Szemészet, 1997 (134. évfolyam, 1-4. szám)

1997-02-01 / 1. szám

Szemészet 134 (1997) 25-29

A Vas megyei Markusovszky Kórház Szemészeti Osztály* (osztályvezető főorvos: Rácz Péter, egyetemi magántanár) és MTA Szilárdtestfizikai Kutató Intézet (igazgató: Kroó Norbert akadémikus) közleménye

Proton spin-spin relaxáció emberi normál és öregkori szürke hályogos, tiszta hal és madár szemlencséken

Rácz Péter* Bánki Péter**, Hargitai Csaba**, Lasanda György**, Tompa Kálmán**

Közlésre érkezett: 1996. 09. 02. Közlésre elfogadva: 1997. 01. 08.

Emberi, madár és hal szemlencsék/lencsemagok vízprotonjai magspin-spin relaxációjának szisztematikus vizsgálatát kezdtük el, azzal a céllal, hogy a korábbi munkáinkban észlelt nem egy exponenciális függvénnyel leírható relaxációs folyamat természetét felderítsük. Általában elterjedt az irodalomban és az MRI diagnosztikában is a spin-spin relaxáció egy relaxációs idő (T2)-vel való jellemzése, ami vizsgálataink szerint túlegyszerűsítés, és lényeges információk elveszítésével jár(hat). Méréseinket Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) impulzus kombinációval végeztük emberi, pulyka és ponty szemlencséken, illetve lencsemagokon nagyszámú (több száz) CPMG echo amplitúdót detektálva, és időfüggésüket gondos illesztéssel meghatározva. A spin-spin relaxációs folyamat egy T,vel való jellemzése egyetlen esetben sem igazolható kísérletileg. Két illetve három exponenciális viselkedés, valamint pulyka szemlencse esetén modulált exponenciális lecsengés volt megfigyelhető. A megfigyelt jelenségek további vizsgálatokat igényelnek; eldöntendő, hogy a relaxációt jellemző paraméterek (T2i és A.) melyike ad maximális fiziológiai illetve patológiai információt, meghatározandó ezen paraméterek és más, pl. a spin-rács relaxációból adódó frakciók korrelációit valamint az eredmények mágneses rezonancia tomográfiái következményeit

Kulcsszavak: szemlencsék, katarakta, proton spin-spin relaxáció

Proton spin-spin relaxation in normal and cataractous human, normal fish and bird eye lenses

A systematic study on nuclear spin-spin relaxation of water protons in human, fish and bird eye lenses/lens nuclei is reported. The purpose of this study is to clarify the unreported true nature of the relaxation processes not describable as a single exponential decay. The characterization of the spin-spin relaxation by a single exponential is commonly used both in literature and in MRI diagnostics. However, this single exponential decay hypothesis is an oversimplification in our opinion and it can lead to the loss of essential information. Our measurements were performed by Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) pulse sequences on human, carp, and turkey lenses/lens nuclei.

Several hundreds of CPMG echo amplitudes were detected, and the time-dependence of their decay was determined by careful fitting procedures. Our results clearly rule out the single exponential decay hypothesis for eye lenses: at least two or three decaying components were observed. Moreover, in turkey lenses even a non-exponential decay component was revealed. These phenomena need further investigation: it should be determined which of the relaxation parameters, T2.-s or A.-s provides the most characteristic physiological or pathological information, what the correlation among these and other parameters is and, finally what the implications of these results on MRI practice are.

Keywords: eye lenses, cataract, proton spin-spin relaxation

Bevezetés

Korábbi munkáinkban már tanulmányoztuk az élő anyag szerves részét képező víz fiziko-kémiai jellemzőit normál emberi, hal, madár valamint öregkori szürke hályogos emberi szemlencsékben [1, 2, 3] továbbá más humán eredetű szövetmintákban [4,5, 6] a proton NMR spektroszkópia és relaxációs idők mérési lehetőségeinek felhasználásával. Az NMR relaxációs idők mérése biológiai mintákon a kutatás új dimenzióit nyitotta meg, jelesül azt, hogy a sztatikus jellemzők mellett folyamatok időállandói is mérhetők, és adott esetben diagnosztikai értékűek is lehetnek.

E területre eső vizsgálataink impulzus NMR módszerekkel történtek, és a szabad precessziós jel (FID) amplitúdó, a spinrács relaxációs idő (Тг) és a spin-spin relaxációs idő (T2) méréseire terjedtek ki; és számos új, a víz tulajdonságok heterogenitására vonatkozó, az irodalomban azóta sokszor idézett, a tomográfia alapjaihoz hozzájáruló megállapításra vezettek.

Megfigyeltük, hogy a biológiai rendszer, heterogenitása ellenére, mindig egyetlen Tj relaxációs idővel volt jellemezhető [7], ugyanakkor a T2 relaxációs folyamat két vagy több időállandóval írható le. A jelenség részletesebb vizsgálatára eddig mi sem fordítottunk különösebb figyelmet, és talán nem túlzás megállapítani, hogy néhány, váz-izmokra vonatkozó kivételtől eltekintve [8], az irodalomban sem fordítottak kellő figyelmet. Abból indulunk ki, hogy a szövetek egy T2-vel való jellemzése túlegyszerűsítés, és a jelenség további részletes vizsgálatot igényel, ami általános biológiai szempontból és esetünkben a szemlencse fizikokémiai állapotának pontos megismerése céljából is lényeges.

A kérdés megnyugtatóbb rendezését szerencsésen segíti az NMR technika és a kiértékelési módszerek fejlődése. Ami konkrétan a spin-spin relaxációs folyamatok vizsgálatát illeti, a Carr- Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) impulzus kombináció [9] ígér olyan lehetőségeket, melyeket célszerű kihasználni. Ezek: a mérési eredmények instrumentális gyengeségektől pl. mágneses tér inhomogenitásoktól valamint a beállítási pontatlanságoktól való függetlensége.

Lényeges, hogy a módszer nem csak a spin-spin relaxációs időket, hanem azoknak a relaxációs folyamathoz való hozzájárulási valószínűségét is adja, és ezen mennyiségek legalább annyi (vagy még több) információt nyújthatnak a biológiai minta állapotáról mint maguk a relaxációs idők. Ilyen irányú szisztematikus vizsgálatokról szemlencséken nincs tudomásunk.

Nem elhanyagolható szempont természetesen a biológiai rendszerekben lévő víz természetével kapcsolatos kép fejlődése valamint az in vitro mérések tomográfiára gyakorolt hatása sem