Dopo la scoperta dei raggi X che portò alla radiografia, l'elettrocardiografia rappresentava il secondo grande contributo della fisica alla medicina clinica; il terzo fu l'elettroencefalografia (EEG) inventata da Hans Berger nel 1924.
In suo onore gli è stato intitolato sulla Luna il cratere Einthoven.
Biografia Le origini di Willem Einthoven Verso la metà del XVIII secolo un mercante ebraico di nome David Joseph, a causa di un decreto emanato nel 1744H.A. Snellen, Willem Einthoven (1860-1927). Father of electrocardiography. Life and work, ancestors and contemporaries. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1995, pag. 12 che limitava il numero di ebrei nel Palatinato, fu costretto a lasciare la regione e a stabilirsi ad Eindhoven, all'epoca una piccola cittadina olandese. Successivamente suo figlio maggiore Juda David si trasferì nella città di Delftivi pag. 12.
Nel 1810 l'Olanda venne annessa alla Francia. Il codice napoleonico prevedeva che ogni nucleo familiare scegliesse e adottasse ufficialmente un cognome che potesse identificarli come cittadini francesi. Proprio in quel periodo Juda David morì ma fu suo fratello Israel David a dover obbedire alla legge, affiancando al suo nome originario quello di Enthoven. Dei due figli di Juda uno semplificò il cognome in Hoven e l'altro - il nonno di Willem Einthoven - dopo essere stato in Inghilterra, decise di cambiare l'intero nome da Salomon Juda Enthoven a Salomon Jurdan Einthoven..
Salomon Jurdan Einthoven prese parte alla resistenza napoleonica sia in Italia che in Spagna e alla battaglia di Waterloo. Successivamente la legione fu sciolta e S.J. Einthoven ritornò in Olanda, precisamente a Groninga, nel nord del paese e fu proprio qui che iniziò la sua attività da chirurgo.. In seguito sposò la primogenita di un professore di fisica ed astronomia dell'Università di Groninga: Baart de la Faille. Sua moglie, che aveva dato alla luce cinque figli (tra cui Jacob, il padre di William Einthoven), morì nel 1828 di febbre puerperale. Fu così che Salomon si risposò con la sorella minore di sua moglie, dopo aver ottenuto il permesso legale. Il figlio Jacob studiò medicina a Groninga, grazie ad una borsa di studio del governo.ivi pag. 13. Nel 1846 Jacob lasciò i Paesi Bassi per Batavia (l'attuale Giacarta) a bordo di un veliero, per un viaggio intorno al Capo di Buona Speranza; un viaggio che durò almeno quattro mesi.
Come molti dei suoi contemporanei, Jacob Einthoven arrivò ai tropici celibe e iniziò a vivere con la sua domestica, originaria di quei luoghi, la quale diede alla luce quattro figli.. Quest'ultima morì dopo il suo ultimo parto. Successivamente Jacob sposò una ragazza olandese, figlia di un direttore fiscale del Semarang, dalla quale ebbe altri sei figli tra cui Willem. L'ultimo – una bambina – nacque dopo la morte prematura di Jacob, stroncato da un ictus nel 1866: Willem Einthoven aveva allora sei anni..
Un talento precoce Dopo aver terminato la scuola superiore, Willem Einthoven proseguì i suoi studi medici ad Utrecht, dove eminenti scienziati seppero catturare il suo interesse, sebbene non sempre con la sua approvazione. Einthoven conseguì il dottorato in medicina nel 1885 e nello stesso anno la cattedra di fisiologia a Leida restò vuota.ivi pag. 15-16. Dopo un primo rifiuto da parte di un assistente di laboratorio, la cattedra fu offerta ad Einthoven e nel 1886, all'età di soli 25 anni, ricevette ufficialmente la nomina universitaria. Probabilmente Einthoven deve la sua precoce nomina all'influenza di Franciscus Dondersivi pag. 61 la cui opinione aveva sicuramente un gran peso nel mondo accademico. Due mesi dopo il suo discorso inaugurale Einthoven sposò sua cugina Louise de Vogel. Da questo matrimonio nacquero quattro figli di cui un maschio, il quale collaborerà col padre al progetto del radiotelegrafo.ivi pag. 16 Come nelle altre università, la fisiologia - così come l'istologia - a Leida era figlia dell'anatomia. Einthoven, non avendo mai ricevuto nozioni istologiche, dovette acquisire in modo autonomo le competenze necessarie per poter assolvere in modo adeguato il suo ruolo. Fu proprio grazie alla sua autoformazione che acquisì ottime basi anche sulle strutture microscopiche, che si riveleranno utili ai fini delle sue scoperte.ivi pag. 17
Nel 1896 presentò il primo volume della sua ampia serie di pubblicazioni, dando informazioni sui progetti del suo laboratorio e sulle possibilità strutturali che poteva offrire, tra cui quella di erigere larghi pilastri in pietra al fine di proteggere gli strumenti da oscillazioni estranee e sottolineando inoltre la necessità di un più ampio impianto elettrico, realizzato successivamente nel 1900.
Primi studi: la vista e la respirazione Inizialmente gli studi di Einthoven si focalizzarono su due campi: la vista e la respirazione. I suoi studi ottici continuarono in parte la ricerca sulle illusioni ottiche, soprattutto dopo che Augustus Desiré Waller lo informò dei suoi risultati al riguardo.ivi pag. 19 Waller aveva notato che l'occhio con pupilla eccentrica percepiva i colori come se posti a profondità differenti, pur essendo collocati ad una stessa distanza dal volto. Einthoven trovò che il fenomeno poteva essere effettivamente prodotto guardando a due differenti fogli colorati in parte sovrapposti e investiti da luce obliquaW.Einthoven:On the production of shadow and perspective effects by difference of colour. Brain J.Neurol. p.91-202, 1893.. All'aumentare della differenza tra i colori aumentava la percezione di un'apparente differenza di profondità.
Nel 1888 Einthoven studiò il meccanismo di mantenimento della normale pressione intrapleurica negativa e il suo cambiamento nello pneumotorace. Nel 1892 Einthoven pubblicò una delle sue ricerche più importanti in ambito respiratorio: la prova sperimentale della costrizione bronchiale da stimolazione vagale.H.A. Snellen, Willem Einthoven (1860-1927). Father of electrocardiography. Life and work, ancestors and contemporaries. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1995, pag. 19-20 Lo spasmo bronchiale era già accettato come causa dell'asma bronchiale da molti medici, in particolare dopo le pubblicazioni di Bermier nel 1870, ma rifiutata da molti fisiologi in quanto non provata sperimentalmente.ivi pag. 20 Nelle sue ricerche Einthoven iniettava periodicamente nei polmoni di alcuni cani curarizzati - a cui era stato somministrato il curaro - una costante quantità di aria e al contempo misurava la pressione intratracheale durante l'inspirazione e l'espirazione. La pressione intratracheale poteva essere usata in questo modo come indice di costrizione bronchiale. Inoltre, per completare i suoi esperimenti, fu data ad Einthoven la possibilità di osservare alcuni pazienti durante un attacco d'asma ed intervenire soltanto in seguito ad esso.
Elemento essenziale della sua ricerca fu inoltre una revisione teorica del cambiamento - durante la normale respirazione - della forza che rispettivamente dilatava o costringeva le vie respiratorie a seconda della fase di respirazione e della sua intensitàivi pag. 21 e il tutto fu illustrato su un grafico che riportava una serie di curve, ognuna relativa a vari tipi di respirazione integrate con i relativi effetti sul lumen delle vie respiratorie.
In un blocco respiratorio a glottide aperta la pressione è uguale in tutti i tratti delle vie respiratorie ed è uguale alla pressione atmosferica. Durante la respirazione la pressione alveolare è negativa, cioè al di sotto della pressione atmosferica così come la pressione intrapleurica. Durante l'inspirazione invece, le pressioni intrapleurica e alveolare si abbassano soprattutto nelle piccole dilatazioni, meno nei più larghi bronchi, in accordo con la profondità dell'inspirazione.
In un attacco asmatico i bronchi vengono costretti da contrazione muscolare, i polmoni sono iperinflazionati e ciò tende a comprimere maggiormente i bronchi. Gli effetti della stimolazione elettrica del nervo vago nella costrizione bronchiale sono di breve durata ma, come Einthoven aveva sottolineato, l'attacco asmatico causa accumulo di CO2 nel sangue, stimolando così il centro vagale nel cervello. In questo modo può instaurarsi un circolo vizioso che prolunga la costrizione bronchiale e l'attacco asmatico.
Le conclusioni fatte da Einthoven e ricavate da prove sperimentali furono le seguenti: in un attacco asmatico l'inspirazione dovrà essere massima mentre l'espirazione sarà minima, in quanto una forte espirazione costringerebbe i bronchi. Questa visione era opposta a quella di molti medici dell'epoca, infatti Einthoven venne fortemente criticato soprattutto da Grossmann.ivi pag. 22 Einthoven non rispose a nessuna di queste critiche ma un anno dopo, durante un'udienza medica in Germania, annunciò di voler rispondere alle polemiche con nuovi esperimenti da lui iniziati ma mai portati a termine.
Einthoven e W. de Vogel: l'attività elettrica del cuore
Nel frattempo il fratellastro di Einthoven, Willem de Vogelivi pag. 70-72, cominciò a lavorare presso il laboratorio di fisiologia del fratello - Willem Einthoven - al fine di preparare la sua tesi di dottorato. Fra i vari argomenti che Einthoven gli propose, de Vogel scelse quello sull'attività elettrica cardiaca. Augustus Desiré Wallerivi pag. 81-88 nel 1887 era stato il primo a dimostrare l'esistenza di impulsi elettrici nel cuore umano e solo Einthoven nel 1895, sostenne il resoconto pubblicato da Waller. Nel 1891 de Vogel iniziò a studiare l'azione elettrica delle correnti su rane, conigli e cani con o senza l'utilizzo di droghe e solo successivamente compì i suoi esperimenti su due cuori umani.ivi pag. 23 Al contempo Einthoven si teneva occupato con l'analisi e il miglioramento degli apparecchi utilizzati da A.D. Waller come l'elettrometro capillare di Lippmann e la sua registrazione fotografica introdotta da Étienne-Jules Marey.
Sebbene de Vogel nella sua tesi del 1893 disse che il capillare di vetro del suo elettrometro era stato costruito secondo i requisiti calcolati da Einthoven, i tracciati nelle tesi di de Vogel mostravano ancora delle piccole imperfezioni. Nel 1894 una nuova risistemazione fu utilizzata per il primo tracciato fonocardiografico in persone normali e pazienti affetti da insufficienza aortica.ivi pag. 24 Nonostante il netto miglioramento dei tracciati elettrocardiografici, Einthoven non era soddisfatto né della loro forma né di come rimanevano sfigurati dalla frizione e dall'inerzia del mercurio nel capillare dell'elettrometro di Lippmann.
Una nuova opportunità Alla fine del XIX secolo, mentre Einthoven era mentalmente e tecnicamente intento ad approfondire le sue conoscenze al riguardo delle sue tanto amate illusioni ottiche, accettò di intraprendere lo studio di un problema totalmente differente. L'opportunità gli fu data da un'operazione su un paziente affetto da carcinoma orbitale.ivi pag. 30 In questo intervento gran parte del viso, il naso, il palato duro e l'occhio venivano rimossi, di conseguenza i movimenti della faringe potevano essere visti e fotografati durante atti quali parlare, deglutire e durante la suzione. Grazie a questa opportunità Einthoven poté mettere a punto degli studi sulla fisiologia della faringe. Con la fine del secolo Einthoven termina il periodo di orientamento attraverso lo studio e l'approfondimento di svariate materie e inizia a concentrarsi sull'elettrofisiologia, in particolare del cuore.
Il primo elettrocardiogramma
Nel frattempo Einthoven lavorava per mettere a punto un nuovo capillare per il suo elettrometro che fosse contemporaneamente rapido e preciso in modo da eliminare l'utilizzo delle correzioni.ivi pag. 31 Mentre l'elettrometro di Lippmann era molto sensibile ma lento, quello di Deprez-d'Arsonval era al contrario rapido ma poco preciso, perciò Einthoven partendo da quest'ultimo, cercò di trovare degli accorgimenti per migliorarne la sensibilità.