Cоздание кардиограммы: от бульдога до человека

09.04.2018

Нобелевские лауреаты: Виллем Эйнтховен

Родился: 21 мая 1860 г., Семаранг, Голландская Ост-Индия.
Умер: 29 сентября 1927 г., Лейден, Нидерланды.
Нобелевская премия по физиологии или медицине 1924 г.
Возраст при присуждении премии — 64 года.
Формулировка Нобелевского комитета: «за открытие техники электрокардиографии».

…В 2002 г. Texas Heart Institute Journal опубликовал редакционную статью «10 величайших открытий в кардиологии XX века» [1]. Среди них были и ангиопластика, и открытая операция на сердце. Однако, бесспорно, первым методом в этом списке стоит электрокардиография и фамилия голландца Виллема Эйнтховена — создателя первого распространенного метода инструментальной неинвазивной диагностики, с которым сталкивался каждый из нас.

Впрочем, нужно быть точными: первую электрокардиограмму в истории снял не Эйнтховен. И «голландцем» назвать его можно, но можно и по-другому. Однако все по порядку. Если рассуждать по принципу «государство N — родина слонов» Резерфорд, к примеру, окажется первым новозеландским нобелевским лауреатом, а Виллем Эйнтховен — первым лауреатом Индонезии. Потому что родился он в городе Семаранг, ныне — пятом по величине городе в Индонезии на острове Ява. Тогда это была голландская Ост-Индия, о государстве Индонезия никто не слышал, ведь до признания ее независимости оставалось более 80 лет. С происхождением у Эйнтховена тоже все замысловато: он потомок изгнанных из Испании евреев. Фамилия появилась при Наполеоне, который в своем кодексе указал, что все граждане его империи, куда входила Голландия, имели фамилии. Двоюродный дед Эйнтховена выбрал немного искаженное название города, где он жил (надеюсь, не нужно упоминать, какого).

Отцом будущего нобелиата был военный врач, Якоб Эйнтховен, который, к сожалению, не смог обеспечить собственное здоровье. В 1866 г. он умер от инсульта, и через четыре года (Виллему тогда было уже 10) его семья вернулась в Утрехт. Разумеется, большого достатка в семье не было — его мать осталась одна с тремя детьми. Виллем решил пойти по стопам отца — отчасти по призванию (медицина), отчасти — по нужде. Дело в том, что заключив военный контракт, он смог обучаться на медицинском факультете Утрехтского университета бесплатно.

В студенческие годы Виллем был очень спортивным человеком, регулярно заявлял, что и в учебе нужно «не дать погибнуть телу», был прекрасным фехтовальщиком и гребцом (последнее — опять же вынуждено, поскольку сломал запястье и занялся греблей для восстановления функциональности кисти). Да и первая работа Эйнтховена по медицине была посвящена механизму работы локтевого сустава, одинаково важного как гребцу, так и фехтовальщику. В этой работе, пожалуй, уже проявилась двойственность таланта Эйнтховена: прекрасное знание анатомии и физиологии и интерес к физическим основам работы человеческого организма.

А дальше юноше повезло. Правда, при этом не повезло профессору физиологии Лейденского университета Адриану Хейнсиусу: он умер. А юному Эйнтховену, четверть века от роду, вместо службы в медицинском корпусе досталось профессорское место в не самом последнем европейском университете. Это случилось в 1886 г., и с тех пор более 41 года Эйнтховен работал в Лейдене — до самой своей смерти в 1927 г. Активно занимался Эйнтховен и офтальмологией — его докторская диссертация называлась «Стереоскопия посредством дифференцировки цветов». Позже вышли очень интересные работы «Простое физиологическое объяснение различных геометрико-оптических иллюзий», «Аккомодация человеческого глаза» и другие. Впрочем, больше всего времени молодой исследователь занимался физиологией дыхания. В том числе и работой нервных импульсов в механизме контроля дыхания.

А тут подоспел первый международный конгресс по физиологии — важнейшее событие в мировой медицине (Базель, 1889 г.). Там и произошла эпохальная встреча с Огастесом Уоллером, который первый в мире показал, что не вскрывая тело живого организма, можно снять запись электрических импульсов сердца (1887 г.). В Базеле Уоллер показывал свою работу при помощи собственного пса Джимми. Именно Уоллера нужно называть первооткрывателем ЭКГ.

Огастес Уоллер и его собака Джимми

Правда, надо сказать, что кардиограммы у Уоллера были ужасные. Он регистрировал импульсы при помощи капиллярного электрометраэлектрометра (кстати, изобретенного нобелевским лауреатом по физике 1908 года и одним из изобретателей цветной фотографии Габриэлем Липпманном).

капиллярный электрометр Липпманна

В этом приборе электрические импульсы от сердца попадали на капилляр с ртутью, уровень которой в капилляре менялся в зависимости от силы тока. Но сама по себе ртуть меняла положение не мгновенно, а обладала некоей инерцией (ртуть ведь очень тяжелая жидкость). В результате получалась каша. Пять лет (с 1890 по 1895 гг.) Эйнтховен занимался усовершенствованием технологии капиллярной электрометрии и попутно создал нормальный математический аппарат обработки «каши». Что-то начало получаться, но все равно прибор был ненадежным, неточным и громоздким. Однако нельзя сказать, что эти годы прошли зря: в 1893 г. на заседании Нидерландской медицинской ассоциации из уст Эйнтховена впервые официально прозвучал термин «электрокардиограмма».

Однако нормальной кардиограммы получить капиллярным методом не удалось. И Виллем Эйнтховен сделал собственный прибор: струнный гальванометр, первую статью о том, что на нем записана кардиограмма, он опубликовал в 1903 г. (издание датировано 1902 г., [2]).

струнный гальванометр Эйнтховена

Его главной частью была кварцевая струна — ниточка из кварца толщиной в 7 микрон. Она делалась весьма оригинальным способом — стрела, к которой было прикреплено кварцевое разогретое волокно, выстреливалась из лука (от себя добавим, что таким же способом 20 лет спустя в свежесозданном Физтехе в Ленинграде Семенов и Капица тянули капилляры). Эта нить при попадании на нее электрических импульсов отклонялась в постоянном магнитном поле. Чтобы фиксировать отклонение нити, параллельно ей во время измерений двигалась фотобумага, на которую при помощи системы линз проецировалась тень от нити.

Интересно, что на первые кардиограммы наносилась временная координатная сетка (сейчас бумага для кардиограмм сразу содержит сетку, но у Эйнтховена-то была фотобумага!). Сетка наносилась при помощи теней от спиц велосипедного колеса, вращавшегося с постоянной скоростью.

подлинная кардиограмма, снятая Эйнтховеном. Иллюстрация из нобелевской лекции

Эйнтховен придумал и три стандартных отведения ЭКГ, попарно размещая электроды от левой руки к правой, от правой руки к левой ноге и от левой ноги к левой руке. Это получило название «треугольник Эйнтховена». Он же ввел стандартное название зубцов кардиограммы: чтобы избежать путаницы с терминологией электрометра, в струнном гальванометре зубцы получили названия P, Q, R, S, T и U.

зубцы и интервалы кардиограммы

Что же такое эти зубцы и что нам даёт кардиограмма?

Итак, обычно на кардиограмме видно пять зубцов. С лёгкой руки Эйнтховена они получили названия P, Q, R, S, T. Не всегда, но достаточно часто, за ними можно увидеть еще и небольшую волну-зубец U.

Первый зубец, P, характеризует процесс возбуждения мышечной ткани предсердий, то, что называется комплексом QRS отражает систолу (сокращение) желудочков и выброс крови в аорту, фрагмент ST и сам зубец T – реполяризацию (восстановление потенциала покоя) мембран клеток миокарда желудочков.

Но самое главное — Эйнтховен сумел увидеть некие общие черты в кардиограммах людей с одинаковыми сердечно-сосудистыми заболеваниями. Так ЭКГ стала диагностическим методом.

Любопытно, что голландец не стал почивать на лаврах, и продолжал свои работы. К примеру, вместе со своим сыном в 1920-е годы он организовал прием радиограмм из Индонезии при помощи того же струнного гальванометра. А то, что он достоин «нобеля» стало ясно достаточно быстро.

Интересно разобраться с номинациями Эйнтховена. Наш герой номинировался на премию 31 раз. При этом в 1924 г. он был номинирован лишь трижды, а вот в 1922 г. — 16 раз! Еще 6 номинаций в 1913 г., две в 1917 и по одной в 1911, 1914, 1920 и 1921 г. Сам же Эйнтховен имел право номинировать с самой первой премии, но воспользовался им лишь четырежды. В 1901 г. он номинировал Эмиля фон Беринга, который и стал Нобелевским лауреатом. В 1905 г. — его соратника Эмиля Ру, который так и не получил «нобеля». В 1917 и 1921 гг. он номинировал сэра Чарлза — но не Баскервиля, а Шеррингтона, который получит свою премию за исследования функции нейронов лишь в 1932 г., уже после смерти автора кардиограммы.

Пишут, что Нобелевский комитет оказался в некотором теоретическом затруднении: можно ли давать премию по физиологии за прибор? В итоге сформулировали так: «за открытие техники электрокардиографии».

прибор для электрокардиографии

Любопытно, что сам Эйнтховен узнал о своей премии в США, где он читал лекции. Изначально он прочитал об этом в бостонской газете, и решил, что это шутка, ошибка или розыгрыш. Сообщению от Reuters пришлось поверить.

Кстати, в 1924 г. продолжилась определенная неразбериха с Нобелевскими премиями, о которой сейчас мало кто знает. Нет, мы прекрасно знаем, что в определенные годы Первой и Второй мировых войн премии не присуждались вообще. Однако было такое и в 1920-х. Так, Эйнтховен стал… единственным «естественнонаучным» нобелевским лауреатом, удостоенным премии в 1924 г. В 1924 г. Нобелевский комитет присудил премию лишь Эйнтховену, а решение по премиям по физике и химии перенес на следующий год. Торжественного вручения премий не было. В 1925 г. комитет присудил премию 1924 года по физике Карлу Сигбану за рентгеновскую спектроскопию, а премию по химии 1924 г. решил не вручать совсем, а перенести деньги в спецфонд. Решение по премиям же 1925 г. снова отложили на год (потом чехарда продолжилась). В итоге нобелевский банкет 1924 г. состоялся в декабре 1925 г., и свою Нобелевскую лекцию (строгий доклад о струнном гальванометре) Эйнтховен прочел 11 декабря 1925 года [3].

Голландец недолго прожил в лауреатах — через два года после своей нобелевской лекции он умер от рака желудка. Печальнее всего, что, несмотря на открытость своей лаборатории (в ней часто бывали гости), ни учеников, ни научной школы после Эйнтховена не осталось. А вот лаборатория Эйнтховена есть: его именем названа лаборатория экспериментальной сосудистой медицины в его родном Лейдене (Лейденский университетский медицинский центр, LUMC). [4]

И еще одно любопытное наблюдение про Эйнтховена. Статья о нем в русскоязычной Википедии [5] гораздо подробнее и длиннее, чем статья в англоязычной [6], более того, входит в число «хороших» статей (свидетельствую — хороша!). Удивительный факт, но у открывателя кардиограммы есть свои русскоязычные поклонники. Впрочем, теперь их стало минимум на одного больше.

1.http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC124754/pdf/20020900s00003p164.pdf
2. Einthoven W. Galvanometrische registratie van het menschelijk electrocardiogram. — Leiden: Eduard Ijdo, 1902. — С. 101−107.
3. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1924/einthoven-lecture.pdf
4. http://www.einthovenlaboratory.com
5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Эйнтховен,_Виллем
6. https://en.wikipedia.org/wiki/Willem_Einthoven