Acerca del modelado de excitabilidad celular: Una revisión crítica al modelo de Hodgkin-Huxley

Ponente(s): Rogelio Barrios Rosas, Rogelio Barrios Rosas, Marco Arieli Herrera Valdez

El modelo de Hodgkin y Huxley (1952, premio nobel de medicina y fisiología de 1963, referido en lo subsecuente como HH), es la piedra angular para nuestro entendimiento sobre la generación de pulsos eléctricos en células excitables. Entre otras razones, el modelo fue de los primeros trabajos en fisiología que generó explicaciones y predicciones acertadas sobre la señalización eléctrica en neuronas. Dicho modelo combina ecuaciones diferenciales no lineales, datos experimentales, y principios físicos para explicar como los pulsos eléctricos en neuronas son producidos por una entrada de sodio seguida de una salida de potasio. Entre otras predicciones del modelo, los iones pasan a través de canales en la membrana celular generando corrientes, y que la apertura de dichos canales depende de la diferencia de potencial eléctrico dentro y fuera de la membrana. Actualmente, el modelo de HH el principal paradigma para modelar actividad eléctrica en células excitables (e.g. neuronas, cardiocitos, células beta del páncreas). Sin embargo, en la deducción del modelo, fueron hechas una serie de suposiciones que además conllevaban una serie de problemas metodológicos y conceptuales. Algunos de esos problemas se deben a limitaciones tecnológicas y de conocimiento de la época. No obstante, otros problemas resultan de ajustes estadísticos y formulaciones fenomenológicas que fueron construidas con el fin de reproducir resultados experimentales. En su época, y también actualmente, los problemas mencionados anteriormente son pasados por alto por la comunidad científica en general. En este trabajo exponemos las razones por las cuales los problemas mencionados son relevantes para la fisiología, tanto conceptual, como cualitativa y cuantitativamente, resultando en concepciones y predicciones incorrectas. A partir de principios físicos y utilizando herramientas básicas de la teoría de sistemas dinámicos, delineamos una serie de modificaciones, ajustes y generalizaciones que mejoran la manera en que modelamos y entendemos la actividad en células excitables. En particular, demostramos como el modelo original de HH se puede obtener como una aproximación de primer orden un modelo genérico obtenido a partir de principios termodinámicos.