Вильям Эйнтховен. К 100-летию современной электрокардиографии

2003 ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. Сер. 3. Вып. 3

ИЗ ИСТОРИИ НАУКИ

ВИЛЬЯМ ЭЙНТХОВЕН

«

«Изучение электрических явлений, возникающих при деятельности сердца человека, практически стало возможным после того, как Эйнтховен применил для этой цели струнный гальванометр — прибор, позволявший регистрировать не только весьма слабые, но и весьма быстропротекающие электрические токи» ([1], с. 75).

Выдающийся голландский медик, физиолог и физик Вильям Эйнтховен родился 21 мая 1860 г. в Семаранге (о-в Ява, бывшая Голландская Ост-Индия, ныне Индонезия). Его отец, Якоб Эйнтховен, получил образование военного медика в Гренингене (Нидерланды). Вначале он работал в качестве военного врача в гарнизоне Семаранга, впоследствии - там же, как врач церковного прихода. Мать .— Луиза де Вогель — дочь министра финансов в Ост-Индии. Вильям был третьем ребенком в семье, но старшим из сыновей (всего в семье было б детей — 3 дочери и 3 сына). После окончания общеобразовательной школы В. Эйнтховен, следуя семейной традиции, выбирает специальности медика и в 1878 г. поступает на медицинское отделение Утрехтского университета.

Уже в студенческие годы проявились его выдающиеся способности и склонность к научным исследованиям, умение полностью посвящать себя конкретному делу, которым он занимался в данное время. Ббльший интерес Эйнтховен проявлял к физике, нежели к физиологии и медицине, хотя смело брался за исследование любой проблемы, лежащей в сфере его интересов, искал новые методические приемы для ее решения (что отражено в названиях целого ряда его первых публикаций) и доводил исследование до логического завершения. Его вера в физическую сущность биологических явлений была чрезвычайно глубока. Хороший спортсмен, В. Эйнтховен еще в студенческие годы стал "президентом секции гимнастики и фехтования и был одним из организаторов студенческого гребного клуба Утрехта.

Работая в качестве ассистента у известного офтальмолога профессора X. Шнеллена в глазном госпитале «Gasthuis voor Ooglidders», Эйнтховен параллельно занимался и научными изысканиями. Первая его публикация, имевшая большой резонанс в научном мире, была выполнена под руководством анатома профессора В. Костера и явилась одновременно его кандидатским дипломов (эквивалент В. Sc. degree). Работа называлась «Некоторые замечания о локтевом сочленении», и причиной интереса к исследованию послужила травма, полученная Эйнтховеном во время занятий в гимнастическом зале. Разрыв связок в запястье и возникшие в связи с этим проблемы привели к серьезному исследованию пронации и супинации руки в разных положениях (pro- and supination movements of the hand), а также и изменениям функции плеча и локтевых сочленений. Вторая научная работа, которая стала заметным событием в научном мире, была выполнена им совместно с другим известным физиологом, профессором Ф. Дондерсом. Эйнтховен публикует это исследование в 1885 г. под названием «Stereoskopie door Kleurver schil» («Стереоскопия при световых вариациях») и представляет его в качестве докторской диссертации. Одним из его учителей в это время был выдающийся физик Б. Бойль, известный в области метеорологии.

В конце того же 1885 г. Эйнтховен был представлен на физиологическом обществе Университета Лейдена и, после инаугурационного доклада «Теория специфических энергий» в январе 1886 г., занял должность ведущего преподавателя в Лейденском университете. Совмещая деятельность преподавателя с научными изысканиями, Эйнтховен в 1892 г. публикует работу по исследованию дыхательной мускулатуры, которая в учебнике физиологии Нагеля (Nagel's, «Handbuch der Physiologie») отмечена как «выдающаяся работа». В ней представлены исследования состояния бронхиальной мускулатуры при различных режимах дыхания и впервые обсуждаются возможные нервные механизмы бронхиальной астмы.

Эйнтховен известен прежде всего как основоположник электрокардиографии. Однако следует отметить, что электрические потенциалы, связанные с работой сердца, были впервые зарегистрированы еще в 1876-1878 г., когда Эйнтховен только поступил на первый курс Утрехтского университета. Электрокардиограмма сердца лягушки была зарегистрирована с помощью ртутного капиллярного электрометра Г. Липпманна [5, 14]. Только через 10 лет, в 1887 г., А. Д. Уоллер с помощью этого прибора впервые записал электрокардиограмму человека [15]. Встреча с А.Уоллером на первом Конгрессе физиологов, который проходил 10-12 сентября 1889 г. в Базеле, стала поворотным событием в жизни Эйнтховена. На конгрессе Уоллер демонстрировал биотоки сердца своей знаменитой собаки Джимми, и здесь Эйнтховен впервые увидел изменение электрических потенциалов тела при сокращении сердца, за что впоследствии получил Нобелевскую премию.

Эйнтховен тщательно анализирует эти потенциалы. В 1893 г. на собрании голландской ассоциации медиков [6] он впервые ввел термин «электрокардиограмма» (в последующих публикациях Эйнтховен указывал, что само понятие электрокардиограммы упоминалось еще Уоллером). Из-за механической инертности ртутного столбика капиллярного электрометра быстрые электрические колебания записывались с искажениями. В 1890 г. был разработан математический метод коррекции осциллограмм, устраняющий такие искажения [4], а в 1895 г., независимо от Дж. Берч, В. Эйнтховен применил аналогичные корректирующие формулы для реконструкции истинной формы электрокардиограммы по осциллограммам, записанным с помощью капиллярного электрометра [7]. Здесь он впервые обозначил зубцы электрокардиограммы человека как Р, Q, R, S, Т.

Почему зубцы были обозначены как Р, Q, R, S, Т? На первых записях, полученных с помощью капиллярного электрометра, волны (зубцы) электрокардиограммы вначале обозначались как А, В, С, D. После применения корректирующих расчетов Эйнтховен получил электрограмму несколько иной формы, содержащую уже 5 волн. В то время в науке существовало правило, согласно которому новые обозначения следовало начинать со второй половины алфавита. В латинском алфавите это буква N. Однако N часто применяется в физике и математике. Следующую букву О Эйнтховен использовал в статье для обозначения временной оси (ось О — X). Таким образом, зубцы электрокардиограммы были обозначены последующими буквами Р, Q, R, S, Т.

В конце 90-х годов XIX в. раскрывается талант Эйнтховена и как выдающегося физика. Он разработал новый прибор для регистрации биопотенциалов — струнный гальванометр. Этот прибор отличался высокой чувствительностью и быстродействием. В. Эйнтховен писал, что его устройство подобно системе французского инженера К. Адера [3] и прибору д'Арсонваля, использовавшего железную струну, однако было сконструировано им независимо. Чувствительность, эйнтховенского гальванометра, и, следовательно, точность измерений были на несколько порядков выше благодаря применению очень тонкой посеребренной кварцевой струны! Вес первого струнного гальванометра Эйнтховена составлял около 600 фунтов [8].

Первая электрокардиограмма, зарегистрированная с помощью струнного гальванометра, была опубликована в 1902 г., и эта дата считается датой изобретения струнного гальванометра как прибора для регистрации электрокардиограммы [9]. С этого времени начинаются переговоры с ведущими инструментальными фирмами и налаживается выпуск серийных приборов. Первые модели были выпущены фирмами М. Эдельмана(Мюних, Германия) и Х.Дарвина (Кембридж, Англия).

В 1905 г. Эйнтховен предпринимает попытку передать электрокардиограмму из госпиталя в свою лабораторию, находящуюся на расстоянии 1,5 километров, по телефонному кабелю. 22 марта 1905 г. первая «телекардиограмма» была получена из госпиталя от физически здорового пациента, и периодически повторяющиеся выраженные регулярные R-волны были записаны в лаборатории. В 1906 г. вышла работа под названием «Het telecardiogram», в которой приводится запись кардиограммы при различных заболеваниях сердца [10]. Эта работа не утратила своего значения и в наше время, хотя сейчас технические возможности регистрации существенно улучшились.

В последующие годы Эйнтховен усовершенствовал конструкцию гальванометра, и через три года его прибор использовался не только как кардиограф, но и для регистрации других электрических феноменов, например для исследования активности нервов. Одна из модификаций такого прибора была приобретена в свое время кафедрой физиологии человека и животных Ленинградского (Санкт-Петербургского) университета. Долгое время она использовалась для научной работы и преподавания. Вплоть до 1965 г. студенческие лаборатЗрнЬш занятия проводились на этом приборе! Два струнных гальванометра Эйнтховена разных годов выпуска украшают музей кафедры общей физиологии СПбГУ.

В 1911 г. Т. Льюис публикует классический учебник «Механизм сокращений сердца» [13] и посвящает его В. Эйнтховену. В 1912 г. Эйнтховен направляет в клиническое общество в Челси (Лондон) описание равностороннего треугольника (обозначаемого сейчас во всех учебниках как «треугольник Эйнтховена»), сформированного стандартными проекциями, соответствующими I, II, III отведениям электрокардиограммы (ЭКГ). В данной статье эта аббревиатура (EKG) появляется впервые [11].

Появление струнного гальванометра послужило толчком к многочисленным исследованиям функции и болезней сердечной мышцы. В эти годы лаборатория в Лейдене стала местом паломничества и посещалась учеными всего мира. Конечно, все это легло на плечи Эйнтховена, его коллег и учеников. Электрокардиограмму саму по себе Эйнтховен изучил во всех аспектах, лично проводя эксперименты со своими многочисленными учениками и коллегами. В те и более поздние времена в электрокардиографии струнный гальванометр был самым значимым инструментом, хотя постепенно он вытеснялся, новыми портативными типами и моделями, использующими усилители. Кардиограмма, зарегистрированная при помощи струнного гальванометра, и по сей день остается своеобразным эталоном — точной стандартной картиной, на что можно встретить ссылки и в современных публикациях.

Благодаря своему таланту и эффективным разносторонним исследованиям Эйнтховен быстро стал мировой знаменитостью, признанным авторитетом в физиологии и медицине..Он был участником всех первых физиологических конгрессов (1889 г.— Базель, 10-12 сентября; 1902 г. — Льеж, 29-31 августа; 1895 г. — Берн, 8-13 сентября; 1898 г. — Кембридж, 22-26 августа; 1901 г. — Турин, 16-22 сентября), а с 1904 г. (6-й конгресс, Брюссель) по 1926 г. (12-й конгресс, Стокгольм) — член Оргкомитета конгрессов. Следует отметить, что на 6-м, 7-м, 8-м, 9-м конгрессах. членом Оргкомитета от России избирался Н.Е.Введенский [12].

В 1924 г. за изобретение струнного гальванометра, его использование и достижения в области электрокардиографии Эйнтховен удостоен Нобелевской премии в области физиологии или медицины [2].

Наряду с исследованием электрической активности сердца Эйнтховен интенсивно изучал сердечные шумы, продолжал работы и по исследованию ретинограммы, начатые им в раннем периоде своей научной карьеры. В последние годы жизни он много внимания уделял проблемам акустики и слуха. Результат этих исследований — изобретение им в 1923 г. струнного фонографа. Эйнтховен скончался 28 сентября 1927 г.

Вильям Эйнтховен — выдающаяся фигура в области физиологии и медицины. В своей стране он глубоко почитаем. Нидерландская Королевская академия наук, членом которой он являлся, выпустила в его честь памятные медали, правительство Нидерландов, в свою очередь, отпечатало почтовые марки с его изображением. В России высоко оцениваются его заслуги как основоположника современной электрокардиографии. >

А.Д. Ноздрачев, Т.А. Сафонова, B.JI. Журавлев

Литература

1. Быков К. М., Владимиров Г. Е., Дело в В. Е., Конради Г. П., Слоним А. Д. Учебник физиологии / Под ред. акад. К. М. Быкова. М., 1955. 2. Ноздрачев А. Д., Маръянович А. Т., Поляков Е. Л., Сибаров Д. А., Хавинсон В. X. Нобелевские премии по физиологии и медицине. СПб., 2002. 3. Ader С. Sur un nouvel appareil enregistreur pour cables sous-marins // C. R. Acad. Sci. (Paris). 1897. Vol. 124. P. 1440-1442. 4. Burch G. J. On a method of determining the value of rapid variations of a difference potential by means of a capillary electrometer // Proc. R. Soc. London (Biol.). 1890. Vol. 48. P. 89-93. 5. Burdon Sanderson J. Experimental results relating to the rhythmical and excitatory motions of the ventricle of the frog // Proc. R. Soc. London (Biol.). 1878. Vol. 27. P. 410-414. 6. Einthoven W. Nieuwe methoden voor clinisch onderzoek // Ned. T. Geneesk. 1893. Vol. 29(11). P. 263-286. 7. Einthoven W. Ueber die Form des menschlichen Electrocardiogramms // Arch. Ges. Physiol. 1895. Bd 60. S. 101-123. 8. Einthoven W. Un nouvea galvanometer // Arch. Neerl. Sc. Ex. Nat. 1901. Vol 6. P. 625-633. 9. Einthoven W. Galvanometrische registratie van het menschilijk electrocardiogram // HerinneringsbUndel Professor S.S. Rosenstein. Leiden, 1902. P. 101-107. 10. Einthoven W. Le telecardiogramme // Arch. Int. de Physiol. 1906. Vol. 4. P. 132-164. 11. Einthoven W. The different forms of the human electrocardiogram and their signification /-/ Lancet. 1912. Vol. 1. P. 853-861. 12. Franklin K. J. A short History of the International Congresses of Physiologists 1889-1938. // Ann. of Sci. 1938. Vol. 3(3). P. 241-335. 13. Lewis T. The mechanism of the heart beat. London, 1911. 14. Marey E. J. Des variations electriques des muscles et du couer en particulier etudies au moyen de l'electrometre de G. Lippman // Compres Rendus Hebdomadaires des Seances de l'Acadamie des sciences (Paris). 1876. Vol. 82. P. 975-977. 15. Waller A.D. A demonstration on man of electromotive changes accompanying the heart's beat // J. Physiol.'(London). 1887. Vol. 8. P. 229-234.