Premio Nobel de Fisiología o Medicina 1924 — Willem Einthoven

Lo que aprenderás al leer este artículo

Comprenderás cómo fue posible registrar en papel la actividad eléctrica del corazón sin necesidad de abrir el tórax, y por qué las ondas del electrocardiograma (ECG/EKG) actual llevan los nombres P-Q-R-S-T.

Observar la actividad eléctrica del corazón desde el exterior del cuerpo

Si te realizan un electrocardiograma hoy en día, se colocan varios electrodos en el pecho y las extremidades, y unos minutos después aparece en el papel una serie de ondas familiares: la onda P, el complejo QRS y la onda T. Es la prueba que permite diagnosticar infartos de miocardio en urgencias, clasificar arritmias y monitorizar el ritmo cardíaco.

¿Por qué es sorprendente esta prueba? Porque sin necesidad de abrir el tórax ni insertar agujas en el corazón, basta con unos electrodos sobre la piel para reconstruir con precisión la actividad eléctrica de las células del interior del corazón. Las señales eléctricas de cada célula cardíaca atraviesan los tejidos resistivos de todo el cuerpo (músculo, grasa, hueso) hasta llegar a la superficie de la piel. El electrocardiograma consiste en captar estas señales débiles y reconstruirlas en forma de ondas.

Einthoven fue quien entregó esta tecnología al mundo.

El contexto de la época: en el apogeo de los años 20

En 1924, Europa se encontraba en proceso de recuperación:

• Plan Dawes: solución al problema de las reparaciones de guerra alemanas. El capital estadounidense fluyó hacia Alemania, estabilizando la economía.
• Muerte de Lenin (enero): seguida del ascenso de Stalin.
• Juegos Olímpicos de París: los primeros Juegos de verano celebrados con normalidad tras la guerra.
• Juicio de Múnich: aumento de la popularidad de Hitler.

Desde la perspectiva de la historia de la medicina, 1924 fue una época en la que los dispositivos médicos se estaban convirtiendo en herramientas estándar para la práctica clínica. Rayos X (1895), electrocardiograma (prototipo en 1902, estandarización en 1924), análisis bioquímicos de sangre y tensiómetros automáticos. Hasta entonces, las manos y el estetoscopio eran las herramientas principales del médico; a partir de este período, los datos cuantitativos obtenidos mediante máquinas se volvieron indispensables para el diagnóstico.

Si lo comparamos con la historia de Corea, 1924 fue el año en que se realizó la primera admisión de estudiantes en el programa preuniversitario de la Universidad Imperial de Keijō. Con la apertura de la facultad en 1926, nació por primera vez una universidad en Corea. Mientras el electrocardiograma se consolidaba como estándar clínico en Europa, Corea experimentaba el momento de tener su propia universidad. Esta institución sería la base de la posterior Universidad de Seúl, aunque la proporción de estudiantes coreanos en sus inicios era muy baja.

Biografía: el fisiólogo neerlandés que soplaba vidrio

Einthoven nació en 1860 en Java (entonces Indias Orientales Neerlandesas). Su padre era médico y, tras su fallecimiento cuando era niño, regresó a los Países Bajos con su familia. Estudió medicina en Utrecht y se convirtió en profesor de fisiología en la Universidad de Leiden.

El problema que captó su interés fue el siguiente: ¿cómo registrar con precisión la actividad eléctrica del corazón desde el exterior del cuerpo?

Hasta entonces, ya se habían realizado intentos de medir las señales eléctricas del corazón. Augustus Waller realizó el primer electrocardiograma en un ser humano en 1887, pero las herramientas de la época (electrómetro capilar) distorsionaban demasiado la señal, lo que imposibilitaba su uso clínico. Los detalles de la forma de onda se perdían, sin lograr la resolución necesaria para diagnosticar anomalías cardíacas reales.

Einthoven intentó resolver este problema con un instrumento completamente nuevo: el galvanómetro de hilo (string galvanometer).

El principio es bellamente simple:

• Se suspende un hilo de cuarzo plateado muy fino entre los polos de un potente imán.
• Cuando una corriente débil proveniente del corazón fluye por el hilo, la fuerza de Lorentz hace que este se desvíe lateralmente.
• La sombra del hilo se proyecta sobre una película fotográfica en rotación.
• El movimiento del hilo queda registrado como una forma de onda sobre la película.

La precisión de este instrumento superó con creces a todas las herramientas anteriores. Capturaba señales eléctricas cardíacas en el rango de microvoltios sin distorsión. Sin embargo, su tamaño era... un aparato masivo de 300 kg. En los primeros laboratorios de electrocardiografía, este único equipo ocupaba una habitación entera, y se requería una sala adyacente para la refrigeración.

Einthoven era alguien que fabricaba sus propias herramientas. Al igual que Crookes, sabía construir sus propios instrumentos experimentales, y su destreza manual hizo posibles sus descubrimientos.

Logro principal — Estandarización de las señales eléctricas del corazón

Los nombres P-Q-R-S-T

Einthoven asignó nombres a cada parte de la forma de onda obtenida con el galvanómetro de hilo. Originalmente, Waller los llamaba A, B, C, D, pero Einthoven creó una nueva nomenclatura comenzando con la letra P del alfabeto. Su intención era dejar espacio para la posible detección de ondas adicionales en el futuro.

• Onda P — Despolarización auricular. Las aurículas se preparan para la contracción.
• Complejo QRS — Despolarización ventricular. Los ventrículos se contraen.
• Onda T — Repolarización ventricular. Los ventrículos se recuperan para el siguiente latido.

Esta nomenclatura se consolidó como el estándar mundial. Hoy, cuando se realiza un electrocardiograma en una sala de emergencias, las ondas llevan exactamente estos nombres.

La analogía de CS encaja naturalmente. El electrocardiograma es un osciloscopio que captura señales mediante una sonda en un sistema en vivo. Al igual que colocamos una sonda en un cable de red para observar el flujo de paquetes, Einthoven colocó sondas en la superficie del cuerpo para observar la comunicación eléctrica de las células cardíacas. Y al asignar nombres estandarizados a cada parte de esa forma de onda, hizo posible que todos hablen el mismo lenguaje al interpretar un electrocardiograma.

Sin embargo, esta analogía falla aquí. Una sonda de osciloscopio captura una señal de un único conductor, pero el electrocardiograma debe captar señales atenuadas y distorsionadas a través del filtro resistivo de todo el tejido corporal para reconstruir la señal original. Este es un problema de procesamiento de señales mucho más complejo.

Triángulo de Einthoven: Un corazón tridimensional leído en dos dimensiones

El segundo logro de Einthoven fue la estandarización de combinaciones de múltiples derivaciones (leads). El corazón es una estructura tridimensional y su actividad eléctrica es también un vector tridimensional. Si se observa desde un solo ángulo, no es posible localizar la posición de las anomalías cardíacas.

Einthoven definió el estándar del triángulo de Einthoven (Einthoven's triangle) colocando electrodos en tres puntos: brazo derecho, brazo izquierdo y pierna izquierda. Mide la diferencia de potencial entre dos de estos tres puntos en tres configuraciones distintas (derivación I, II, III) y combina las señales de estos tres ángulos para reconstruir el vector eléctrico del corazón.

Posteriormente, sus estudiantes y sucesores ampliaron este triángulo para completar el electrocardiograma de 12 derivaciones (12-lead ECG) actual. La regla que aplicamos hoy al diagnosticar un infarto de miocardio —"si hay elevación del segmento ST en V1-V4, se trata de un infarto de miocardio anterior"— se basa completamente en la expansión del triángulo de Einthoven.

Si lo resumimos con una analogía de sistemas distribuidos, esto equivale a combinar múltiples puntos de observación en un sistema distribuido para reconstruir el evento original. Un único registro (log) no permite comprender el panorama completo, pero al sincronizar temporalmente y combinar los registros de múltiples nodos, es posible reconstruir con precisión el estado y la ubicación del evento original. El electrocardiograma es un sistema de registros de observación múltiple para eventos cardíacos.

Diagnóstico cuantitativo de arritmias e infartos de miocardio

El impacto clínico del electrocardiograma fue inmediato. Antes de su existencia, las arritmias (ritmo cardíaco irregular) se clasificaban de forma aproximada mediante la palpación (tomar el pulso) y la auscultación. Tras la introducción del electrocardiograma, los tipos precisos de arritmia (fibrilación auricular, taquicardia ventricular, bloqueo auriculoventricular completo, etc.) se diagnostican con exactitud mediante las formas de onda. Dado que cada tipo requiere un tratamiento diferente, esta clasificación precisa condujo directamente a una mejora en los resultados terapéuticos.

El diagnóstico del infarto de miocardio también cambió radicalmente. Se descubrió que el patrón específico de elevación del segmento ST es la señal determinante de un infarto agudo de miocardio, y fue en este periodo cuando comenzó la práctica actual de realizar inmediatamente un electrocardiograma a los pacientes con dolor torácico en la sala de emergencias.

¿Por qué es importante?

El Premio Nobel de Einthoven fue la demostración del principio de que “la actividad interna invisible del cuerpo puede observarse con precisión desde el exterior”. Este principio impulsó posteriormente el desarrollo de la electroencefalografía (EEG, 1929), la electromiografía (EMG), la resonancia magnética (MRI, años 1970) y la resonancia magnética funcional (fMRI, años 1990). Todos los dispositivos de diagnóstico no invasivos en los hospitales actuales se sustentan sobre este principio.

El significado más profundo es que representa el símbolo del proceso por el cual la medicina se convirtió en una ciencia de herramientas. Antes de Einthoven, los médicos dependían de sus propios sentidos (inspección, palpación y auscultación). Después de Einthoven, los instrumentos que amplían y cuantifican los sentidos del médico se volvieron esenciales en la práctica clínica. Esto representó un cambio fundamental en la medicina clínica.

Nos deja una lección: "Cuando las herramientas existentes alcanzan sus límites, crea nuevas herramientas". Einthoven no intentó forzar la interpretación de los resultados cuando el electrocardiograma de Waller presentaba distorsiones. En su lugar, inventó un dispositivo basado en un principio completamente nuevo. Cuando hoy nos enfrentamos a un problema, antes de intentar expandir forzosamente las herramientas existentes, debemos preguntarnos si necesitamos una nueva herramienta; esta es la forma de pensar al estilo Einthoven.

Mientras lees estas líneas, en alguna sala de urgencias del mundo se estará realizando un electrocardiograma. Los nombres P, Q, R, S y T que acompañan a esas ondas son letras elegidas por un fisiólogo de Leiden hace 100 años, tomadas de la parte media del alfabeto.

Resumen de la adquisición y lectura de la señal del ECG: El proceso de despolarización y repolarización de las células cardíacas se propaga a través de los tejidos de todo el cuerpo hasta la piel. Se mide mediante 3 puntos estándar (RA, LA, LL) o con una derivación extendida de 12 derivaciones; mediante la combinación de las ondas de cada derivación, se reconstruyen los cambios temporales y espaciales del vector eléctrico cardíaco.

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