Simulación del potencial de acción en axón gigante de calamar

Simulación del potencial de acción en axón gigante de calamar

Simulación del potencial de acción en axón gigante de calamar
Modelo de Hodgkin & Huxley 1952
Implementación en NEURON (Hines and Carnevale 1997)
http://www.neuron.yale.edu/neuron/
1. Compilación (conexión a internet necesaria)
En una terminal de la máquina virtual escriba: “sudo apt-get install libncurses-dev
libx11-dev” para bajar unas “libraries” que necesita el programa NEURON
Cuando se le solicite un password escriba “escuelaib”
Baje “Archivos Neuron” del sitio web de la escuela (en la máquina virtual)
Descomprima el archivo “neuron-escuelaIB.zip” que está en el folder “Downloads”
Cargue el directorio: escriba “cd escuelaIB”
Compile el folder: escriba “nrnivmodl”
2. Iniciar NEURON.
Escriba “nrngui” en la terminal
En el “Main menu” que aparece haga click en “File/load hoc” y seleccione hh.hoc
3. Potencial de reposo
Correr simulación: click Init & Run en el panel de control “RunControl”
¿Cuál es el potencial de reposo de la célula?
Calcule los potenciales de equilibrio (EK, ENa) para sodio y potasio
(las concentraciones extra (o) e intra (i)se encuentran en el panel de parámetros)
¿Qué pasa cuando aumentamos la concentración extracelular de K al doble (Ko)? ¿Por
qué?
¿Qué pasa cuando aumentamos la concentración extracelular de Na al doble (nao)?
¿Por qué?
Modifique los valores de concentración de K y Na y observe el efecto sobre Vm
¿Qué pasa cuando aumentamos la conductancia máxima del sodio
(gnamax_Inaleak1)? ¿Por qué?
Vuelva todos los parámetros a los valores predeterminados (solo destilde las casillas
modificas)
Aplique un pulso de 0.1 nA de 60 ms de duración (panel I/V Clamp Electrode):
Tilde “IClamp”
Delay = 1 ms
Duration = 60 ms
Amplitude = 0.1 nA
Corra una simulación (click Init & Run en el panel de control “RunControl”)
Explique la respuesta observada
Calcule la resistencia de entrada (input resistance Ri)
Modifique el diámetro del axón (disminuya diam (um) a la mitad en el panel de
parametros). Explique
Modifique la capacitancia (cm) a la mitad en el panel de parametros. Explique
Modifique las conductancias máximas de Na y K.
Explique lo observado
Destilde todas las casillas en todos los paneles, excepto en el panel “single
compartment”
4. Potencial de acción (current clamp)
Cambie el valor de las condutancias activas (voltaje-dependientes) del axón (panel de
parámetros):
Gnabar_hh = 0.12
Gkbar_hh = 0.036
Cambie la resolución temporal de la gráfica (panel de control):
Tstop (ms) = 10
Aplique un pulso de 0.05 nA de 1 ms de duración (panel I/V Clamp Electrode)
Delay = 1 ms
Duration = 1 ms
Amplitude = 0.05 nA
Aumente la amplitud en incrementos sucesivos de 0.05 nA
¿Cuál es el umbral de corriente para generar un potencial de acción (PA)?
Observe las características del PA
¿Cómo se le ocurre que podríamos inducir el disparo de un potencial de acción sin
aplicar corriente mediante un electrodo?
5. Corrientes iónicas (voltage-clamp)
Cree una ventana de gráficos para corriente (Main Menu):
Graph/Current axis
Haga click sostenido en el cuadrado pequeño de la esquina superior izquierda
de la ventana recién creada y seleccione “Plot What?”
En la ventana que aparece escriba “ik+ina” sin las comillas (tenga en cuenta
que el programa es “case sensitive”)
En el mismo menú emergente (el del cuadrado pequeño de la esquina)
seleccione “Keep lines”
Seleccione “Keep lines” tambien en la ventana de gráficos de voltaje (graph[0])
Cree un electrodo de voltage-clamp (panel I/V Clamp Electrode):
Tilde “VClamp”
Introduzca los siguientes valores:
Conditioning level
Duration = 1 ms
Amplitude = -65 mV
Testing level
Duration = 9 ms
Amplitude = -60 mV
Return level
Duration = 0 ms
Amplitude = -65 mV
Introduzca valores crecientes de despolarización en Testing level en incrementos de 10
mV (hasta 50 positivo) y corra una simulación después de cada cambio.
Re-escale la gráfica:
En el menú emergente de la ventana de la gráfica (el cuadrado
pequeño de la esquina superior) seleccione “View/View = plot
¿Qué iones intervienen en cada fase (temprana y tardía) de los trazos obtenidos?
Activación
Vuelva el valor de Testing level a -60 mV en la ventana I/V Clamp Electrode
En esa ventana tilde VClamp family y cambie el valor “# of steps” a 10
Cree otra ventana de gráficos para corriente (ver procedimiento anterior)
En el menú emergente de la ventana seleccione “Plot What?”
En la ventana que aparece escriba “ik”
Repita “Plot What?” y escriba “ina”
Seleccione “Keep lines” del menú emergente
Seleccione “Color/Brush”
Haga click sobre “ina” en la gráfica
Nota: para encuadrar la gráfica en las ventanas de gráficos seleccione “View…/View = plot “ del
menú emergente de la ventana
Corra una simulación haciendo click en “Vary test level” en el panel I/V Clamp
Electrode
¿Cuál es la corriente de potasio y cuál la de sodio?
Grafique a mano en una hoja de papel la corriente máxima de sodio y de potasio
contra los pulsos de voltaje aplicados.
¿Qué información nos da esta gráfica?
Inactivación
Aumente el tiempo de simulación a 30 ms (panel de control “RunControl”)
Tstop = 30 ms
Tilde VClamp en el panel I/V Clamp Electrode e introduzca los siguientes valores
Conditioning level
Duration = 1 ms
Amplitude = -65 mV
Testing level
Duration = 15 ms
Amplitude = -85 mV
Return level
Duration = 10 ms
Amplitude = +20 mV
Tilde VClamp Family en el mismo panel e introduzca
# of steps = 7
# mV/step = 10
Cree una gráfica de corriente (ver procedimientos anteriores) y escriba “ina” en la
ventana
de “Plot What?”
selecciones “Keep lines” del menú emergente
Corra una simulación haciendo click en “Vary test level” en el panel I/V Clamp
Electrode
Grafique a mano en una hoja de papel la corriente máxima de sodio obtenida en el
“Return level” contra los pulsos de voltaje aplicados en el “Test level”
¿Qué información nos da esta gráfica?
Variables (gates) y constantes de tiempo en el estado estacionario (mnf, hnf, ninf y m,
h,h,)
Cree un gráfico con las variables inicializadas a tiempo infinito
Abra la herramienta “Grapher” (main menu): Graph/Grapher
Ingrese los siguientes valores:
Indep Beguin = -100
Indep End = 40
Steps = 140
Click en Independent Var e ingrese “v” sin las comillas
Click en Generator y escriba “finitialize(v)”
En el menú emergente (cuadrado pequeño…)/Plot What? Escriba “m_hh” sin
las comillas
Repita el procedimiento… Plot What? Escriba “h_hh”
Repita de nuevo….”n_hh”
Click en “Plot”
Compare estos gráficos con los realizados a mano por usted en las secciones anteriores
¿Qué haría para que sus gráficos sean más parecidos a las curvas de activación e
inactivación en estado estacionario obtenidas con el Grapher?
En el Grapher:
Click en “Erase All”
Plot What? Escriba “mtau_hh” sin las comillas
Repita de nuevo….”htau_hh”
Repita de nuevo….”ntau_hh”
Click en “Plot”
¿Que puede decir de estos gráficos?…
¿Cómo es la voltaje-dependencia y la magnitud de las constantes de tiempo?
6. Disparo repetitivo (Current clamp)
Aumente el tiempo de simulación a 1,2s (panel de control “RunControl”)
Tstop = 1200 ms
Tilde “IClamp” en el panel del electrodo e ingrese:
Delay = 100 ms
Duration = 1000 ms
Amplitude = 0.01 nA
Observe la simulacion en la ventana de voltaje (graph[0])
Aumente la amplitud en incrementos sucesivos de 0.01 nA
¿Cuál es el umbral de corriente para que se dispare un potencial de acción?
Continue aumentando la amplitud en incrementos de 0.01 nA
¿Porque no hay transición suave de un PA a muchos PAs?
Construya una gráfica en una hoja de papel de frecuencia contra corriente inyectada
(cuente el número de PAs en 100 ms para cada pulso de corriente)
Guarde la sesión
En el menú principal: File/save session/
En la el campo “Enter filename” de la ventana que aparece escriba un nombre para la
sesión con la extensión .hoc
Cierre el programa: en Main Menu: File/Quit