ประวัติศาสตร์ ECG

1412 Cardiology

เขียนเมื่อ 12 ธค 62
ความจริงเมื่อ 130 ปีก่อน ใครคือผู้ค้นพบ EKG ของมนุษย์เป็นคนแรก "Waller" หรือ "Einthoven"? และทำไมถึงเลือกตัวอักษร "P" ไม่ใช่ "A" เป็น initial alphabet ใน EKG

- The Mystery Unfolded -

หมอหนุ่มและนักฟิสิกส์อัจฉริยะอายุ 27 ปี "Willem Einthoven" เดินทางด้วยรถจักรไอน้ำจากเนเธอร์แลนด์ ข้ามเรือจาก Calais มา Dover เพื่อชมการบันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจครั้งแรกของโลกโดย อาจารย์นักสรีรวิทยาหนุ่มชาวอังกฤษอายุแค่ 31 ปี "Augustus Desire ́ Waller" ที่ St. Mary Hospital ใน Westminster กลางกรุงลอนดอน ปี 1887 นี่เป็นครั้งแรกที่ทั้งคู่พบกัน และ ทุกอย่างเริ่มต้นขึ้นที่นี่

การค้นพบ fiber ที่เชื่อมการนำไฟฟ้าจาก AV node มายัง Ventricle ของ Johann Evangelist Purkinje ในปี 1839 [1] ประกอบกับการพิสูจน์ให้เห็นเป็นครั้งแรกโดย Theodor Wilhelm Engelmann ในปี 1875 ว่ามีกระแสไฟฟ้าวิ่งผ่านจาก Purkinje fiber ในชั้น endocardium ส่งต่อสู่ myocyte และต่อ myocyte ไปเรื่อยๆ ด้วยตัวของมันเองโดยไม่ขึ้นกับ external neural stimuli และมีลักษณะเป็นคลื่น [2]

ทำให้ Augustus Desire ́ Waller คิดถึงความเป็นไปได้ที่จะบันทึกคลื่นไฟฟ้าในหัวใจมนุษย์ลงบนกระดาษ โดยใช้อุปกรณ์ของ Gabriel Lippmann ที่สร้างไว้ในปี 1873 อาศัยการหดตัวและขยายตัวของปรอทในกรดซัลฟิวริกเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุด Lippmann เอาปรอทใส่ท่อเล็กๆเรียกว่า capillary จุ่มลงใน dilute sulfuric acid ในแนวตั้ง การขยับขึ้นลงของปรอท ต่อกับเข็มเพื่อขีดบันทึกลงบนกระดาษ มันคือ "Lippmann Capillary Electrometer"

ด้วยความไวต่อความต่างศักย์ต่ำที่สุดที่ 1/40000 V ของเครื่อง พอมีความเป็นไปได้ที่จะจับความต่างศักย์ไฟฟ้าเล็กๆในของหัวใจมนุษย์

เดือนพฤศภาคมปี 1887 ตอนนั้น Waller อายุเพียงแค่ 31 ปี ได้เชิญนักวิทยาศาสตร์ทั่วยุโรปมาชมสาธิตการบันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจในมนุษย์ครั้งแรกของโลกที่ St. Mary Hospital ใน City of Westminster ใจกลางกรุง London เป็น 2 ปีก่อนกำเนิดการประชุมวิชาการ The First International Physiological Congress การสาธิตจึงยังต้องเป็นจดหมายเชิญมาชมที่สถาบัน Willem Einthoven หมอหนุ่มและนักฟิสิกส์อายุ 27 ปีจาก University of Leiden เพิ่งจบแพทย์จาก University of Utrecht ได้แค่ 2 ปี เดินทางจากเนเธอแลนด์มาชมการสาธิตครั้งนี้ด้วย

Waller สามารถบันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจด้วย Lippmann Capillary Electrometer ได้สำเร็จ ประกอบด้วยสองคลื่นใน 1 cardiac cycle และมาจาก Ventricle ทั้งหมด ทำให้ Waller กำหนดตัวอักษร "𝒱1" และ "𝒱2" แทนชื่อคลื่นทั้งสองอันนั้น และเรียกชื่อว่า "Electrogram"[3]

ชื่อแรกของคลื่นไฟฟ้าหัวใจคือ "Electrogram"

Einthoven ชื่นชมในผลงานของ Waller มาก แต่เค้าคิดว่ามีความผิดพลาดอยู่ในอุปกรณ์ที่ทำให้ไม่สามารถพบคลื่นไฟฟ้าจากหัวใจห้องบน การตอบสนองที่ช้าจากแรงเฉื่อยของปรอท ประกอบกับ oversensitivity ของเข็มที่ต่อกับเครื่อง ทำให้ไม่สามารถจับ high frequency potentials ได้

Einthoven กลับไปที่ Leiden และขอเปิดห้องทดลองเพื่อพัฒนาขีดความสามารถของ Capillary Electrometer โดยปรับการทำงานของปรอทใน Capillary ใหม่ทั้งหมดและใช้วิธีทางคณิตศาสตร์ชดเชยแรงเฉื่อยของปรอท Einthoven ได้คลื่นไฟฟ้าสองคลื่นจาก Ventricle ที่ชัดเจนกว่าของ Waller ด้วยที่มาที่มาจากวิธีทางคณิตศาสตร์ Einthoven ตั้งชื่อสองคลื่นนี้ของเค้าว่า "A" และ "B"

แต่ Waller ไม่เห็นด้วย ยังคงให้ใช้ชื่อ 𝒱1 และ 𝒱2 เหมือนเดิม

Einthoven พัฒนา Electrometer ต่อจนในที่สุดสามารถจับคลื่นไฟฟ้าหัวใจจาก Atrium ได้สำเร็จ แต่เนื่องจาก Einthoven เลือกใช้อักษรแรก "A" ไปแล้ว จึงตัดสินใจเลือกใช้ตัวอักษร "P" เป็นชื่อของคลื่นไฟฟ้าที่มาจาก Atrium

คลื่นไฟฟ้าหัวใจครั้งแรกสุดของมนุษย์ที่ครบมาจากทั้งบนและล่างจึงเป็น "𝓟-A-B"

เนื่องจากนี่เป็นสิ่งเดียวที่ Einthoven ไม่ได้เขียนบอกไว้ว่าเพราะอะไรถึงเลือกอักษร "P" มีสองสมมุติฐานจากคำบอกกล่าวของเพื่อนร่วมงานที่ Leiden

1) Einthoven ไม่แน่ใจว่าในอนาคต จะเจอคลื่นหัวใจที่อยู่ก่อนหน้านี้อีกรึเปล่า จึงเลือกตัวอักษรที่อยู่ตรงกลางในภาษาอังกฤษเลือกเป็น P ทิ้งเผื่อเอาไว้ ตามด้วย A กับ B ที่กำหนดไว้ก่อนในตอนแรก (ข้อมูลจากบันทึกของ H.A. Snellen ซึ่งเป็น official biographer ของ Einthoven)

2) หลายความเห็นไม่เชื่อเพราะ ตัวอักษรที่อยู่ตรงกลางจริงๆในภาษาอังกฤษไม่มี เพราะมี 26 ตัวอักษรซึ่งเป็นเลขคู่ ตรงกลางจริงจะอยู่ระหว่างตัวอักษรที่ 13 กับ 14 นั่นก็คือ M กับ N ซึ่งก็ไม่ใช่ P อยู่ดี หลายความเห็นเชื่อว่า Einthoven เลือก P ที่มาจากชื่อจุดกำหนดแรกของ Curve ใน Descartes Geometry ที่เป็น P เพราะเป็นอักษรตัวแรกที่ถัดจาก O เนื่องจาก Descartes กำหนดให้ O แทนคำว่า Origin จุดกลางที่แกนมาตัดกัน, René Descartes เป็นนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสในศตวรรษที่ 17 เป็นคนที่เอา Algebra มาอธิบาย Geometry เป็นคนแรก ต้นกำเนิดของ Analytical Geometry ในปัจจุบัน

กลับมาที่ชื่อ Waller ไม่เห็นด้วยกับ "P" ที่ Einthoven ตั้ง ให้เรียกคลื่นไฟฟ้าหัวใจที่มาจากห้องบนเป็น "A" ชื่อหน้าของ Atrium ตามด้วย 𝒱1 และ 𝒱2 ที่เค้าตั้งไว้เหมือนเดิม

เครื่อง Capillary Electrometer ตัวสุดท้ายที่ Einthoven พัฒนา สามารถจับสัญญาณได้ 4 สัญญาณ คือ Atrium 1, Ventricle 3 (Depolarization 2, Repolarization 1)

Einthoven ตัดสินใจลบตัวอักษร P ออก และใช้ A B C D เรียงกันไปเลย

Einthoven เชื่อว่าปรอทมีข้อจำกัดต่อให้ตัวเค้าเองจะพัฒนามันไปมากแค่ไหนก็ตาม

คลื่นไฟฟ้าหัวใจของมนุษย์จริงๆหน้าตาไม่ใช่แบบนี้ และเราจะไม่สามารถใช้มันตรวจความผิดปกติของหัวใจคนไข้ได้ Einthoven ใช้วิธีทางคณิตศาสตร์ชั้นสูง แก้ไขหน้าตาของ A B C D ออกมา ปรากฎว่า มี 5 ไม่ใช่ 4! เป็นเหมือนคำพยากรณ์ล่วงหน้าจาก Einthoven ว่าหากมีอุกกรณ์จับสัญญาณที่ดีกว่านี้ในอนาคต เราจะเห็นหน้าตาคลื่นหัวใจเป็นแบบนี้ เพื่อให้ annotation แตกต่างจาก A B C D ในตอนแรก Einthoven เอาตัวอักษร P กลับมาตามความตั้งใจเดิม และกำกับชื่อทั้ง 5 เป็น P Q R S T ตีพิมพ์ในเดือนมีนาคมปี 1895 ห้าปีก่อนเปลี่ยนศตวรรษใหม่ [4]

และนั่นคือหลักฐานชิ้นเดียวที่พิสูจน์ว่า คลื่นไฟฟ้าหัวใจที่แท้จริงของมนุษย์ถูกค้นพบในศตวรรษที่ 19 ไม่ใช่ 20

ด้วยการที่ P Q R S T เป็นชื่อ sucessive points ใน Analytical Geometry ของ Descartes ก็ยิ่งทำให้สมมุติฐานที่ว่า Einthoven เลือกตั้งชื่อพวกมันตาม Descartes scheme มีความเป็นไปได้สูงมากขึ้น

Einthoven เรียกชื่อคลื่นไฟฟ้าหัวใจทั้ง 5 ว่า "Elektrokardiogramm" โดยยกย่องให้ Waller เป็นคนแรกที่บันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจได้สำเร็จ

ไม่กี่ปีต่อมา Einthoven สร้างเครื่องบันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจที่ข้ามขีดจำกัดของ Capillary Electrometer ได้สำเร็จด้วยการใช้ quartz filament บางเพียง 3 ไมครอน เคลือบด้วยโลหะเงินในสนามแม่เหล็ก การเปลี่ยนแปลงความต่างศักย์วัดจากการเคลื่อนไหวของ filament ทำให้ได้สัญญาณความละเอียดสูงมาก อุปกรณ์ที่ Einthoven สร้างขึ้นชิ้นนี้ชื่อว่า "String Galvanometer"



สุดท้าย P Q R S T ก็ถูกบันทึกได้จริงๆตรงตามที่ Einthoven เคยคำนวณด้วยสมการคณิตศาสตร์ ผ่านเครื่อง String Galvanometer และตีพิมพ์ในปี 1903 [5]

เป็น historic publication ของการบันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจอย่างสมบูรณ์แบบด้วยเครื่อง String Galvanometer ที่ถูก cite ใน textbook และ articles มากมายในเวลาต่อมาจนถึงปัจจุบัน

แต่ความจริง บันทึกแรกของ Einthoven เกิดขึ้นหนึ่งปีก่อนหน้านั้น ในปี 1902 Einthoven ได้เขียนบันทึกลับหลังบันทึกคลื่นไฟฟ้าหัวใจได้สำเร็จลงใน Festschrift Book อุทิศให้กับ Professor Rosenstein ปัจจุบันบันทึกฉบับนี้ถูกเก็บไว้ใน Boerhaave Museum ที่ Leiden [6]

สุดท้าย สิ่งที่ Wenckebach เคยอธิบายจากการจับชีพจรคนไข้ก็สามารถถูกบันทึกได้เป็นคลื่นไฟฟ้าจากหัวใจห้องบนและล่าง Einthoven ใช้เครื่อง String Galvanometer ของเค้า บรรยาย pattern ของ LVH, RVH, P mitrale, ventricular extrasystoles, bigeminy และ complete heart block ตีพิมพ์เป็น Clinical Appication ของ EKG ครั้งแรกของโลกในปี 1908 [7]

Thomas Lewis ลูกศิษย์ของ Einthoven ที่ University College Hospital ใน London สานต่อการทำงานโดยบรรยาย Arrhythmia มากมายหลายชนิดที่ตรวจได้จาก String Galvanometer และ Atrial Fibrillation เองก็ถูกบันทึกได้ครั้งแรกโดย Lewis

Einthoven รักลูกศิษย์คนนี้มาก ตอนสุดท้ายของ Nobel Lecture ไม่กี่ปีก่อนที่เค้าจะเสียชีวิต, Einthoven พูดถึง Lewis ว่า

“It is his conviction that the general interest in the ECG would certainly not be so high nowadays if we had to do without his work, and I doubt whether without his valuable contribution I should have the privilege of standing before you today”

เวลาผ่านไป 100 ปี ความพยายามของ Einthoven ช่วยชีวิตคนไข้โรคหัวใจมากมายมหาศาล ในปี 2020 เรากำลังจะมีเทคโนโลยีที่สามารถเห็นทิศทางการเคลื่อนที่ของไฟฟ้าหลายพันจุดในห้องหัวใจได้อย่างอิสระเป็นครั้งแรก เพื่อตรวจพบและอธิบายความผิดปกติของการนำไฟฟ้าที่ซับซ้อนในห้องหัวใจ

แต่ไม่อาจเทียบได้เลยกับสิ่งที่ Einthoven สร้างเอาไว้ให้พวกเราในบริบทที่จำกัดอย่างเมื่อร้อยกว่าปีก่อน

References

1. The specialized fibers in the heart that conduct electrical impulses (Purkinje fibers). The Yearbook of the Faculty of Medicine at the Jagiellonian University. 1839

2. Engelmann TW. Ueber die Leitung der Erregung im Herzmuskel. Pflügers Arch 11: 465–480, 1875.

3. Waller AD. A demonstration on man of electromotive changes accompanying the heart’s beat. J Physiol. 1887 Oct;8(5):229-34.

4. Ueber die Form des menschlichen Electrocardiogramms. Archiv für die gesamte Physiologie des Menschen und der Tiere volume 60, 101–123(1895).

5. Einthoven W. Die galvanometrische Registerung des menschlichenElektrokardiogram:ZugleicheineBeurtheilung derAnwendungdesCapillarElektrometersinderPhysiologie.Pflu ̈gersArchgesPhysiol1903;99:472–480.

6. Einthoven W. Galvanometrische registratie van het menschelijk electrocardiogram. In: Herinneringsbundel SS ed.
Elektrocardiogrammunddiecapilla ̈relektrometrischeUntersuchungeinigerHerzkranken.Pflu ̈gersArchgesPhysiol 1900;80:139–160.

7. EinthovenW,VaandragerB.Weiteresu ̈berdasElektrokar- diogramm.Pflu ̈egersArchgesPhysiol 1908;122:517–584.

Wipat