Виллем Эйнтховен (Willem Einthoven, 1860-1927), голландский электрофизиолог, удостоенный в 1924 г. Нобелевской премии по физиологии и медицине за изобретение электрокардиографа и расшифровку электрокардиограмм.
Родился 21 мая 1860 г. в Семаранге на о. Ява (Голландская Восточная Индия, ныне Индонезия) в семье врача Иакова Эйнтховена и Луизы Эйнтховен (де Вогель). Виллем был третьим из шестерых детей в семье. Когда мальчику исполнилось шесть лет, его отец умер, и в 1870 г. семья вернулась в Нидерланды, в г. Утрехт.
Здесь Виллем Эйнтховен окончил школу, и в 1879 г. поступил на медицинский факультет Утрехтского университета. Несмотря на увлеченность учебой, он активно занимался спортом, и даже стал президентом союза гимнастов и фехтовальщиков. Впоследствии Эйнтховен основал студенческий клуб по гребле в Утрехте.
Еще в студенческие годы он опубликовал работу, касающуюся функции локтевого и плечевого суставов, основанную на наблюдениях за полученной им во время спортивных занятий травмы лучезапястного сустава. Всю свою жизнь Эйнтховен подчеркивал важность физического совершенства и убеждал коллег «не позволять своему телу преждевременно стареть».
В 1885 г. Виллем Эйнтховен окончил Утрехтский университет, защитил диссертацию, посвященную проведению стереоскопии посредством дифференцировки цветов, и получил докторскую степень. В этом же году в возрасте 25 лет он был назначен профессором физиологии Лейденского университета и занимал эту должность до самой смерти.
Несмотря на то, что Эйнтховен получил профессию врача-физиолога, он серьезно интересовался физикой. В качестве ассистента офтальмолога Германа Снеллена и физиолога Ф. Дондерса он изучал физические свойства света и их влияние на мышцы глаза. При этом Эйнтховен накопил большой опыт в разработке самых современных приборов для количественной оценки физиологических процессов.
Стремление Эйнтховена применять фундаментальные принципы физики в решении физиологических проблем и помогло ему создать метод электрокардиографии.
Электрокардиография (ЭКГ) в настоящее время является одним из важнейших методов диагностики заболеваний сердца. Ещё в 1856 г. Кёлликер и Мюллер впервые обнаружили наличие электрических явлений в сокращающейся сердечной мышце. Они провели многочисленные исследования на различных животных, работая на «открытом» сердце. [von Koelliker A, Muller H. Nachweis der negativen Schwankung des Muskelstroms am naturlich sich kontrahierenden Herzen. Verhandlungen der Physikalisch-Medizinischen Gesellschaft in Wurzberg. 1856;6:528-33].
Однако возможность неинвазивного изучения электрических импульсов сердца отсутствовала до 1887 г., пока английский физиолог Огюст Дезире Уоллер (Augustus Desire Waller, 1856-1922) не обнаружил, что изменения потенциалов, возникающие при сокращении сердца, можно записать с помощью электродов, наложенных на поверхность тела интактного животного. Подобные токи записывались с помощью капиллярного электрометра — прибора, состоящего из ртутного столбика, поднимающегося и опускающегося в зависимости от изменения электрического поля. Большинство экспериментов сначала было проведено на его любимом бульдоге Джимми, ставшем в то время, пожалуй, самым популярным псом в Британии.
Огюст Дезире Уоллер
(Augustus Desire Waller, 1856-1922)
и его знаменитый бульдог Джимми.
Иллюстрация из статьи О.Д.Уоллера.
Waller AD. Introductory Address on The Electromotive Properties of the
Human Heart. Brit. Med J, 1888; 2:751-754.
Благодаря электрометру О.Д.Уоллеру удалось впервые получить запись электрической активности миокарда человека. [Waller AD. A demonstration on man of electromotive changes accompanying the heart’s beat. J Physiol (London) 1887;8:229-234 ]
Он же впервые сформулировал основные положения электрофизиологических понятий ЭКГ, предположив, что сердце представляет собой диполь, т. е. совокупность двух электрических зарядов, равных по величине, но противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Уоллеру также принадлежит и такое понятие, как электрическая ось сердца.
Виллем Эйнтховен побывал на конференции в Лондоне, на которой О.Д.Уоллер демонстрировал «электрограмму» — записи волновых форм, полученные с сердца человека с помощью капиллярного элекрометра. Записываемая при этом электрограмма, прообраз будущей ЭКГ, была чрезвычайно несовершенной, поскольку ртутный столбик обладал высокой инерцией. Впоследствии Эйнтховен, увлекшийся новым методом исследования, установил, что при такой записи можно получить более точную электрограмму, если вносить в нее коррективы с помощью довольно кропотливых математических расчетов.
Для того чтобы избежать подобных расчетов, Эйнтховен разработал прибор, с помощью которого можно было точно записывать небольшие колебания электрических потенциалов. Работа над прибором заняла у него шесть лет, и в результате в 1903 г. был создан струнный гальванометр. Он состоял из очень тонкой кварцевой проволоки (настолько тонкой, что она колебалась под воздействием воздуха), удерживаемой под напряжением в магнитном поле. Когда по проволоке проходил электрический ток, она отклонялась в зависимости от силы тока. Далее ее перемещения усиливались и фотографировались на движущейся ленте. Поскольку эта проволока была очень легкой, она практически мгновенно реагировала на любые изменения электрического поля.
Этот прибор позволял регистрировать очень малые по величине, быстрые изменения электрического потенциала и проводить электрокардиологические исследования. С помощью нового прибора Эйнтховен определил временные и амплитудные параметры зубцов ЭКГ и впервые (1906) применил этот метод для диагностики заболеваний сердца. Термин «электрокардиограмма» был придуман самим Эйнтховеном.
Первый электрокардиограф был весьма громоздким сооружением и весил около 270 кг. Его обслуживанием были заняты пять сотрудников. Тем не менее, результаты, полученные Эйнтховеном, были революционными. Впервые в руках врача оказался прибор, столь много говорящий о состоянии сердца.
Эйнтховен предложил располагать электроды на руках и ногах, что используется и по сегодняшний день. Он ввел понятие отведения, предложив три так называемых стандартных отведения от конечностей (треугольник Эйнтховена), т. е. измерение разницы потенциалов между левой и правой рукой (I отведение), между правой рукой и левой ногой (II отведение) и между левой рукой и левой ногой (III отведение).
Эйнтховен также ввел стандарт на параметры усиления кардиографа, скорость движения ленты, названия зубцов P,Q,R,S и Т, разработал теорию определения электрических осей сердца, лежащую в основе векторкардиографии (1913). С помощью строчного гальванометра он записывал электрические изменения в сетчатке, вагусном нерве и симпатическом ганглиевом узле, и, благодаря исключительно высокой чувствительности прибора сумел установить импульсную активность симпатической нервной системы.
Но электрокардиография остается его основным наследием.
Маленький экскурс в суть метода электрокардиографии.
Нормальная ЭКГ состоит из нескольких зубцов и комплекса колебаний, которые Эйнтховен назвал Р, QRS и Т. Небольшой зубец Р отражает электрическую активность предсердий, а быстрый высокоамплитудный комплекс QRS и более медленный зубец Т — электрическую активность желудочков.
Эйнтховен предложил также три точки тела, на которые следует накладывать электроды. При этом при положении электродов на правой и левой руках образуется отведение I, на правой руке и левой ноге — отведение II, а на левой руке и левой ноге — отведение III. Эти три отведения образуют равносторонний треугольник, и по их параметрам можно определить угол, под которым сердце расположено в грудной клетке. Согласно закону Эйнтховена, сумма потенциалов в отведении I и III равна потенциалу в отведении II. Струнный гальванометр произвел настоящую революцию в изучении заболеваний сердца. С помощью этого прибора врачи получили возможность точно регистрировать электрическую активность сердца и с помощью регистрации устанавливать характерные отклонения на кривых ЭКГ.
Однако откуда же взялись остальные отведения ЭКГ, известные нам со студенческой скамьи? Они появились постепенно, когда врачам стало понятно, что трех отведений Эйнтховена не хватает для точной оценки электрокардиограммы. В двадцатых годах прошедшего века, Гольдбергер предложил еще три отведения, назвав их усиленными. При регистрации этих отведений одним из электродов служит одна из конечностей, а другим — объединенный электрод от двух других (индифферентный электрод). Разница потенциалов, измеренная между правой рукой и объединенными левой рукой и левой ногой, называется отведением aVR, между левой рукой объединенными правой рукой и левой ногой — отведением aVL и между левой ногой и объединенными руками — отведением aVF.
В дальнейшем, Вильсоном были предложены грудные отведения ЭКГ, в которых одним из электродов является точка на поверхности грудной клетки, а другим — объединенный электрод от всех конечностей. Электрод отведения V1 располагается в IV межреберье по правому краю грудины, V2 — во IV межреберье по левому краю грудины, V3 — на уровне IV ребра по левой окологрудинной (парастернальной) линии, V4 — в V межреберье по левой среднеключичной линии, V5 — в V межреберье по левой передней подмышечной линии и V6 — в V межреберье по левой средней подмышечной линии.
Таким образом, сформировалась привычная для нас система электрокардиографических отведений. Однако иногда используются и дополнительные отведения, когда общепринятые отведения оказываются недостаточными. Необходимость в этом возникает, например, при аномальном расположении сердца, при регистрации некоторых нарушений сердечного ритма и т. п. В этом случае используются правые грудные отведения (симметричные по отношению к левым), высокие грудные отведения (расположенные на одно межреберье выше стандартных) и отведения V7-9, являющиеся как бы продолжением основных отведений. Для оценки электрической активности предсердий используют пищеводное отведение, когда один из электродов располагают в пищеводе. Кроме общепринятой системы отведений, используются также отведения по Небу, обозначаемые буквами D (dorsalis — спинальное), А (anterior — переднее) и I (inferior — нижнее). Другие системы отведений (Лиана, Франка) в современной клинической практике практически не используются.
ЭКГ регистрируют на различной скорости. Обычно скорость движения бумаги составляет 25 мм/сек. При этом 1 мм кривой равен 0, 04 сек. Иногда для более детальной записи используют скорость 50 и даже 100 мм/сек. При длительной регистрации ЭКГ для экономии бумаги используют меньшую скорость — от 2,5 до 10 мм/сек.
Что же врач видит на ЭКГ? Каждая клетка миокарда представляет собой маленький электрический генератор, который разряжается и заряжается при прохождении волны возбуждения. ЭКГ является отражением суммарной работы этих генераторов и показывает процессы распространения электрического импульса в сердце. В норме электрические импульсы автоматически генерируются в небольшой группе клеток, расположенных в предсердиях и называемых синоатриальным узлом.
Поэтому нормальный ритм сердца называется синусовым. Когда электрический импульс, возникая в синусовом узле, проходит по предсердиям на электрокардиограмме появляется зубец P.
Дальше импульс через атриовентрикулярный (АВ) узел распространяется на желудочки по пучку Гиса. Клетки АВ-узла обладают более медленной скоростью проведения и поэтому между зубцом P и комплексом, отражающим возбуждение желудочков, имеется промежуток. Расстояние от начала зубца Р до начала зубца Q называется интервал PQ. Он отражает проведение между предсердиями и желудочками и в норме составляет 0,12-0,20 сек. Потом электрический импульс распространяется по проводящей системе сердца, состоящей из правой и левой ножек пучка Гиса и волокон Пуркинье, на ткани правого и левого желудочка. На ЭКГ это отражается несколькими отрицательными и положительными зубцами, которые называются комплексом QRS. В норме длительность его составляет до 0, 09 сек. Далее кривая вновь становится ровной, или как говорят врачи, находится на изолинии. Затем в сердце происходит процесс восстановления исходной электрической активности, называемый реполяризацией, что находит отражение на ЭКГ в виде зубца Т и иногда следующего за ним небольшого зубца U. Расстояние от начала зубца Q до конца зубца Т называется интервалом QT. Он отражает так называемую электрическую систолу желудочков. По нему врач может судить о продолжительности фазы возбуждения, сокращения и реполяризации желудочков.
ЭКГ является ценным диагностическим инструментом. По ней можно оценить источник (так называемый водитель) ритма, регулярность сердечных сокращений, их частоту. Все это имеет большое значение для диагностики различных аритмий. По продолжительности различных интервалов и зубцов ЭКГ можно судить об изменениях сердечной проводимости. Изменения конечной части желудочкового комплекса (интервал ST и зубец Т) позволяют врачу определить наличие или отсутствие ишемических изменений в сердце (нарушение кровоснабжения). При этом стоит помнить о том, что ЭКГ, снятая в покое, не всегда выявляет ишемические изменения в миокарде.
Важным показателем ЭКГ является амплитуда зубцов. Увеличение ее говорит о гипертрофии соответствующих отделов сердца, которая наблюдается при некоторых заболеваниях сердца и при гипертонической болезни.
ЭКГ, вне всякого сомнения, весьма мощный и доступный диагностический инструмент, однако стоит помнить о том, что и у этого метода есть слабые места. Одним из них является кратковременность записи — около 20 секунд. Даже если человек страдает, например, аритмией, в момент записи она может отсутствовать, кроме того, запись, обычно производится в покое, а не во время привычной деятельности. Для того чтобы расширить диагностические возможности ЭКГ прибегают к длительной ее записи, так называемому мониторированию ЭКГ по Холтеру в течение 24-48 часов. Прибор для суточного мониторирования представляет собой маленький электронный модуль, размером чуть больше пачки сигарет, закрепляемый на поясе. С ним пациент может совершать практически все обычные действия. Мониторы ЭКГ первого поколения осуществляли запись на магнитофонную кассету. Современные приборы записывают ЭКГ на специальную дискету или в электронную память. Вследствие этого они потребляют меньше энергии, а качество записи улучшается. Запись осуществляется в двух отведениях. Во время мониторирования пациент ведет дневник, в котором отмечает свои действия и самочувствие. В случае возникновения симптомов заболевания, пациент может сделать отметку в записи, нажав кнопку на приборе. Далее запись ЭКГ анализируется с помощью специальной компьютерной программы, которая может автоматически диагностировать различные патологические изменения, определять максимальную и минимальную частоту сердечных сокращений и другие показатели. Кроме этого осуществляется визуальный контроль записи. Сопоставляя запись ЭКГ с дневником и отметками пациента, врач может получить ценную диагностическую информацию.
Иногда бывает необходимо оценить, возникают ли на ЭКГ у пациента изменения, характерные для ишемической болезни сердца. Для этого проводят ЭКГ-тест с физической нагрузкой. Для оценки переносимости (толерантности) и соответственно, функционального состояния сердца нагрузку осуществляют дозировано, с помощью велоэргометра или бегущей дорожки. Начинают с минимальной нагрузки, постепенно ступенчато повышая ее, увеличивая скорость и наклон дорожки или сопротивление велоэргометра. При этом регистрируют ЭКГ в 12 стандартных отведениях, правда, электроды, обычно налагаемые на конечности размещают на теле пациента.
Тест прекращается в следующих случаях:
1)общая усталость пациента,
2)сильное повышение или понижение артериального давления,
3) появление на ЭКГ изменений, связанных с ишемией миокарда,
4) появление на ЭКГ нарушений сердечного ритма
5) достижение субмаксимальной частоты сердечных сокращений (субмаксимальная ЧСС = 0,9· (220-возраст)).
Если при проведении пробы у больного появились ишемические изменения ЭКГ, то она считается положительной. Если эти изменения не появились по достижении субмаксимальной частоты — отрицательной. Если проба прекращена по другим причинам (усталость, повышение АД, появление аритмии), то она имеет мало значения для диагностики ИБС. Следует отметить, что проба может быть как ложноположительной, т. е. появятся ишемические изменения ЭКГ при отсутствии ИБС, так и ложноотрицательной, т. е. изменения ЭКГ не появятся, не смотря на наличие ИБС. По неизвестным причинам ложноположительные результаты чаще наблюдаются у женщин.
В заключение хотелось бы сказать о том, что ЭКГ не диагностирует. ЭКГ не может служить средством диагностики пороков и опухолей сердца, т. к. появляющиеся при этих заболеваниях изменения кардиограммы могут являться лишь косвенными признаками болезни. На ЭКГ не регистрируются шумы сердца. Не отражает ЭКГ и гемодинамику, т. е. то, как кровь течет в полостях сердца. ЭКГ в покое может не выявлять целый ряд заболеваний сердца, в т. ч. ИБС и нарушения сердечного ритма. Для диагностики этих заболеваний необходимо проведение суточного мониторирования ЭКГ или нагрузочных проб. Однако, не смотря на свои ограничения, о которых надо знать ЭКГ остается доступным и действенным методом диагностики, который обязательно стоит проходить при регулярных медицинских осмотрах.
Виллем Эйнтховен — лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине.
В 1924 г. Виллему Эйнтховену была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине за «открытие механизма электрокардиограммы». Когда были объявлены лауреаты Нобелевской премии 1924 года, Эйнтховен путешествовал по США. Карл Сигбахн, Нобелевский лауреат того же года в области физики, также не смог приехать в Стокгольм — церемония награждения не состоялась своевременно.
Когда же Эйнтховен смог получить свою награду, то в своей Нобелевской лекции он привел много примеров ЭКГ при нарушениях ритма и их связь с сердечными тонами. Он закончил свою речь словами благодарности в адрес других исследователей: «Новые страницы в научных исследованиях заболеваний сердца были открыты не одним человеком, а многими талантливыми людьми, чьи работы стали известны далеко за пределами их государств».
В дальнейшем струнный гальванометр был использован для регистрации потенциалов в нервах и электрических колебаний, возникающих при мышечных сокращениях. В одном из экспериментов Эйнтховен вместе с сыном Виллемом, инженером-электриком, использовал струнный гальванометр для приема радиотелеграмм с острова Ява. С этой целью подбиралось такое напряжение нити, при котором она входила в резонанс с волной передатчика. Полученные телеграммы затем фотографировались. Впоследствии Виллем Эйнтховен-младший разработал вакуумный струнный гальванометр, используемый для беспроволочной связи. Несмотря на то, что многие ученые посещали лабораторию Эйнтховена и в дальнейшем применяли его методики в своих работах, он, к сожалению, не оставил ни научной школы, ни последователей.
В 1886 г. Эйнтховен женился на своей кузине Фредерике Жанне Луизе де Вогель. В семье у них родились три дочери и один сын. Внешне Эйнтховен был коренастым человеком небольшого роста. Он был известен любовью к шуткам, добротой и благородством по отношению к друзьям и коллегам. Последняя его работа, опубликованная посмертно, была посвящена токам действия сердца.
Эйнтховен был постоянным участником работы Нидерландской королевской академии наук и пользовался всеобщим уважением и почетом. Он избирался иностранным членом Лондонского королевского научного общества. Также Эйнтховен был широко известен как лектор, он часто читал лекции в Европе и Соединенных Штатах Америки.
Умер Эйнтховен в Лейдене 29 сентября 1927.
