Simulador
El simulador ofrece la capacidad de simular el “current pach clamp” o “clampeo de corriente” o “abrazadera de corriente” para una célula (neurona) completa. El modelo matemático utilizado para el simulador está basado en el modelo de Hodgkin-Huxley. El modelo de Hodgkin-Huxley fue desarrollado por Alan Lloyd Hodgkin y Andrew Huxley en la década de 1950 , y se basó, en sus investigaciones en el axón gigante de calamar, que les valieron el premio Nobel en fisiología y medicina en 1963.
El “clamp de corriente” o “clampaje de corriente” o “clampeo de corriente” es una técnica fundamental en la investigación neurofisiológica que permite mantener constante la corriente que fluye a través de una célula mientras se registra el cambio resultante en el potencial de membrana. Esta técnica es útil para investigar cómo los cambios en la corriente iónica afectan la actividad eléctrica de las células nerviosas. En el clamp de corriente, se ajusta una corriente externa para mantener constante el flujo de iones a través de los canales iónicos de la membrana celular. Esto permite a los investigadores analizar cómo la célula responde a la manipulación de la corriente iónica. Al mantener constante la corriente, se puede observar cómo el potencial de membrana cambia en respuesta a esa corriente constante, lo que proporciona información valiosa sobre la excitabilidad y la función celular.
A este respecto, el modelo de Hodgkin-Huxley es un avance fundamental en la comprensión de la excitabilidad neuronal y se basa en la dinámica de los canales iónicos en la membrana celular. Este modelo proporcionó una explicación detallada de cómo los cambios en la permeabilidad de los canales iónicos de la membrana neuronal, generan y propagan los potenciales de acción. El modelo explica cómo se abren y cierran los canales iónicos en respuesta a los cambios en el potencial de membrana.
Estas ecuaciones describen cómo las tasas de apertura y cierre de los canales de sodio, potasio y fuga, junto con sus conductancias máximas, influyen en el cambio de las probabilidades de apertura de los canales y, en última instancia, en el potencial de membrana. El modelo de Hodgkin-Huxley permitió entender cómo se generan y propagan los potenciales de acción en las neuronas, proporcionando un marco teórico sólido para estudiar la excitabilidad neuronal.
Gráficos
Se generan tres gráficos por separado. El primero ilustra la corriente externa aplicada en microamperios por centímetro cuadrado (µA/cm²) en función del tiempo, El segundo gráfico representa la variación del voltaje de la membrana en milivoltios (mV) en función del tiempo (ms), Y el tercer gráfico representa la conductancia de los canales sodio y de potasio en función del tiempo, acorde al modelo de Hodgkin-Huxley.
Estos gráficos cuentan con funcionalidades interactivas en su versión para computadoras. Es posible aplicar zoom y desplazarse tanto horizontal como verticalmente. Además, es posible ajustar el tamaño de los gráficos utilizando los controles correspondientes.
En ambas versiones, ya sea para computadoras o teléfonos, se permite ocultar y mostrar las leyendas, y al hacer clic en cada leyenda, es posible ocultar de forma individual cada una de ellas. También se pueden guardar hasta 5 clampeos en el mismo gráfico, así como limpiar los gráficos antes de cada clampeo, para que no se guarden los anterior.
¿Cómo Funciona?
Ingresa la intensidad deseada para la corriente externa, indica el momento en el cual deseas que ocurra el estímulo, establece la duración del mismo y, si deseas aplicar un segundo estímulo, selecciona la intensidad, el instante de inicio y la duración del segundo estímulo. Ten en cuenta que existen valores máximos y mínimos para cada uno de estos parámetros. Si no deseas aplicar un segundo estímulo, simplemente déjalo en blanco. También puedes elegir una dosis de toxina bloqueante de canales de sodio (SXT) y/o bloqueante de canales de potasio (TEA), Si no deseas aplicar una concentración o dosis de toxina , simplemente déjalo en blanco. Luego pulsa el botón ‘Estimular’ con los valores deseados configurados, o pulsa ‘Enter’ y el sistema comenzara la simulación y dibujara los gráficos. Al comenzar la simulación, se scrolleara hasta donde se dibujará el grafico de Voltaje en función del tiempo. Mientras este procesando los datos ingresados, el contenedor general de los gráficos cambiará su color a rojo y al finalizar el proceso volverá al color por defecto, en ese momento ya estarán disponibles los gráficos. Todo el proceso suele llevar de 1 a 5 segundos aproximadamente, dependiendo de la cantidad de dibujos acumulados en cada gráfico. Para generar un nuevo estimulo puedes repetir el proceso arriba mencionado o, si deseas repetir el mismo estimulo, puedes utilizar el botón “Repetir Estimulo”. Al presionar el botón “Generar Nuevo Estimulo” la pantalla se scrolleara hasta el sitio de ingresos de los parámetros, para que puedas ingresarlos.
Los datos y los gráficos estarán disponibles para su descarga en una hoja de cálculo al hacer clic en el botón “Descargar Datos y Gráficos en Excel”.
Los números decimales deben ingresarse con un punto y no una coma. Ejemplo: “0.5” y no “0,5”. Si alguno de los campos que son imprescindibles para la simulación se dejan en blanco, la simulación procederá asumiendo que se ha ingresado un valor de cero (0) o la cantidad mínima requerida para ese campo. En caso de ingresar un valor por debajo del mínimo permitido, se ejecutará la simulación como si se hubiera ingresado el minino valor permitido y en caso de ingresar un valor superior al máximo permitido, se ejecutará la simulación como si se hubiera ingresado el valor máximo permitido para tal o tales ítems. Los valores mínimos y máximos establecidos para los ítems ‘Comienzo’ y ‘Duración’, se aplican bajo la premisa de que el valor del ítem ‘Estimulo’ es distinto de cero (0). En caso de que este ítem sea igual a cero, el valor mínimo de los ítems ‘Comienzo’ y ‘Duración’ se ajustarán automáticamente a cero (0).
En cualquier caso en el que el valor utilizado para la simulación no sea el ingresado por el usuario, por alguno de los motivos antes mencionados, se avisará al usuario, resaltando en amarillo el cuadro de ingreso del valor.
Si deseas modificar los parámetros de las ecuaciones del modelo de Hodgkin-Huxley,
puedes acceder a la sección Versión Avanzada.
Ecuaciones del Modelo
Hodgkin-Huxley
Utilizando una serie de experimentos de fijación de voltaje y variando las concentraciones extracelulares de sodio y potasio, Hodgkin y Huxley desarrollaron un modelo en el que las propiedades de una célula excitable se describen mediante un conjunto de cuatro ecuaciones diferenciales ordinarias, incluyendo la ecuación para la corriente total. Estas son:
En la primera ecuacion:
I es la corriente por unidad de área. Cm es la capacitancia de membrana por unidad de área. gK y gNa son las conductancias de potasio y sodio por unidad de área, respectivamente. Vk y VNa son los potenciales de inversión de potasio y sodio , respectivamente, yg, yV son la conductancia de fuga por unidad de área y el potencial de inversión de fuga, respectivamente. Los elementos dependientes del tiempo de esta ecuación son V m , g Na yg K , donde las dos últimas conductancias también dependen explícitamente del voltaje de la membrana (Vm).
En las siguientes ecuaciones:
I es la corriente por unidad de área. γαi γβi son constantes de velocidad para el i -ésimo canal iónico, que dependen del voltaje pero no del tiempo. ġn es el valor máximo de la conductancia. n, myh son probabilidades adimensionales entre 0 y 1 que están asociadas con la activación de la subunidad del canal de potasio, la activación de la subunidad del canal de sodio y la inactivación de la subunidad del canal de sodio, respectivamente.
podemos resumirlo del siguiente modo:
Cambio en la conductancia de sodio (g_Na):
d_m/dt = alpha_m(V) * (1 – m) – beta_m(V) * m
donde m es la probabilidad de apertura de los canales de sodio,
y alpha_m(V) y beta_m(V) son tasas de apertura y cierre dependientes del potencial V.
Cambio en la conductancia de potasio (g_K):
d_n/dt = alpha_n(V) * (1 – n) – beta_n(V) * n
donde n es la probabilidad de apertura de los canales de potasio,
y alpha_n(V) y beta_n(V) son tasas de apertura y cierre dependientes del potencial V.
Cambio en la conductancia de fuga (g_L):
d_h/dt = alpha_h(V) * (1 – h) – beta_h(V) * h
donde h es la probabilidad de inactivación de los canales de fuga,
y alpha_h(V) y beta_h(V) son tasas de apertura y cierre dependientes del potencial V.
Ecuación de la corriente iónica total:
I_ion = g_Na * m^3 * h * (V – V_Na) + g_K * n^4 * (V – V_K) + g_L * (V – V_L)
donde I_ion es la corriente iónica total, V_Na, V_K y V_L son los potenciales
de equilibrio de sodio, potasio y fuga respectivamente.
¡Que disfrutes utilizando el simulador!