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2005-08-11

Un Imán Muy Potente
2005-08-11

Publicado en EL CORREO
Territorios, Ciencia-Futuro
Miércoles 10 de agosto de 2005

Imanes potentes que ocupan casi un edificio permiten obtener imágenes de los procesos más pequeños de los seres vivos

El pasado 28 de julio se inauguraba en la Universidad del Estado de Florida, en Tallahassee, uno de los imanes más potentes del mundo. También es uno de los más grandes, porque la máquina tiene más de cinco metros de altura y pesa 15 toneladas, aunque la zona de trabajo, en la que se alcanzan campos equivalentes a 420.000 veces la intensidad del campo magnético terrestre, sólo ocupa 10 centímetros. El resto es maquinaria para hacer que funcionen unos complejos sistemas de superconductores que crean un campo de 21 Teslas oscilando 900 millones de veces por segundo. El uso de superconductores (materiales en los que no existe resistencia eléctrica, y por lo tanto no hay pérdidas de energía al transportar corrientes) permite consumos energéticos reducidos y, sobre todo, una estabilidad que es fundamental para los objetivos de este peculiar imán gigante: obtener imágenes por resonancia magnética.

La resonancia magnética o RMN (más correctamente se debería añadir “nuclear”, pero los mismos readiólogos evitan esa referencia a una palabra que casi parece tabú en nuestra época) es una técnica de exploración con poco más de veinte años de antigüedad que es cada vez más popular, por ser un método no invasivo, y en el que no se usan radiaciones ionizantes. Además permite observar el interior de un organismo en funcionamiento y en cualquier plano. El fenómeno de la RMN fue descubierto a finales de 1945 independientemente por dos equipos, uno dirigido por Félix Bloch en Stanford y otro por Edward Mills Purcell en Harvard, quienes recibieron en 1952 el premio Nobel de Física. La idea venía de Isidor Isaac Rabi, un físico austriaco que había propuesto obtener información de cómo son los núcleos atómicos aplicándoles campos magnéticos intensos. El trabajo de Purcell y Bloch fue, precisamente, establecer en qué condiciones se pueden producir alteraciones del campo magnético dentro del núcleo de un átomo, y cómo se inducen resonancias en los protones del mismo, emitiéndose luz en forma de ondas de baja frecuencia (entre las microondas y las ondas de radio), cuyo análisis permite conocer esa estructura y la distribución de la materia.

En el núcleo atómico, muy denso y con un tamaño 10.000 veces menor que el del propio átomo, existen protones y neutrones. Los protones, con carga positiva, se alínean si se aplica un campo magnético externo. Si el campo cesa, la orientación de los protones se pierde, y se libera energía. Esa “luz” puede ser captada por sensores adecuados, y, de esta manera, podemos reconstruir una imagen de la distribución de protones (y por lo tanto de núcleos). Las frecuencias de oscilación de los protones dependen de la estructura nuclear, de manera que variando la manera en que producimos el campo magnético y su desaparición, modulándolo a grandes velocidades, se puede tanto orientar la región de la que obtendremos información como la forma en que se hace. El proceso es más complejo, porque los modos de oscilación, o resonancias, de los protones, vienen determinados por la propia estructura del núcleo.

Normalmente, los núcleos que se excitan para que entren en resonancia son los más ligeros, los de Hidrógeno. Su diferente densidad en diferentes tejidos permite que estas técnicas discriminen entre ellos, pudiéndse obtener imágenes de áreas cerebrales activadas cuando se realiza una determinada tarea, o la forma en que funciona un vaso sanguíneo, sin necesidad de introducir un contrastre, una sustancia que radie energía. Los aparatos de RMN usados en radiología utilizan habitualmente intensidades del orden de 1,5 Teslas, que son suficientes para hacer una exploración del interior de un cuerpo humano en diferentes ejes. Combinando la potencia de los detectores a la rapidez de los ordenadores actuales, estos sistemas permiten obtener imágenes en poco tiempo, en diversos planos, de gran resolución y también con la posibilidad de hacer series rápidas a lo largo del tiempo, con lo que se registra información sobre procesos que evolucionan o cambian.

La capacidad de resolución de imagen de la RMN depende de la intensidad del campo magnético y de la frecuencia a la que se varía la misma. Los sistemas de uso clínico para diagnósticos médicos resultan insuficientes si uno quiere ver cómo funciona un pequeño organismo, o el interior de una célula, o cuando se pretende describir un proceso bioquímico en el que diferentes moléculas se enlazan. Para ello, desde hace diez años, se comenzaron a desarrollar grandes imanes, de los cuales éste de Florida resulta el más avanzado. Por el momento, porque se trata de una especie de carrera que va superándose día a día: los usos de un sistema de imagen de este tipo son muy amplios y resultan cruciales para investigaciones de campos muy diferentes.

Actualmente hay aproximadamente veinte sistemas similares en los que se van obteniendo imágenes tridimensionales de cómo se pliegan las proteínas, algo fundamental para los estudios bioquímicos: la forma en que estas moléculas se ordenan en el espacio determina su acción dentro de la célula, y la manera en que interactúan con otras moléculas. Igualmente, se pretende conocer el funcionamiento molecular de diversos fármacos, sustancias capaces de unirse a ciertas regiones de otras macromoléculas y de alterar su funcionamiento. En muchos de estos casos, la investigación avanza en dos frentes paralelos: por un lado, los modelos teóricos establecen posibles formas en que estos fenómenos suceden, gracias a superordenadores o a la colaboración de miles de ordenadores que realizan el cálculo de manera distribuída (como el proyecto “Folding @ home”, un interesante caso de colaboración altruista a través de Internet); por otro, los nuevos y potentes sistemas de RMN permiten llegar a visualizar esa estructura. El uso combinado de ambas estrategias está permitiendo avanzar mucho en los estudios sobre estructura de las proteínas.

¿”Nuclear”? No, Gracias.
La RMN es una técnica en la que no se emplean radiaciones ionizantes, ni es invasiva porque no hace falta introducir contrastes radiactivos en el interior del organismo. Las alteraciones de los campos magnéticos que producen en el interior de los núcleos de hidrógeno de nuestro cuerpo no son permanentes ni tienen efecto alguno sobre nosotros. El adjetivo “nuclear”, en este caso, hace referencia a que lo que se está viendo es precisamente la distribución de los núcleos atómicos, no a centrales nucleares ni a bombas destructoras. Sin embargo, la mala prensa de este adjetivo, un efecto colateral de las exitosas campañas ecologistas de los últimos treinta años, ha convertido a lo “nuclear” en algo proscrito.

Es habitual que los profesionales médicos (en las secciones de radiología) que usan esta técnica de imagen omitan el adjetivo y se refieran a ella como “resonancia magnética” o “imagen por resonancia magnética” (IRM), evitando al paciente la incomodidad de creer -por más que sea erróneo- que va a ser diagnosticado mediante algo que popularmente se considera causa de los peores males posibles. Realmente, resulta más incómodo el permanecer el tiempo en que dura la prueba diagnóstica dentro del aparato, con los problemas de claustrofobia que ello puede producir en algunas personas, pero los miedos de nuestra sociedad contra todo lo que lleva el marchamo de “nuclear” son muy difíciles de borrar. Sólo, evidentemente, con una comprensión adecuada de qué se está hablando en cada caso.



Enlaces.
Página del superimán de Florida.

2005-08-11 00:08 Enlace

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Comentarios

1

De: enrique Fecha: 2005-08-11 00:50

Hum... Una errata Javier, por aquello de los superíndices. Donde dice "se alcanzan campos equivalentes a 105 veces la intensidad del campo magnético terrestre" debe decir "10E+5 veces"... Y, por aquello de las amistades y no olvidar los orígenes de uno, allá va el enlace del laboratorio español líder en campos magnéticos gordos (hasta 30 Tesla): ICMA-Zaragoza Los 12 Tesla se alcanzan sumergiendo una bobina superconductora fabricada con Niobio-Niquel en helio líquido -esta aleación no tiene resistencia eléctrica por debajo de 20K, creo recordar-, y haciendo circular un porrón de amperios por ella. Los 30 llegaron cuando ya no trabajaba yo allí... pero la batería de condensadores que se descargan al unísono es impresionante. De RMN nunca supe mucho, que era otro negociado, pero me ha venido bien recordarlo. Buen artículo.

2	De: Iván Fecha: 2005-08-11 01:00
Interesante articulo Pez, pedazo de iman, debe ser increible ver el funcionamiento interno de una celula en vivo o ver como se doblan proteinas.

3	De: Jacobo Fecha: 2005-08-11 09:43
Enrique: en todo caso, 1e+5, no 10e+5; 10e+5 significa 10*10^5, o sea, 10^6, que es un orden de magnitud más elevado :-)

4

De: omalaled Fecha: 2005-08-11 10:42

Excelente artículo, Pez. Se asegura que las técnicas del RMN no son ionizantes ya que las emisiones son de radio. Sin embargo, antes de esas emisiones, debe aplicarse un campo magnético constante al principio al paciente; este sí, algo más potente. La pregunta es la siguiente, ¿hasta qué punto los campos magnéticos afectan o no afectan? Imagino que poco (y mucho menos que un PET por supuesto); pero ¿sabes si existe algún estudio de cómo afectan los campos magnéticos constantes a los organismos vivos? Saludos

5	De: ElPez Fecha: 2005-08-11 10:59
Gracias Enrique, por hacer notar el error (y gracias Jacobo por la precisión). He corregido el número erróneo y lo he puesto más acorde con los valores que se suelen tomar para el campo magnético terrestre (0,00005 Teslas), de manera que este imán tiene 420.000 veces esa intensidad.

6	De: José Angel Fecha: 2005-08-11 15:57
Donde esté el de Florida, que se quite el de Fuengirola...

7	De: Nomelopuedodecreer Fecha: 2005-08-13 13:15
José Angel, ¿no tienes otra manera de promocionar tu blog?. Siempre tienes que poner una frasecilla en los comentarios que a ti te parecerá de lo más ocurrente pero que no es más que una chorrada. ¡Joder, qué cruz!.

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