Dynamische in vivo Multi-Kern MR-Spektroskopie und -Bildgebung eröffnen einzigartige Möglichkeiten zur Untersuchung von Energiestoffwechsel und Perfusion im Skelettmuskel.
Kinetik des Phosphatstoffwechsels der Skelettmuskulatur
Der Energieumsatz im Skelettmuskel ändert sich je nach Beanspruchung um Größenordnungen. Die Erholungsphase nach Belastung des Muskels ist geeignet, um mittels ³¹P MRS in situ die zelluläre Mitochondrienfunktion, Glykolyse und Protonen-Kinetik zu untersuchen. Wir entwickeln kombinierte Bildgebungs- und Spektroskopietechniken sowie spezielle HF-Spulen, um Adenosintriphosphat (ATP), Phosphokreatin (PCr) und pH im arbeitenden Muskel direkt lokalisiert und in Echtzeit zu messen.
Nach der Aktivierung werden Daten an Vimeo übermittelt. Weitere Infos hier: Datenschutzerklärung
Durchblutung des Skelettmuskels
Blutfluss und Kapillardurchblutung versorgen den Muskel mit Nährstoffen und Sauerstoff bzw. transportieren Stoffwechselprodukte ab. Verminderte Perfusion oder Ischämie können Teil schwerer Krankheitsbilder sein und u.a. zu Bewegungseinschränkung, Infektionen und vermindertem Heilungserfolg von Therapien führen. Die Durchblutungsrate kann sich zwischen diesen beeinträchtigten Zuständen (pathologisch oder vorübergehend experimentell mittels Druckmanschette herbeigeführt) und maximaler Belastung in gesundem Gewebe drastisch ändern. Mit der MR-basierten Methode des „Arterial Spin Labeling“ (ASL) werden die Spins des arteriellen Blutes markiert und verfolgt. Die von uns entwickelten Sequenzen liefern kontrastmittelfrei Perfusionsdaten mit Zeitauflösungen von wenigen Sekunden, während gleichzeitig mittels Spektroskopie Stoffwechselinformation erhalten wird.
1H und 13C MRS der Skelettmuskulatur
Glykogen wird im Muskel gespeichert und dient dort als Energiespeicher. Seine Konzentration kann mittles 13C MRS nicht-invasiv bestimmt werden, ohne auf die Verabreichung markierender Substanzen zurückgreifen zu müssen. Zur Steigerung der Sensitivität der Messung der sehr kleinen 13C-MR-Signale können diese 1H-entkoppelt werden, das heißt Multipletts werden zu Singletts im Spektrum.
Bei starker Muskelbelastung und bei Sauerstoff-Mangel im Gewebe können Glykogen, Glukose und andere Metaboliten zu Laktat umgewandelt werden, welches sich dann vorübergehend in den Muskelzellen anreichert. Die Laktatkonzentration nicht-invasiv, direkt im Muskel zu quantifizieren, erfordert spezielle Techniken wie doppeltquanten-gefilterte ¹H MRS. Solche Messungen können wichtige Daten zur Ergänzung der mittels 31P MRS gewonnenen metabolischen Information liefern.
In unserer Gruppe wurden weiters Messungen des intrazellulären Muskelfetts (IMCL), einem Marker für die Insulinsensitivität entwickelt und angewandt, um die Grundlagen von Diabetes mellitus zu untersuchen.