Artículo publicado en octubre de 2009

DOI: http://dx.doi.org/10.18567/sebbmdiv_RPC.2009.10.1

Pilar López Larrubia
Instituto de Investigaciones Biomédicas "Alberto Sols". CSIC-UAM.
Arturo Duperier 4, 28029 Madrid.
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Desde su descubrimiento en 1946, las técnicas de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) han evolucionado, sobre todo en las últimas décadas, hasta convertirse en una herramienta muy útil, primero en campos como la física y la química, y más recientemente en otros como la biología molecular, la medicina o la bioquímica.

La RMN es una técnica transversal que ha experimentado un espectacular desarrollo gracias a la contribución de numerosas áreas de conocimiento que abarcan desde las ciencias experimentales clásicas hasta ciencias de la salud o tecnológicas. Fue descrita en 1946 de manera simultánea e independiente por los investigadores Bloch y Purcell, consiguiendo ambos por ello el Premio Nobel en 1952. Es un fenómeno que presentan los núcleos magnéticamente activos en presencia de un campo magnético estable y la aplicación de ondas electromagnéticas de radiofrecuencia. El núcleo es el corazón de los átomos donde se acomodan la mayoría de las masas elementales (neutrones y protones). Los núcleos con un número impar de protones o neutrones, poseen un momento magnético característico y un campo magnético asociado. Cuando se exponen a un campo magnético estático B0, los dipolos magnéticos de los núcleos tienden a alinearse con el mismo. Para el isótopo 1H del átomo de hidrógeno se crean dos estados energéticos, uno paralelo y otro antiparalelo a B0, con prácticamente la misma probabilidad de ser ocupados y una magnetización neta resultante (M0). La RMN se basa en la aplicación de un campo de radiofrecuencia B1 en una dirección perpendicular a B0 que genera una magnetización transversal dependiente del tiempo que induce, por tanto, un voltaje que se puede medir empleando un receptor apropiado (1). A pesar de ser el núcleo más sensible y abundante, el 1H no es el único empleado en esta técnica. Existen otros átomos que aportan información muy valiosa y no accesible por otras metodologías, como son 31P, 13C, 19F, 23Na, etc.
La RMN presenta dos vertientes de estudio, por un lado la espectroscopía, quizá la más conocida en el campo de la química y la bioquímica, y por otro la imagen más extendida en la medicina y la biomedicina (2). Las aplicaciones bioquímicas de la RMN (3) probablemente comenzaron en 1972 cuando por espectroscopía de carbono 13 (13C RMN) se siguió el metabolismo de la glucosa, marcada con dicho isótopo, en una suspensión. En base a los resultados se concluyó que esta técnica podía ser enormemente útil en el estudio de procesos bioquímicos. Pronto la 31P RMN se utilizó para determinar el pH intracelular en una suspensión de eritrocitos y posteriormente en un músculo. Casi simultáneamente se obtuvo la primera imagen de RMN.
La enorme versatilidad de aproximación de esta técnica permite la investigación de aspectos tan diversos como la estructura tridimensional y dinámica de macromoléculas biológicas, el estudio de la anatomía normal y patológica en seres humanos y modelos animales, o el seguimiento in vivo de rutas metabólicas y su regulación. No obstante, la Imagen de Resonancia Magnética (IRM)(4) es la vertiente más conocida a nivel popular dada su cada vez mayor implantación en el diagnóstico clínico. Es una técnica que usa una radiación electromagnética no ionizante para obtener imágenes con un excelente contraste entre tejidos blandos y una elevada resolución espacial en cualquier dirección del espacio. En este caso, de entre todos los posibles átomos a utilizar, el hidrógeno es el de uso más extendido por diferentes factores. Prácticamente la totalidad de las imágenes obtenidas en diagnóstico son imágenes de 1H, que por otro lado es el núcleo más abundante en el cuerpo humano. Dentro de las potenciales aplicaciones de la IRM, merecen un notable interés todas las encaminadas al diagnóstico, pronóstico y estudio de las diferentes neuropatologías, algunas de la cuales forman parte de las enfermedades de mayor prevalencia y trascendencia en la sociedad actual, como son los tumores intracraneales, neurodegeneraciones o encefalopatías. Además, como resultado de los avances tecnológicos, las técnicas de adquisición rápida de imagen han permitido abordar áreas que tradicionalmente se creían incompatibles con la RM, como estudios dinámicos, imagen cine, imagen 3D de alta resolución, angiografía y estudio funcional del cerebro.
Dentro del campo de la investigación básica, el desarrollo de la aproximación biomédica de la RMN se ha soportado en algunas ventajas de los métodos empleados en la misma comparados con las técnicas más clásicas. Las características inherentes de esta técnica, como tiempos de relajación, valores de desplazamiento químico y constantes de acoplamiento, contienen una valiosa información del estado fisiológico o patológico de los tejidos y de la operación in situ de multitud de procesos biológicos (5). Por contrapartida, los métodos de RMN son menos sensibles que los clásicos métodos ópticos o radiactivos, con sensibilidades que oscilan entre 0,01 y 1 mM para estudios in vitro e in vivo respectivamente.
Todas estas características abren un enorme campo de posibilidades que han conducido a que tanto la imagen como la espectroscopía de RMN se apliquen cada vez más en multitud de áreas y líneas de investigación dentro de casi cualquier área de la ciencia, permitiendo el estudio de numerosos aspectos de una manera que no abordable por ninguna otra técnica.

Imagen de RMN en orientación sagital del cerebro de una rata


Imagen de RMN en orientación sagital del cerebro de una rata (modelo animal de traumatismo cerebral difuso).

Se aprecian regiones hiperintensas asociadas a la dilatación de los ventrículos y el edema cerebral.

 

REFERENCIAS

1. Ray Freeman "A handbook of Nuclear Magnetic Resonance" Ed. Longman Scientific and Technical, 1988, Oxford
2. Peter A. Rinck "Magnetic Resonance in Medicine" 5th edition. Ed. ESMRMB, 2003, Berlín
3. Raymond A. Dwek "Nuclear Magnetic Resonance in Biochemistry" Ed. Clarendor Press, 1975, Oxford
4. David D. Stark and Willian G. Bradley "Magnetic Resonance Imaging. Vol. I, II, III" Ed. Mosby Inc., 1999, Missouri
5. C-N Chen and D. I. Hoult, "Biomedical Magnetic Resonance Technology" Ed. Adam Hilger, 1989, Bristol and New York

 

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