Какво е ЯМР и кога да се подложим

Предимства 

Неинвазивност 

Благодарение на ЯМР, изследванията на биологични клетки и тъкани вече са възможни без увреждане на пробата. 

Липса на йонизиращо лъчение 

Прилагането на ЯМР позволява да се избегне излагането на радиация, която може да бъде вредна както за изследователя, така и за пациента. ЯМР използва стабилни изотопи като  въглерод-13 за измерване на метаболитни потоци, вместо радиоактивни съединения. Така не само се минимизира излагането на вредни лъчи на наблюдателя и изследваното лице, но и се елиминира необходимостта от изхвърляне на радиоактивните тъкани и други материали, които биха могли да бъдат замърсени по време на изследването.

Регулируемост 

Широк спектър от процеси може да бъде изследван чрез ЯМР благодарение на гъвкавостта на конкретната техника, която се прилага. Тя не само дава информация за физиологията на тъканите, но и отлични техни изображения. Техниката на компютърна томография (КТ), например, може да осигури само визия, но не и метаболитни или анатомични детайли, докато ЯМР спектроскопията предлага голямо разнообразие от информация.

В какви случаи се прилага

В биомедицинските изследвания тя е използвана за определяне на структурата и функцията на важни биологични молекули като лекарствени мишени; изучаване на лекарства и взаимодействията с техните мишени; идентифициране на анормални метаболити като биомаркери за специфични заболявания; диагностициране на нарушения чрез изобразяване на определени тъкани или органи. 

Най-често се прилага в следните случаи:

Инфекции на пикочните пътища

Протонна ЯМР спектроскопия се използва все повече за идентифициране и количествено определяне на често срещаните уропатогени на инфекции на пикочните пътища. 

Отхвърляне на бъбречен трансплантат 

При бъбречни трансплантации симптомите често не се откриват, докато не се стигне до значително увреждане на бъбречната функция. Тогава се правят чести биопсии с цел тест за съвместимост на бъбречния трансплантат. Тези процедури често са скъпи и неудобни за пациента. Благодарение на напредъка на метаболомиката, протонният ЯМР е в състояние да открие в ранен етап потенциалното отхвърляне на органи.

Диабет 

Има три най-често срещани начина за диагностициране на диабет. Орален глюкозо-толерантен тест проверява нивата на кръвната захар два часа преди и след като пациентът изпие количество глюкоза в разтвор. Тестът за плазмена глюкоза на гладно проверява нивата на кръвната захар, като гладуването е поне 8 часа преди изследването. Третият тест е този с гликиран хемоглобин, който измерва средната кръвна захар през последните два до три месеца. 

Прилагането на ЯМР значително подобрява разбирането ни за метаболитните заболявания, включително диабет и други хипергликемични състояния. Благодарение на него могат да се идентифицират потенциални диагностични и терапевтични биомаркери. 

Рак 

Най-често срещаните видове рак са този на белия дроб, на гърдата при жените, ракът на червата и ракът на простатата. Неинвазивната диагноза може да се постави чрез използване на методи като компютърна томография, ЯМР или позитронно-емисионна томография. Окончателната диагноза обаче се основава на биопсии, които са инвазивни по своята същност. Понастоящем общите методи за скрининг не са идеални и туморите в ранен стадий често не се откриват поради липсата на симптоми. Диагнозата на пациентите често се поставя в късните стадии на развитие на рака, което води до много лоша прогноза. Благодарение на прилагането на ЯМР се натрупват все повече данни за раковите маркери. Това, от своя страна, би позволило пациентите да бъдат диагностицирани и лекувани в по-ранни стадии. В момента ЯМР дава най-обещаващи резултати при идентифицирането на рак на гърдата в ранен етап. Според някои рентгенолози, мамографията не може да разграничи малък рак от петно, когато има множество кисти в гърдата, с ЯМР обаче това разграничение е възможно.

Вродени грешки на метаболизма 

Вродените грешки на метаболизма са редки генетични заболявания, при които тялото не е способно да преобразува храната в енергия. Настоящите скринингови тестове не са в състояние да регистрират такава аномалия, но протонната ЯМР се налага все повече като потенциален диагностичен инструмент за тези заболявания. 

Множествена склероза 

Тъй като множествената склероза е много трудна за идентифициране, ЯМР се е превърнал в основно диагностично устройство за множествена склероза.

Проблеми с мозъка 

ЯМР има особено приложение за определени области на тялото, като мозъка, където създава много подробни и ясни изображения, показващи границата между сивото и бялото вещество. ЯМР на глава е сред най-често използваните методи за диагностика на неврологични заболявания като инсулт, тумори и множествена склероза.

Времетраенето на ЯМР изследването обикновено варира между 20 и 60 минути в зависимост от изследваната зона.

Заболявания на кръвоносните съдове

Използването на ЯМР за диагностициране на съдови заболявания е все по-обещаващ метод. Той позволява подробен структурен анализ на повърхностите на кръвоносните съдове и техните аномалии.

Стоматологични проблеми

В стоматологията тази техника е предимно полезна за изследване на структурата на аморфните стъкла и денталните цименти, идентифициране на заболявания като пародонтит и рак на устата.

Болки в кръста

ЯМР на кръст се прилага често при болки в долната част на гърба, подозрение за дискова херния или травми.

Ставни и мускулни увреждания

При травми или съмнение за възпаление на ставите, може да се назначи ЯМР на ръка за по-точна оценка на състоянието. 

ЯМР на крак се използва за установяване на мускулни увреждания, сухожилни разкъсвания или съдови проблеми.

Използвана литература:

1. Mlynárik, V. (2017). Introduction to nuclear magnetic resonance. Analytical biochemistry, 529, 4-9.

2. Gupta, A., Dwivedi, M., Mahdi, A. A., Khetrapal, C. L., & Bhandari, M. (2012). Broad identification of bacterial type in urinary tract infection using 1H NMR spectroscopy. Journal of proteome research, 11(3), 1844-1854.

3. Zia, K., Siddiqui, T., Ali, S., Farooq, I., Zafar, M. S., & Khurshid, Z. (2019). Nuclear magnetic resonance spectroscopy for medical and dental applications: a comprehensive review. European journal of dentistry, 13(01), 124-128.

4. Capati, A., Ijare, O. B., & Bezabeh, T. (2017). Diagnostic applications of nuclear magnetic resonance–based urinary metabolomics. Magnetic resonance insights, 10, 1178623X17694346.

5. Zainuddin N, Karpukhina N, Hill R G, Law R V. A long-term study on the setting reaction of glass ionomer cements by (27)Al MAS-NMR spectroscopy. Dent Mater. 2009;25(03):290–295. doi: 10.1016/j.dental.2008.07.008.

6. Sahibzada H A, Khurshid Z, Khan R S. Salivary IL-8, IL-6 and TNF-α as potential diagnostic biomarkers for oral cancer. Diagnostics (Basel) 2017;7(02):E21. doi: 10.3390/diagnostics7020021.

7. Khurshid Z, Zafar M S, Khan R S, Najeeb S, Slowey P D, Rehman I U. Role of salivary biomarkers in oral cancer detection. Adv Clin Chem. 2018;86:23–70. doi: 10.1016/bs.acc.2018.05.002.

8. Zainuddin N, Karpukhina N, Law R V, Hill R G. Characterisation of a remineralising Glass Carbomer® ionomer cement by MAS-NMR spectroscopy. Dent Mater. 2012;28(10):1051–1058. doi: 10.1016/j.dental.2012.06.011.

9. Khurshid, Z., Mali, M., Naseem, M., Najeeb, S., & Zafar, M. S. (2017). Human gingival crevicular fluids (GCF) proteomics: an overview. Dentistry journal, 5(1), 12.

10. Schiavenin, A., Bergoza, L., Edrada-Ebel, R. A., & Moura, S. (2025). The potential of 1H NMR spectroscopy for diabetes diagnosis: a review of current applications and future directions. Diabetes Research and Clinical Practice, 112380.