Modelado del potencial de acción cardíaco con Simulink

Abstract

Básicamente, un potencial de acción es un cambio muy rápido en la polaridad de la membrana celular del valor negativo normal de reposo a un valor positivo y finalmente un cambio de casi igual rapidez hacia los valores negativos nuevamente. Es un ciclo que dura alrededor de 200 milisegundos. Cada ciclo comprende 5 fases, la Fase 0 de despolarización rápida, la Fase 1 de repolarización temprana, la Fase 2 de meseta, la Fase 3 de repolarización rápida y la Fase 4 de reposo. La presencia de la meseta en la fase 2 hace que la contracción muscular dure hasta 15 veces más en el músculo cardíaco que en el músculo esquelético. Tanto el origen como el desarrollo de este fenómeno se deben a ciertos canales proteicos presentes en la membrana celular que permiten el flujo coordinado de ciertas corrientes de iones, como Sodio y Potasio, a través de la membrana. El modelo que se utiliza para la simulación es un Modelo Matemático del Potencial de Acción Cardíaco Ventricular de un mamífero (Luo y Rudy, 1991). Este modelo se basa en información obtenida para una célula aislada y de un solo canal, e incorpora la posibilidad de variar la concentración extracelular de Potasio [Ko] y ver los efectos que esta variación produce en las características del Potencial de Acción. La modelización de las 30 ecuaciones contenidas en el modelo de Luo y Rudy se llevó a cabo mediante el uso del entorno Simulink, incluido en el software matemático Matlab. También, como el modelo lo establecía, se incluyó la posibilidad de variar de [Ko] de su valor en condiciones normales de 5,4 mM/l. Al variar los valores de [Ko] los efectos mas importantes se evidenciaron en la duración del Potencial de Acción (APD) y en el valor negativo del potencial de reposo (Vrest), mientras que los efectos en los potenciales de meseta fueron mínimos. Al aumentar [Ko], Vrest se vuelve menos negativo y APD disminuye, y al disminuir [Ko], Vrest se vuelve mas negativo y APD aumenta, lo que concuerda con los resultados experimentales. Una vez realizada la modelización, se procedió a la validación de la misma mediante la comparación con modelos mas precisos y ya validados disponibles en la web (http://www.physiome.org/) observándose un desplazamiento temporal aproximado de 50 milisegundos y mínimas diferencias en la morfología del mismo. Por lo antes expuesto se puede concluir que el modelo en Simulink se adapta correctamente a los valores del trabajo original de Luo y Rudy.