Вернуть 6000 гульденов: как изобрели ЭКГ

В его честь коллеги составили сборник научных трудов, где была опубликована первая в мире электрокардиограмма, снятая Виллемом Эйнтховеном. К этому дню создатель ЭКГ шёл уже много лет, побуждаемый одновременно любовью к науке и необходимостью вернуть банковский кредит.

Кредит, которому обязаны все сердечники мира, был нужен, чтобы откупиться от распределения. Вышло так: Эйнтховен рано потерял отца, который служил колониальным врачом в Семаранге на острове Ява. Правительство Нидерландов оплачивало учёбу таких сирот в Утрехтском университете при условии, что они также станут работать в колониях. Круг профессий узок: врач, бухгалтер, учитель.

Начало карьеры Эйнтховена

Поскольку Эйнтховена тянуло к естественным наукам, он избрал медицину. Но уже во время практики понял, что рождён не врачом, а скорее физиком. Сперва он пытался примирить эти начала, специализируясь на офтальмологии как самой точной из медицинских наук. Диплом его уже был с открытием. Речь шла об известной оптической иллюзии: если на стене рядом пятна разных цветов, красное и синее, то одно из них кажется более близким. Позднее Кандинский написал об этом целую теорию, на которой зиждилось абстрактное искусство: мол, есть цвета агрессивные, которые как будто стремятся к зрителю (жёлтый, к примеру), а есть «уходящие», как бы отодвигающиеся вглубь картины, вроде синего.

Первый серийный электрокардиограф, который выпускался в Кембридже с 1908 года под наблюдением Эйнтховена.

Диплом с отличием

Электродов с гелем и присосками ещё не изобрели. Для гарантированного контакта с кожей пациент опускал конечности в подсоленную воду.

Снималась разница потенциалов между вершинами так называемого «треугольника Эйнтховена»: правая рука — левая рука (I отведение), правая рука — нога (II отведение), левая рука — нога (III отведение). Сейчас принято накладывать электрод на левую ногу, фотография запечатлела эксперимент с правой.

На верхней поверхности станины расположены основные узлы прибора, в порядке слева направо: источник света, струнный гальванометр, фотокамера (на ней лежит правая рука оператора).

Научный руководитель думал, что дело тут в разной длине волны, но студент Эйнтховен доказал иное. Зрачки у разных людей слегка смещены от центра радужки. Те, у кого зрачки чуть ближе к вискам, и среди них Кандинский, воспринимают синий как «уходящий». А те, чьи зрачки смещены к носу – наоборот.

Работа блестящая, диплом с отличием. И теперь молодого человека ждали колонии.

Эйнтховен - ученый

Однако тут вышел на пенсию завкафедрой гистологии и физиологии Лейденского университета, и впечатлённые открытием Эйнтховена учёные выдвинули его на вакантное место. Всё хорошо, только правительство предъявило Виллему счёт на 6000 гульденов за обучение и грант на работу по оптике. Эта сумма равнялась жалованью профессора за полтора года. И всё же Эйнтховен предпочёл заплатить и стать учёным, чем торчать в далёкой колонии, где каждый день приходится делать одно и то же.

Изобретение как новый социальный уровень

Кредит оказал громадное влияние на всю его жизнь. Была семья, требовавшая больших расходов, и наука, отнимавшая всё время. Поэтому приходилось жить гораздо скромнее коллег. Другие профессора обставляли лаборатории со вкусом за свой счёт. А заходивших к Эйнтховену поражали голые стены. Когда наш герой создал электрокардиографию и в его лабораторию началось паломничество со всего мира, жена в героическом усилии сделать интерьер побогаче повесила всюду кружевные шторки, за которые профессору было неудобно перед гостями. Собственно, и главное своё изобретение Виллем сделал, чтобы вырваться из бедности.

Выступление Уоллера

На четвёртый год своего заведования кафедрой Эйнтховен увидел выступление Огастуса Уоллера, читавшего лекции по физиологии в лондонской больнице Сент-Мэри, той самой, где рожают женщины из британской королевской семьи.

Уоллер наглядно демонстрировал, что сердце - источник слабых токов, импульсы которых регулярно повторяются. Делал он это с помощью капиллярного электрометра. В тонком стеклянном капилляре встречаются ртуть и серная кислота. Электрический ток меняет поверхностное натяжение ртути и граница двух жидкостей ползает по капилляру. Токи сердца самые слабые – в 100 миллионов раз меньше тока в электрической розетке, так что сдвиги видны только в сильную лупу. Тем не менее, они есть, и можно заснять их на движущуюся фотоплёнку. Получается кривая изменения электрического поля сердца.

Феномен демонстрировал бульдог Уоллера по кличке Джимми. Он смирно стоял на столе, его лапы помещались в разных ёмкостях с солёной водой, от которых шли провода к прибору. Опыт привлёк всеобщее внимание. В парламенте тут же нашлись депутаты, желавшие привлечь Уоллера к ответственности за жестокое обращение с животными. Но тот показал на себе, что исследование совершенно безвредно.

Первые работы Виллема Эйнтховена по электрокардиографии

Вверху слева: Виллем Эйнтховен (1860-1927) в 1903 году в своей лаборатории, на заднем плане — команда, обслуживавшая его первый прибор;

Вверху справа: «электрокардиография до ЭКГ», то есть показания ртутного электрометра, регистрирующего изменения электрического поля сердца человека. Чёрно-белый силуэт — линия колебания уровня ртути в капилляре на границе с серной кислотой, ниже — та же кардиограмма, пересчитанная Эйнтховеном с поправкой на инерцию тяжёлой ртути (1895 год), с придуманными им обозначениями зубцов кардиограммы.

Внизу: первая ЭКГ человека, опубликованная Эйнтховеном в Розенштайновском сборнике (сентябрь 1902) и Пфлюгеровском архиве (март 1903).

Правда, и пользы тоже не было. Ясно, что больные сердца работают не так, как здоровые, но кривая получалась слишком пологой – ртуть тяжела, у неё большая инерция, которая скрадывает все пики на кардиограмме. Уоллер опустил руки, но ему же не надо было отдавать кредит. Эйнтховен взялся употребить прибор в клинике. За пять лет он разработал математический метод коррекции показаний электрометра. Могучие расчёты, с дифференцированием и интегрированием, позволяли воссоздать истинный облик зубцов кардиограммы. В 1895 году Эйнтховен дал им названия, которые они носят до сих пор: зубец P (соответствует возбуждению предсердий), Q (срабатывает межжелудочковая перегородка), высокий зубец R (возбуждение левого желудочка), S и T (возбуждение и расслабление желудочков). Конечно, всякий раз высчитывать кривую для каждого больного нереально – калькуляторов-то не было. Эйнтховен не унывал, надеясь, что пока он осмысляет значение зубцов, люди что-нибудь изобретут.

Изобретение Клемана Адера

И тут в историю кардиологии ворвался человек, не имеющий к медицине никакого отношения. Звали его Клеман Адер. Ему тоже понадобились деньги. Инженер Адер мечтал создать летающую машину тяжелее воздуха. Он сделал планер, похожий на летучую мышь, и разработал лёгкую паровую машину в качестве двигателя. А чтобы оплатить её производство, изобрёл чуткий прибор для регистрации сигналов, передающихся по подводным телеграфным кабелям. Длина лежащих на дне морском кабелей громадная, сопротивление большое, и токи слабые, хоть и посильней, чем в нашем сердце.

Адер придумал струнный гальванометр. Действие его основано на законе Ампера: провод под током в магнитном поле отклоняется. И тем сильней, чем больше ток и мощнее поле. Дёргающаяся от точек и тире проволочка то и дело закрывает отверстие, которое снимается на движущуюся плёнку. Благодаря Адеру скорость передачи сигналов через Атлантику выросла с 400 до 600 в минуту. Правда, сделанный на гонорар за это достижение в 1897 году «авьон» рухнул, пролетев несколько десятков метров – Адер не придумал для него систему управления (с этой задачей справились позднее братья Райт). Зато Эйнтховен приспособил струнный гальванометр для регистрации сигналов сердца.

Лишь проволока Адера не годилась – она была слишком толста. Виллем заменил её посеребрённой кварцевой нитью диаметром всего 2 микрона. Изготавливалась она по экзотической технологии: человек с водородной горелкой плавил кварц, в расплав окуналась стрела, которую другой человек выпускал из лука, так что нить вытягивалась и остывала на лету. Получалась струна, колебавшаяся от сердечных токов так, что выходила вполне современная электрокардиограмма. К большому удовольствию Эйнтховена, она в точности совпала с его расчётами.

Начало заработков

Теперь можно переходить от удовольствий к заработкам: выпускать приборы для диагностики болезни сердца. Эйнтховен обратился в мюнхенскую компанию «Эдельманн». Там с радостью взяли чертежи, и скоро прибор был готов, но тут выяснилось, что никаких отчислений Виллему по немецким законам не полагается. Гальванометр изобрёл Адер, токи сердца засёк Уоллер. Эйнтховен вообще ни при чём.

Выручили голландца связисты: они с удовольствием покупали гальванометры его конструкции для телеграфного сообщения с колониями. В том числе и с теми, от работы в которых Виллем откупался. Контракт с Эдельманном был разорван, но немцы выпустил несколько десятков электрокардиографов. Купили их университеты, где работали учёные, заметившие публикации Эйнтховена.

Деятели науки и техники, создававшие электрокардиографию вместе с Эйнтховеном

Вверху слева: Огастус Дезире Уоллер (1856-1922, стоит справа) демонстрирует в Лондонском Королевском обществе колебания сердца своего бульдога Джимми, 1889 год. Гравюра из Illustrated London News, иллюстрация к статье к 20-летию первой кардиограммы, 1909.

Вверху справа: французский изобретатель Клеман Адер (1841-1925), который в 1897 году изобрёл струнный гальванометр для телеграфистов, чтобы получить средства на создание своего летательного аппарата «Аквилон» (Авьон-III).

Внизу слева: русский, а затем советский физиолог Александр Филиппович Самойлов (1867-1930), сподвижник и личный друг Эйнтховена. Ввёл аббревиатуру ЭКГ, первым заметил, что аномальный зубец P указывает на порок сердца. Ввёл в практику анализ всех трёх стандартных отведений. Самойлов создал первые в России и Москве лаборатории ЭКГ, лично возглавлял центральную лабораторию, развёрнутую в Боткинской больнице.

Внизу справа: британский кардиолог Томас Люьис (1881-1945), сподвижник и личный друг Эйнтховена. Первым засёк на ЭКГ аритмию и большое количество других патологий, признан «отцом клинической электрофизиологии». Обнаружил явление сужения сосудов как реакции на ранение, а также (увы, на собственном примере) роль курения в возникновении сердечно-сосудистых заболеваний.

Самойлов и Эйнтховен

Первым стал профессор Казанского университета Александр Самойлов. Он очень похож на Эйнтховена: тоже рано потерял отца, разочаровался в медицине (поработав на холерной эпидемии 1892 года), ушёл в физиологию. Самойлов сразу же познакомился с Эйнтховеном и они стали друзьями. В Казани впервые был диагностирован по кардиограммепорок сердца, и в первый раз прозвучала аббревиатура "ЭКГ".

К 20-летию первой кардиограммы Самойлов послал Эйнтховену шуточное поздравление, которое просил зачитать вслух струнному гальванометру, так как тот «умеет хорошо и много писать (но не всегда достаточно ясно и порой слишком много) – читать же он совсем не может».

Вот отрывок из этого письма:

«Я почти влюблён в Вас и если я хоть один день не писал с Вами, то чувствую, чего-то не хватает. Я откровенный человек и должен Вам сознаться, что бывали моменты, когда я Вас, уважаемый струнный гальванометр, хотел бы разбить на 1000 кусков… Ваши металлические части никогда меня не раздражали, но струна! Когда, наконец, приступаешь к опыту, то оказывается, что струна не хочет больше проводить или же начинает дрожать, как будто её кто-то испугал или у неё приступ малярии (мы пробовали раз хину, но это не помогло)». А дальше – комплименты юбиляру.

Эйнтховен ответил в том же духе: «Струнный гальванометр в восторге от похвалы, высказанной в его адрес… Он ответил мне, что затруднения, касающиеся струн, могут быть устранены, если выписывать их из Америки, где механики изготовляют их прекрасно. Но во время чтения гальванометр вдруг рассвирепел: «Как это я не умею читать? Это невыносимая ужасная клевета! Разве я не читаю самые сокровенные тайны человеческого сердца?»

Всё это говорилось о первой машине Эйнтховена, занимавшей две комнаты и требовавшей пять человек обслуги. Много с тех пор утекло воды и клетчатой фотобумаги. Эйнтховен получил Нобелевскую премию. Потом не стало его, не стало Самойлова, появились осцилляторы, электролампы, затем транзисторы. Но только спустя 80 лет промышленность породила прибор, который по чувствительности и точности был сравним с той первой громадной машиной, изготовленной кустарным способом.

В разговорах с деятелями советского правительства Самойлов любил приводить этот пример как иллюстрацию отношений науки и промышленности: «..все завоевания техники можно сравнить лишь с крохами со стола науки. Мы должны развивать науку, иначе наступит крах не только науки, но и техники».

Михаил Шифрин

Михаил Шифрин