Simulación Marcapasos

Trabajo Práctico Especial de Biofísica: Segundo parcial

Simulación de un marcapasos del sistema respiratorio

Grupo: Cecilia Calero y Jésica Pellegrotti

Departamento de Física - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales - Universidad de Buenos Aires - Ciudad Universitaria Pabellón 1 -Buenos Aires - Argentina -

Resumen: En el presente trabajo práctico a partir de la elección de un paper se llevo a cabo un modelado que diera como resultado la reproducción de las figuras presentes en el mismo. El grupo de trabajo seleccionó tres figuras que representaban la actividad rítmica del calcio intracelular, el disparo de bursting de potenciales de acción dependientes del calcio interno y la descarga eléctrica en el nervio hipogloso que da lugar a la inhalación, y las modelo obteniendo resultados consistentes con los encontrados en el paper.

Introducción

El paper elegido para la realización del trabajo práctico especial se llama Neuronal pacemaker for breathing visualizad in Vitro. En este se presentan resultados a partir de los cuales se intenta relacionar los patrones de actividad neuronal rítmicos originados en el complejo pre-Botzinger, con el actividad neuronal de un marcapasos (que presenta un bursting rítmico), que está acoplado a sinapsis excitatorias.

Los autores del paper logran ver la actividad de las neuronas inspiratorias del marcapasos, (a nivel de una célula y de un grupo), y encuentran una dependencia de la propiedades de bursting de las neuronas del marcapasos con la frecuencia respiratoria.

En este trabajo se eligieron tres de las figuras presentadas en el paper y se intentó modelar los resultados obtenidos por estos investigadores.

Las figuras utilizadas se muestran a continuación:

F/F simboliza la actividad rítmica del calcio intracelular. Se encuentra representada en unidades arbitrarias dado que se mide por la técnica de calcium imaging, como cambios en la intensidad de la fluorescencia medida normalizada por algún factor del sistema.

Este cambio en la concentración de Calcio intracelular daría lugar al disparo rítmico de bursting por parte de las neuronas que forman el marcapasos respiratorio.

Esta figura representa los burst producidos rítmicamente.

Estos permitirían que exista una descarga eléctrica que da lugar a la inspiración.

XII representa la actividad eléctrica en el nervio hipogloso que da lugar a la inhalación. Este dato se obtiene mediando la descarga del nervio que forma parte de la preparación del slices.

A partir de estos datos experimentales se construyó el modelado del trabajo práctico.

Métodos

Para el modelado se utilizaron las siguientes ecuaciones,

function dydt = ode_burst(t,y)

Modelo para la respiración/Burst

Variables

c=y(1); Variable de cambio de concentración de calcio en el tiempo

n=y(2); Variable de cambio de la permeabilidad del canal de potasio

v=y(3); Variable de cambio de voltaje en el tiempo

Ins=y(4); Variable que representa el movimiento de inspiración

Parámetros del modelo

cm=0.5; Capacitancia de la membrana

ctek=3; Constante de permeabilidad de potasio

ctel=0.012; Constante de permeabilidad de los canales de leak y otros

vca=100; potencial

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