RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR ANÁLISE PRELIMINAR DE UMA RECONSTRUÇÃO HISTÓRICA

## RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR: ANÁLISE PRELIMINAR DE UMA RECONSTRUÇÃO HISTÓRICA 

## Júlia Pessanha Barros , Carlos Eduardo Batista de Sousa 1 2

## Resumo

Este artigo expõe os resultados iniciais de uma pesquisa em andamento. Adotou-se a ferramenta de revisão bibliográfica sistemática para explorar textos a cerca da história da ressonância magnética nuclear (RMN). A RMN é uma técnica fundamental para a medicina que colabora com o diagnóstico de doenças, e se mostrou revolucionária nas Neurociências para mapear o funcionamento de diferentes áreas do cérebro. Contudo, o percurso por trás da descoberta e desenvolvimento da RMN que fundamenta esses diagnósticos, é pouco conhecido. A história da ciência (HC) pode ser um meio para compreender o funcionamento da RMN, fornecendo também uma visão sobre o que é ciência e como é construído o conhecimento científico na prática, desmistificando uma visão romantizada que muitas vezes é propagada rotulando o cientista como gênio. Por conseguinte, serão explorados os princípios físicos do funcionamento da RMN, todavia, a explicação será feita de modo que o leitor leigo de conhecimentos de física possa compreender, e, por isso, a escrita matemática da RMN não é evidenciada. Por fim, será apresentada a controvérsia encontrada na literatura a respeito da disputa pelo nome do autor da primeira imagem por ressonância magnética.

Palavras-chave : Física, História da Ciência, Visão Romântica da Ciência.

## Introdução

A ressonância magnética nuclear (RMN) é uma técnica empregada em diversas áreas, em particular na biomedicina. Através do imageamento por ressonância magnética (IRM) é possível visualizar o interior do corpo humano de modo não-invasivo para se obter informações estruturais e funcionais relacionadas com o diagnóstico de doenças (TAO AI et al , 2012). A RMN se mostrou revolucionária nas Neurociências para mapear funções cerebrais através dos exames de ressonância magnética funcional (fMRI, do inglês, Functional Magnetic Ressonance Imaging ) (CARTER; SHIEH, 2010, cap. 1). Contudo, a história por trás da descoberta e desenvolvimento da RMN é pouco conhecida.

A história dessa técnica, que engloba os últimos 50 anos, e da imagem por RMN do corpo humano, está envolta em controvérsias: quem obteve a primeira imagem? Essa controvérsia, que resultou até mesmo numa disputa por patente, levada aos tribunais dos Estados Unidos, ainda possui versões conflitantes. De um lado, o médico estadunidense Raymond Vahan Damadian é intitulado inventor e autor da 1ª máquina de RMN do mundo a produzir uma imagem do corpo humano. Por outro lado, há o Nobel de Medicina concedido a Paul Lauterbur e Peter

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Mansfield em 2003 'por suas descobertas relacionadas a imagem por ressonância magnética'.

Através de revisão bibliográfica sistemática de caráter crítico (leitura de textos com a finalidade de reconstruir a trajetória da RMN, incluindo personagens, histórias avaliadas e comparadas via triangulação para elaborar narrativas consistentes), objetiva-se elaborar uma visão histórica da RMN. Esse artigo tem como escopo apresentar os resultados iniciais dessa pesquisa. Também será ressaltada a importância da técnica de RMN e, dos trabalhos e estudos que envolvem história e filosofia da ciência. Ao final, há breves comentários sobre a visão distorcida que muitas pessoas possuem a respeito dos cientistas e de como a ciência é construída e desenvolvida, com ênfase na área da física.

## Porque utilizar história e filosofia da ciência?

A história da RMN pode ser utilizada para um entendimento mais completo sobre conceitos e teorias da Física, construção do conhecimento científico e desenvolvimento da ciência. Desta forma, evita-se a propagação da visão romântica da ciência (cf. FRENCH, 2009). Em geral, o público sem formação científica ou com formação limitada, possui uma imagem romântica e, a razão talvez seja a divulgação científica inadequada desse tipo conhecimento. Esta visão é, com frequência, transmitida por professores que apenas replicam em sala de aula os conteúdos que estão nos livros didáticos, que na grande maioria, ressaltam as leis e fórmulas matemáticas 1 . Essa atitude, segundo Praia et al . (2007), gera uma 'visão distorcida da construção e evolução do processo científico' . 2

Nos cursos de licenciatura em física, é habitual encontrar livros que reforçam a exposição de teorias, leis e fórmulas matemáticas - necessárias para uma boa formação - porém, estes ocultam o contexto histórico e filosófico, i.e., o modo e a trajetória que conduziram às fórmulas e equações. Segundo Martins (2006), os livros científicos didáticos 'enfatizam os resultados aos quais a ciência chegou - as teorias e conceitos que aceitamos, as técnicas de análise que utilizamos - mas não costumam apresentar alguns outros aspectos da ciência', tal como a construção e organização da comunidade científica, como esta estabelece novas técnicas e conceitos.

Quando há algum material que aborde a história e filosofia da ciência, normalmente, este a expõe de forma linear, ou seja, apresentando uma idéia de que as descobertas seguiram uma ordem cronológica e racional, algo que não ocorre com frequência; não auxiliando os professores a abordarem esses temas (DAMASIO e PEDUZZI, 2016). Muitas descobertas ocorrem de forma aparentemente acidental, i.e., quando o cientista está buscando encontrar algo esperado, mas acaba descobrindo outro que não esperava; esta situação é conhecida como serendipismo ( serendipity ).

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Segundo Rosenberg (2013, p.187), o físico Thomas Kuhn foi um dos primeiros a dar importância à história da ciência, buscando desmistificar a visão romântica da ciência trazida nos manuais. Em seu livro A Estrutura das Revoluções Científicas , Kuhn faz uma forte crítica aos manuais, que abordam de forma muito sucinta e pouco detalhada, a história e filosofia da ciência. Ele afirma que isso faz 'com que a história da ciência pareça linear e acumulativa, tendência que chega a afetar mesmo os cientistas que examinam retrospectivamente suas próprias pesquisas' (KUHN, 2017, p.235).

Contudo, ainda há um certo preconceito para com os historiadores da ciência, uma vez que a maioria dos cientistas das áreas duras não acham que pesquisas que envolvem história e filosofia da ciência são relevantes para o conhecimento e compreensão da construção da ciência ou, que são simples de serem realizadas. Muitas vezes acreditam que o pouco conteúdo histórico presente nos manuais é suficiente. Ao mesmo tempo, há também uma escassez de profissionais capacitados a realizar essa tarefa de pesquisa e divulgação.

No Brasil, segundo Martins (2006, p.xxvii), há poucos programas de pósgraduação com ênfase em história das ciências e poucos brasileiros foram para o exterior em busca dessa formação, logo, há uma carência de profissionais com formação adequada nessa área. Muitos professores que atuam em disciplinas sobre história e filosofia da ciência o fazem de forma improvisada, fomentados muitas vezes por leituras realizadas a partir de suas próprias curiosidades e não por uma pesquisa e formação acadêmica aprofundada.

Todo esse cenário faz com que sejam propagadas informações incompletas e interpretações distorcidas sobre a construção do conhecimento científico . Visto 3 isso, reforça-se o uso do episódio da RMN para conhecer os desdobramentos da evolução da técnica.

- É importante conhecer e compreender o modo como se chega a um consenso na área científica que pode resultar em uma lei, a fim de não fantasiar este processo. Ao redor de uma descoberta cientifica há um contexto político, social, econômico e, talvez mais importante, discussões entre cientistas sobre determinado assunto. French (2009, p.40) alerta que:

em geral, as teorias não brotam simplesmente da cabeça do cientista, como a visão romântica quer fazer-nos acreditar; nem emergem indutivamente das observações, não importando quantas tenhamos feito, nem sob quais condições diversas. O terreno geralmente está muito bem preparado, e o cientista utiliza-se de uma gama de conhecimentos tácitos e do contexto relevante no qual formula a nova hipótese.

Trazer o conhecimento da história e filosofia da ciência de forma integrada tanto com a teoria quanto com a escrita matemática mostrando a física, tal como afirmam Lima Junior e colaboradores (2017, p.2), 'como construção humana e não apenas como uma disciplina complexa, repleta de abstrações e com alto grau de precisão lógica, principalmente exigidos na resolução de problemas' é fundamental, pois auxilia a ter uma visão mais fiel sobre a construção do conhecimento científico.

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Se a história e filosofia da ciência for discutida tal como deve, é capaz de fomentar vocações em jovens, bem como instigar a sociedade a dar maior apoio, alimentando o ciclo de formação de cientistas, necessários para dar continuidade às pesquisas. Como consequência desse cenário, a pesquisa que ainda está em andamento, se propõe a reconstruir a história e o desdobramento da ressonância magnética, abordando a técnica e ressaltando detalhes históricos que corroboram com a visão de Thomas Kuhn em mostrar a ciência da forma mais fiel possível.

## O que é Ressonância Magnética Nuclear?

- O fenômeno a RMN 4 ocorre quando são aplicados pulsos de corrente elétrica em uma bobina, induzindo um campo magnético que oscila na frequência das ondas de rádio sobre uma amostra que está sob a ação de um campo magnético constante e de alta intensidade. Essa troca de energia em uma dada frequência é chamada ressonância; como ela ocorre com o spin do núcleo do hidrogênio (próton), recebe o nome de ressonância magnética nuclear.
- O próton, assim como o elétron, possui momento angular - conhecido como spin -com movimento giratório como se fosse um pião. Uma propriedade relacionada ao spin é o momento magnético, que dá ao próton a característica de um pequeno ímã. Como o movimento do spin do hidrogênio é aleatório, essas propriedades magnéticas são anuladas e por isso o corpo não atrai nem repele materiais magnetizados. Quando o corpo é imerso numa região de campo magnético constante e intenso, os spins desse material serão alinhados de acordo com a orientação desse campo (Mazzola, 2009, p.2).
- Os principais átomos que constituem o tecido humano são: hidrogênio, oxigênio, carbono, fósforo, cálcio, flúor, sódio, potássio e nitrogênio. Contudo, o hidrogênio é o que possui núcleo mais simples e está presente em maior quantidade no corpo humano. Segundo Mazzola (2009, p.2), as características da RMN se diferem bastante entre o hidrogênio presente no tecido normal e no tecido patológico; o próton do hidrogênio possui o maior momento magnético e, portanto, é mais sensível a RMN. Por isso, quando se fala na técnica que envolve o exame por RMN, aborda-se principalmente sobre a interação do átomo de hidrogênio com a radiação na frequência das ondas de rádio.
- O campo magnético oscilante, proveniente dos pulsos de corrente elétrica, interage com os spins dos prótons dos átomos de hidrogênio - presentes nos tecidos do corpo humano - gerando um sinal característico, isso ocorre porque, como descreve Storey (2006, p.4),

certos núcleos possuem pequenos momentos magnéticos, semelhantes aos de um ímã de barra comum. Na presença de um campo magnético aplicado, os momentos magnéticos são submetidos a um movimento rotacional conhecido como precessão, o que é análogo a oscilação lenta exibido por um topo giratório ou giroscópio. A explicação da precessão nuclear reside na relação entre o momento magnético do núcleo e seu spin.

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Com a aplicação dos pulsos de radio frequência, há uma transferência de energia para que o spin - antes alinhado com o campo magnético constante - sofra uma mudança de posição e, ao interromper esses pulsos, tende a retornar a sua posição original.

Esse processo cria condições para que o corpo gere sinais que formarão um espectro (MAZZOLA, 2009). Uma bobina detecta esse sinal no momento do retorno à posição anterior e, com o tratamento dessas informações é criada a imagem. Vale ressaltar, mais uma vez, que a descrição da técnica foi feita numa linguagem que seja capaz de alcançar um público leigo em conhecimentos físicos . 5

## O início da RMN e suas controvérsias

Os autores Darryl J. Leiter e Sharon L. Leiter (2003, p.235), afirmam que o físico Isidor Isaac Rabi é o responsável pela invenção da técnica, em 1938, que mais tarde permitiu o desenvolvimento do exame de ressonância magnética nuclear. Porém, segundo KEVLES (2008, p.626), Rabi foi o primeiro a fazer apenas as primeiras medidas de propriedades magnéticas no núcleo do hidrogênio, dando a entender que a técnica já havia sido estabelecida por outro personagem. Já o autor Tao Ai e seus colaboradores (2012, p.725) afirmam que Rabi 'descreveu pela primeira vez o fenômeno da RMN em 1938 e desenvolveu uma técnica para medir as características magnéticas dos núcleos atômicos', recebendo o Nobel de Física em 1944, sendo esta técnica a base para o imageamento por RMN.

Em algumas referências, Rabi será tratado como o precursor da RMN e em outras bibliografias Felix Bloch e Edward Purcell receberão esse título. Bloch e Purcell aprimoraram a técnica, sendo capazes de medir a ressonância magnética em líquidos e sólidos (LEITER e LEITER, 2003, p.32 e 231). Em 1952, os dois dividiram o Nobel de Física e, bibliografias apontam que estas descobertas foram independentes, já que não trabalhavam juntos.

Os trabalhos de Rabi, Bloch e Purcell são os primeiros passos que darão a possibilidade do desenvolvimento do imageamento por ressonância magnética, que possui divergências em algumas literaturas quando nomeiam o responsável pela obtenção da primeira imagem. E este é um outro episódio, como citado no início deste artigo, que necessita uma pesquisa mais aprofundada para que possa ser esclarecido . 6

Bettyann Kevles (2002, p.625-629) indica o nome do médico Raymond Damadian como fundamental para o desenvolvimento do imageamento por ressonância magnética, evidenciando sua descoberta a respeito dos diferentes sinais detectados entre tecidos normais e tecidos tumorais em ratos, que é publicada na Science (TAO AI, 2012, p.725). Posteriormente, Damadian sugere o uso da técnica em humanos para diagnóstico de doenças. No mesmo tópico, Kevles cita o envolvimento do físico Peter Mansfield com a RMN e afirma que eles tinham interesses diferentes na técnica, pois Mansfield trabalhava com sólidos.

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Há ainda outro cientista envolvido nessa história, o químico Paul Lauterbur, que buscava a imagem de líquidos com o uso da RMN. Lauterbur publicou na Nature (v. 242, 1973) suas descobertas e dividiu o Nobel de Medicina em 2003 com Mansfield. Alguns exemplares apontam Damadian como o primeiro a obter a imagem de um ser humano através da RMN, no entanto, outras dão a entender que Mansfield e Lauterbur são responsáveis por esse feito. Kauffman apresenta outras evidências que indicam a injustiça sofrida por Damadian a respeito do 7 Nobel de 2003 e afirma que 'não há dúvida de que a descoberta seminal de Damadian precedeu os desenvolvimentos de Lauterbur' (2014, p.87).

Em seu artigo publicado em 1971 na Science (v.171), Damadian expõe seus experimentos com tecidos tumorais de rato e inicia sua escrita apresentando a idéia de utilizar tais resultados como auxílio na detecção de tumores:

em princípio, as técnicas de ressonância magnética nuclear (RMN) combinam muitas das características desejáveis de uma sonda externa para a detecção de câncer interno (1971, p.1151).

A técnica de RMN, abordada por Carr e Purcell, é então aplicada para estudar a estrutura da molécula de água em tecidos tumorais de ratos. Observouse a diferença do tempo de relaxação T1 e T2 de tecidos saudáveis e patológicos. Logo, segundo Damadian, 'a técnica de RMN possibilitaria a detecção da presença de infiltrados metastáticos no fígado a partir do sarcoma de Walker ou do hepatoma de Novikoff' (1971, p.1152). O próprio Damadian relaciona seus resultados com estudos a respeito do câncer já publicados em trabalhos por Hazlewood e Nichols; Szent-Gyorgyi's; Dunham, Nichols e Brunschwig.

Deste modo, aponta para a utilização da RMN como meio para diagnosticar e diferenciar câncer benigno e tumoral em casos cirúrgicos:

a possibilidade de que a RMN pudesse ser usada para a rápida discriminação entre espécimes cirúrgicos benignos e malignos também foi considerada. Os tempos de relaxamento para dois tumores benignos (fibroadenomas) foram distintos daqueles dos tecidos malignos e foram os mesmos que os dos músculos (1971, p.1153).

Em 1974, Damadian, recebe a patente de seu aparato que posteriormente 8 permitirá o imageamento por RMN e, segundo Kauffman, esta é 'a primeira patente no campo da IRM' (2014, p.82). Ele trabalha no campo desta idéia, que resulta no artigo de 1976 Field Focusing Nuclear Magnetic Resonance (FONAR): Visualization of a Tumor in a Live Animal publicado na Science , a respeito da imagem de um tumor em rato por meio da RMN. Por conseguinte, em 1980 a FONAR, empresa fundada por Damadian, fabrica a primeira máquina comercial de exame de RMN e até hoje continua fabricando equipamentos e avançando tecnologicamente (KAUFFMAN, 2014, p.85).

Em 1973, Lauterbur, publicou um artigo na Nature a respeito da obtenção da imagem de tubos capilares com água pura inseridos primeiramente em um cilindro com óxido de deutério e posteriormente em sulfato de manganês, sendo capaz de gerar uma construção bidimensional a qual denominou zeugmatography (LAUTERBUR, 1973, p.190).

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A conclusão apresentada por Lauterbur sugere a aplicação de seu trabalho na análise de tecidos tumorais, referenciando o trabalho de Irwin Weisman, publicado em 1972 na Science :

uma possível aplicação de considerável interesse neste momento seria o estudo in vivo de tumores malignos, que demonstraram dar sinais de ressonância magnética nuclear de prótons com tempos de relaxamento de ciclo de spin-água muito mais longos do que aqueles em tecidos normais correspondentes (LAUTERBUR, 1973, p.191).

Contudo, fica oculto o motivo que leva Lauterbur a apontar o trabalho de Weisman (1972) e não abordar o trabalho de Damadian, uma vez que este é citado logo no início do artigo de Weisman e dá origem a sua experimentação utilizando a RMN para detectar câncer in vivo .

A pesquisa feita até o presente momento ressalta uma controvérsia, Damadian também não seria merecedor do Nobel? Há uma injustiça ou até mesmo alguma história ocultada a respeito deste fato? Não se pode afirmar que essas questões serão respondidas, nem mesmo que este é um assunto fácil de ser desvendado, pois é um tema delicado e que até mesmo envolve disputas judiciais por patentes. Por conseguinte, o que se pretende é dar continuidade na busca e leitura de bibliografias e documentos que permitam uma compreensão fiel da história da evolução da ressonância magnética nuclear.

## Considerações finais

Pode-se identificar que há uma lacuna nos manuais a respeito da história da ressonância magnética nuclear, cuja aplicação e aperfeiçoamento da técnica vem crescendo. Os episódios históricos da ciência são fundamentais para a compreensão teórica das leis científicas e também para evitar a propagação da visão romântica do ser cientista e de suas descobertas. Alguns contextos são mais explorados que outros, tal como a discussão do sistema geocêntrico e heliocêntrico. Contudo, temas como a ressonância magnética nuclear não são estudados na mesma proporção.

A compreensão da técnica - que tem grande importância e aplicabilidade na área da saúde, auxiliando no diagnóstico de doenças - e seu desenvolvimento histórico pode ser utilizado para auxiliar a assimilação de conceitos da física, como estudo do eletromagnetismo e da física quântica e, favorecer o entendimento a respeito da construção do conhecimento científico como um empreendimento social, coletivo e racional.

O estudo em história e filosofia da ciência é importante para pessoas inseridas no meio científico, ampliando o conhecimento e alimentando raciocínios críticos, entre outros, pode servir como meio de divulgação da ciência. Isso permite o diálogo entre cientistas e não cientistas e, expõe ao público leigo como a ciência é feita, combatendo a idéia de cientistas gênios, que vivem isolados da sociedade e que em um estalar de dedos formulam leis e teorias.

## Referências

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