Willem Einthoven föddes 1860 av nederländska föräldrar i Semarang i nuvarande Indonesien, men flyttade med sin mor och flera syskon tillbaka till Nederländerna några år efter att han blivit faderlös vid 6 års ålder. För att ha råd med medicinstudier tvingades Einthoven att söka statliga lån, som beviljades, men han blev samtidigt tvungen att efter fullgjorda studier tjänstgöra som läkare i den nederländs­ka armén. Einthoven kunde friköpa sig från förpliktelsen när han endast 25 år gammal tillträdde en fysiologiprofessur i Leiden. Där inledde han studier om nervus vagus inverkan på respirationen, men så småningom kom han allt mer att intressera sig för hjärtats elektriska aktivitet. 

Willem Einthoven mötte fysiologiprofessorn Augustus D Waller från London på ett fysiologimöte i Basel 1889. Denne hade gjort registreringar av elektrisk hjärtaktivitet på såväl hund som människa med den så kallade Lippmans kapillärelektro­meter [1, 2]. Einthoven besökte senare Waller i London och påbörjade därefter arbete med att förbättra EKG-registreringarna. 

Einthoven konstaterade att kapillär­elektrometern inte förmådde avbilda de snabba förändringar av den elektriska signalen som sker i samband med kammarkontraktionen. Detta berodde framför allt på att den höga densiteten hos det metalliska kvicksilvret i elektrometern gjorde instrumentet trögt. Einthoven förbättrade i ett första steg kapillär­elektrometerns mekaniska egenskaper. Därefter utvecklade han en metod att matematiskt kompensera för kvicksilverpelarens tröghet genom att efter registreringen manuellt lösa en serie differential­ekvationer utgående från kapillärelektrometerns mätvärden och rita resulterande, omräknade EKG för hand [3, 4] (figur). Det tog lång tid att göra dessa moment för varje registrering. Einthoven insåg att det var angeläget att utveckla en metod som skulle göra de matematiska kompensationsmetoderna onödiga. På så sätt kunde EKG-registrering bli ett betydelsefullt kliniskt verktyg.

Det sannolikt avgörande steget i Einthovens utvecklingsarbete togs när han inspirerades av den under 1880-talet nyutvecklade spegelgalvanometern, som på papper registrerade den transatlantiska kommunikationen med morsesignaler. Einthoven utvecklade en variant, den så kallade stränggalvanometern, specifikt ägnad att registrera EKG med hög kvalitet.

För att konstruera en stränggalvanometer behövdes tre viktiga komponenter, som alla var resultat av 1800-talets teknikutveckling:

  • En kraftig ljuskälla. Elektriska bågljuslampor hade utvecklats vid 1800-talets mitt.
  • En känslig mätmekanism, det vill säga ett instrument som gjorde ett registrerbart mekaniskt utslag då det utsattes för de mycket små potentialdifferenser som uppträdde på kroppsytan under en hjärtcykel. Einthoven utgick från kunskapen att en spole med koppartråd i ett starkt magnetfält gjorde ett utslag när ström leddes genom spolen. Han reducerade spolen till en enda rak tråd av kvarts med diameter cirka 5–10 mikrometer (en tiondel till tjugondel av ett hårstrås diameter) och försilvrade den så att den skulle bli elektriskt ledande.
  • Ett optiskt system som projicerade de små utslag som kvartstråden gjorde från sitt viloläge under inverkan av de svaga strömmarna från hjärtat på en fotografisk glasplåt som rörde sig med konstant hastighet under registreringsförloppet.

Från 1894 och framåt var Einthovens huvudfokus att utveckla och förfina stränggalvanometern i samarbete med en rad europeiska universitet, och samtidigt etablera utrustningen och metoden i allt fler länder [5-7]. Efter 1913 påbörjade Einthoven en internationell föreläsningsturné till olika universitet, vilket bidrog till spridningen av metoden även ur ett kliniskt perspektiv. Här bidrog professor Thomas Lewis i London, som senare nominerades till Nobelpriset tillsammans med Einthoven, genom att utveckla den kliniska tillämpningen av stränggalvanometern [8, 9]. Einthoven har kommit att omnämnas som »elektrokardiografins fader«, medan Lewis fått epitetet »den kliniska elektrokardiografins fader«.

Av Einthovens många publikationer om stränggalvanometern var det framför allt den fjärde, »Weiteres über das Elektrokardiogramm«, som ledde till att flera ansedda europeiska forskare ville komma till Leiden och ta del av Einthovens metodik på plats [7]. Einthoven delade generöst med sig av dokumentation till and­ra forskare och kliniker, men var länge ointresserad av att kommersiella företag vidareutvecklade och exploaterade konstruktionen. Till slut tecknades dock avtal med det tyska företaget Edelmann, vilket inbringade en mindre royalty under några år, men framför allt katalyserade metodens ytterligare spridning. Den kommersiella utvecklingen togs senare över av Cambridge Scientific Instruments i London. 

Einthoven nominerades till Nobelpriset vid flera tillfällen, först 1913 och därefter 1917, för stränggalvanometerns förmåga att upptäcka kardiell ischemi. En samfälld professorskår från Amsterdam och Leiden nominerade honom 1921. Under 1924 inkom till Nobelkommittén vid Karolinska institutet tre nomineringar av Einthoven; sir Archibald Vivian Hill i London (Nobelpristagare 1922) nominerade även sin Londonkollega Thomas Lewis att dela priset med Einthoven. Det fanns ytterligare 99 nomineringar det året [10]. Efter sållningsproceduren återstod Einthoven och Lewis. Arbetet med att bedöma dem gjordes av fysiologiprofessorn vid KI, Johan (Jöns) Johansson, i ett 32-sidigt utlåtande. Johansson hade också bedömt de tre tidigare nomineringarna av Einthoven. 

Johansson var personlig vän med Alfred Nobel och rådgivare när hans testamente formulerades. Han var således väl insatt i kriterierna för Nobelpriset i fysiologi eller medicin. I testamentet står att det ska tilldelas den eller de (högst tre) forskare som gjort den mest betydelsefulla upptäckten som kommit mänskligheten till gagn [11].

Professor Johansson brottades med att Einthoven gjort en uppfinning snarare än en upptäckt, men menade att det bland annat via Lewis många arbeten bevisats att Einthovens uppfinning möjliggjort ett flertal upptäckter. Johanssons dokument avslutades med förslaget att Einthoven ensam borde tilldelas Nobelpriset. Han menade att Lewis arbeten inte innehöll samma grad av innovation som Einthovens. Nobelförsamlingen vid Karolinska institutet stödde Johanssons förslag. 

Telegram med gratulationer till pristagaren sändes till Einthovens hemadress i Leiden i oktober 1924, men då Einthoven under hösten 1924 var på rundresa till flera universitet i USA nåddes han inte av nyheten förrän han läste en löpsedel från tidningen Boston Globe. Einthoven befann sig då på Harvard och trodde att han blivit utsatt för ett studentikost spratt. Det skulle ha tagit över en månad för Einthoven att resa tur och retur USA–Stockholm i november–december 1924 och därför sköts Nobelceremonin för hans del upp till december 1925.

Vid det medicintekniska museet Rijks­museum Boerhaave i Leiden finns ett tidigt exemplar av Einthovens stränggalvanometer. Museet förfogar även över mycket korrespondens mellan Einthoven och ett flertal kolleger runt om i världen. Korre­spondensen är särskilt omfattande mellan Einthoven och Lewis. I korrespondens efter hösten 1924 gratulerar Lewis Einthoven till Nobelpriset, medan Einthoven i sitt svarsbrev tackar Lewis och skriver att han inte tror att han skulle ha fått priset om det inte vore för Lewis publikationer som visade på EKG-metodens kliniska användbarhet.

Liksom i dag var det 1924 ett stort hemlighetsmakeri kring nomineringen av pristagare. Alla dokument rörande nomineringar och bedömningar är hemliga under 50 år, och personer som nominerar presumtiva pristagare uppmanas att inte sprida information om nomineringarna. Det är dock sannolikt att Lewis via kolleger i London fick reda på att han nominerats tillsammans med Einthoven. Däremot var Einthoven antagligen inte medveten om att han och Lewis nominerats samtidigt [12].

Boken »A history of electrocardiogra­phy« av kardiologerna George E Burch och Nicholas P DePasquale, båda från Tulane University i USA, redogör för utvecklingen av EKG fram till 1948 och nämner att det fram till dess inte fanns något registreringssätt som gav samma återgivningskvalitet som stränggalvanometern [13]. Men tekniken kring stränggalvanometern var inte problemfri. Registreringen skedde på en fotografisk glasplåt, som från en förrådskassett matades förbi galvanometerns ljusstråle till en mottagarkassett, där glasplåten framkallades i mörkrum. Det var en tidsödande och besvärlig procedur betraktad med dagens ögon.

I detta läge utvecklade läkaren och ingenjören Rune Elmqvist från Lund den så kallade bläckstråleskrivaren [14-16]. En bläckstråle som sprutas ut ur ett munstycke tillför ingen tröghet eftersom bläckpartiklarna i strålen inte påverkar munstycket efter det att de lämnat det. Elmqvist hittade själv på ordet mingograf efter ’mingo’ (latin: »jag kissar«) och ’gra­phein’ (grekiska: »skriva«). 

Mingografer dominerade svensk EKG-verksamhet från 1950-talet och i stort sett ända till sekelskiftet, då datoriserade utskrifter tog över. Den överlägsna tekniken har i hög grad bidragit till att vi i vårt land haft en ojämförligt hög standard på våra EKG-registreringar. Det kan tilläggas att Rune Elmqvist också konstruerade den första implanterbara pacemakern.

Elektrofysiologiska studier före Einthoven

Förekomsten av ett samband mellan elektriska fenomen och muskelkontraktioner påvisades redan 1791 av Luigi Galvani (1737–1798), professor i anatomi i Bologna) [17]. 

Avsaknaden av tillräckligt känsliga mätmetoder omöjliggjorde länge mer ingående elektrofysiologiska studier. I stället kom muskel–nervpreparationer (från groda) att användas för att försöka påvisa förekomsten av biologisk elektrisk aktivitet. Via nerven (n ischiadicus), som placerades på det organ som skulle studeras, överleddes den elektriska aktiviteten till muskeln (m gastrocnemius), som svarade med en kontraktion. Vid arbete med två grodor samtidigt, den ena preparerad för reoskopi, den andra med frilagt hjärta, råkade nerven av en slump hamna på hjärtat. Forskarna Kölliker och Müller noterade 1853 att den ena grodans benmuskel kontraherade sig synkront med den andras hjärtmuskel. De hade därmed visat att hjärtats aktivitet var förenad med elektrisk aktivitet [18].

Förutsättning för egentliga elektrofysiologiska mätningar kom först 1872 i och med Lippmanns kapillärelektrometer (Gabriel Lippmann, fransk fysiker 1845–1921, Nobelpris i fysik 1908) [1]. In­strumentet bygger på att ytspänningen hos metalliskt kvicksilver i en vertikal kapillär ändras i relation till en elektrisk spänning över ett gränsskikt mellan kvicksilvret och en elektrolyt. Kvicksilverytans variationer i höjdled kan observeras med mikroskop eller, som i Mareys modifikation från 1876, registreras på fotografiska plåtar med hjälp av bågljuslampa och projektionsmikroskop. Variationerna framträder härvid som en kurvformad gräns mellan ett svart och ett vitt fält (se figuren sidan 1204). Det var med ett Lippmann–Marey-instrument som Waller 1887 registrerade det första elektrokardiogrammet på människa [2]. 

Det kan noteras att Waller inte fann några spänningsvariationer mellan fötterna. Detta fynd utgjorde grunden för att begränsa kombinationerna av extremitetsavledningar till de tre som Einthoven sedermera arbetade med.