Modelado computacional del efecto de bombas, intercambiadores y cotransportadores iónicos en el potencial de acción neuronal

Abstract

[ES] En los modelos matemáticos comúnmente utilizados para simular el comportamiento eléctrico de las neuronas, raras veces se incluyen las bombas iónicas (como la bomba sodio-potasio), intercambiadores iónicos (como el intercambiador sodio-calcio) y los cotransportadores iónicos (por ejemplo, el cotransportador cloro-potasio) en las ecuaciones de las corrientes eléctricas transmembrana. En este trabajo se ha desarrollado un software de simulación en entorno Matlab que incluya estas corrientes en un modelo de una neurona y se ha estudiado su efecto en las variaciones dinámicas en las concentraciones de los electrolitos. Para llegar a este software se han fusionado dos modelos diferentes realizando distintos estudios de sensibilidad. Finalmente se han obtenido dos posibles modelos uno con buena dinámica y otro con correcta magnitud de las corrientes. Se ha alcanzado en ambos casos un buen ajuste de la bomba de calcio y del transportador sodio-calcio. En el caso del cotransportador de cloro-potasio, la bomba sodio-potasio y el cotransportador cloro-potasio-sodio, se requerirían datos experimentales para poder mejorar el ajuste.

[EN] In the mathematical models commonly used to simulate the electrical behavior of neurons, ion pumps (such as the sodium-potassium pump), ion exchangers (such as the sodium-calcium exchanger), and ion cotransporters (such as the potassium-chloride cotransporter) are rarely included in the equations of the transmembrane electrical currents. This work aims to develop a simulation software package in Matlab that includes these currents in a model of a neuron and to study their effect on dynamic variations in electrolyte concentrations. In this work, a simulation software has been developed in Matlab which includes these currents in a model of a neuron, and also their effect on dynamic variations in electrolyte concentrations has been studied. This software is the result of merge two different models carrying out different sensitivity studies. Finally, two models have been obtained, one with good dynamics and the other with the correct magnitude of the currents. A good fit of the calcium pump and the sodium-calcium transporter has been achieved in both cases. In the case of the chlor-potassium cotransporter, the sodium-potassium pump, and the chlor-potassium-sodium cotransporter, experimental data is required to improve the fit.

[CAT] Als models matemàtics comunament utilitzats per a simular el comportament elèctric de les neurones, poques vegades s'inclouen les bombes iòniques (com la bomba sodi-potassi), intercanviadors iònics (com l'intercanviador sodi-calci) i els cotransportadors iònics (per exemple, el cotransportador clor-potassi) a les equacions de les corrents elèctriques transmembrana. A aquest treball s'ha desenvolupat un software de simulació en un entorn Matlab que inclogui aquestes corrents en un model d'una neurona i s'ha estudiat el seu efecte a les variacions dinàmiques a les concentracions dels electròlits. Per arribar a aquest software s'han fusionat dos models diferents realitzant diferents estudis de sensibilitat. Finalment s'han obtingut dos possibles models, un amb bona dinàmica i un altre amb correcta magnitud de les corrents. S'ha arribat a ambdós dos casos a un fructífer ajustament de la bomba de calci i del transportador sodi-calci. En el cas del cotransportador de cloro-potassi, la bomba sodi-potassi i el cotransportador clor-potassi-sodi encara està per afinar, es requereixen dades experimentals per a poder millorar l'ajustament.