Rev. Per. Neurol.  Vol. 7 •  Nº 3  •   2001

 

ESPECTROSCOPIA RESONANCIA MAGNÉTICA

 

Carlos Martinot del  Pozo1, Carlos Martinot- Luyo2

1. Médico  residente de radiología1. New  York Methodist Hospital. Affiliated to Commell University. Director Centro de Resonancia Magnétic(CEREMA)Lima-Perú.
2 Médico neurólogo. Gerente General Centro de Resonancia Magnética (CEREMA) Lima?Perú. Sede docente de la Facultad de Medicina de San Fernando. UNMSM

RESUMEN

La espectroscopia por resonancia magnética sólo se diferencia de la RM convencional en la forma en que presenta la información, en
lugar de una imagen anatómica presenta un espectro de componentes bioquímicos, correspondientes a los principales metabolitos
cerebrales como son el N?acetil aspartato, la creatina y la colina. Estos componentes pueden ser diferenciados porque su diferente
composición química hace que su frecuencia de resonancia también sea diferente. El propósito de este artículo es dar una visión global
de esta nueva técnica desde sus bases física hasta sus principales aplicaciones clínicas,

Palabras clave: Espectroscopia, resonancia magnética, N?acetil aspartato, creatina, colina, lactato.

ABSTRACT

MR spectroscopy only differentiates from conventional MR in the way the information is shown. instead of an anatomic image it shown a biochemical spectrum of the main cerebral metabolites: N?acetyl aspartame, creative and choline. These metabolites can be separated because their different chemical structure gives them a different resonance frequency. The purpose of this review article is to give a global view of this new technique from its physical basis to its main clinical applications.

Key words: spectroscopy, magnetic resonance, N?acetil aspartate, creatine, choline, lactate.


INTRODUCCIÓN

La espectroscopia es el análisis de la luz o de otras radiaciones, separándolas en sus componentes de acuerdo a sus longitudes de onda.

Fue Isaac Newton el primero que comprendió que la luz blanca estaba compuesta de todos los colores del espectro (Figura l). Joseph Fraunhofer avanzó significativamente cuando en 1814 demostró que las líneas oscuras en el espectro del sol eran características de la luz solar y no un efecto espurio de los instrumentos utilizados, sin embargo, el significado de estas líneas no se reconoció hasta 1859 cuando Gusta Kirchoff y Robert Bunsen demostraron que ellas representaban patrones característicos de absorción de la luz por parte de diversos elementos químicos, es así como nace la espectrofotometría.

En 1946 Félix Bloch, en Stanford, y Edward Purcell, en Harvard (Figura 2), trabajando en forma independiente, observaron que los núcleos que precesaban en un determinado rango de frecuencia podían emitir una señal de radiofrecuencia que podía ser captada por un receptor de radio. Asimismo, demostraron que núcleos con números desconocidos de protones y neutrones se alineaban con un campo magnético potente y que al aplicarles estímulos de radiofrecuencia en diferentes ángulos, precesaban cada vez con mayor amplitud y que al cesar el estímulo, estos núcleos emitían una señal de radiofrecuencia que podía ser detectada por una antena y un receptor de radio. Este descubrimiento dio origen a lo que hoy conocemos como resonancia magnética nuclear y mereció el Premio Nóbel de Física en 1952.

Figura 1. Isaac Newton y su obra donde describe la descomposición de la luz blanca en los colores del espectro


Mientras que la resonancia magnética convencional (RM) obtiene información anatómica basada en la señal del agua, la espectroscopia obtiene información química sobre diversos metabolitos. Diversos núcleos atómicos pueden ser estudiados por espectroscopia, los más usados son el 1 H (hidrógeno) y el 11 P (fósforo), ambos se encuentran en el cerebro en concentraciones que pueden ser detectadas por la espectroscopia y se han usado extensamente en el estudio in vivo de los metabolitos cerebrales. Este artículo se centra en el uso de 1 H porque su sensibilidad es mayor que la del fósforo y permite por tanto una mejor resolución espacial.

La espectroscopia permite obtener un espectro metabólico del cerebro basado en que la diferencia en la composición química de sus metabolitos se refleja en una diferente frecuencia de resonancia, esto es lo que se conoce como chernical shift. Así como en la espectrofotometría, el espectro de la luz se divide basado en su diferencia en longitud de onda, en la espectroscopia por resonancia magnética el espectro del cerebro se logra basado en la diferencia en la frecuencia de resonancia de sus metabolitos (Figura 3).

Figura 3. Espetro normal del cerebro


La espectroscopia presenta mayores retos que la RM convencional. En primer lugar, los metabolitos en el cerebro se encuentran en concentraciones milimolares, por lo tanto, las señales del agua y la grasa del cerebro y las estructuras vecinas pueden sobrepasar y distorsionar las señales de los metabolitos de interés. Para superar esto, se emplean técnicas para suprimir estas señales o para impedirles resonar.

Figura 2. Felix Bloch y Edward Porcell, recibieron el Premio Nóbel de Física en 1952 por descubrir la resonancia magnética nuclear.


En segundo lugar, la relación señal / ruido es muy baja (por la baja concentración de los metabolitos); por tanto, el tamaño del área a estudiar (voxel) debe ser de al menos 20 mm por lo que en ocasiones no se logra obtener un espectro fidedigno de lesiones muy pequeñas.

Por último, en tercer lugar, la cuantificación del espectro es compleja, como no es posible realizar una cuantificación absoluta, se usa la comparación y relaciones entre los diferentes metabolitos, generalmente usando a la creatina como control por considerarse el pico más estable.

METABOLITOS

N-acetilaspartato

A pesar de que el N?acetilaspartato (NAA) está presente en altas concentraciones en el cerebro, muy poco se conoce sobre su rol en las funciones normales o en los procesos patológicos.

El NAA fue descubierto por Tallan en 1956, él demostró que el acetil aspartato estaba presente en concentraciones más altas que el aspartato en el cerebro', este trabajo fue largamente ignorado, hasta que en 1984 Koler y col. demostraron que el NAA existía en concentraciones más altas en la sustancia gris que en la blanca y desaparecía cuando se inyectaba ácido kiánico en las neuronas 2 . Estos y otros estudios posteriores establecieron además que el NAA estaba presente solamente en el sistema nervioso central, mayormente en las neuronas, mas no en las células gliales.

El rol M NAA en el cerebro no es M todo conocido. El N?acetil?aspartil?glutamato(NAAG) esta localizado junto al NAA en las neuronas y puede ser dividido por una dipeptidasa en NAA y glutamato. El NAAG y el glutamato son aminoácidos excitadores y en concentraciones fisiológicas el glutamato puede ser neurotóxico. Datos recientes sugieren que el NAAG puede ser la forma en que las neuronas almacenan el glutamato para proteger a la célula de la acción excitatoria y potencialmente neurotóxica M misma'.

Debido a su característica de encontrarse sólo en el sistema nervioso central, en espectroscopia el NAA se utiliza como marcador de viabilidad neuronal Todo aquello que produzca una destrucción neuronal, sea tumor, esclerosis múltiple, infarto o enfermedad de Alzheimer entre otras causas, originará una disminución en este metabolito, lo cual se verá reflejado en la espectroscopia.

Creatina

La creatina es ingerida en la dieta, además es sintetizada en el hígado, riñones y páncreas. Sus moléculas precursoras son la arginina, glicina y S-adenosilmetionina. Tanto la creatina como la creatina fosfato están presente en el músculo y las neuronas y aproximadamente 2 g por día son reemplazados por la dieta y la síntesis de novo.

La creatina fosfato sirve como reserva de fosfatos de alta energía en el citosol M músculo y neuronas. La creatinquinasa convierte a la creatina en creatina fosfato utilizando ATP. En el músculo en reposo la creatina fosfato es tres veces más alto que la creatina, aunque esta relación se invierte con el ejercicio intenso. Los tejidos como el músculo y el cerebro donde ocurren los mayores cambios metabólicos de energía poseen las más altas concentraciones de creatinquinasa.

Por ser la creatina el pico relativamente más estable en espectroscopia se usa como valor de control para los demás metabolitos como el NAA y la colina.

Colina

La colina es un nutriente que es absorbido en la dieta, es precursora de la acetil colina y de la fosfatidilcolina. La síntesis de acetil colina ocurre solo en las neuronas colinérgicas, mientras que todas las células utilizan la colina para sintetizar fosfatidilcolina, la cual es un constituyente importante de la membrana celular.

La colina es el paso limitante en la síntesis de acetil colina y es también requerida en la forma de fosfatidilcolina como componente de la membrana celular. Cuando las células que sintetizan acetil colina se ven deprivadas de colina, catabolizan a la membrana y utilizan la colina para sintetizar acetilcolina.

El pico de colina (Cho) en espectroscopia incluye tanto a la acetilcolina como a la fosfatidilcolina, y por ello, es capaz de reflejar un aumento de fosfatidilcolina cuando la síntesis de membrana celular se encuentra incrementada, tal como ocurre en los tumores.

Lactato

Es un marcador de metabolismo anaeróbico, es el producto final de la glicólisis y se acumula cuando el metabolismo oxidativo es incapaz de cubrir los requerimientos energéticos M cerebro. El lactato también se acumula en el compartimiento extracelular M tejido necrótico, quistes de contenido líquido, en el LCR de los ventrículos y en circunstancias en las que se acumula un infiltrado inflamatorio.

APLICACIONES CLÍNICA

Tumores cerebrales

Aunque la RM convencional ha incrementado mucho la sensibilidad por la cual es posible detectar los tumores, este incremento en la sensibilidad no ha sido paralelo a un incremento en la especificidad. Con la espectroscopia se hace posible evaluar el espectro metabólico de la lesión lo que posibilita discernir con gran especificidad si se trata de una lesión tumoral o no.

En los tumores se observa una disminución M NAA, esto se debe a que el tumor no está compuesto de neuronas (que son las únicas que contienen NAA), también a que conforme el tumor crece destruye parénquima cerebral destruyendo neuronas en las zonas aledañas6.

Pero probablemente el hallazgo más importante en la evaluación de los tumores sea el aumento en la colina el mismo que se produce por la proliferación celular incrementada que produce un recambio acelerado de la membrana celular, donde la colina se encuentra en forma de fosfatidilcolina.

En algunos tumores puede observarse un pico de lactato9, esto puede deberse a necrosis o a un crecimiento tan acelerado que sobrepasa la vía oxidativa y el cerebro debe recurrir a la glicólisis anaeróbica, cuyo producto finales el lactato, para satisfacerla excesiva demanda de energía que se produce (Figura 4).

Tuberculomas

Debido a la alta incidencia de tuberculosis en nuestro medio es muy importante poder hacer el diagnóstico diferencia¡ entre un tuberculoma y un glioma de bajo grado.

En los tuberculosas se observa una disminución del NAA, sin aumento de la colina. Se observa además, de manera característica un aumento importante M pico de lípidos (Figura S), esto debido probablemente a la necrosis caseosa que se produce en este tipo de lesiones.

Hemos encontrado además un aumento en el pico de glutamina, que podría estar en relación a zona irritativa o de actividad eléctrica anormal.

Figura 4. Ubicación M voxel en la lesión. Aumento de colina, con disminución de NAA y pico de lactato, característicos de proceso tumoral.

 

Figura 5. Ubicación del voxel en la lesión. Aumento de lípidos y glutamina con disminución del NAA, característicos de tuberculoma.

 

Figura 6. Ubicación del voxel en ambos hipocampos.

 

Figura 7. Leve disminución de  NAA. Aumento de glutamina con leve disminución de NAA.

 

Neurocisticercosis

Aunque la neurocisticercosis no has ido ampliamente estudiada aún por espectroscopia, es muy importante en el diagnóstico diferencia¡ de lesión cerebral única. En su fase granulomatosa es muy difícil diferenciarla sólo por criterio de imágenes de un tuberculoma y aun de un glioma.

La espectroscopia nos permite observar algunas características que nos indican el diagnóstico, puede existir una disminución M NAA, pero ésta es más bien leve, se observa además un pico de lípidos, pero mucho más pequeño que el que se observa en tuberculomas y en muchos casos se aprecia también un aumento de la glutamina, producido posiblemente por el mismo tipo de actividad irritativa mencionado en los tuberculomas.

infarto cerebral

Aunque el cerebro puede metabolizar glucosa en forma anaeróbica por breves periodos de tiempo, esto lo hace a expensas de acumular lactato. Este lactato o la acidosis que se asocia al mismo pueden exacerbar el daño neuronal. El NAA puede utilizarse par evaluar la extensión del daño neuronal, tanto de manera inmediata como en los estadios posteriores que siguen al evento isquémico agudo.

En el infarto se observa una disminución NAA y de la relación NAA/Cr, sin aumento de la colina", se observa además un pico de lactato bastante elevado', debido a que la falta de oxigenación en los tejidos, producida por la isquemia hace que se utilice la glicólisis anaeróbica para el metabolismo de la glucosa, con la consiguiente acumulación de lactato. Se produce además necrosis que también origina un aumento de este metabolito12.

Epilepsia

La epilepsia M lóbulo temporal es la forma más común de crisis epilépticas parciales y es resistente al tratamiento en aproximadamente 40% de los pacientes. Muchos de estos pacientes pueden ser ayudados con una remoción quirúrgica M foco epileptógeno, a condición de que: 1) todas o la mayoría de las crisis se origen en el lóbulo temporal; y, 2) el lóbulo temporal restante pueda compensar la función M lado extirpado.

La lateralización de las crisis se ha basado generalmente en la información clínica y electroencefalográfica, este enfoque tradicional ha sido modificado por las técnicas de neuroimágenes: tanto la RM convencional como y el PET se han usado con algún éxito para la lateralización M foco epileptógeno, pero sus resultados pueden ser muy variables.

En espectroscopia la detección de una disminución de NAA en uno o ambos lóbulos temporales se compara muy ventajosamente con las técnicas descritas y es el método más sensible y específico de lateralización de epilepsia M lóbulo temporal13,14. Interesantemente, en aquellos pacientes que no han tenido convulsiones por al menos seis meses después de una operación al lóbulo temporal anterior, la disminución M NAA en la parte media y posterior, tiende a normalizarse. Esto debe de significar que la disminución regional interictal del N?acetilaspartato que se detecta, refleja una disfunción neurona¡ asociada con el estado epiléptico, en lugar de una pérdida neurona¡ irreversible, asociada con esclerosis M hipocampo.

Otro hallazgo a mencionar es la presencia de glutamina, que se encuentra mucho más elevada en el lado afectado" y ayuda también en la lateralización de la crisis epilépticas (Figuras 6 y 7).

Esclerosis múltiple

La espectroscopia muestra que el NAA está substancialmente reducido en las lesiones agudas, esta reducción muestra una recuperación parcial a través del tiempo. Tanto la disminución como la recuperación del NAA tienen una estrecha correlación con las alteraciones neurológicas observadas en pacientes con esclerosis múltiple (EM). Estos resultados refuerzan la hipótesis de que la disfunción axonal está asociada con la disfunción neurológica y su subsiguiente recuperación en la fase aguda de la EM. En la fase aguda también se observa un gran incremento de la Colina debido en gran parte a un movimiento de fosfolípidos de la membrana celular 16 (Figuras 8 y 9). También puede observarse un moderado incremento del lactato, probablemente como resultado de la presencia de un infiltrado inflamatorio y de su efecto en la bascula turra local. Es posible también observar un cierto aumento del mioinositol y de los lípidos1l. Datos preliminares sugieren que este aumento de los lípidos detectado por espectroscopia puede ocurrir antes que el desarrollo de las lesiones hiperintensas en T2.

Figura 8. Ubicación del voxel en la lesión. Aumento de colina con disminución del NAA característicos de esclerosis múltiple.

 

Figura 9. a. T1 sagital mostrando las lesiones pericallosas de esclerosis múltiples, conocidos como los dedos de Dawson'. b. Estudio multivoxel mostrando aumento de la relación colina/ creatina en la región periventricular y pericallosa donde se encontraron las lesiones descritas.


En la fase crónica de la EM, puede observarse una disminución M NAA no solo en las placas sino también en zonas adyacentes de apariencia normal. De hecho, esta reducción M NAA en las zonas aparentemente no afectadas guarda gran correlación con la gravedad de la incapacidad en pacientes con EM crónica.

Enfermedad de Alzheimer

La tomografía computarizada y la resonancia magnética han tenido una contribución muy pequeña en el diagnóstico de enfermedad de Alzheimer como métodos directos de diagnóstico. Con algunas mediciones específicas M lóbulo temporal, sin embargo, se ha logrado mejorar la sensibilidad y la especificidad de estos métodos, pero solamente cuando la enfermedad ya se encuentra muy avanzada.

La espectroscopia se muestra muy promisoria en definir demencia (por la reducción de NAA y NAA/Cr). Sin embargo, este hallazgo es común a varios tipos de demencia, el aumento en el mioinositol (ml) y de la relación mi/cre distingue a la enfermedad de Alzheimer M envejecimiento y de otras causas de demencia"?"'.

La demencia que se produce en el síndrome de Down que es patogénicamente similar a la del Aizheimer, también está marcada por un incremento de la relación ml/ cr., por lo tanto es posible eliminar el diagnóstico de demencia por envejecimiento en el caso del Alzheimer y hacer un diagnóstico temprano de demencia en el sin?


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