Профессор Виллем Эйнтховен

Виллем Эйнтховен родился 21 мая 1860 года в г. Семаранге (Голландская Ост-Индия) в семье военного врача из Голландии Якоба Эйнтховена и его жены Луизы Марии Матильды Каролины де Фогель. Виллем был старшим из трех сыновей и третьим ребенком в семье. Отец Виллема Эйнтховена умер в 1866 г., оставив на руках Луизы шестерых детей. Спустя четыре года семья вернулась в Голландию в г. Утрехт. Здесь Виллем окончил среднюю школу и 16 октября 1878 г. поступил на медицинское отделение в Утрехтский университет. Поскольку семья испытывала финансовые затруднения, Виллему Эйнтховену пришлось заключить армейский контракт для оплаты обучения в университете.
Изначально Виллем Эйнтховен намеревался пойти по стопам отца, однако его исключительные способности начали развиваться в совершенно другом направлении. Эйнтховен был поклонником физического воспитания. В студенческие годы он был отличным спортсменом и часто убеждал своих друзей «не дать погибнуть телу». Он был избран президентом союза гимнастов и фехтовальщиков, а позже стал одним из основателей Утрехтского студенческого гребного клуба. Во время занятия гимнастикой Эйнтховен сломал запястье и для того, чтобы восстановить работоспособность руки, занялся гребным спортом. В то же время, будучи вынужденно ограниченным в движении, он заинтересовался пронацией и супинацией руки и работой плечевого и локтевого суставов.
Таким образом, спортивная травма стала одним из важных событий в становлении Эйнтховена как ученого. После прохождения практики в качестве помощника офтальмолога в известной в Голландии больнице «Госпиталь для страдающих от глазных болезней» и получения степени бакалавра он провел исследование «Некоторые замечания о механизме локтевого сустава», которое впоследствии вызвало широкий интерес. Позднее, в 1885 г., Эйнтховен под руководством офтальмологов Франса Дондерса и Херманна Снеллена провел второе исследование «Стереоскопия посредством дифференцировки цветов», которое было опубликовано в качестве его докторской диссертации. В том же году Эйнтховен получил степень доктора медицины и философии.
Согласно условиям армейского контракта Виллем Эйнтховен был обязан пройти службу в медицинском корпусе. Однако судьба распорядилась иначе: в 1885 г. место профессора физиологии в Лейденском университете стало вакантным, и на эту должность была рекомендована кандидатура Виллема Эйнтховена, что освободило его от воинской повинности. Таким образом, в январе 1886 г. 25-летний Виллем Эйнтховен стал профессором Лейденского университета и оставался в этой должности всю жизнь. Первым его серьезным исследованием, проведенным в г. Лейдене, было «О работе бронхиальной мускулатуры, изученной новым методом, и о нервной астме» (1892). В. Нагель в своей книге «Справочник по физиологии человека» охарактеризовал это исследование как «большую работу».
В то же время Эйнтховен возобновил исследования в оптике. Среди его работ на эту тему можно выделить «Простое физиологическое объяснение различных геометрическо-оптических иллюзий» (1898), «Аккомодация человеческого глаза» (1902) и «Вид и величина электрического отклика глаза на световое возбуждение различной интенсивности» (1908). В 1885-1889 гг. Эйнтховен занимался исследованием физиологии дыхания, в частности изучением работы блуждающего нерва в механизме контроля дыхания.

Виллем Эйнтховен в своей лаборатории в Лейденском университете

Поворотным событием в жизни и дальнейшей научной деятельности Виллема Эйнтховена стало посещение первого международного конгресса по физиологии в г. Базеле, который состоялся в 1889 г. Там он познакомился с техникой записи электрокардиограммы, продемонстрированной Огастесом Уоллером. В 1887 г. Уоллеру впервые удалось записать кардиограмму человека на капиллярном электрометре. В 1893 г. на заседании Нидерландской медицинской ассоциации Эйнтховен предложил к использованию новый термин «электрокардиограмма». Позже, однако, он отказался от авторства в пользу Уоллера. С 1890 по 1895 гг. Эйнтховен занимался устройством капиллярного электрометра, улучшая его функциональность и увеличивая разрешение с помощью физико-математического подхода. Ему удалось получить хорошие электрокардиографические изображения. Каждому циклу сердечного сокращения соответствовало пять зубцов, для которых Эйнтховен ввел новую номенклатуру: P, Q, R, S и T, чтобы избежать разногласий с номенклатурой A, B, C и D, введенной им в предыдущих работах по исследованию электрометра, в которых он не записывал отрицательные зубцы.
Несмотря на все усилия, направленные на оптимизацию работы капиллярного электрометра, Эйнтховену не удавалось усовершенствовать прибор настолько, чтобы тот мог применяться в диагностических целях. В связи с этим ученый начал разрабатывать принципиально новый аппарат – струнный гальванометр. В 1897 г. похожее устройство уже было сконструировано французским инженером Клементом Адером. Однако аппарат Адера использовался в качестве средства связи и обладал чувствительностью, которой не было достаточно для проведения электрокардиографии. Тем не менее в своей работе «Новый гальванометр» (1901) Эйнтховен упомянул аппарат Адера.
При разработке собственного струнного гальванометра Эйнтховен взял за основу конструкцию магнитоэлектрического гальванометра Депре-Д'Арсонваля. Он заменил подвижные части (катушку и зеркало) на тонкую посеребренную кварцевую нить (струну), по которой пропускался электрический сигнал сердца, регистрируемый на поверхности кожи. Вследствие этого на нить в поле электромагнита действовала сила Ампера, прямо пропорциональная величине силы тока, и нить отклонялась нормально к направлению линий магнитного поля. Технология изготовления нитей была достаточно сложной: на конце стрелы закреплялось кварцевое волокно таким образом, чтобы оно удерживало стрелу при натянутой тетиве лука; волокно нагревалось до той степени, когда оно не было способно сдерживать натяжение тетивы; стрела выстреливала, вытягивая волокно в тонкую однородную нить диаметром 7 мкм. Далее тончайшую кварцевую нить требовалось покрыть слоем серебра. Специально для этого Эйнтховен сконструировал камеру, в которой нить подвергалась бомбардировке беспримесным серебром. Таким образом Эйнтховену удалось создать посеребренную нить, которая была в 10 раз тоньше, чем таковая в аппарате Адера. Вес и инерция нити приближались к нулю.
Одной из самых больших технических проблем в разработке струнного гальванометра было создание источника сильного и постоянного магнитного поля. Эйнтховену удалось создать электромагнит, обеспечивавший поле в 22000 Гс. Поскольку в рабочем состоянии электромагнит сильно разогревался, к нему потребовалось подвести систему водяного охлаждения. Другая проблема заключалась в создании системы регистрации и измерения отклонений нити. В этих целях Эйнтховен сконструировал систему линз, позволявшую фотографировать тень нити. В качестве источника света использовалась массивная дуговая лампа. Устройство фотографической камеры включало в себя фотографическую пластинку, которая во время снятия показаний двигалась с постоянной скоростью, регулируемой масляным поршнем. Пластинка передвигалась под линзой, на которой была нанесена шкала в вольтах. Временная шкала наносилась на саму пластинку тенями от спиц вращающегося с постоянной угловой скоростью велосипедного колеса.
Благодаря использованию очень легкой и тонкой нити, а также возможности изменять ее напряжение для регулирования чувствительности прибора струнный гальванометр позволил получить значительно более точные выходные данные, чем капиллярный электрометр. Первую статью о записывании электрокардиограммы человека на струнном гальванометре Эйнтховен опубликовал в 1903 г.
Понимая революционные диагностические возможности своего изобретения, Эйнтховен стремился ввести его в реальную практику. Чтобы наладить промышленное производство струнных гальванометров, в 1903 г. Эйнтховен попытался подписать коммерческое соглашение с инженером из г. Мюнхена Максом Эдельманном. Однако компания Эдельманна отказалась от подписания контракта, предполагая, что патент на изобретение принадлежит Клементу Адеру. Только в 1911 г. при поддержке основателя компании CSI (Cambridge Scientific Instrument), члена Лондонского королевского общества Горация Дарвина (младшего сына Чарльза Дарвина) Эйнтховену удалось начать промышленное производство струнного гальванометра.

Первая модель настольного электрокардиографа Виллема Эйнтховена, которая была произведена компанией Cambridge Scientific Instrument в г. Лондоне в 1911 году

В 1906 г. Эйнтховен опубликовал статью «Телекардиограмма», в которой описал метод записи электрокардиограммы на расстоянии и впервые показал, что электрокардиограммы различных форм сердечных заболеваний имеют характерные различия. Он привел примеры кардиограмм, снятых у пациентов с гипертрофией правого желудочка при митральной недостаточности, гипертрофией левого желудочка при аортальной недостаточности, гипертрофией левого ушка предсердия при митральном стенозе, ослабленной сердечной мышцей, с различными степенями блокады сердца при экстрасистоле.
В 1908 г. струнный гальванометр Виллема Эйнтховена впервые попал в Великобританию. Прибор купили профессор физиологии в г. Эдинбурге Эдвард Шарпей-Шафер и известный кардиолог Томас Льюис. Используя свой образец струнного гальванометра, Льюис изучил и классифицировал различные типы аритмии и ввел новые термины: пейсмейкер, экстрасистола, мерцательная аритмия, а также опубликовал несколько статей и книг, посвященных электрофизиологии сердца и ключевой роли ЭКГ в диагностике кардиоваскулярной патологии. Эти события положили начало многолетней дружбе и сотрудничеству между Эйнтховеном и Льюисом.
В 1909 г. струнный гальванометр Виллема Эйнтховена пересек Атлантику в багаже молодого ученого и будущего пионера кардиологии в США Альфреда Кона. После окончания обучения в Европе Альфред Кон вернулся в Нью-Йорк и установил струнный гальванометр в медицинском комплексе Маунт-Синай. Первая научная публикация в США, посвященная электрокардиографии, появилась в 1910 г. благодаря коллегам А. Кона – Уолтеру Джеймсу и Горацио Вильямсу. В последующие годы Вильямс посетил Эйнтховена в г. Лейдене, чтобы начать промышленное производство электрокардиографов в США.
Однако устройство и управление струнным гальванометром все же оставалось затруднительным. Первые струнные гальванометры весили около 300 кг и обслуживались 5 ассистентами. Примечательно, что к аппарату прилагалась десятистраничная инструкция. В период с 1911 по 1914 гг. было продано 35 электрокардиографов, десять из которых было отправлено в США. После Первой мировой войны было налажено производство аппаратов, которые можно было бы подкатить непосредственно к больничной койке. К 1935 г. удалось снизить вес аппарата примерно до 11 кг, что открыло широкие возможности для его использования в медицинской практике.
В 1913 г. Виллем Эйнтховен в сотрудничестве с коллегами опубликовал статью, в которой предложил к использованию три стандартных отведения: от левой руки к правой, от правой руки к ноге и от ноги к левой руке с разностями потенциалов: V₁, V₂ и V₃ соответственно. Такая комбинация отведений составляет электродинамически равносторонний треугольник с центром в источнике тока в сердце. Эта работа положила начало векторкардиографии, получившей развитие в 1920-х гг., еще при жизни ученого. Эйнтховен также сформулировал закон, который впоследствии стал носить его имя. Закон Эйнтховена является следствием закона Кирхгофа и утверждает, что разности потенциалов трех стандартных отведений подчиняются соотношению V₁ + V₃ = V₂.
В 1924 г. Эйнтховен прибыл в США, где помимо посещения различных медицинских заведений прочитал лекцию из цикла Лекций Харви и положил начало циклу Лекций Данхема. Тогда же Эйнтховен узнал о присуждении ему Нобелевской премии с формулировкой «За открытие техники электрокардиограммы». За свою карьеру Эйнтховен написал 127 научных статей. Последняя научная работа была опубликована через год после смерти ученого, в 1928 г., и посвящалась токам действия сердца. Виллем Эйнтховен является одним из самых выдающихся ученых своего времени. Результаты исследований Виллема Эйнтховена причисляются к величайшим открытиям в кардиологической науке. В 1979 г. был основан Фонд Эйнтховена, целью которого является организация конгрессов и семинаров по кардиологии и кардиохирургии.

Подготовил Игорь Кравченко