transferencia de magnetización

La transferencia de magnetización (TM), en RMN y RMN , se refiere a la transferencia de polarización de espín nuclear y/o coherencia de espín de una población de núcleos a otra población de núcleos, y a las técnicas que utilizan estos fenómenos. ^{[ 1 ]} Existe cierta ambigüedad con respecto a la definición precisa de transferencia de magnetización; sin embargo, la definición general dada anteriormente abarca todas las nociones más específicas. Los núcleos activos en RMN, aquellos con espín distinto de cero, pueden acoplarse energéticamente entre sí bajo ciertas condiciones. Los mecanismos de acoplamiento de energía de espín nuclear se han caracterizado ampliamente y se describen en los siguientes artículos: Acoplamiento de momento angular , Interacción dipolo-dipolo magnética , Acoplamiento J , Acoplamiento dipolar residual , Efecto Overhauser nuclear , Relajación espín-espín y Transferencia de saturación de espín . Alternativamente, algunos núcleos en un sistema químico son lábiles e intercambian entre entornos no equivalentes. Un ejemplo más específico de este caso se presenta en la sección Transferencia de magnetización por intercambio químico .

En ambos casos, las técnicas de transferencia de magnetización permiten estudiar la relación dinámica entre dos o más poblaciones de núcleos distinguibles, en la medida en que se puede inducir y medir el intercambio de energía entre dichas poblaciones en un experimento de RMN idealizado.

En la resonancia magnética ( RMN) de muestras macromoleculares, como soluciones proteicas , se encuentran presentes al menos dos tipos de moléculas de agua: libres (en masa) y unidas (de hidratación). Las moléculas de agua en masa poseen numerosos grados de libertad mecánicos, por lo que su movimiento presenta un comportamiento estadísticamente promedio. Debido a esta uniformidad, la mayoría de los protones de agua libre tienen frecuencias de resonancia muy cercanas a la frecuencia de Larmor promedio de todos estos protones. En un espectro de RMN correctamente adquirido, esto se observa como una línea lorentziana estrecha (a 4,8 ppm, 20 °C). Las moléculas de agua en masa también se encuentran relativamente lejos de las macromoléculas que perturban el campo magnético , de modo que los protones de agua libre experimentan un campo magnético más homogéneo, lo que resulta en una desfasación de la magnetización transversal más lenta y un T₂ ^* _más prolongado . Por el contrario, las moléculas de agua de hidratación están mecánicamente restringidas por interacciones extensas con las macromoléculas locales, por lo que las inhomogeneidades del campo magnético no se compensan, lo que da lugar a líneas de resonancia más anchas. Esto provoca una desfasación más rápida de la magnetización que produce la señal de RMN y valores _de T2 mucho más cortos (<200 μs). Debido a que los valores _de T2 son tan cortos, la señal de RMN de los protones del agua ligada no suele observarse en la resonancia magnética.

Sin embargo, el uso de un pulso de saturación fuera de resonancia para irradiar protones en la población ligada (de hidratación) puede tener un efecto detectable en la señal de RMN del conjunto de protones móviles (libres). Cuando una población de espines está saturada, de modo que la magnitud del vector de magnetización macroscópica se aproxima a cero, no queda polarización de espín con la que producir una señal de RMN. La relajación longitudinal se refiere al retorno de la polarización de espín longitudinal, que ocurre a una velocidad descrita por T1 _. Si bien el número de moléculas de agua de hidratación puede ser insuficiente para producir una señal observable, el intercambio de moléculas de agua entre la población de hidratación y la población a granel permite caracterizar la población de hidratación y medir la velocidad a la que las moléculas se intercambian entre los sitios a granel y ligados. Estos experimentos se denominan a menudo transferencia de saturación o transferencia de saturación por intercambio químico (CEST) , porque se observa que la señal del agua a granel disminuye cuando la población de hidratación está saturada. Considerando estas técnicas desde la perspectiva opuesta, donde la magnetización (es decir, la polarización de espín) se transfiere del agua libre a la población de hidratación saturada de espín, se puede unificar conceptualmente los métodos de intercambio químico con otras técnicas que transfieren magnetización entre poblaciones de núcleos. Dado que la magnitud de la atenuación de la señal depende de la tasa de intercambio entre el agua libre y el agua de hidratación, la MT puede utilizarse para proporcionar un método de contraste alternativo, además de _{las diferencias de} T1 , T2 y densidad de protones.

Se cree que la MT es un indicador inespecífico de la integridad estructural del tejido que se está analizando.

Una extensión de la MT, la relación de transferencia de magnetización (MTR) se ha utilizado en neurorradiología para resaltar anomalías en las estructuras cerebrales. (La MTR es ( M _o - M _t )/ M _o .)

Se puede representar gráficamente una modulación sistemática del desplazamiento de frecuencia preciso para el pulso de saturación frente a la señal del agua libre para formar un "espectro Z". Esta técnica se conoce comúnmente como "espectroscopia Z".

• imágenes por resonancia magnética
• espectroscopia de resonancia magnética

• El papel de las técnicas no convencionales de resonancia magnética en los trastornos desmielinizantes.
• Hallazgos de resonancia magnética en la esclerosis lateral amiotrófica mediante una secuencia de transferencia de magnetización por eco de espín.
• Wolff, SD; Balaban, RS (1989). "Contraste de transferencia de magnetización (MTC) y relajación de protones del agua tisular in vivo". Magnetic Resonance in Medicine . 10 (1): 135– 144.
• Mehta, RC; Pike, GB; Enzmann, DR (1996). "Resonancia magnética con transferencia de magnetización: una revisión clínica". Temas en resonancia magnética . 8 (4): 214– 30.
• Tanabe, JL; Ezekiel, F; Jagust, WJ; et  al. (1999). "Relación de transferencia de magnetización de las hiperintensidades de la sustancia blanca en la demencia vascular isquémica subcortical". AJNR Am J Neuroradiol . 20 (5): 839– 844.
• Symms, M; Jäger, HR; Schmierer, K; Yousry, TA (2004). "Una revisión de la neuroimagen por resonancia magnética estructural" . J Neurol Neurosurg Psychiatry . 75 : 1235–44 . doi : 10.1136/jnnp.2003.032714 . PMC 1739217. PMID 15314108 .  
• Lepage, M; McMahon, K; Galloway, GJ; De Deene, Y; Back, SÅJ; Baldock, C (1881). "Imágenes de transferencia de magnetización para dosimetría de gel de polímero". Phys. Med. Biol . 47 : 1881–1890 .