Il galvanometro a corda o galvanometro di Einthoven fu il primo elettrocardiografo di uso clinico. Fu inventato dal medico olandese di origine ebraica Willem Einthoven intorno al 1901 all'Università di Leiden, dove egli era professore di fisiologia: lo strumento permetteva di ottenere la registrazione dalla superficie del corpo dei potenziali elettrici generati dal cuore..
Nel 1924, per “la scoperta del meccanismo dell'elettrocardiogramma”, fu assegnato ad Einthoven il Premio Nobel.
L'invenzione Il primo elettrocardiogramma di superficie del cuore umano era stato già registrato sperimentalmente da Augustus Waller nel maggio 1887 al St. Mary Hospital di Londra. Si trattava di un tracciato di scarsa qualità con due sole deflessioni, impresso su pellicola fotografica. Era stato ottenuto utilizzando un altro strumento, l'elettrometro capillare al mercurio, inventato da Gabriel Lippmann nel 1873.
Nel 1901 Einthoven aveva pubblicato una prima descrizione sommaria dello strumento in un articolo intitolato "Un nouveau galvanomètre". Nel 1903 descrisse dettagliatamente quello che chiamò galvanometro a corda nell'articolo "Die galvanometrische Registrirung des Elektrokardiogramms, zugleich eine Beurtheilung der Anwendung des Capillar-Elektrometers in der Physiologie"..
Einthoven aveva ampie conoscenze in fisica e conosceva gli studi del 1882 di Jacques-Arsène d'ArsonvalJacques-Arsène d'Arsonval (1851-1940), medico, fisico e inventore francese: compì studi sul galvanometro balistico, sul telefono e sull'elettroterapia con correnti ad alta frequenza. e di Marcel DeprezMarcel Deprez (1843-1918), ingegnere elettrico francese, studiò la trasmissione a distanza di correnti di elevata potenza, che avevano ideato un galvanometro con magnete permanente fisso e una bobina in movimento nel campo magnetico (galvanometro a bobina mobile), più sensibile di quelli precedenti di André-Marie Ampère o di William Thomson in cui il magnete era centrale e mobile e la bobina esterna e fissa (strumento a ferro mobile).
Einthoven ricordava il consiglio del suo maestro Johannes BosschaProfessore dell'Università di Leyden: aveva descritto lo strumento in un articolo del 1854 intitolato The differential Galvanometer di utilizzare come elemento mobile un ago sostenuto da un filo di seta. Inoltre Einthoven conosceva le esperienze dell'ingegner Clément AderClément Ader (1841-1925), ingegnere elettrico francese, si occupò della trasmissione dei segnali elettrici nel campo delle comunicazioni, della stereofonia e dell'amplificazione dei suoni. Fu anche un pioniere dell'aeronautica: costruì diverse macchine volanti e a lui è stato attribuito il primo volo nel 1890, 13 anni prima di quello dei fratelli Wright; sulla trasmissione dei segnali elettrici nei cavi sottomarini: durante questi studi Ader aveva ideato per la prima volta un galvanometro a corda. Per mezzo di questo cercava di risolvere il problema della identificazione di correnti elettriche di bassissima intensità, che non erano sufficienti a mettere in movimento un avvolgimento posto all'interno di un campo magnetico: egli ridusse allora l'elemento sensibile al minimo, cioè ad un unico filo.
Il Galvanometro a corda di Ader era costituito da un filo metallico dello spessore di 20 micron. Lo stesso problema di Ader - l'ideazione di uno strumento molto sensibile e con rapida risposta - era al centro delle ricerche di Einthoven. La sfida era di ottenere un filo di inerzia ancora minore per aumentare la sensibilità dello strumento (la sua «corda» di quarzo argentato sarà 20 volte più sottile). La massa e l'inerzia del filo di Ader erano invece ancora troppo elevate per la misura dei potenziali elettrici umani. Attualmente c'è accordo tra gli storici della Scienza sulla attribuzione dell'invenzione del Galvanometro a corda, come strumento di misura dei potenziali elettrici cardiaci, a Willem Einthoven, sia perché il progetto è diverso, sia perché il galvanometro di Ader non era ideato come strumento di misura ma come un elemento nei circuiti di telecomunicazione. Lo stesso Einthoven riportò gli studi di Ader nel suo primo articolo sull'elettrocardiografo..
Cronologia 1791 Luigi Galvani pubblica le sue esperienze sulle rane e sulla scoperta dell'«elettricità animale» nello storico Commentario in latino. Il nome di Galvani è stato utilizzato per indicare lo strumento che traduce la corrente elettrica in un momento magnetico.
1825 Leopoldo Nobili inventa il galvanometro astatico, in cui due aghi magnetici paralleli, ma di polarità opposta e solidali, ruotano uno all'interno e l'altro all'esterno di una bobina. L'ago magnetico esterno è quello indicatore. Il sistema mirava ad annullare l'effetto del campo magnetico terrestre.
1844 Carlo Matteucci conferma le esperienze di Galvani sull'elettricità presente nei sistemi viventi e pubblica il “Traité des phénomènes électro-physiologiques des animaux suivi d'études anatomiques sur le systhème nerveux et sur l'organe électrique de la torpille par Paul Savi”. Egli utilizza, come rivelatore di corrente, un elettrometro per così dire naturale: la «zampa galvanoscopica». Si trattava di un preparato della coscia di una rana lasciata in connessione con il nervo sciatico (nervo motore); quando si metteva in contatto il nervo sciatico con un oggetto elettrizzato la zampa si contraeva.
1856 Rudolf Albert von Kölliker e Johannes Peter Müller casualmente espongono il preparato coscia-nervo sciatico della rana ad un preparato anatomico di rana a torace aperto e con cuore battente e scoprono che il muscolo della rana si contrae in sincrono con il cuore: per la prima volta viene dimostrata la presenza di attività elettrica cardiaca.
1870 Il registratore a sifone di William Thomson è utilizzato nel Bartholomew's Hospital da Alexander MuirheadAlexander Muirhead (1848-1920), ingegnere elettrico scozzese, studiò la telegrafia senza fili, ma si occupò per un breve periodo della registrazione dei potenziali elettrici umani intorno al 1870: probabilmente, con questo strumento, è stato il primo a registrare un elettrocardiogramma. William Thomson (Lord Kelvin) aveva progettato prima il «galvanometro a specchio» e poi il «registratore a sifone» per risolvere il problema della debolezza dei segnali elettrici dei cavi sottomarini transatlantici. Questi sistemi di registrazione furono una grande novità nel campo della telegrafia. Il galvanometro a specchio aveva uno specchietto fissato alla bobina elettromagnetica; esso deviava un fascio luminoso che poi colpiva, amplificando il segnale, la lastra fotografica. Un altro espediente per diminuire l'attrito della penna scrivente sulla carta del telegrafo fu quello di fissare alla bobina, al posto dello specchio, un tubo capillare, che si riforniva di inchiostro da un serbatoio, e lo lasciava cadere sul nastro di carta senza contatto. L'effetto veniva migliorato caricando elettricamente l'inchiostro (una macchina elettrostatica era collegata con un polo al serbatoio dell'inchiostro e con l'altro al supporto metallico che sosteneva il nastro di carta, come avviene nelle attuali stampanti a getto d'inchiostro).
1873 Gabriel Lippmann pubblica l'invenzione dell'elettrometro capillare a mercurio nel laboratorio Kirchoffs a Berlino. Lo strumento è costituito da un tubicino capillare riempito in parte di mercurio e in parte di acido solforico, che galleggiava al di sopra. La colonnina di mercurio collegata con un conduttore alla superficie del corpo era attraversata dalla corrente e subiva delle contrazioni e dilatazioni. Il movimento (come anche nel galvanometro a corda) veniva ingrandito da un microscopio e registrato su lastra fotografica. Lippmann prese il Premio Nobel per la fisica nel 1906
1876 Étienne-Jules Marey ottiene la prima registrazione intracardiaca dell'attività elettrica del cuore nell'animale utilizzando l'elettrometro capillare e, per la registrazione grafica, il chimografo a penna di Carl Ludwig. In seguito, nel 1881, sostituisce il chimografo con uno strumento di sua invenzione per la registrazione per mezzo di un fascio di luce su un supporto fotografico
1887 Augustus Desiré Waller, utilizzando l'elettrometro capillare di Lippmann, un fascio di luce e una lastra fotografica, ottiene la registrazione dell'attività elettrica cardiaca dalla superficie del torace dell'uomo al St Mary's Hospital di Londra. Insieme a quello di Muirhead del 1870, già citato, è tra i primi elettrocardiogrammi e comunque è il primo elettrocardiogramma eseguito con finalità fisiologiche e cliniche. Lo scienziato con questo metodo registrò anche l'elettrocardiogramma del suo cane Jimmy. Waller coniò il nome di «elettrogramma». Pur essendo il vero pioniere dell'elettrocardiografia, egli non ne previde l'esplosivo sviluppo dei decenni successivi, ritenendola un'indagine di rara applicazione pratica, probabilmente influenzato dalla grandezza e dalla complessità della macchina. Nel corso degli anni Waller riconobbe la superiorità del galvanometro a corda di Einthoven e si convinse ad abbandonare l'elettrometro capillare, con il quale condusse le ultime ricerche.
1893 André-Eugène BlondelAndré-Eugene Blondel (1863-1938), ingegnere e fisico francese, professore di tecnologia elettrica all'Ecole des Mines sviluppa il primo oscillografo elettromeccanico per uso pratico
1895 Dal 1895 Willem Einthoven conduce le sue registrazioni con l'elettrometro capillare di Lippmann. Egli era particolarmente infastidito, oltre che dalla lenta risposta al segnale elettrico, anche dalla esasperante sensibilità dell'apparecchio alle vibrazioni ambientali, tanto più che il suo laboratorio si trovava in un edificio con una struttura in travi di legno ed era adiacente ad una strada trafficata da carri. Negli anni successivi, rifacendosi agli studi di Bosscha e Ader, progetta e costruisce il suo galvanometro a corda.
1897 Clément Ader pubblica le conclusioni dei suoi studi sul galvanometro a corda che per primo aveva costruito negli anni precedenti.
1908 La Cambridge Scientific Instrument Company di Londra inizia a produrre un modello migliorato del Galvanometro a corda.
Descrizione Il galvanometro di Einthoven era costituito da un elettromagnete: tra i due poli di esso era teso un filo di quarzo ricoperto da un metallo conduttore. Einthoven provò che il metallo migliore era l'argento. Le correnti di bassissima intensità prodotte dal cuore, e raccolte alla superficie del corpo, erano convogliate attraverso il filo di quarzo argentato immerso a sua volta nel campo magnetico costante. Il filo attraversato dalla corrente induceva un campo di forza variabile, dipendente dai potenziali del cuore che variavano nel tempo. L'interazione dei due campi magnetici provocava la deflessione del filo sul suo asse. Il filo di quarzo argentato era chiuso in un tubo di ottone.
Un congegno ottico rivelava l'entità della deflessione (che era proporzionale alle correnti del cuore): era costituito da un fascio di luce, prodotto da una sorgente e da lenti; era simile alla sorgente luminosa usata nel microscopio ottico. Il fascio di luce attraversava dei fori praticati nelle estremità del magnete e colpiva il filo di quarzo. L'ombra del filo era messa a fuoco su una lastra fotografica che si muoveva con velocità costante. Così veniva registrata una traccia. Essa rappresentava le variazioni di potenziale nel tempo delle correnti del cuore: l'elettrocardiogramma.
Einthoven perfezionò via via lo strumento affrontando grossi problemi tecnici. Il miglioramento dello strumento impegnò lo scienziato per venti anni.