Mitochondrial Oxidative Phosphorylation Capacity in Skeletal Muscle Measured by Ultrafast Z-Spectroscopy (UFZ) MRI at 3T

磷酸肌酸 氧化磷酸化 核磁共振 骨骼肌 化学 超短脉冲 医学 物理 解剖 生物化学 能量代谢 内科学 光学 激光器
作者
Licheng Ju,Michael Schär,Kexin Wang,Anna Li,Yihan Wu,T. Jake Samuel,Sandeep Ganji,Peter C.M. van Zijl,Nirbhay N. Yadav,Robert G. Weiss,Jiadi Xu
标识
DOI:10.1101/2024.05.05.592570
摘要

Abstract Background To investigate the feasibility of rapid CEST MRI acquisition for evaluating oxidative phosphorylation (OXPHOS) in human skeletal muscle at 3 Tesla, utilizing ultrafast Z-spectroscopy (UFZ) MRI combined with the Polynomial and Lorentzian line-shape Fitting (PLOF) technique. Methods UFZ MRI on muscle was evaluated with turbo spin echo (TSE) and segmented 3D EPI readouts. Five healthy subjects performed in-magnet plantar flexion exercise (PFE) and subsequent changes of amide, phosphocreatine (PCr) and partial PCr mixed creatine (Cr + ) CEST dynamic signals post-exercise were enabled by PLOF fitting. PCr/Cr CEST signal was further refined through pH correction by using the ratios between PCr/Cr and amide signals, named PCAR/CAR, respectively. Results UFZ MRI with TSE readout significantly reduces acquisition time, achieving a temporal resolution of <50 seconds for collecting high-resolution Z-spectra. Following PFE, the recovery/decay times ( τ ) for both PCr and Cr in the gastrocnemius muscle of the calf were notably longer when determined using PCr/Cr CEST compared to those after pH correction with amideCEST, namely s and τ PCr = 98.1 ± 20.4 s versus τ CAR =36.4 ± 18.6 s and τ PCAR = 43.0 ± 13.0 s, respectively. Literature values of τ PCr obtained via 31 P MRS closely resemble those obtained from pH-corrected PCr/Cr CEST signals. Conclusion The outcomes suggest potential of UFZ MRI as a robust tool for non-invasive assessment of mitochondrial function in skeletal muscles. pH correction is critical for the reliable OXPHOS measurement by CEST.
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