München 2004 – wissenschaftliches Programm

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ST: Strahlenphysik und Strahlenwirkung

ST 2: Biomedizinische Bildgebung II

ST 2.4: Fachvortrag

Montag, 22. März 2004, 14:45–15:00, HS 129

Zugang zur Molekulardynamik in vivo durch Analyse der Hyperfeinstruktur in ¹H-NMR-Spektren der Wadenmuskulatur — •Leif Schröder und Peter Bachert — Deutsches Krebsforschungszentrum (dkfz), Heidelberg

Die direkte Wechselwirkung zweier magnetischer Momente tritt in elementarer Weise in Form der Hyperfeinstruktur (HFS) des Wasserstoff-Spektrums im Bereich der niederenergetischen Radio-Strahlung auf. Dieses Elektron-Proton-System stellt das Prinzip der ¹³³Cs-Atomuhr dar. Durch Anwendung der Theorie auf das Problem der dipolaren Spin-Spin-Kopplung zweier molekular gebundener Protonen erhält man eine modifizierte Breit-Rabi-Gleichung, die den Übergang des Spin-Systems vom Zeeman- zum Paschen-Back-Effekt beschreibt. Mit Hilfe dieser Gleichung und Analyse hochaufgelöster In-vivo-¹H-NMR-Spektren vom menschlichen Wadenmuskel ließ sich erstmals die Existenz einer residualen dipolaren Kopplung der Ringprotonen des endogenen Metaboliten Carnosin nachweisen. Dabei wird das Prinzip der Atomuhr − Anregung eines definiert gestimmten Resonators − umgekehrt angewendet: Die breitbandige Anregung ergibt die zu bestimmenden Eigenfrequenzen des molekularen Resonators. Da diese im Gegensatz zur HFS nicht nur vom externen Magnetfeld, sondern auch von der Molekulardynamik abhängen, konnte zusätzliche Information über die Reorientierungsbewegung des Moleküls gewonnen und mit den Daten von Phosphokreatin und Taurin verglichen werden.