Definir un potencial de acción tónico es relativamente sencillo, ya que estos se corresponderían con los potenciales de acción conocidos como clásicos o convencionales, producidos por la permeabilidad selectiva de la membrana celular, mediante canales voltaje- dependiente, para los iones Na+ y K+, generando una despolarización de la membrana seguida de
una hiperpolarización de la misma, para regresar de nuevo a un estado de equilibrio (potencial de reposo o membrana).
La generación del potencial de acción clásico fue descrita en los años 50 por Hodgkin y Huxley (1952), como resultado de una serie de brillantes experimentos realizados en el axón gigante de calamar. El potencial de reposo de la membrana de una neurona de proyección talámica en mamíferos es de -65/-70 mv, como resultado de la separación de cargas iónicas a ambos lados de la membrana. Cuando la neurona es estimulada, la membrana se despolariza y responde mediante potenciales de acción individuales con una frecuencia y duración proporcionales a las características del estímulo.
Además de la conductancia a los iones Na+ y K+, la conductancia de bajo umbral al Ca2+ es
la más importante en las células de proyección talámicas, y de hecho, el mecanismo subyacente a las ráfagas tiene su origen en dicha conductancia y en la corriente IT asociada a la misma (Fig. 2.9).
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Las ráfagas de bajo umbral se generan cuando la corriente IT se encuentra de-inactivada,
para lo cual es preciso que se produzca una hiperpolarización previa de la membrana de una duración mínima de 50 ms. Por el contrario, durante la respuesta tónica, IT se encuentra inactivada
debido al estado de despolarización de la membrana, impidiéndose la entrada de calcio al interior celular y generándose potenciales de acción convencionales (Ramcharan et al., 2000; Gutierrez et
al., 2001).
Para que los canales de calcio voltaje dependientes se de-inactiven y por tanto puedan ser funcionales, es precisa una hiperpolarización de la membrana de al menos 50 ms, permitiendo la entrada de iones calcio al interior celular, generando una espiga de calcio de bajo umbral, la cual, al contrario que los potenciales de acción de Na+ y K+, es una espiga lenta, con una duración de entre
Fig. 2.9 Representación del mecanismo celular de generación de una espiga de calcio de bajo umbral. 1) Representación de canal T (canal de Ca2+) cerrado, al igual que los canales de K+2) Apertura del canal T por
hiperpolarización de la membrana celular, durante al menos 50 ms y generación de la corriente IT3) Inactivación
del canal T por despolarización de la membrana plasmática y apertura de los canales de K+ para devolver el
potencial de membrana a su valor en reposo 4) Canal T inactivado y cerrado. Potencial de membrana en reposo (Adaptado deSherman & Guillery, 2006)
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20 y 50ms (Coulter et al., 1989). La entrada de calcio provoca un estado de despolarización en la membrana de aproximadamente 20-30 mv, lo cual permite la apertura de los canales de Na+ y K+
voltaje dependientes, generándose una serie de potenciales de acción convencionales con una elevada frecuencia de disparo, característica de las ráfagas de bajo umbral. Al mismo tiempo, esta despolarización inactiva los canales T de Ca2+, provocando la repolarización de la membrana.
Por tanto, una ráfaga está constituida por una espiga de calcio de bajo umbral coronada por un tren de potenciales de acción clásicos. En base al mecanismo celular, los patrones temporales para determinar la presencia de una ráfaga, son un mínimo de dos espigas consecutivas, precedidas de un silencio de al menos 50 ms, y con un máximo de 6 ms entre espigas (ISI ó intervalo entre espigas, del inglés “inter spike interval”) (Ramcharan et al., 1999; Gutierrez et al., 2001).
Estos criterios son definidos como “liberales” (Weyand et al., 2001), frente a aquellos más restrictivos, que se corresponderían con 100 ms de silencio previo y un máximo de 4 ms ISI (Lu et al., 1992; Lu et al., 1993; Guido et al., 1995; Guido & Weyand, 1995; Ramcharan et al., 2000). Sin embargo, varios trabajos (Ramcharan et al., 2000; Weyand et al.,2001) consideran el intervalo de 50 ms previo a la generación de la ráfaga como suficiente, al existir una estrecha y compleja relación entre el grado de hiperpolarización de la membrana y el tiempo necesario para permitir la generación de la corriente de calcio, de manera que para generarse la corriente IT se ha de superar
una tasa mínima de despolarización en función del tiempo (dV/dt) (Gutierrez et al., 2001).
La clasificación de las espigas en tónicas o ráfagas en registros extracelulares con los parámetros utilizados (“liberales”), supone la posible inclusión de espigas de alto umbral (Guido et al., 1992; Swadlow & Gusev, 2001; Rivadulla et al., 2003) o la posible pérdida de espigas en ráfaga al ser consideradas tónicas, al no poder observar directamente cambios en el potencial de membrana asociados a la corriente de calcio de bajo umbral (IT). Aún así, estos posibles errores no
modificarían cualitativamente los resultados, variando de forma no significativa los resultados cuantitativos.
De hecho, Lu y colaboradores (1992) determinaron mediante experimentos con registros intracelulares en el gato que, utilizando parámetros restrictivos para la detección de ráfagas de bajo umbral (100 ms de silencio previo), el 100% de las ráfagas de bajo umbral eran clasificadas como tales, mientras que tan sólo un 1,4% de las ráfagas de alto umbral (HT, del inglés high threshold) se incluían como ráfagas de bajo umbral. Aplicando los criterios “liberales” (50 ms de silencio previo), los resultados eran idénticos para las ráfagas de bajo umbral, detectándose el 100% de las mismas, mientras que se incluía un 1,9% de las HT como de bajo umbral.
En nuestros experimentos, salvando las diferencias cuantitativas, los resultados obtenidos en los análisis fueron semejantes independientemente de los criterios adoptados. Con los denominados parámetros liberales, los cuales fueron adoptados finalmente (un silencio previo de 50 ms, un mínimo de dos espigas consecutivas y un máximo de 6 ms de ISI) son consecuentes con los obtenidos en estudios previos realizados utilizando el mismo tipo de criterio (Ramcharan et al.,
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2.6.3 PROPIEDADES Y FUNCIONES DE LA RESPUESTA CELULAR