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Horacio Martínez ValenciaInvestigador, Instituto de Ciencias Físicas-UNAM, Miembro de la Academia de Ciencias de Morelos

El pasado 5 de marzo me detectaron un tumor hipofisiario* en la cabeza mediante una tomografía. Al ver los resultados, consulté a una neuróloga, quien mandó realizar estudios mediante resonancia magnética para evaluar el tamaño del tumor. Resultó que tenía un macro-tumor, clasificado así por

su gran tamaño. La neuróloga me canalizó hacia un neurocirujano, especialista en el tratamiento de este tipo de tumores. Sin embargo, la idea de este escrito no es contar esta historia personal sino describir los avances científicos en que han intervenido los físicos y que han permitido a la medicina tratar casos como el mío. Muchos equipos avanzados que ayudan a los médicos a diagnosticar y entender nuestras enferme-dades están basados en inventos desarrollados por físicos tratando de entender la naturaleza. Un ejemplo lo proporcionan los rayos catódicos descubiertos por J.J. Thomson (1856-1940), quien demos-tró en 1897 que consistían de partículas que conocemos como electrones. Los tubos de rayos catódicos dieron origen a las pantallas de televisión (aunque ahora también se emplean pantallas basadas en otras tecnologías). Wilhelm Röentgen (1845-1923) reportó en 1895 que al bombardear ciertos materiales con rayos catódicos se producía una radiación misteriosa que se podía detectar sobre una pantalla fluores-cente. Esta radiación, que llamó rayos X, es una forma de luz (radiación electromagnética) muy energética. Cuando electrones veloces se ven frenados por los núcleos atómicos de la materia que encuentran a su paso, emiten energía en forma de rayos X. Un día Röentgen introdujo la mano entre el tubo y la pantalla y observó en ésta la imagen de sus huesos. Mas tarde, la impresión de esta imagen constituiría la primera radiografía de la historia: la mano de su es-posa, en que se veían todos sus huesos , e incluso el anillo de bodas. Al enterarse de esto, los médicos apreciaron el enorme potencial de los rayos X para estudiar el cuerpo humano sin la necesidad de técnicas invasivas. Para ello, Thomas Alba Edison (1847-1931), bien conocido como inventor y empresario, desde 1896 inició la fabricación de fluoroscopios, dispositivos basados en el tubo de rayos X inventado por Röentgen.

La fluoroscopia permite obtener imágenes en tiempo real de las estructuras internas del cuerpo. Uno de los primeros equipos se emplearon en zapaterías para observar el ajuste del calzado al pie del cliente. Los descubrimientos de los tubos de rayos catódicos y los rayos X han dado lugar a la tomografía. Seguramente usted ha escuchado sobre la Tomografía Computarizada (TC) o Tomografía Axial Computarizada (TAC). Pero ¿qué es una tomografía?La tomografía TC o TAC es un método de diagnóstico por imágenes que utiliza un equipo con el cual se obtiene una serie de imágenes en cortes axiales de nuestro cuerpo, perpendiculares al eje mayor del cuerpo, como “rodajas”. Estas imágenes se obtienen mediante la emisión y captación de rayos X como en una simple radiografía en que una fuente emite rayos X que atraviesan el cuerpo y llegan a un detector que mide su intensidad. Distintos tejidos (músculos, aire, huesos) absorben rayos X de diferente manera afectando la intensidad que miden los detectores y permitiendo formar imágenes.En el caso de las tomografías, la fuente emisora de rayos X y los detectores giran alrededor del paciente, captando imágenes del cuerpo desde diferentes ángulos. La información recabada es procesada por una computadora y transformada en una imagen de ese sector del cuerpo o “rodaja” (tomo = rodaja, grafía = imagen). Posteriormente, la camilla donde se encuentra acostado el paciente se mueve y comienza un nuevo pro-ceso de captación de imágenes en una nueva “rodaja”.Los equipos modernos son capaces de analizar toda la información y con la misma reconstruir imágenes tridimensionales, además de mostrar otros cortes diferentes al axial o incluso suprimir ciertos tejidos para permitir visualizar mejor otros tejidos de mayor interés de estudio. En la figura 1, se muestran las diferentes partes que componen un aparato de tomografía computarizado.

Ciencia detrás de la historia de un tumorSi los resultados de la tomografía computarizada no son concluyen-tes, se pueden realizar estudios más sofisticados como el de resonan-cia magnética.Esta técnica permite obtener imágenes precisas del interior de nues-tro organismo sin necesidad de ser intervenido quirúrgicamente. Pero, ¿en qué consiste esta Resonancia Magnética y qué beneficios aporta?El nombre del fenómeno físico en que se basa esta técnica de imagen es el de Resonancia Magnética Nuclear (RMN). No obstante, debido al rechazo que provoca la palabra “nuclear”, y dado que no se rige por los mismos principios que los procesos físicos de energía nuclear, esta técnica se refiere habitualmente como Resonancia Magnética (RM). Hay que tener presente que lo nuclear tiene que ver con el núcleo atómico y no necesariamente con la radiación nuclear.El fenómeno de RM fue descubierto en el año de 1946, por los pro-fesores Félix Bloch en Stanford y Edward Purcell y sus respectivos co-laboradores, quienes curiosamente publicaron los resultados de sus investigaciones de manera independiente en el mismo número de la revista Physical Review en enero de 1946.Ellos hallaron que los núcleos de ciertos átomos absorben y emiten energía al ser excitados mediante señales de radiofrecuencia en pre-sencia de un campo magnético intenso. No fue sino hasta 1976 cuan-do se produjeron las primeras aplicaciones en el campo de la medici-na, poco después de que en 1971, Raymond Damadian diseñara un dispositivo capaz de detectar un tumor cerebral en una rata de labo-ratorio por medio de esta técnica. Raymond Damadian es considera-do el padre de la imagen por resonancia magnética (IRM) reconocida ampliamente como uno de los grandes avances médicos en el siglo XX, que ha salvado incontables vidas en todo el mundo.Un equipo de Resonancia Magnética se compone básicamente de distintas partes:

Un imán de grandes dimensiones. Lo suficientemente grande para que pueda introducirse una persona o una parte de ella dentro del mismo.Un sistema emisor de radiofrecuencia, similar a una emisora de radio.Un sistema para cambiar el campo magnético rápidamente, conocido como gradiente.Una bobina o antena, que se dispone alrededor del paciente, y que sirve para detectar la señal de radiofrecuencia emitida por nuestro cuerpo.Una camilla para colocar al paciente y pueda entrar en el imán.Una computadora para procesar las señales recibidas del cuerpo y generar las imágenes.

En la figura 2, se muestra un esquema del equipo de Resonancia Mag-nética.

Figura 2. Esquema de un aparato de Resonancia Magnética.Figura 1. Esquema del aparato de tomografía computarizado. La letra “R” indica el sentido de rotación, la letra “T” indica el aparato de rayos X, la letra “D” los detectores y la “X” los rayos X.

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Ciencia detrás de la historia de un tumor El procedimiento empleado para realizar un estudio por RM es el siguiente:- Se coloca al paciente sobre una camilla que se introduce al interior de un imán. Los núcleos de hidrógeno de su organismo son como pequeños imanes que se alinean con el campo magnético, como si fueran brújulas. El núcleo del átomo de hidrógeno es un protón y gira sobre sí mismo, al igual que lo hace la Tierra, siendo la dirección del eje de giro de este movimiento la que se alinea con el campo magnético.- Una vez colocado el paciente en la máquina, se emite una serie de señales de radiofrecuencia para desestabilizar los núcleos previamente alineados. Apagando las señales, los núcleos vuelven a su posición de alineamiento, devolviendo la energía adquirida también en forma de señal de radiofre-cuencia que es detectada por una antena y enviada a la computadora del equipo para que pueda ser procesada. Cada tipo de tejido responde de di-ferente manera a la excitación. Variando el campo magnético con los gra-dientes, se pueden seleccionar pequeñas porciones de nuestro organismo, con las cuales se pueden formar imágenes en las que se puede diferenciar el interior del cuerpo humano. Estas imágenes representan cortes en cual-quier dirección de nuestro cuerpo, y son las que verá el médico para poder elaborar un diagnóstico. En las figuras 3 y 4 se muestran las imágenes de Resonancia Magnética de mi tumor antes y después de la operación.

Figura 3. RMN mostrando el tumor antes y después de la operación.

angio-resonancia y es muy útil en la detección y segui-miento de tumores. Si se hallan tumores en la cabeza pequeños, entonces se pueden eliminar mediante un procedimiento conocido como Gamma Knife (Bisturí de rayos gamma). Pero ¿Qué es el Gamma Knife?El Gamma Knife es un tipo de radiocirugía estereotáctica que utiliza una alta dosis de radiación en un lugar espe-cífico del cuerpo, en lugar de irradiar todo el cuerpo con una dosis baja. Este método permite la destrucción de un tumor bien definido a través de la detección y ubi-cación precisa de un foco de irradiación ionizante. Este concepto que surgió en Suecia, fue desarrollado por el Dr. Lars Leksell en 1951. En la máquina Gamma Knife la radiación es producida por 201 fuentes de cobalto-60. Los haces de radiación correspondientes se cruzan en el espacio tridimensional en un volumen pequeño, como un tumor, lo que permite administrar dosis intensas de radiación a ese volumen sin peligro. Actualmente, los equipos disponibles utilizan tecnologías avanzadas de robótica para mover al paciente en incrementos submi-limétricos durante el tratamiento con el fin de focalizar la radiación de forma precisa sobre todas las zonas a tratar (figura 4). La radiocirugía Gamma Knife tiene muy pocos riesgos asociados, especialmente cuando se compara con la neurocirugía convencional.

Figura 4. Esquema del aparato de Gamma Knife em-pleado en la destrucción de tumores.

El tratamiento produce efectos gradualmente a lo largo de varios meses, deteniendo el crecimiento del tumor, y en algunos casos, reduciendo su tamaño o desapareciéndolo. Para este tratamiento se acopla a la cabeza del paciente un marco rígido que incorpo-ra un sistema de coordenadas tridimensionales. Se realizan estudios por imágenes como la Resonancia Magnética y la Tomografía Computarizada (TC). Los resultados se envían al sistema computarizado de pla-nificación de la maquina Gamma Knife que usan mé-dicos (radioncólogos y neurocirujanos) y físicos médi-cos, para con esa información determinar las zonas a tratar. Se determinan las relaciones espaciales exactas entre el tumor, las estructuras normales y el marco de la cabeza, para así calcular los parámetros del trata-miento con la maquina Gamma Knife. En ocasiones se emplean varios tratamientos altamente focalizados sucesivos, conocidos comúnmente como “disparos”. Los médicos y físicos usualmente consideran varios ajustes finos de los parámetros del tratamiento, hasta determinar el plan y la dosis óptimos.Con las coordenadas tridimensionales determinadas en el proceso de planificación, el marco se acopla de forma muy precisa a la unidad de la maquina Gamma Knife para garantizar que cuando se active la unidad, la zona del tumor quede justo donde convergerán los 201 haces de radiación dirigidos con precisión. El tratamiento puede tomar desde minutos o hasta al-gunas horas, según la forma y tamaño del tumor, el número de “disparos” y la dosis requerida. Los pacien-tes no sienten el tratamiento de radiación cuando se les está administrando, aunque podrían experimentar la visualización de ráfagas de luz. Al terminar el trata-miento, se retira el marco de la cabeza del paciente y

éste puede regresar a sus actividades normales.Debido a que la exactitud de los haces es fundamen-tal para la localización de la radiación (con una preci-sión de una fracción de milímetro), todo lo que afecte la precisión es inaceptable. Un acoplamiento rígido del marco de la cabeza, la posición en el espacio de la zona a tratar obtenida de los estudios por imágenes, la forma del tejido que se va a irradiar (selección de la cantidad, tamaño e intensidad relativa de los disparos) y la precisión del acoplamiento del marco a la unidad del bisturí de rayos gamma, son todos importantes. Al igual que todo tratamiento de radioterapia, la selec-ción y el cálculo correcto de la cantidad de radiación a aplicar en el tumor son esenciales. Un físico médico calificado garantiza que la planificación del tratamien-to y el programa de cómputo sean correctos y acep-tables.El funcionamiento mecánico de la máquina se calibra de forma regular para garantizar la seguridad de los pacientes y del personal médico. Para mayor seguri-dad del paciente, este tratamiento lo realiza un grupo multidisciplinario compuesto por un radioncólogo, un físico médico y un neurocirujano, quienes han re-cibido capacitación especializada en el uso de la ma-quina Gamma Knife. Además, cuentan con el apoyo de personal de enfermería, anestesiólogos (para pa-cientes que difícilmente cooperan, como los niños) y radioterapeutas.Es gracias a la tecnología descrita arriba y las atencio-nes de los médicos especializados que pude escribir este artículo. Les puedo compartir que a tres meses de la oportuna detección del tumor, así como de la cirugía (pues el mío era un macro-tumor) y posterior-mente el tratamiento Gamma Knife, me encuentro bien de salud, sin ningún malestar o consecuencia del padecimiento que tuve y ya trabajo trabajo de manera normal. Esto sin duda, no sería posible sin los avances científicos alcanzados en esta área de la medicina. La tecnología desarrollada en este tipo de equipos, tanto de detección oportuna como de trata-mientos no invasivos ilustran la gran importancia de la física e ingeniería en la medicina. Muchos aspectos de la sociedad moderna, no habrían sido posibles sin los importantes descubrimientos científicos del pasado, base sobre la que las tecnologías actuales fueron de-sarrolladas. Los descubrimientos de los tubos de rayos catódicos, los rayos X, la electricidad, el magnetismo, los conductores y otros temas, han hecho posible las comodidades modernas, como: la televisión, las com-putadoras, la telefonía alámbrica e inalámbrica, los equipos de tomografía simple, de contraste y axial computarizada, la resonancia magnética, el Gamma Knife y otras tecnologías médicas y del hogar. Por eso la física es importante en la sociedad humana. Sin ella, la sociedad no sería lo que es ahora, una sociedad con alta tecnología que cada día está superándose y cono-ciéndose aún más.

* El tumor hipofisiario es un crecimiento anormal en la hipófisis, la parte del cerebro que regula el equilibrio de muchas hormonas en el cuerpo. También pue-de llamársele tumor pituitario (tumor de la hipófisis) o adenoma hipofisiario. La hipófisis es una glándula endocrina, del tamaño aproximado de una cereza, unida al cerebro por medio de un pedúnculo llama-do tallo hipofisiario. Este establece la comunicación entre el cerebro y el sistema endocrino. Desempeña un papel clave en la regulación hormonal del cuer-po. Como la hipófisis no contiene tejido cerebral, el tumor hipofisario no es estrictamente un tumor del sistema nervioso central; no obstante, forma parte de los tumores intracraneales y por lo tanto su trata-miento es llevado a cabo por neurocirujano.

Agradecimientos. Quiero agradecer a mi hija (Susa-na Martínez), estudiantes, colegas y médicos (Rami-ro del Valle y Maritere) por el apoyo recibido durante este periodo, muchas gracias a todos.

A diferencia de la técnica que utiliza los rayos X para la generación de imá-genes, en la Resonancia Magnética no se ha demostrado efectos adversos para la salud, aunque pacientes con dispositivos biomecánicos implantados (marcapasos, ciertos implantes, etc.) no deben realizarse este tipo de estu-dio, pues estos dispositivos podrían interferir con el campo magnético.

Con la Resonancia Magnética se puede observar el sistema nervioso central, todas las articulaciones, tórax y abdomen, el sistema vascular mediante la