Todas las grandes culturas han estudiado el cuerpo humano desde diferentes enfoques, y es en la Escuela de Alejandría cuando por primera vez se fundamenta el estudio de la anatomía sobre una base racional: la disección de los cadáveres. El Museum de Alejandría fue la primera universidad que existió en el mundo, y las primeras disecciones hay que cifrarlas a manos de Herófilo en el siglo III a.de C. qué junto a Erasistrato inició el estudio del cuerpo humano utilizando como herramienta la disección.

Pero uno de sus alumnos, marcó los siguientes 15 siglos de estudios anatómicos, ese hombre era Galeno que inició una separación radical entre el interior y el exterior del cuerpo humano que había estado ausente en el periodo alejandrino de la medicina helenística. Debido a que en la antigua Roma la disección de los cadáveres era una práctica prohibida por la ley, Galeno realizó sus estudios diseccionando animales como cerdos o monos y así el cuerpo- para él- era una caja en cuyo interior ignoto partes u órganos trabajaban para dar vida a un cuerpo que albergaba el alma en su interior y cuya sede era el hígado. 

El interior corporal galénico, era un puzzle de órganos diversos procedentes de distintos animales sin importar su verdadero contenido y lo importante no era que el hígado humano no fuera como el cerdo, sino que fuera la sede de las funciones vegetativas; tampoco importaba que el corazón estuviera formado o no por paredes interventriculares, sino que fuera la sede del alma concupiscente y que sirviera a los fines de la naturaleza. Y esta idea estuvo  en vigor más de mil años.

En Europa, durante la Edad Media, la medicina se desarrolló en torno a la trasmisión e interpretación de la obra de Galeno, impartida principalmente en los monasterios. Durante este periodo se consideró poco importante todo lo relacionado con “lo material” y el cuerpo humano no fue motivo de estudio. La disección anatómica se conceptualizó como profana y su actividad fue prohibida. A mediados de la Edad Media, el interés por la anatomía y el funcionamiento del cuerpo humano volvió a los estamentos interesados por la ciencia. En  el siguiente enlace  podemos ver algunos manuscritos con imágenes, dibujos e ilustraciones referidas a cuerpo humano medieval.

En 1543, se demostraron los errores de Galeno, cuando Andreas Vesalius, profesor de la Universidad de Padua, publicó su obra maestra “De Humani Corporis Fabrica” una auténtica revolución para la anatomía humana, en la que en más de 600 páginas se explicaba el interior del cuerpo humano obtenido a través de la observación directa de cadáveres. O sea, que hasta el siglo XVI no hubo una conciencia clara del interior del cuerpo humano y con el Renacimiento el mismo empezó a cobrar interés, con la maravillosa aportación de aquellos dibujos anatómicos de Leonardo da Vinci

 Disección de los órganos principales y del sistema arterial de la mujer. Fuente 

En los siglos XVII y XVIII no hubo grandes avances y la mayoría de los profesores se apegaban a los trabajos clásicos. En este periodo el estudio de la anatomía no avanzó mucho, aunque Rembrandt pintase en 1.656 aquel famoso cuadro titulado «La lección de anatomía (Rijksmuseum, Ámsterdam) donde del doctor Nicolaes Pieterszoon Tulp enseña anatomía a un grupo de alumnos sobre el cuerpo muerto de un ajusticiado y con su brazo y mano diseccionados, mostrando los músculos. Aquello fue un encargo del gremio de cirujanos de Amsterdan que en 1.632 quiso conmemorar la lección de anatomía de aquel personaje, pero el cuadro es un ejemplo vivo del desinterés por el interior del cuerpo humano en aquellos tiempos y sus personajes mantienen una actitud poco interesada en la lección  Lección de anatomía del Dr. Nicolaes Tulp. Rembrandt van Rijk. 1632 Fuente 

El progreso se inició en siglo XIX cambiándose el antiguo concepto de “anatomía descriptiva” por el de “anatomía práctica”. Los pioneros fueron los Estados Unidos, donde a principios de aquel siglo, hubo un gran aumento en la demanda de cadáveres y como los únicos legalmente disponibles eran los de los criminales ejecutados la exhumación de cadáveres fue actividad muy común y difundida. En 1.789 se aprobó una ley en el estado de Nueva York que prohibió el robo de tumbas y estableció que solamente los cadáveres de criminales podrían utilizarse para la disección. Finalmente en 1.831 se aprobó el Acta Anatómica de Massachussets que admitía el uso de los cuerpos no reclamados para la disección anatómica hasta que en 1.968, todos los estados adoptaron la Uniform Anatomy Gift Act, en la que se reconoció el derecho a la donación de cuerpos.

En el viejo mundo cundió aquel ejemplo pero la cosa cambió en el siglo XX cuando empezó la observación directa del interior del cuerpo humano sin abrirlo; fueron los grandes logros de la visualización del interior del cuerpo humano a través de endoscopia, rayos X, administración de los medios de contraste, estudio por medio de tomografía axial computerizada (TAC), tomografía con emisión de positrones (PET) y fotones (SPECT), ecografías y finalmente las resonancias magnéticas (RNM) de las que hoy os voy a hablar.

La resonancia magnética se basa en algo muy simple. Las dos terceras partes de nuestro cuerpo están formadas por átomos de hidrógeno y este átomo- el más simple de la tabla periódica- está compuesto por un núcleo con un protón y un electrón.

 

Como vimos anteriormente en otro post de por aquí ( aquel que se titulaba «El milagro de la transmisión de la palabra:carretes, hilos, discos e imanes«) el magnetismo es primo hermano de la electricidad y ambos son las dos caras de una simple fuerza fundamental. Al acelerar un imán se producirá una corriente eléctrica, pero si variamos el flujo de electricidad, originamos un campo magnético. Los núcleos atómicos, se parecen a diminutas barras magnéticas con polos positivo y negativo y como nuestro objetivo es dar una visión simplificada del asunto vamos a definir un par de conceptos: el «momento cinético» y el «momento magnético» . El primero es una magnitud vectorial que «empuja” a las partículas en movimiento hacia arriba mientras giran y el segundo se produce cuando una carga gira y genera a su alrededor un campo magnético.

Una partícula cargadas al girar sobre si misma constantemente alrededor de su eje, como un pequeño trompo genera un movimiento que se conoce como «spin«. Con este giro hay a su alrededor un campo magnético (momento magnético) que está relacionado con su momento cinético o spin y con la misma dirección que su eje de rotación. Por ello, el núcleo del H (con un protón y ningún neutrón) desempeña un papel importante en la obtención de las imágenes de RM ya que las dos terceras partes de los átomos de un organismo vivo son de H lo que dará lugar al fenómeno llamado resonancia

Esto es así porque núcleo del H posee un nucleón no apareado y por lo tanto tiene un momento magnético total también llamado «intrínseco» 
 
El núcleo de hidrógeno (protón) posee un «spin» o «momento magnético» (μ), ligado a la rotación de su propio eje, con sólo 2 orientaciones permitidas del spin (ese protón, puede tener un spin de +1/2  o-1/2, según gire de una forma o de otra) y un «momento cinético» (S), ligado a su carga en rotación. Este espín interacciona con los campos magnéticos y se orienta de forma paralela o antiparalela a ellos. Cuando un cuerpo (con gran cantidad de átomos de hidrógeno) se coloca en un campo magnético externo potente, la dirección de su momento magnético “oscila” o cambia según la dirección de ese campo con una frecuencia proporcional a la fuerza de ese campo externo provocado. Cuando el paciente no está sometido a un campo magnético externo (Bo) los protones de sus núcleos de hidrógeno están orientados al azar y giran de forma aleatoria en el espacio 

Pero cuando el paciente queda sometido a un potente campo magnético (Bo), los protones de los núcleos de hidrógeno de su cuerpo quedan orientados en la misma dirección que ese campo magnético externo (Bo)

  

¿Por qué pasa esto? pues porque los protones de los núcleos de hidrógeno son como «pequeños imanes» El campo magnético producido por una resonancia magnética es aproximadamente 10.000 veces mayor que el de la tierra y fuerza a los átomos de hidrógeno de un cuerpo vivo a «alinearse de una determinada forma«, de modo similar a la forma en que se mueve la aguja de una brújula cuando se la sostiene cerca de un imán. Que los protones se alineen en el mismo sentido que el campo magnético externo requiere menos energía que el que se orienten en antiparalelo (o sea en sentido contrario que Bo). O sea que el spin interacciona con los campos magnéticos y se orienta de forma paralela o antiparalela a ellos pero siempre en vertical. Cuanto más intenso sea el campo magnético mayor será el número de protones orientados en paralelo o en antiparalelo y la combinación del movimiento producido por la fuerza magnética que ejerce el campo magnético externo (Bo) sobre el protón, sumado al movimiento de spín del protón, genera otro nuevo movimiento que se conoce como movimiento de precesión. 

  

Este movimiento es similar al movimiento de una peonza que gira ligeramente inclinada alrededor de las líneas del campo magnético. Se trata de un movimiento que no es constante sino directamente proporcional a la intensidad del campo magnético al que el protón es sometido. Al introducir un paciente dentro del campo magnético del imán de un aparato de RM los núcleos de sus átomos se orientarán de acuerdo a la línea de fuerza de ese campo y harán un giro o movimiento de precesión con una frecuencia que dependerá de la intensidad del campo magnético al que están sometidos y de la posición que ocupe cada protón en relación a los diferentes tejidos de ese cuerpo. De esta manera, los diferentes tipos de tejidos de nuestro organismo devuelven señales diferentes. al aplicar una onda de radiofrecuencia perpendicular al campo magnético, con una frecuencia igual a la de precesión de los protones y así es como estos van cambiando de orientación siguiendo la dirección del nuevo campo magnético: este es el proceso de la resonancia magnética 

Cuando se envían las ondas de radio hacia los átomos de hidrógenos alineados, éstas rebotan y una computadora registra la señal. La resonancia magnética se produce cuando la fuerza del campo magnético se manipula hasta que la frecuencia de precesión de la partícula coincide con la de la frecuencia de radio aplicada. Esto hace que el momento magnético de la partícula cambie de orientación en relación al campo magnético externo, y es una señal detectable que revela la estructura interna y la actividad de cualquier cosa, desde elementos químicos hasta un órgano humano.

 
Se necesita un “gradiente” Bo, para que no resuene todo el volumen a estudiar, y no sea imposible examinar un plano. Las señales (FID) detectadas mediante bobinas contienen información sobre la localización espacial de los spines que emiten esas señales. Esa información está contenida en la frecuencia y en la fase de las señales. La codificación de la información se realiza aplicando un campo magnético estático que varía espacialmente. Esto último se realiza por medio de gradientes lineales de campo en las direcciones XYZ que se superponen a un campo estático principal (tanto este campo principal como los gradientes apuntan en dirección Z). 

Con estos gradientes podemos seleccionar el «corte» que deseamos visualizar y codificar en fase y frecuencia los spines en dicho corte. Las imágenes por resonancia magnética (cortes) pueden almacenarse o imprimirse y un examen produce docenas e incluso cientos de imágenes de la zona examinada. Mejor que si estuviésemos abriendo un cadáver 
 
  
 Fuente

Cuando cesa el estímulo de radiofrecuencia, los átomos vuelven alinearse en la dirección del campo magnético del imán, volviendo a su situación inicial y  liberando una energía que puede ser recogida o captada en forma de señal. Éste proceso se denomina relajación.

El camino a este maravilloso descubrimiento comenzó en 1.897, con el físico J. J. Thomson, de la Universidad de Cambridge (Inglaterra), que descubrió el electrón. Durante las dos décadas siguientes, una serie de destacados físicos, entre los que se incluyen Max Planck, Ernest Rutherford, Niels Bohr, Erwin Schrodinger y Werner Heisenberg, se basaron en los trabajos de unos y otros para avanzar en el estudio de la estructura y propiedades del átomo y las partículas atómicas. Con ello, revolucionaron la física y elaboraron una teoría y un lenguaje nuevos conocidos como «mecánica cuántica«. En 1929, Isidor Isaac Rabi en la Universidad de Columbia utilizó una técnica denominada resonancia de haces y descubrió que los momentos magnéticos de los átomos se deben a los giros en las órbitas y/o rotaciones propias de los electrones que rodean a los núcleos atómicos lo que llevó al descubrimiento de la propiedad denominada momento angular de spin. 
Al estudiar cómo afectaba el campo magnético a la trayectoria de las moléculas, Rabi pudo adquirir nuevos conocimientos acerca de las magnitudes del momento magnético del núcleo y previó que, con el estímulo apropiado, los momentos magnéticos de los núcleos podían invertirse o cambiar su orientación en relación al campo magnético. En 1937, siguiendo los consejos del físico holandés Cornelius J. Gorter, Rabi y su equipo añadieron un nuevo elemento a sus experimentos: sometieron un haz molecular a ondas de radio (señales electromagnéticas dentro del intervalo de la radiofrecuencia o la radiodifusión) mientras variaban la potencia del campo magnético, ajustando la potencia del campo magnético hasta hacer que los momentos magnéticos de los núcleos se invirtieran ( lo que sucede cuando la frecuencia de la señal de radio coincide con la frecuencia precesional característica de los núcleos). Cuando se produce esta coincidencia (la frecuencia de resonancia), un núcleo absorbe energía de la señal de radio igual a la diferencia entre sus dos estados de energía y, por tanto, salta al estado superior. También se produce una inversión cuando un núcleo emite dicha energía al pasar de nuevo del estado superior de energía al inferior. Rabi podía detectar la transición tanto si el núcleo saltaba al estado de energía superior como si descendía al inferior. Gracias a estos extraordinarios experimentos y el desarrollo de la resonancia magnética Rabi obtuvo el premio Nobel de física en 1944. 

La Segunda Guerra Mundial interrumpió las investigaciones sobre resonancia magnética nuclear, pero en los años posteriores a la guerra se produjo un gran número de avances. En Estados Unidos en 1.946 dos grupos de físicos se propusieron por separado desarrollar un método más simple para observar la resonancia magnética en los núcleos de moléculas de líquidos y sólidos en lugar de en moléculas aisladas (como en los experimentos de Rabi). El primero era el de Edward Purcell, de cuyo equipo formaban parte Henry Torrey y Robert Pound, que dirigieron una investigación en la Universidad de Harvard y el segundo el de Felix Bloch, de cuyo equipo formaban parte William Hansen y Martin Packard, que dirigieron otra en la Universidad de Stanford. Se demostró que determinados núcleos sometidos bajo un campo magnético intenso, absorben energía de radiofrecuencia y pueden generar una señal de radiofrecuencia que es capaz de ser captada por una antena receptora. 

En 1.973, Paul Laterbury aplicó este fenómeno en el campo del diagnóstico médico y en 1.979, se obtuvieron las primeras imágenes tomográficas humanas. En el año 1.981 se instaló en Londres, el primer equipo de resonancia magnética. 
Hoy en día la resonancia magnética se utiliza en numerosos hospitales y centros médicos. Desde aquellos tiempos se ha avanzado mucho y los modernos equipos se componen del Imán (magnet) que produce el campo magnético Bo, las Bobinas de gradiente (gradient coils) que producen gradientes añadidos a Bo en las direcciones x, y, z. El amplificador de gradiente (Gradient Amp.) que controlado por el ordenador incrementa la potencia de los pulsos de gradiente al nivel suficiente y la Bobina de RF (RF coil): que produce el campo Bo1 que hace rotar los spines 90 o 180 grados u otro valor relacionado con la secuencia de pulsos empleada y que también puede detectar la señal (FID) emitida por los spines. 

   
 Fuente de las imágenes 

Actualmente, las imágenes obtenidas por resonancia magnética guían a los cirujanos en operaciones cerebrales, detectan síntomas de infartos cerebrales y nos han ayudado a esclarecer el funcionamiento del cerebro.Nada de esto hubiera sido imaginable en aquella época oscura de la novela de Noah Gordon, recientemente llevada a pantalla sobre la Europa sombría y oscura del siglo XI hasta la fascinante Persia, con el mítico maestro Avicena

Fuentes:

«El arte de la disección a través del tiempo«. Medicina Universitaria Volumen 8, Núm. 33, octubre-diciembre, 2006 

«El significado de la práctica de disección para los estudiantes de Medicina«. Int. J. Morphol., 24(4):575-580, 2006.

«Principios de Resonancia Magnética«. Laura Alvarez González , Diana María Elena Aldana y María Carmona Rosa 

«Fundamento físicos de las imágenes médicas: la Resonancia Magnética«.Manuel José Freire Rosales. Dpto. de Electrónica y Electromagnetismo Facultad de Física