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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E02 - Generación del potencial de acción (modelo de Hodgkin-Huxley)
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:3955
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Membrana neuronal y canales iónicos
La membrana neuronal contiene canales de sodio, canales de potasio y una vía de fuga pasiva. Durante el potencial de acción, las conductancias de sodio y potasio dejan de ser constantes y cambian con el tiempo y con el voltaje por medio de sus compuertas; la fuga permanece pasiva.
Grupo 2: Grupo 2: Cinética dependiente de voltaje de las compuertas
Las compuertas de activación e inactivación evolucionan hacia valores estacionarios que dependen del voltaje instantáneo. La aproximación es exponencial y está gobernada por constantes de tiempo también dependientes del voltaje: una cinética más rápida hace que la compuerta alcance antes su estado estacionario.
Grupo 3: Grupo 3: Corrientes de sodio, potasio y fuga
La corriente total de membrana durante el potencial de acción es la suma de una corriente rápida de sodio, una corriente más lenta de potasio y una corriente de fuga pasiva. Las corrientes de sodio y potasio dependen de las conductancias moduladas por las compuertas y de los potenciales de Nernst correspondientes.
Grupo 4: Grupo 4: Despolarización regenerativa
La apertura rápida de la compuerta de activación de sodio aumenta la conductancia de sodio y produce la fase de despolarización rápida. El aumento del potencial de membrana modifica a su vez las compuertas dependientes de voltaje, estableciendo el carácter regenerativo de la respuesta.
Grupo 5: Grupo 5: Repolarización de la membrana
Tras la despolarización, la inactivación de sodio reduce su contribución mientras la activación más tardía de potasio aumenta la corriente de potasio. La combinación de ambos procesos produce la repolarización de la membrana neuronal.
Grupo 6: Grupo 6: Período refractario
Después del potencial de acción, la compuerta de inactivación de sodio todavía no se ha recuperado. Mientras persiste ese estado, la membrana no puede generar un nuevo potencial de acción; la recuperación de la compuerta limita temporalmente la excitabilidad.
Grupo 7: Grupo 7: Integración eléctrica del potencial de acción
El potencial de membrana observado integra las corrientes iónicas, la capacitancia y una corriente externa aplicada. Las conductancias dependientes de compuertas convierten la dinámica molecular de los canales en las fases macroscópicas de despolarización, repolarización y refractariedad.
ID:1325
Grupo 1: Grupo 1: Membrana neuronal y canales iónicos
Descripción
La membrana neuronal contiene canales de sodio, canales de potasio y una vía de fuga pasiva. Durante el potencial de acción, las conductancias de sodio y potasio dejan de ser constantes y cambian con el tiempo y con el voltaje por medio de sus compuertas; la fuga permanece pasiva.
Pregunta clave: ¿Qué componentes de la membrana participan en la generación del potencial de acción?
La membrana neuronal contiene canales de sodio, canales de potasio y una vía de fuga pasiva. Durante el potencial de acción, las conductancias de sodio y potasio dejan de ser constantes y cambian con el tiempo y con el voltaje por medio de sus compuertas; la fuga permanece pasiva. El modelo de Hodgkin-Huxley describe la corriente total que atraviesa la membrana neuronal durante el potencial de acción como la suma de tres corrientes distintas: una corriente de sodio rápida, gobernada por una compuerta de activación y una compuerta de inactivación propias de los canales de sodio; una corriente de potasio más lenta, gobernada por una compuerta de activación propia de los canales de potasio; y una corriente de fuga pasiva, que no depende de ninguna compuerta. Esta relajación de las distintas compuertas hacia sus valores estacionarios es lo que produce, en secuencia, las distintas fases del potencial de acción de la membrana neuronal: primero, la apertura de la compuerta de activación de los canales de sodio produce la fase de despolarización rápida; luego, la inactivación de esa misma compuerta de los canales de sodio, junto con la activación más tardía de la compuerta de los canales de potasio, produce la repolarización de la membrana neuronal; y finalmente, mientras la compuerta de inactivación de los canales de sodio no se ha recuperado todavía, la membrana neuronal atraviesa un período refractario durante el cual no puede generar un nuevo potencial de acción. El potencial de acción es una despolarización transitoria y regenerativa de la membrana neuronal, generada por la apertura y el cierre, secuenciales y dependientes de voltaje, de los canales de sodio y los canales de potasio de esa membrana neuronal. En conjunto, es esta misma membrana neuronal, con sus canales de sodio y de potasio gobernados por compuertas dependientes de voltaje, la que genera el potencial de acción, con sus fases de despolarización rápida, repolarización y período refractario.
ID:7644
Grupo 2: Grupo 2: Cinética dependiente de voltaje de las compuertas
Descripción
Las compuertas de activación e inactivación evolucionan hacia valores estacionarios que dependen del voltaje instantáneo. La aproximación es exponencial y está gobernada por constantes de tiempo también dependientes del voltaje: una cinética más rápida hace que la compuerta alcance antes su estado estacionario.
Pregunta clave: ¿Cómo evolucionan las compuertas de los canales cuando cambia el voltaje?
Las compuertas de activación e inactivación evolucionan hacia valores estacionarios que dependen del voltaje instantáneo. La aproximación es exponencial y está gobernada por constantes de tiempo también dependientes del voltaje: una cinética más rápida hace que la compuerta alcance antes su estado estacionario. Cada compuerta de activación o de inactivación de la membrana neuronal relaja de forma exponencial hacia un valor estacionario que depende del voltaje de la membrana neuronal, y lo hace con una constante de tiempo que también depende de ese mismo voltaje: cuanto más rápida es esta constante de tiempo, más rápido se acerca la compuerta a su valor estacionario ante un cambio de voltaje. Esta relajación de las distintas compuertas hacia sus valores estacionarios es lo que produce, en secuencia, las distintas fases del potencial de acción de la membrana neuronal: primero, la apertura de la compuerta de activación de los canales de sodio produce la fase de despolarización rápida; luego, la inactivación de esa misma compuerta de los canales de sodio, junto con la activación más tardía de la compuerta de los canales de potasio, produce la repolarización de la membrana neuronal; y finalmente, mientras la compuerta de inactivación de los canales de sodio no se ha recuperado todavía, la membrana neuronal atraviesa un período refractario durante el cual no puede generar un nuevo potencial de acción. El modelo de Hodgkin-Huxley describe la corriente total que atraviesa la membrana neuronal durante el potencial de acción como la suma de tres corrientes distintas: una corriente de sodio rápida, gobernada por una compuerta de activación y una compuerta de inactivación propias de los canales de sodio; una corriente de potasio más lenta, gobernada por una compuerta de activación propia de los canales de potasio; y una corriente de fuga pasiva, que no depende de ninguna compuerta. La diferencia es que, en este modelo del potencial de acción, la conductancia de cada canal iónico deja de ser constante y pasa a depender tanto del tiempo como del voltaje de la membrana neuronal, a través de las compuertas de activación e inactivación descritas anteriormente.
ID:7645
Grupo 3: Grupo 3: Corrientes de sodio, potasio y fuga
Descripción
La corriente total de membrana durante el potencial de acción es la suma de una corriente rápida de sodio, una corriente más lenta de potasio y una corriente de fuga pasiva. Las corrientes de sodio y potasio dependen de las conductancias moduladas por las compuertas y de los potenciales de Nernst correspondientes.
Pregunta clave: ¿Qué corrientes atraviesan la membrana durante el potencial de acción?
La corriente total de membrana durante el potencial de acción es la suma de una corriente rápida de sodio, una corriente más lenta de potasio y una corriente de fuga pasiva. Las corrientes de sodio y potasio dependen de las conductancias moduladas por las compuertas y de los potenciales de Nernst correspondientes. El modelo de Hodgkin-Huxley describe la corriente total que atraviesa la membrana neuronal durante el potencial de acción como la suma de tres corrientes distintas: una corriente de sodio rápida, gobernada por una compuerta de activación y una compuerta de inactivación propias de los canales de sodio; una corriente de potasio más lenta, gobernada por una compuerta de activación propia de los canales de potasio; y una corriente de fuga pasiva, que no depende de ninguna compuerta. Esta relajación de las distintas compuertas hacia sus valores estacionarios es lo que produce, en secuencia, las distintas fases del potencial de acción de la membrana neuronal: primero, la apertura de la compuerta de activación de los canales de sodio produce la fase de despolarización rápida; luego, la inactivación de esa misma compuerta de los canales de sodio, junto con la activación más tardía de la compuerta de los canales de potasio, produce la repolarización de la membrana neuronal; y finalmente, mientras la compuerta de inactivación de los canales de sodio no se ha recuperado todavía, la membrana neuronal atraviesa un período refractario durante el cual no puede generar un nuevo potencial de acción. En conjunto, es esta misma membrana neuronal, con sus canales de sodio y de potasio gobernados por compuertas dependientes de voltaje, la que genera el potencial de acción, con sus fases de despolarización rápida, repolarización y período refractario. Este modelo del potencial de acción usa las mismas variables ya definidas para la membrana neuronal en reposo: el potencial de membrana observado, la capacitancia de la membrana neuronal, la conductancia de cada canal iónico, el potencial de Nernst de cada ion, y una corriente externa aplicada desde fuera de la membrana neuronal.
ID:7646
Grupo 4: Grupo 4: Despolarización regenerativa
Descripción
La apertura rápida de la compuerta de activación de sodio aumenta la conductancia de sodio y produce la fase de despolarización rápida. El aumento del potencial de membrana modifica a su vez las compuertas dependientes de voltaje, estableciendo el carácter regenerativo de la respuesta.
Pregunta clave: ¿Cómo se origina la despolarización rápida y regenerativa?
La apertura rápida de la compuerta de activación de sodio aumenta la conductancia de sodio y produce la fase de despolarización rápida. El aumento del potencial de membrana modifica a su vez las compuertas dependientes de voltaje, estableciendo el carácter regenerativo de la respuesta. Esta relajación de las distintas compuertas hacia sus valores estacionarios es lo que produce, en secuencia, las distintas fases del potencial de acción de la membrana neuronal: primero, la apertura de la compuerta de activación de los canales de sodio produce la fase de despolarización rápida; luego, la inactivación de esa misma compuerta de los canales de sodio, junto con la activación más tardía de la compuerta de los canales de potasio, produce la repolarización de la membrana neuronal; y finalmente, mientras la compuerta de inactivación de los canales de sodio no se ha recuperado todavía, la membrana neuronal atraviesa un período refractario durante el cual no puede generar un nuevo potencial de acción. En conjunto, es esta misma membrana neuronal, con sus canales de sodio y de potasio gobernados por compuertas dependientes de voltaje, la que genera el potencial de acción, con sus fases de despolarización rápida, repolarización y período refractario. El potencial de acción es una despolarización transitoria y regenerativa de la membrana neuronal, generada por la apertura y el cierre, secuenciales y dependientes de voltaje, de los canales de sodio y los canales de potasio de esa membrana neuronal. El modelo de Hodgkin-Huxley describe la corriente total que atraviesa la membrana neuronal durante el potencial de acción como la suma de tres corrientes distintas: una corriente de sodio rápida, gobernada por una compuerta de activación y una compuerta de inactivación propias de los canales de sodio; una corriente de potasio más lenta, gobernada por una compuerta de activación propia de los canales de potasio; y una corriente de fuga pasiva, que no depende de ninguna compuerta.
ID:7647
Grupo 5: Grupo 5: Repolarización de la membrana
Descripción
Tras la despolarización, la inactivación de sodio reduce su contribución mientras la activación más tardía de potasio aumenta la corriente de potasio. La combinación de ambos procesos produce la repolarización de la membrana neuronal.
Pregunta clave: ¿Cómo retorna la membrana hacia potenciales más bajos?
Tras la despolarización, la inactivación de sodio reduce su contribución mientras la activación más tardía de potasio aumenta la corriente de potasio. La combinación de ambos procesos produce la repolarización de la membrana neuronal. Esta relajación de las distintas compuertas hacia sus valores estacionarios es lo que produce, en secuencia, las distintas fases del potencial de acción de la membrana neuronal: primero, la apertura de la compuerta de activación de los canales de sodio produce la fase de despolarización rápida; luego, la inactivación de esa misma compuerta de los canales de sodio, junto con la activación más tardía de la compuerta de los canales de potasio, produce la repolarización de la membrana neuronal; y finalmente, mientras la compuerta de inactivación de los canales de sodio no se ha recuperado todavía, la membrana neuronal atraviesa un período refractario durante el cual no puede generar un nuevo potencial de acción. En conjunto, es esta misma membrana neuronal, con sus canales de sodio y de potasio gobernados por compuertas dependientes de voltaje, la que genera el potencial de acción, con sus fases de despolarización rápida, repolarización y período refractario. El modelo de Hodgkin-Huxley describe la corriente total que atraviesa la membrana neuronal durante el potencial de acción como la suma de tres corrientes distintas: una corriente de sodio rápida, gobernada por una compuerta de activación y una compuerta de inactivación propias de los canales de sodio; una corriente de potasio más lenta, gobernada por una compuerta de activación propia de los canales de potasio; y una corriente de fuga pasiva, que no depende de ninguna compuerta.
ID:7648
Grupo 6: Grupo 6: Período refractario
Descripción
Después del potencial de acción, la compuerta de inactivación de sodio todavía no se ha recuperado. Mientras persiste ese estado, la membrana no puede generar un nuevo potencial de acción; la recuperación de la compuerta limita temporalmente la excitabilidad.
Pregunta clave: ¿Qué impide temporalmente generar un nuevo potencial de acción?
Después del potencial de acción, la compuerta de inactivación de sodio todavía no se ha recuperado. Mientras persiste ese estado, la membrana no puede generar un nuevo potencial de acción; la recuperación de la compuerta limita temporalmente la excitabilidad. Esta relajación de las distintas compuertas hacia sus valores estacionarios es lo que produce, en secuencia, las distintas fases del potencial de acción de la membrana neuronal: primero, la apertura de la compuerta de activación de los canales de sodio produce la fase de despolarización rápida; luego, la inactivación de esa misma compuerta de los canales de sodio, junto con la activación más tardía de la compuerta de los canales de potasio, produce la repolarización de la membrana neuronal; y finalmente, mientras la compuerta de inactivación de los canales de sodio no se ha recuperado todavía, la membrana neuronal atraviesa un período refractario durante el cual no puede generar un nuevo potencial de acción. En conjunto, es esta misma membrana neuronal, con sus canales de sodio y de potasio gobernados por compuertas dependientes de voltaje, la que genera el potencial de acción, con sus fases de despolarización rápida, repolarización y período refractario. El modelo de Hodgkin-Huxley describe la corriente total que atraviesa la membrana neuronal durante el potencial de acción como la suma de tres corrientes distintas: una corriente de sodio rápida, gobernada por una compuerta de activación y una compuerta de inactivación propias de los canales de sodio; una corriente de potasio más lenta, gobernada por una compuerta de activación propia de los canales de potasio; y una corriente de fuga pasiva, que no depende de ninguna compuerta. El potencial de acción es una despolarización transitoria y regenerativa de la membrana neuronal, generada por la apertura y el cierre, secuenciales y dependientes de voltaje, de los canales de sodio y los canales de potasio de esa membrana neuronal.
ID:7649
Grupo 7: Grupo 7: Integración eléctrica del potencial de acción
Descripción
El potencial de membrana observado integra las corrientes iónicas, la capacitancia y una corriente externa aplicada. Las conductancias dependientes de compuertas convierten la dinámica molecular de los canales en las fases macroscópicas de despolarización, repolarización y refractariedad.
Pregunta clave: ¿Cómo se integran las corrientes y propiedades eléctricas en el potencial observado?
El potencial de membrana observado integra las corrientes iónicas, la capacitancia y una corriente externa aplicada. Las conductancias dependientes de compuertas convierten la dinámica molecular de los canales en las fases macroscópicas de despolarización, repolarización y refractariedad. Este modelo del potencial de acción usa las mismas variables ya definidas para la membrana neuronal en reposo: el potencial de membrana observado, la capacitancia de la membrana neuronal, la conductancia de cada canal iónico, el potencial de Nernst de cada ion, y una corriente externa aplicada desde fuera de la membrana neuronal. En conjunto, es esta misma membrana neuronal, con sus canales de sodio y de potasio gobernados por compuertas dependientes de voltaje, la que genera el potencial de acción, con sus fases de despolarización rápida, repolarización y período refractario. El modelo de Hodgkin-Huxley describe la corriente total que atraviesa la membrana neuronal durante el potencial de acción como la suma de tres corrientes distintas: una corriente de sodio rápida, gobernada por una compuerta de activación y una compuerta de inactivación propias de los canales de sodio; una corriente de potasio más lenta, gobernada por una compuerta de activación propia de los canales de potasio; y una corriente de fuga pasiva, que no depende de ninguna compuerta. Esta relajación de las distintas compuertas hacia sus valores estacionarios es lo que produce, en secuencia, las distintas fases del potencial de acción de la membrana neuronal: primero, la apertura de la compuerta de activación de los canales de sodio produce la fase de despolarización rápida; luego, la inactivación de esa misma compuerta de los canales de sodio, junto con la activación más tardía de la compuerta de los canales de potasio, produce la repolarización de la membrana neuronal; y finalmente, mientras la compuerta de inactivación de los canales de sodio no se ha recuperado todavía, la membrana neuronal atraviesa un período refractario durante el cual no puede generar un nuevo potencial de acción.
ID:7650