Resonancia magnética nuclear para niños
La resonancia magnética nuclear (RMN) es una técnica científica que usa las propiedades de los núcleos atómicos cuando están en un campo magnético. Imagina que los núcleos son como pequeñas brújulas que se alinean con un campo magnético. Cuando se les aplica otra señal magnética, estas "brújulas" vibran o "resuenan" de una manera especial.
La RMN aprovecha que los núcleos atómicos, por ejemplo, dentro de una molécula, vibran a una frecuencia que depende de la fuerza del campo magnético que se les aplica. Luego, se usa otro campo magnético para cambiar esta alineación. Los científicos pueden medir estas vibraciones para obtener información muy detallada sobre las moléculas.
Los campos magnéticos que se usan en RMN pueden variar mucho, desde muy débiles hasta muy fuertes. Los campos más fuertes suelen dar señales más claras. En medicina, para la imagen por resonancia magnética, se usan campos magnéticos que no producen radiación no ionizante, lo que los hace seguros.
Todos los núcleos que tienen un número impar de protones y neutrones tienen una propiedad llamada "espín". Es como si giraran sobre sí mismos y crearan un pequeño imán. Los núcleos más usados en RMN son el hidrógeno (1H), el carbono-13 (13C) y el nitrógeno-15 (15N). También se usan otros, como el deuterio (2H) o el flúor-19 (19F).
La RMN se usa para estudiar moléculas, macromoléculas (moléculas muy grandes como las que forman nuestro cuerpo), y también para obtener imágenes de tejidos y organismos completos, como en la imagen por resonancia magnética (IRM).
Contenido
¿Quién descubrió la RMN y cuándo?
La resonancia magnética nuclear fue observada por primera vez en 1938 por Isidor Isaac Rabi. Él la midió usando rayos moleculares.
Ocho años después, en 1946, Félix Bloch y Edward Mills Purcell mejoraron la técnica para usarla en líquidos y sólidos. Por este importante avance, compartieron el Premio Nobel de Física en 1952.
Purcell había trabajado en el desarrollo del radar durante la Segunda Guerra Mundial. Su experiencia en producir y detectar energía de radiofrecuencias fue clave para su descubrimiento de la RMN.
Ellos se dieron cuenta de que los núcleos con propiedades magnéticas, como el hidrógeno (1H) y el fósforo (31P), podían absorber energía de radiofrecuencia cuando se colocaban en un campo magnético específico. Esto les permitió identificar los núcleos. Descubrieron que diferentes núcleos en una molécula vibran a distintas frecuencias de radio bajo el mismo campo magnético. Al observar estas frecuencias, los científicos pueden obtener información sobre la estructura y el movimiento de las moléculas.
El desarrollo de la RMN como una herramienta para la química analítica y la bioquímica avanzó junto con la tecnología electromagnética.
¿Cómo funciona la RMN?
El "giro" de los núcleos atómicos
Los neutrones y protones que forman el núcleo atómico tienen una propiedad llamada "espín". Es como si cada uno girara sobre su propio eje. El espín de un núcleo se describe con un número cuántico llamado I. Si un isótopo tiene un número par de protones y neutrones combinados, su espín total es cero. Esto significa que sus espines se anulan entre sí.
Pero si el espín es diferente de cero (I > 0), el núcleo actúa como un pequeño imán. Este "imán" tiene un momento magnético que se alinea con un campo magnético externo.
La señal y el campo magnético
Imagina un núcleo con un espín de ½, como el hidrógeno (1H). Este núcleo tiene dos posibles estados de espín: "arriba" o "abajo". Normalmente, estos dos estados tienen la misma energía.
Sin embargo, cuando colocamos este núcleo en un campo magnético fuerte, los dos estados de espín ya no tienen la misma energía. Uno de los estados se alinea con el campo magnético (estado de baja energía) y el otro se alinea en contra (estado de alta energía). Esto crea una pequeña diferencia de energía entre ellos.
La RMN ocurre cuando esta diferencia de energía se excita con radiación electromagnética (ondas de radio) que tiene la misma frecuencia. Es como si las ondas de radio "empujaran" los núcleos para que cambien de estado. Cuando los núcleos vuelven a su estado original, liberan energía en forma de señales de radio que pueden ser detectadas. Estas señales están en el rango de las radiofrecuencias.
¿Qué es el apantallamiento nuclear?
Podría parecer que todos los núcleos del mismo tipo vibran a la misma frecuencia. Pero no es así. Los electrones que rodean el núcleo actúan como un "escudo" o "apantallamiento". Este apantallamiento electrónico reduce el campo magnético que el núcleo realmente "siente".
Como resultado, la energía necesaria para que el núcleo resuene cambia. Este cambio en la frecuencia de RMN, influenciado por los grupos químicos cercanos, se llama "desplazamiento químico". Es por eso que la RMN es una herramienta tan útil para entender la estructura de las moléculas. Si un núcleo está más "apantallado", su señal se desplaza de una manera, y si está menos "apantallado", se desplaza de otra.
De la señal a la imagen: la Transformada de Fourier
Cuando se deja de aplicar la señal de radiofrecuencia, los espines de los núcleos vuelven a su posición original y liberan energía. Estas emisiones son captadas por una antena. La combinación de todas estas emisiones es la base de la resonancia magnética.
Una vez que se recogen todos los datos, se usa una herramienta matemática llamada transformada de Fourier. Esta herramienta ayuda a convertir las señales captadas en una imagen que podemos ver en una pantalla. Permite identificar de dónde provienen las emisiones en un momento dado, lo que es crucial para reconstruir la imagen final.
¿Para qué se usa la RMN?
La RMN es una de las técnicas más importantes para obtener información física, química y estructural sobre las moléculas. Permite conocer la forma, el movimiento y la estructura tridimensional de las moléculas, tanto en líquidos como en sólidos. También se ha usado en la investigación de ordenadores cuánticos.
Las aplicaciones más comunes de la RMN están en la medicina, la bioquímica y la química orgánica. Es muy común que la gente llame "resonancia magnética" al aparato que obtiene imágenes por resonancia magnética (IRM, o MRI por sus siglas en inglés).
La Resonancia Magnética en Medicina (IRM)
La resonancia magnética es una técnica muy útil para ayudar a diagnosticar enfermedades, ya que permite obtener imágenes detalladas del interior del cuerpo. Aunque se considera muy segura, no se suele recomendar en mujeres embarazadas a menos que sea absolutamente necesario.
Las máquinas de resonancia magnética son grandes y usan tecnología avanzada. Combinan las ventajas de los equipos con campos magnéticos fuertes y los equipos más abiertos. Esto permite obtener imágenes de muy buena calidad y, al mismo tiempo, que el paciente se sienta más cómodo y menos encerrado. La duración del estudio no depende de la gravedad de lo que se busca, sino de la parte del cuerpo que se va a examinar.
¿Cómo es un estudio de Resonancia Magnética?
Antes de la resonancia, el personal sanitario te hará algunas preguntas para asegurarse de que puedes realizarte el estudio. Te pedirán que dejes tus objetos personales en una cabina. Luego, te indicarán cómo acostarte en la mesa de la máquina. A veces, se colocan unas antenas especiales alrededor de la zona del cuerpo que se va a estudiar para mejorar la calidad de las imágenes. Finalmente, la mesa se desliza dentro del imán y comienza la exploración.
¿Por qué hace ruido la máquina de RMN?
Durante el estudio, la máquina de RMN produce ruidos fuertes, que pueden ser un poco molestos. Por eso, antes de empezar, el personal sanitario te puede dar tapones para los oídos o auriculares para reducir el ruido. Estos ruidos se producen por las vibraciones de algunas partes de la máquina cuando el campo magnético cambia rápidamente para captar las señales de los núcleos atómicos. Para que las imágenes salgan lo mejor posible, es muy importante que te quedes quieto y respires tranquilamente, siguiendo las indicaciones del personal. A veces, te pedirán que aguantes la respiración por unos segundos.
¿Se usan sustancias especiales en la RMN?
En algunos estudios de resonancia magnética, puede ser necesario inyectar una sustancia especial que contiene un elemento químico llamado gadolinio. El gadolinio actúa como un "medio de contraste", lo que significa que ayuda a que las imágenes sean más claras y se puedan ver mejor ciertas partes del cuerpo. Este elemento se prepara de una forma especial para que el cuerpo pueda eliminarlo después del estudio.
Véase también
En inglés: Nuclear magnetic resonance Facts for Kids
- Electromagnetismo
- Imagen por resonancia magnética
- Relajación (RMN)
- Tomografía
- Tecnología sanitaria
- Biorresonancia
- Resonancia de espín electrónico.
- Imagen por resonancia magnética funcional.
