in §.1^o. costas relaxatis musculis intercostalibus descendere; Hunc costarum descensum non produci à musculis intercostalibus internis, ob multas rationes mihi persuasum habeo, quas inter referri etiam posset, quod musculi intercostales tam interni quam externi accipiant nervulos suos à nervis intercostalibus, adeo ut spiritus animales eodem tempore ad ambos musculorum ordines sint fluxuri: Nec gravitas causa costarum descensûs esse potest, quia inverso corpore cruribus nempe in altum erectis exspiratio succedit; Neque musculi abdominis nisi in vehementi expiratione costas deorsum trahere possunt, quoniam diaphragma potius sursum trudunt, quàm costas deorsum trahunt; [Sidenote: _Causa costarum descensus in expiratione._] causam ergo, quod costæ in expiratione descendant, esse credo, constrictionem fibrarum cutis pectus ambientium, quæ in præcedenti inspiratione extendebantur, nec non restitutionem ipsius sterni, demonstrabo enim sub finem hujus dissertationis, sternum in quâlibet inspiratione extrorsum incurvari, quod proin cessante actione musculorum intercostalium resiliet, non secus ac lamina elastica tensa.

[Sidenote: _Quomodo prima in infante recens nato respiratio fiat?_] §.6. Quæritur nunc, quomodo prima in infante recens nato inspiratio fiat: Mirum sanè est, quod Fœtus in utero materno non respirans, subito respirare incipiat in lucem editus; [Sidenote: _Explicatio hujus phænomeni, quæ refutatur._] oportet, ut adsit causa quâ spiritus animales subito ad musculos intercostales determinentur, hanc quidam deducebant ex doloribus, quos sentiunt infantes durante partu, à quibus spiritus animales adeo in motum excitentur, ut quaquaversum & proin etiam ad musculos intercostales fluant; Miror autem, fautores hujus sententiæ non cogitâsse de partu cæsareo, quo infantes ex utero materno sine ullis doloribus eximuntur: [Sidenote: _Explicatio illius genuina._] Melius itaque prima illa Inspiratio explicatur dicendo, quod sit cavitas inter pleuram & pulmones Infantum, quæ vel nullum vel valde rarum aërem continet, unde aër externus nullam vel exiguam in pulmonibus resistentiam offendens, in eosdem vi sui elaterij, eousque irruet, donec aër inter pulmones & pleuram sit naturalis consistentiæ, vel, si nullus aër ibi existat, pulmones ad pleuram usque se explicabunt; hæc quidam Auctores passim jam agnoverunt, sed maxima superest difficultas, quomodo fiat, ut costæ eleventur, nam hanc costarum elevationem producere nequit aër in pulmones irruens, uti multi crediderunt, siquidem aër in pulmonibus prorsus sit in æquilibrio cum aëre externo; ergo aliam substituam sententiam: postquam pulmones aliquousque ut vidimus, explicati fuerunt, sanguis ex dextro cordis ventriculo ad pulmones magno impetu latus, nervos pulmonum, (quorum quidem magna pars, quod bene notandum, ab intercostalibus oriuntur) repente & antea inconsuete modo afficit atque irritat, quibus irritatis in consensum trahuntur nervi ad musculos intercostales & diaphragma tendentes, per quos adeò spiritus animales ad prædictos musculos determinantur, pectus sine mora ampliaturos, quo ipso prima oritur infantum inspiratio.

[Sidenote: _Indagatio quantitatis aëris inspirati per experimentum & per calculum._] §.7. Si cui jam volupe fuerit indagare quantitatem aëris inspirati, id multis modis assequi potest; sequenti præ aliis experimento facillime scopum suum obtinebit; sumat tubum aliquem recurvum debitæ amplitudinis (fig.2.) AGMQPSRB cujus orificio AB altero PQ multo angustiori indatur canaliculus EF, & si quæ adsint interstitia inter orificium AB & canaliculum EF, eadem cerâ probe obturentur, tandem immittatur per orificium PQ aqua usque ad altitudinem CDON, quo facto aërem inspiratione haustum, obturatis naribus & ore admoto orificio E exspiret impellatque in cavitatem ABDC, finitâ dein expiratione digitum admoveat orificio E; videbit tunc aquam in parte vasis ABRG descendisse ad UT ascendisse verò ab altera parte ad XZ; erit autem aër in spatio ABUT contentus naturali nonnihil densior, qui proin ut ad ordinariam consistentiam redigatur, evacuanda est pars aquæ ex crure PQMS donec se aqua hinc inde ad æqualem altitudinem WYHI composuerit, indicabitque spatium CDYW quantitatem aëris una inspiratione assumti; possumus autem prædicta evacuatione aquæ ex Tubo PQMS supersedere, si fiat, ut se habet altitudo 33. pedum (quantæ nimirum est cylindrus aquæ æquiponderans aëri atmosphærico) ad altitudinem eandem auctam excessu altitudinis XZ super TU ita spatium ABUT ad quartum quid, quod denotabit spatium ABYW, à quo proin auferendo spat. ABDC remanebit spat. quæsitum CDYW. Licet etiam calculo invenire quantitatem aëris inspirati quærendo excessum (fig.1.) cylindri FDCA supra cylindrum FEBA, qui sunt in ratione QA ad TA vel quod idem est in ratione demissarum ad FA perpendicularium DN ad EO, sit ergo capacitas cylindri FEBA = a, EO = b, DN = c, excessus cylindri FDCA supra cylindr. FEBA = x & erit a.a + x:: b.c, unde habetur x = (ac-ab) / b. Hæc est quantitas, qua pectus ampliatur elevatione costarum, verum augetur etiam descensu & complanatione diaphragmatis; ponatur itaque diaphragma præ se ferre speciem coni elliptici excavati, cujus basis = m & altitudo = n; erit quantitas, quâ augetur pectus per descensum diaphragmatis = 1/3 mn, adeo ut tota quantitas aëris inspirati sit = (ac-ab) / b + 1/3 mn.

[Sidenote: _Error Cel. Borelli monstratur in suo tr. de motu animalium commissus._] §.8. Ex hisce Cel. Borellus mot. animal. part. 2. cap. 7. prop. 81. indagare voluit excessum ipsius (fig.1.) DN supra EO, qui excessus denotabit, quantum sternum in qualibet inspiratione protrudatur; posuit nimirum capacitatem cylindri FEBA = 3375. digit. cubic. quantitatem aëris inspirati (quam experimento inveniri posse demonstravimus in præcedenti §.) = 15. dig. cubic. atque EO = 15. dig. unde invenit quantitatem, quâ pectus in inspiratione protruditur, = 1/50 digiti, sed geminum, quod pace tanti viri dixerim, commisit errorem; primo enim neglexit quantitatem, quâ pectus augetur per complanationem diaphragmatis ac tacite supponit pectus unicè elevatione costarum ampliari. Deinde cylindros FDCA & FEBA considerat tanquam corpora similia & inde deducit, DN esse ad EO in subtriplicata ratione ipsorum cylindrorum; unde sponte sequitur, quod DN = 15-1/50 dig. seu DN-EO = 1/50 dig. Sed hi duo cylindri non sunt similes. [Sidenote: _Ostenditur quomodo elevationis sterni quantitas inveniri possit._] Ut vero erroneæ huic methodo aliam veram substituere possimus, oportet experiri, quantum amplietur pectus descensu diaphragmatis; quod reperiemus, si in demortuis observemus, quantum aquæ contineat cavitas diaphragmatis; Ponamus quantitatem illam esse 8. digit. cubic. & erit quantitas, quâ augetur pectus per elevationem costarum, = 7. digit. cubic. (retinebimus enim suppositiones Borelli) adeoque capacitas cylindri FDCA = 3782. dig. cub. est autem cyl. FEBA (3375) ad cyl. FDCA (3382) ut EO (15) ad DN, quæ erit 15-7/225 dig. à qua auferendo EO remanet quantitas quâ sternum elevatur = 7/225 dig. seu circiter 1/32 dig. adeo ut non mirum, quod protrusio sterni in inspiratione sit fere insensibilis, utpote quæ minor est trigesimâ secundâ parte unius digiti, major tamen quam quæ à Borello inventa; interim negligendo quantitatem, quâ pectus complanatione diaphragmatis augetur, id quod Cel. Borellus fecit, invenitur elevatio sterni = 1/15 dig. quæ quantitas iterum multo major est illa, quam Cl. Borellus dedit.

CAPUT II.

§.1. Hisce pertractatis ordo postulat ut disquiramus quid de aëre inspirato fiat & statim ultroque se offert momentosa illa & multum jam agitata quæstio; _an omnis aër inspiratus iterum exspiretur, an vero pars quædam illius ad sanguinem transeat?_ [Sidenote: _Argument. quod nullus aër ad sanguinem transeat, quod refutatur._] posterioris cum sim sententiæ dicam quid ad argumenta ab Adversariis proferri solita responderi posse mihi videatur, subjuncturus dein rationes, quæ pro sententiâ nostrâ militant: Objiciunt primò, nullas hucusque esse detectas vias, per quas aër ad sanguinem transire possit; respondeo vias has ipsas esse poros minimorum vasculorum pulmonalium; rem ita concipio: pars aëris inspirati subtilissima pervenit ad ipsas pulmonis vesiculas (seu potius receptacula non formata ab expansione extremitatum asperæ arteriæ, sed ab aliis pulmonum membranis, vide elegantes Helvetii observationes in pulmones humanos quæ extant _dans les memoires de l'Acad. Royal. des Sciençes de Paris, ann. 1718_.) quæ minimis vasculis sanguiferis cinguntur; subsequente dein expiratione (quæ quidem multo citius absolvitur, quam inspiratio) aër ille non omnis per angustum vesicularum orificium intra tam breve expirationis momentum regredi potest, unde necessario pars ipsius per poros vasculorum vesiculas ambientium propelletur; fateor quidem hos poros esse admodum subtiles, sed & aërem subtilissimum tantum illos subire contendo, hinc est, quod quantitas aëri expirati sit ad sensum æqualis aëri inspirato: videmus equidem, quod aqua tepida canis viventis abdomini intra duplicaturam peritonei per vulnus injecta resarcito vulnere tota sub vaporum formâ vesicam per ejusdem poros subeat, ita ut à potiori aërem aquâ subtiliorem vi expirationis impulsum poros vasculorum pulmonalium haud difficulter pénetrare concludere possimus.

[Sidenote: _Alterum argumentum, quod refellitur?_] §.2. At vero, insistunt, sanguis per eosdem poros transudans perpetuam nobis creabit hæmoptoën; Ego respondeo, aërem esse subtiliorem, quam sanguis ille, adeo ut pori quidem aërem illum subtilem, nec tamen sanguinem transmittant; sed demus etiam aëris istius particulas non esse subtiliores particulis sanguineis, poterit vel sola figura pororum efficere, ne sanguis per ipsos transeat, sunt enim pori ampliores in superficie vasculi externâ, quam in superficie internâ, adeò ut particula ingressura tanquam per valvulam intro spectantem facile aperire queat latera pori, cum eadem particula regressum tentans latera ejusdem pori comprimendo sibi viam præcludat; Hanc certè ob causam sit, ut vesica urinaria contineat liquores, qui per eandem inversam sensim transudant.

[Sidenote: _Tertium argumentum refutatum._] §.3. Objicitur porrò pulmonibus cadaverum inflatis nullum aërem vascula sanguifera subire: regero alios negare factum, contendentes è contrario aërem quam maximè ad vascula illa penetrare; provocando ad experimentum eam in rem à se institutum, quo aquam tepidam nigro colore tinctam & tracheæ injectam ad cordis ventriculum sinistrum penetrare ajunt; sed posito etiam, nihil aëris ad sanguinem transire, id provenire potest ex eo, quòd in demortuis fibræ sint constrictæ & vasa statim post mortem collabentia nullum admittant aërem; tandem etiam si attendatur ad modum paragr. 1. cap. 2. traditum, quo aërem durante expiratione vi quadam in vascula sanguifera propelli ostendi, patebit, vel ideo nullum aërem in demortuis ad sanguinem transire, quoniam in illis nulla adest expiratio summè necessaria ad aëris transitum per poros vasculorum pulmonalium promovendum; Hæc sunt quamvis levia, principalia tamen argumenta aëris cum sanguine mixtionem negantium; supersunt fortè alia, haud dubiè non majoris momenti quam præcedentia; sic v. gr. urgent, experimentum illud, quo docetur minima quantitate aëris vasi sanguifero aperto inflatâ animal enecari; Hîc excipio, magnam esse differentiam inter aërem collectum in sanguine & aërem æqualiter in eodem distributum; si enim aër æqualiter per sanguinem dispersus animal necare posset, nullum superesset vivum, siquidem omnium animalium sanguis aëre imprægnatus existit; utpote qui in vacuo positus copiosas aëris bullulas emittere cernitur. Videamus nunc annon majoris sint momenti argumenta, quæ pro nostra stant sententia.