La imagen por resonancia magnética  (IRM) y la espectroscopia por resonancia magnética (ERM) son dos formas distintas de presentar la información obtenida mediante el fenómeno de resonancia. La principal diferencia es que la frecuencia en una exploración de imagen codifica el espacio, mientras que en un estudio de espectroscopia la frecuencia codifica al grupo químico que origina la señal.

Al igual que la obtención de imágenes por  RM, se basa en la propiedad que presentan ciertos núcleos atómicos para absorber selectivamente la energía de radiofrecuencia cuando se someten a un campo magnético (CM) y liberar el exceso energético mediante un proceso de relajación produciendo una señal.

El exceso energético es liberado mediante un proceso de relajación nuclear, la frecuencia de resonancia del mismo es la denominada frecuencia de precesión (fp), que es directamente proporcional al campo magnético efectivo (B) que percibe el núcleo.

Según la Ley de Larmor

 fp= yB

donde y es la constante giromagnética que depende del núcleo en cuestión. B viene determinado por el campo magnético externo (BEXT), determinado por el campo magnético producido por el imán (B0) y gradientes del equipo de resonancia (BGRA),y por un campo magnético interno inducido por las cargas moleculares (BBIOQ).

Este último se opone al campo externo a través de una constante determinadapara cada elemento que se denomina constante de apantallamiento (δ), la cual se debe, más que al núcleo de estudio en cuestión, a la “nube electrónica” que rodea dicho núcleo (Gili J, Alonso J, 2000) y que se relaciona a su vez con una determinada molécula.

Por tanto los átomos de las moléculas asocian un campo magnético que generalmente se opone a BEXT (la “nube” de electrones “apantalla” a BEXT) y que es proporcional a éste. Así el desplazamiento químico es una propiedad que depende de ς.  En función de las características de dicha “nube de electrones”, cada núcleo resonará a diferentes frecuencias, pues percibirá un campo magnético menor que B0

El valor del ς de cada átomo dentro de una molécula es constante. La unidad de medida es el herzio (Hz) y depende deB0. La expresión de partes por millón (ppm) resulta de dividir ς /Bo.

En la gráfica de espectroscopia, el cero es arbitrario, corresponde a la señal del tetrametilsilano (TMS), compuesto de referencia a partir del cual se tabula la posición de los demás. La escala del desplazamiento químico permite establecer una relación entre posición y radical que posibilita la identificación de los distintos compuestos presentes en una muestra analizada independientemente del campo magnético en el que se ha obtenido el espectro. Cada metabolito presenta una frecuencia desplazada a valores más o menos altos en el eje x de la curva espectral expresado en ppm.

El área bajo la señal es proporcional a la concentración de núcleos.

En resumen, cada átomo devuelve la energía con que ha sido excitado a una frecuencia determinada (fp) que no depende sólo del átomo estudiado, sino también del compuesto en que se encuentra tal átomo. En base a este fenómeno, la ERM 1 H es capaz de identificar los diferentes compuestos químicos según la frecuencia a la que precesan.

Los principales metabolitos de interés clínico detectados en 1H-ERM son:

• Residuos N- acetiladoscomo el N-acetil aspartato (NAA) que disminuye en caso de daño o pérdida neuronal.
•  Colina (Cho), cuyo incremento refleja proliferación celular; la creatina (Cr), utilizada como referencia para cocientes metabólicos (ej: NAA/Cr), se relaciona con reserva de fosfatos de alta energía y aumenta en estados de hipometabolismo y viceversa.
• Lactato (Lac), que aumenta en estados hipóxicos o anóxicos;mioinositol (mI), relacionado con las transducción de señales y precursor del ácido glucurónico, su elevación se asocia a gliosis y astrocitosis reactiva.
•  Complejo Glutamato-glutamina-GABA-Aspartato (Glx), metabolitos que resuenan juntos, se comportan como neurotransmisores y pueden verse alterados en patologías metabólicas. El glutamato es el aminoácido más abundante en el encéfalo del ser humano.
•  Alanina (Ala), asociada de manera característica con los meningiomas.
•  Lípidos (Lipx), cuya presencia es anormal y otros, como acetato, succinato, etc. que se relacionan con enfermedades infecciosas.
•  Taurina, scilloinositol, glucosa.

Análisis metabólico

La concentración regional de los metabolitos varía a lo largo del parénquima, detectando diferencias entre cerebelo, cerebro, tronco del encefalo y estructuras grises profundas y por supuesto entre la sustancia gris y la sustancia blanca.

Existen incluso diferencias entre distintos individuos, por lo que en muchas ocasiones lo ideal es comparar el espectro del voxel de interés con otro de similar localización en parénquima normal.También conviene destacar que la concentración de metabolitos cambia a lo largo del proceso de envejecimiento normal del cerebro, siendo más abundante la cantidad de mioinositol en los primeros años de vida, la colina en la edad adulta y el NAA en la tercera edad.

Mioinositol (mI)

En la gráfica de dominio de frecuencias  produce su señal predominante a 3.56 ppm, muy a la derecha de la gráfica, por lo que se identifica en secuencias con TE corto (35ms).

Se identifican también altos niveles de mI en los recién nacidos.Se localiza fundamentalmente en la glía.Se trata de azúcar por lo que funciona como metabolito de reserva y crecimiento celular(almacenamiento de glucosa), además de poseer características de osmorregulador, detoxificante  y “mensajero”.

Disminuye en patología tumoral (tumores de alto grado) y en la encefalopatía hepática  y aumenta en la enfermedad de Alzheimer, en el complejo demencia-SIDA (CDS)  y en otras enfermedades neurodegenerativas y/ó daño cerebral, así como en situaciones de hiperosmolaridad.

Glicina (Gly)

Origina una señal en 3,55 ppm que se superpone a la señal del mioinositol, por lo que conviene valorar en secuencias con TE largo para diferenciarlo del anterior.Es un metabolito inhibidor y antioxidante, que presenta niveles elevados en tumores (glioblastomamultiforme) e hiperglicinemia.

Colina (Cho)

Emite su frecuencia de resonancia a 3.02 ppm . Está implicada en la síntesis y destrucción de membranas celulares, por lo que se ve incrementada en estados de hipercelularidad (neoplasias primarias y secundarias) y en patologías que cursan conalteraciones en recambio de membrana (esclerosis múltiple, leucodistrofias). También aumenta en elcerebro en desarrollo.Se encuentra disminuida en los eventos vasculares, la demencia y la enfermedad hepática

Creatina (Cr)

Supone el pico más importante en la espectroscopia, localizando su señal predominante a 3.03 ppm.Al tratarse de un metabolito muy estable, se utiliza como referencia para establecer ratios o relacionesc on el resto de los compuestos, fundamentalmente con la colina y con los residuos N- acetilados. Actúa como marcador de sistemas “energía-dependientes”, ya que la fosfocreatina supone una reserva deadenosin-trifosfato (ATP), presente en cerebro, músculo, sangre, riñón e hígado.

Se encuentra a una concentración un 20% mayor en la sustancia gris que en la sustancia blanca, y se observan incrementos de sus niveles en ancianos, traumatismos craneoencefálicos (TCE) y estados hiperosmolares.

Debido a su estabilidad su concentración disminuye únicamente si existe gran destrucción tisular,como en las neoplasias con presencia de necrosis extensa, isquemia en accidentes cerebrovasculares ACV) y en otros estados de hipoxia.

Glutamato –glutamina-GABA-Aspartato (Glx)

El glutamato es el principal  neurotrasmisor excitador del  SNC, por lo que juega un papel fundamental en las vías de conexión de los núcleos basales

La glutamina es un precursor del glutamato. Ambos, glutamina glutamato, se consideran un complejo(Glx, complejo Glutamato, glutamina, GABA, aspartato) desde el punto de vista de señal en la espectroscopia, originando una serie de señales en las regiones 2,2-2,4 ppm  y 3,6-3,8 ppm que se valoran mejor en TE corto, siendo dificultosa su individualización en equipos de RM con campo magnético de 1,5 T.

Diversos estudios sugieren que se considere a la glutamina- glutamato como marcador glial. Se localiza en los astrocitos. Un exceso de concentración de estos metabolitos supondría toxicidad y muerte neuronal dado su carácter excitador.Aumentan en estados de isquemia cerebral, en la encefalopatía hepática y en el Síndrome de Rett. Lapresencia de incremento del complejo Glx también es un  hallazgo en los meningiomas.

Residuos N-acetilados: N-acetil aspartato (NAA)

Es un aminoácido libre sintetizado en la mitocondrias  neuronales (a través de la enzima N-acetil-L-aspartato-transferasa). Corresponde al pico más prominente en la espectroscopia (2.02 ppm) Supone la mayor concentración de cualquier molécula hidrosoluble.

Posee un metabolismo muy activo, con un recambio del 100% en aproximadamente 16 horas, lo quehace que se trate de un compuesto indispensable en el SNC, comportándose como un marcador de densidad y viabilidad neuronal.

Actúa como reserva de aspartato, precursor de otros elementos, mensajero y  osmorregulador. Su disminución implica daño neuronal, con una reducción de sus niveles en la mayoría de los casos inespecífica  (isquemia, esclerosis múltiple, neoplasias, absceso, encefalitis…) siendo reversible en casos de hipoxia y en el SIDA y permanente en enfermedades neurodegenerativas (Alzheimer, Pick, neurogliosis, etc).

Alanina (Ala)

Aminoácido con señal predominante a 1.47 ppm en la curva espectral.  Se aprecia en secuencias con TE largo dada su localización en la gráfica.Su pico se solapa con el del lactato y con el de los lípidos.Se aprecia aumento de su concentración en algunos  meningiomas.

Lactato (Lact)

Su señal predominante se localiza a 1.32 ppm produciendo un docle pico en la gráfica de espectroscopia.Dada su localización cercana al extremo izquierdo de la misma, se identifica en secuencias con TE largo(>136 ms) donde se invierte por debajo de la base de la gráfica.También posee una alta señal a 4.1 ppm, pero no se evalúa dado que generalmente queda suprimida por su cercanía al agua.

En condiciones normales sus niveles son indetectables puesto que se encuentra a una baja concentración en el cerebro adulto normal. Su presencia indica que la respiración oxidativa normal está alterada y que los carbohidratos están siendo catabolizados por vía anerobia.

Esta situación se da en lesiones altamente celulares y metabólicas que han crecido por encima de lo que su aporte vascular les permite. Las situaciones de hipoxia condicionan  incremento de lactato por activación de la vía anaerobia de degradación de la glucosa.

También se encuentran en lesiones quísticas o necróticas. Por tanto puede ser detectado en áreas de infato, hipoxia, déficits nutricionales, patología neoplásica (su concentración se eleva en tumores de alto grado), enfermedad desmielinizante, hidrocefalia y erroes congénitos del metabolismo/ enfermedades mitocondriales.

Es característica su identificación en abscesos. Coincide con un incremento del flujo sanguíneo cerebral (FSC) en presencia de patología.

Lípidos (Lipx)

Originan dos resonancias principales en 0.9 ppm y 1.3 ppm, relativamente anchas, que se deben a los grupos metil y metileno de la cadena de ácidos grasos. Por tanto se visualiza con TE largo. Pueden originar otras señaeles menores

Taurina, scilloinositol, glucosa.

Estos metabolitos resuenan en el área comprendida entre 3,3 y 3,45 ppm, y su diferenciación resulta dificultosa.

La taurina es un aminoácido implicado en la neurotransmisión, el crecimiento y la regulación de la osmolaridad. Se ha detectado incremento de su concentración en el meduloblastoma.

El scilloinositol es un isómero del inositol. Su señal de resonancia presenta menor intensidad que el isómero más común (mioinositol).

La glucosa es una de las principales fuentes de energía del organismo como ya se sabe; hasta el momento, se le ha encontrado escasa utilidad a su estudio  espectroscópico