Applications of NMR to the study of in vivo human muscle metabolism

Service Hospitalier Frédéric-Joliot, CEA, 4, place du Général-Leclerc, 91401 Orsay, France.

Abstract

Nuclear Magnetic Resonance is one of the few non-invasive techniques for metabolic investigation. Its advantages and the kind of informations it provides are quickly explained. Examples are given of various contributions to the in vivo study of normal or diseased human muscle metabolism, mainly based on phosphorus 31 (31P) studies. The complementarity of informations provided by various nuclei is shown by the evaluation of muscle glycogen levels in myopathies by natural abundance carbon 13 NMR. Biochemical/functional information on exercising muscles can be obtained by magnetic resonance imaging (MRI) combined with 31P-NMR, which may have diagnostic and pathophysiological applications. The latter study has raised questions about the amount of perfusion in some muscle diseases which has been answered by a combined 31P-NMR and positron emission tomography (PET) study.

Résumé

La Résonance Magnétique Nucléaire est l’une des rares techniques atraumatiques d’étude du métabolisme. Ses avantages et le type d’informations qu’elle fournit sont brièvement expliqués. Des exemples sont donnés de différentes applications à l’étude in vivo chez l’homme du métabolisme musculaire normal et pathologique, basés surtout sur des études en RMN du phosphore 31 (31 P). La complémentarité des informations fournies par différents noyaux est montrée par l’évaluation, par RMN du carbone 13 en abondance naturelle, des niveaux de glycogène dans des myopathies. Des informations biochimiques/fonctionnelles sur le muscle à l’exercice peuvent être obtenues par imagerie RMN (IRM) combinée à la RMN du 31 P, ce qui pourrait avoir des applications diagnostiques et physiopathologiques. Cette dernière étude a soulevé des questions concernant l’importance de la perfusion musculaire dans certaines myopathies, qui ont été résolues par une étude combinant la RMN du 31P et la tomographie par émission de positons (PET).