¿Es el "agotamiento" de la membrana de Hodgkin-Huxley ante una estimulación constante un fenómeno real?

Estaba jugando con una simulación del modelo de Hodgkin-Huxley usando sus parámetros originales para el axón gigante del calamar.

Al aplicar una corriente de estimulación constante al modelo en estado de reposo, se desencadena un tren infinito de potenciales de acción, lo que parece razonable. Sin embargo, si la corriente supera un umbral, estos puntos de acceso se extinguen muy rápidamente, ya que tanto el potencial de membrana como las conductancias iónicas alcanzan un estado estacionario.

¿Cómo se llama este fenómeno? ¿Es un fenómeno real o simplemente un artefacto del modelo de Hodgkin-Huxley?

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Solo por mi propia capacidad para reproducir sus resultados, ¿usó uno de los simuladores en línea o codificó uno propio?
@jonsca: Está basado en uno de un curso universitario. No debería compartirlo públicamente, pero podría enviarle por correo electrónico el código de Matlab (tim@gurka.se). Es un solucionador DE ingenuo que aproxima directamente los diferenciales en pasos de tiempo de 1e-3 ms.

Respuestas (2)

Este fenómeno se denomina bloqueo de despolarización y se produce en membranas reales en experimentos con pinzas amperimétricas.

El mecanismo clave es que no se ha permitido que la membrana se repolarice lo suficiente como para aliviar la inactivación de los canales de sodio. El modelo de Hodgkin-Huxley refleja esto en la dependencia de voltaje "invertida" de la puerta h (puerta de inactivación de sodio): la inactivación es mayor a voltajes más altos. Esto significa que los canales de sodio no pueden volver a abrirse ni desencadenar otro potencial de acción hasta que la membrana se repolarice. Canónicamente, la necesidad de aliviar la inactivación de los canales de sodio es la razón de la fase posterior a la hiperpolarización de un potencial de acción en la que la carrera descendente de AP se vuelve transitoriamente más negativa que el potencial de reposo.

La relevancia del bloqueo de despolarización en condiciones fisiológicas in vivo no está bien estudiada. No es probable que se produzca un bloqueo de despolarización en neuronas que se comportan bien en condiciones fisiológicas. Sin embargo, es posible que ocurra durante estados patológicos.

(Probablemente debería tener una respuesta fácil a esto en la punta de mi mente, pero como no la tengo, voy a improvisar. Esta es probablemente solo una oportunidad para hacer el ridículo. Por favor, trate todo lo que sigue con extrema sospecha.)

Creo que esto es efectivamente un artefacto del modelo. Puede que eso no sea cierto en el sentido más estricto: es posible que tal comportamiento se produzca en preparaciones experimentales reales, pero requeriría conducirlos de manera drásticamente no fisiológica. No estoy al tanto de que esto se haya hecho, pero estoy seguro de que es solo mi ignorancia; me sorprendería si nadie lo hubiera intentado.

Sin embargo, en términos fisiológicos: ¿de dónde vendría una corriente constante tan grande en una célula real? ¿Adónde irían los cargos? ¿Cómo se mantendría eso con condiciones de contorno realistas?

Si bien es posible que tal efecto pueda entrar en juego de manera muy transitoria en los sistemas vivos, parece poco probable que se pueda alcanzar un verdadero estado estable de este tipo.

Gracias por tu contribución. Sin embargo, estoy interesado en lo que le sucedería a una membrana real, no en si es probable que la situación ocurra naturalmente.
@Tim En cuyo caso, probablemente deba ser más específico sobre el experimento que está proponiendo. Su pregunta parece reducirse a qué tan completamente describe el modelo HH el comportamiento de un AP de propagación de membrana de axón real. (Hay un problema auxiliar de qué tan bien tu sim implementa el modelo, pero dejemos eso por ahora). Al no haber hecho el experimento, solo puedo adivinar. Mi intuición es que sería posible llevar una membrana real a un estado estable si eres lo suficientemente agresivo al respecto, pero hacerlo no demostraría nada significativo.
La pregunta es más bien qué tan bien describe el modelo la realidad en un aspecto específico. Una forma de comprobarlo sería sujetar el axón de un calamar gigante como lo hicieron Hodgkin y Huxley, aplicar una corriente constante de suficiente amplitud y medir el potencial de membrana.
No me parece improbable que esto pueda ser un problema conocido con el modelo o un comportamiento conocido de la membrana real.
@Tim Para ese experimento, en general mantengo mi suposición. Con suficiente inyección de corriente, podría abrumar los comportamientos oscilatorios de la población del canal. Sin embargo, sería interesante ver en qué medida la corriente real necesaria para eso coincide con la predicción del modelo.
Desde mi punto de vista, si este fenómeno requiere o no una entrada no fisiológica a la célula no es relevante para la pregunta. Esto no es un artefacto del modelo. De hecho, el modelo predice el comportamiento de una neurona real.
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