$^{31}$P MR Spectroscopic Measurement of Intracellular pH in Normal Human Hearts

장용민; 배경수; 김용주; 강덕식

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자료유형: 학술저널

저자정보: 장용민 (의과대학 진단 방사선과) 배경수 (의과대학 진단방사선과학교실) 김용주 (의과대학 진단방사선학교실) 강덕식 (경북대학교 의과대학 진단방사선과학교실)

저널정보: 대한영상의학회 대한방사선의학회지 대한방사선의학회지 제46권 제5호

발행연도: 2002.1

수록면: 455 - 460 (6page)

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목적: 심전도 게이트 2차원적인 화학적 전환 영상 (ECG-gated two-dimensional ${31}P$ chemical shift imaging)를 이용한 인간 심근의 자기공명분광을 시행하여,inorganic phosphate (Pi)나 ${\gamma}$-ATP 등의 고에너지 대사물의 위상전위로부 터 세포내 pH (pHi)를 측정한후,세포내 pH가 세포내 환경을 총괄적으로 반영하는 지표로 사용할 수 있는지 알아보려하였다. 대상과 방법: 수소원자 -31인원자 이중의 화학적 위상 전환 영상 (chemical shift imaging:CSI)을 1.5 T 자기공명영상기기와 ${1}H$-${31}P$ 쌍 방향 표면 코일을 이용하여, 이전에 심장질환이 없는 8명 (나이:24-32 세)의 정상인으로부터 심근자기공명분광을 얻었다.심장의 여러 영역으로부터 얻은 스펙트럼으로부터, 봉오리 위치와 봉오리 영역을 측정하였다. Alpha-,$\beta$ -,${\gamma}$ -ATP, PCr, Pi, PDE and DPG 의 대사비를 측정하였다. Pi와 ${\gamma}$-ATP의 위상전위로부터 pHi를 계산하였으며 결과를 이전에 보고된 결론과 비교하였다. 결과: 확인된 주요 인간 심장의 인대사물은 -0.1에서 +0.1 ppm에서 PCr이, ATP로부터 각각 약 -2.7 ppm (${\gamma}$-ATP), -7.8 ppm ($\alpha$-ATP)그리고 -16.3 ppm ($\beta$-ATP)의 화학적 전위 중심에 인산의 봉우리를 보였으며,phosphodiester(PDE)는 2-3 ppm,inorganic phosphate(Pi)는 4.5-5.4 ppm 그리고 diphosphoglycerate (DPG)는 5.4-6.3 ppm에서 보였다. 대사물의 비는: PCr/$\beta$-ATP=2.20 $\pm$0.17, PDE/$\beta$-ATP=1.04 $\pm$0.09, Pi/$\beta$-ATP=1.26 $\pm$0.36, DPG/$\beta$- ATP=0.29 $\pm$0.10이었으며, pHi 는 Pi의 전위로부터 계산된 것은 7.31 $\pm$0.23이었으며, ${\gamma}$-ATP로부터 계산된 값은 6.81 $\pm$0.20이었으며,예측치는 7.1이었다. Pi/PCr 는 0.539 였으며,이는 기존의 발표된 결과보다 높았으며, Pi의 위상전위로부터 얻은 pHi는 예상되는 pHi와 비교시에도 높았다. 결론: pHi는 MRS 시행에 영향을 미치는 다양한 요인들에 영향받으나 세포내 환경을 반영하는 지표로 생각되며, 정상환자에서 기대되지 않는 pHi가 계산 될 경우, MR 시행 자체나 뿐 아니라, 분석 방법에 대한 재고가 있어야 할 것으로 생각된다.

Purpose: To assess the usefulness of intracellular pH (pHi), calculated by determining the shift of a high-energy metabolite such as inorganic phosphate (Pi) or γ-ATP after performing MRS with ECG-gated two-dimensional ${31}P$ CSI (chemical shift imaging), as a parameter for the overall state of the intracellular milieu. Materials and Methods: Proton decoupled 31P CSI was performed on a 1.5-T scanner using a ${1}H$-${31}P$ dual-tuned surface coil. Cardiac MRS data were obtained from eight normal volunteers aged 24-32 years with no history of heart disease. From the spectra obtained from several regions of the heart, peak position and peak area were estimated. The metabolic ratios of $\alpha$-, $\beta$-, γ-ATP, PCr, Pi, phosphodiester and diphosphoglycerate were calculated, and pHi was estimated from the chemical shift of Pi and γ-ATP resonance. We then compared the data for the anterior myocardium with those previously published. Results: The major phosphorous metabolites identified in these human hearts were as follows: PCr, at -0.1 to +0.1 ppm; three phosphate peaks from ATP, with a chemical shift centered at about -2.7 ppm (γ-ATP), -7.8 ppm ($\alpha$-ATP), and -16.3 ppm ($\beta$-ATP); and phosphodiester (PDE) at 2-3 ppm, inorganic phosphate (Pi) at 4.5-5.4 ppm, and diphosphoglycerate (DPG) at 5.4-6.3 ppm. The PCr/$\beta$-ATP ratio was 2.20$\pm$0.17 and the PDE/$\beta$-ATP ratio, 1.04$\pm$0.09. pHi readings were 7.31$\pm$0.23 (calculated by the shift of Pi) and 6.81$\pm$0.20 (calculated by the shift of γ-ATP). Pi/PCR was 0.539, a ratio higher than that mentioned in previously published reports. Conclusion: The measurement of intracelluar metabolism was affected by vaious kinds of factors. We believe, however, that pHi readings indicate the overall state of the cardiac intracelluar milieu. An unexpected pHi readings, seen at MRS, may reflect errors in the MR procedure itself and, or in the alanytical method.

#Heart #MR spectroscopy #Heart #MR

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