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El simulador ofrece la capacidad de simular el proceso de “Pach Clamp” o “clampeo de voltaje” o “abrazadera de voltaje” para una célula (exitable) completa. El simulador se basa en el modelo matemático de Hodgkin-Huxley, el cual fue descrito por Alan Lloyd Hodgkin y Andrew Huxley en la década de 1950. Este modelo se originó a partir de sus investigaciones en el axón gigante del calamar, trabajo que les valió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1963.
El “clamp de voltaje” o “clampaje de voltaje” o “clampeo de voltaje” es una técnica esencial en la investigación neurofisiológica para estudiar cómo los canales iónicos en las membranas celulares contribuyen a la actividad eléctrica de las células nerviosas. Esta técnica permite controlar y mantener constante el potencial de membrana de una célula mientras se registra la corriente iónica que fluye a través de sus canales. El proceso implica la aplicación de una corriente externa para ajustar el potencial de membrana a un valor deseado. Esto permite a los investigadores observar cómo los canales iónicos responden al cambio de voltaje y cómo influyen en la corriente iónica resultante. Al mantener constante el voltaje, se puede medir la corriente iónica específica en función del tiempo, lo que proporciona información valiosa sobre la actividad de los canales iónicos y sus propiedades cinéticas. El clamp de voltaje es esencial para comprender cómo los canales iónicos en la membrana celular contribuyen a la generación y propagación de señales eléctricas, como los potenciales de acción
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 en la membrana neuronal generan y propagan los potenciales de acción. El modelo describe 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 V. 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 grafica la corriente (miliAmpers/Centimetro cuadrado) en funcion del tiempo (milisegundos) para cada valor de clampeo (voltaje- en miliVoltios). Tambien se grafica la Conductancia (μS/cm²) en funcion del tiempo
Se presentan gráficos individuales para la corriente y conductancia de sodio, de potasio, de fuga y total. Ademas se presenta un gráfico con todas las corrientes combinadas y otro con todas las conductancias combinadas. La corriente total es la suma de las corrientes de sodio, potasio y fuga.La conductancia total es la suma de las conductancias de sodio, potasio y fuga.
Estos gráficos cuentan con funcionalidades interactivas en su versión para computadoras. Es posible aplicar zoom y desplazarse horizontalmente (paneo). Además, es posible ajustar el tamaño de los gráficos utilizando los controles correspondientes (Versiòn pantalla Pc). También se permite ocultar y mostrar las leyendas, y al hacer clic en cada leyenda es posible ocultar de forma individual cada una de ellas. Adicionalmente, se puede realizar un doble clic para aplicar un zoom focalizado en un punto específico del gráfico.
¿Cómo Funciona?
Elije la cantidad de clampeos que deseas realizar, despues el voltaje minimo (de inicio de la barrida) y por ultimo elije el intervalo (salto o distancia) entre un clampeo y el siguente. Toca el boton de “Clampear” y se dibujaran los gráficos.
Los números decimales deben ingresarse con un punto y no una coma. Ejemplo: “0.5” y no “0,5”. Si dejas algún campo obligatorio en blanco, la simulación se llevará a cabo considerando la unidad mínima correspondiente para ese campo. En caso de ingresar un valor por debajo del límite mínimo permitido, la simulación se efectuará considerando el valor mínimo permitido. Si ingresas un valor que excede el límite máximo permitido, la simulación se ejecutará con el valor máximo permitido para el campo en cuestión. En todas las situaciones donde el valor utilizado en la simulación difiera del ingresado por el usuario, se resaltará el campo de ingreso en color amarillo para señalarlo.
A continuación, se presentan los parámetros de las ecuaciones del modelo Hodgkin-Huxley.
Si deseas modificarlos, puedes acceder a la sección Versión Avanzada.
Parametros utilizados
para la simulacion
Conductancias
Conductancia máxima de los canales de potasio: 36 (mSiemens)
Conductancia máxima de los canales de sodio: 120 (mSiemens)
Conductancia máxima de los canales de fuga: 0.3 (mSiemens)
Potenciales
Potencial de equilibrio del potasio: -77 (mVoltios)
Potencial de equilibrio del sodio: 50 (mVoltios)
Potencial de equilibrio de la corriente de fuga: -54.387 (mVoltios)
Voltaje de reposo de la membrana celular : -65 (mVoltios)
Capacitancia de la membrana celular: 1 (μF/cm^2)
Probabilidades
Probabilidad de apertura de los canales de potasio: 0.317
Probabilidad de apertura de los canales de sodio: 0.05
Probabilidad de inactivación de los canales de sodio: 0.6
Tiempo
Tiempo de duracion de la simulación: 10 (ms)
Paso de tiempo para cada punto del grafico: 0.01 (ms)
Cantidad de puntos de cada grafico: 1000 puntos
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.
podemmos 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!
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