Modelado electromecánico de la propagación del potencial de acción considerando variaciones en la apertura de canales iónicos

Abstract

La propagación del potencial de acción es un proceso clave en la transmisión de señales neuronales, tradicionalmente descrito por el modelo de Hodgkin-Huxley. Este trabajo presenta una simulación multifísica en COMSOL que permite analizar cómo diferentes condiciones iniciales de excitabilidad influyen en dicha propagación, considerando además el acoplamiento con una respuesta mecánica. Para ello, se modeló bidimensionalmente un axón mielinizado utilizando tres físicas acopladas: mecánica de sólidos para representar la deformación estructural, una ecuación diferencial parcial en forma de coeficientes para el potencial eléctrico, y ecuaciones diferenciales ordinarias para las variables m, h y n que regulan los canales iónicos. Se compararon dos escenarios con valores iniciales distintos para m, donde los resultados evidencian que al iniciar con la apertura de los canales de sodio, el potencial de acción se propaga con mayor intensidad, alcanzando una deformación más pronunciada al final del axón. En cambio, cuando la apertura es de forma gradual, la respuesta mecánica del axón es más moderada. En conclusión, la excitabilidad inicial tiene un efecto determinante en la forma de la propagación del potencial de acción como era lo esperado, porque los canales de sodio contribuyen a mejorar la propagación del potencial de acción.