Evidence of Anisotropie Reorientations of Water Molecules in the Cortex of the Rabbit Lens Detected by ¹H-NMR Spectroscopy

We studied the order of water molecules in different fragments of nucleus and cortex of lenses of 3 month old rabbits by investigating the ¹H-NMR spin-spin relaxtion behaviour of the water protons at room temperature. The experiments were carried out using the Carr Purcell Meiboom Gill (CPMG) technique. The apparent relaxation rate was found to be dependent on the pulse spacing in the CPMG sequence in a different way for nucleus and cortex. While for the nucleus the pulse spacing dependence can be explained by chemical exchange of water protons, the pulse spacing dependence of the cortex protons suggests the existence of not fully averaged residual magnetic dipolar couplings among the protons of a water molecule. To support this interpretation, measurements of the ratio of the solid echo (90x—90y) to the Hahn echo (90x—180x) amplitude were carried out for the same samples. These experiments give the expected ratio of = 0.5, characteristic of no residual couplings for the nucleus, but a ratio of = 0.7 for the cortex, which is characteristic of residual dipolar couplings, caused by anisotropie reorientations of the water molecules. Thus, evidence for an ordered state of the water molecules in the cortex has been found.

In dieser Arbeit wird die transversale Relaxation der Wasserprotonen in verschiedenen Teilen von Nukleus und Cortex der Augenlinsen drei Monate alter Kaninchen ¹H-NMR-spektroskopisch mit Hilfe der Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) Technik untersucht. Daraus ergeben sich Informationen über den Ordnungsgrad des Wassers in den verschiedenen Umgebungen. Die beobachteten Relaxationsraten von Nukleus und Cortex hängen in unterschiedlicher Weise vom Pulsabstand ab. Während die Abhängigkeit im Fall des Nukleus mit Protonen- und Wasseraustauschprozessen zwischen unterschiedlichen chemischen Umgebungen im Einklang steht, läßt sie sich im Fall des Cortex nur durch eine nicht ausgemittelte magnetische Dipol-Dipol-Kopplung der Wasserprotonen erklären. Zur Verifizierung dieser Interpretation wurden zusätzlich die Amplituden von „Festkörperechos" nach 90°x-τ-90°y-Anregung und von „Hahn-Echos" nach 90°x-τ-180°y-Anregung vermessen. Das Echoverhältnis = 0.5 für den Nukleus steht mit einer Ausmittlung der dipolaren Wechselwirkungen im Einklang, während der Wert von = 0.7 im Fall des Cortex die Beobachtung der nicht ausgemittelten dipolaren Wechselwirkungen unterstützt. Dieses Phänomen läßt sich mit einer anisotropen Rotationsdiffusion der Wassermoleküle im Cortex erklären, die durch einen von Null verschiedenen Ordnungsgrad bedingt ist.