Исследование биологических систем методом ЯМР в земном поле
Сигналы ядерной индукции в биологических системах наблюдаются в первую очередь от ядер водорода молекул воды, которая входит в состав протоплазмы клеток мягких тканей (до 70%) живых организмов, а также является основной компонентой различных физиологических жидкостей, таких как лимфа, кровь, моча, молоко и др.
В биологических объектах вода всегда существует в виде растворов. Ее молекулы взаимодействуют с другими макромолекулами, они входят в гидратные оболочки ионов разного типа и оказываются связанными с ними, контактируют с клеточными мембранами, стенками кровеносных сосудов и т.д. При этом они становятся менее подвижными, что сокращает наблюдаемые от них времена релаксации.
Существенный вклад в скорость спин-решеточной релаксации в растворах вносят парамагнитные ионы, в частности, примеси растворенного кислорода. Известно, что естественное содержание (при атмосферном давлении) растворенного кислорода в чистых жидкостях существенно укорачивает в них времена релаксации Т1 примерно до 2 секунд, в то время, как для дегазированных жидкостей, оно значительно больше: для воды, например, Т1=3.5 секунды, для бензола Т1=19 секунд и т.д. Поэтому, если измерять Т1 в крови человека бесконтактным интроскопическим способом, можно получать сведения об изменении насыщенности крови кислородом, что также важно для диагностических целей. Таким образом, измерения Т1 и Т2 в биологическом объекте, в том числе и в живом организме человека, дают возможность иметь информацию о происходящих в нем биохимических процессах на разных стадиях его физиологического развития.
Времена релаксации Т1 и Т2 для маловязких жидкостей одинаковы (Т1=Т2), а при увеличении их вязкости, когда время корреляции больше обратной величины частоты Лармора Т1>Т2, связь между Т1 и Т2 можно установить экспериментально для разных времен корреляции. В ряде случаев изучение биологических объектов можно производить по Т2. Однако, надо иметь ввиду то обстоятельство, что скорость спин-спиновой релаксации, измеренная экспериментально 1/Т2* по затуханию СЯИ, отличается от ее истинного значения 1/Т2 на некоторое значение, пропорциональное неоднородности магнитного поля в объеме исследуемого объекта. Поскольку неоднородность магнитного поля в данном объеме практически не меняется, то ее можно определить, измерив Т2* для эталонного вещества с известным Т2 и затем вычитая из полученного значения Т2 для данного объекта.
Более точные значения Т2 можно выполнять методом спинового эха, исключающего влияние неоднородностей поля. Однако в этом случае несколько усложняется методика измерений и производится добавочное воздействие на биологический объект слабыми радиочастотными импульсами.
