Modelo fisicoquímico en dos dimensiones de la difusión del ión ca 2+ en un miocito esquelético.

Abstract

Cuando una célula de músculo esquelético (ME) está expuesta a un determinado estímulo externo (físico, químico o eléctrico) ocurre a una elevación transitorial del nivel de Ca2+ en el citosol y ello origina el acortamiento de la célula contráctil y luego, la recaptación del ión produce la relajación celular. Diversos mecanismos participan en el proceso: canales de calcio dependientes de voltaje (canales de dihidropiridina, DHPR) que permiten la entrada de calcio extracelular cuando se produce despolarización del sarcolema (SL), canales del tipo “sensor voltaje”, canales de Ryanodina (RyR) ubicados en la membrana del retículo sarcoplásmico (RS) que liberan Ca2+ hacia el citosol por diversos mecanismos, proteínas buffers que se unen al calcio quelándolo transitoriamente y haciendo su difusión más lenta, bombas que sacan Ca2+ del citosol, bien hacia depósitos intracelulares como el RS (SERCA) o hacia el medio extracelular (PMCA), intercambiadores del SL y de la membrana mitocondrial, entre otros. El RS es el principal almacén de calcio intracelular en el músculo estriado y participa de forma determinante en la regulación del proceso acoplamiento-excitación-contracción (AEC), regulando las concentraciones intracelulares de calcio durante la contracción y la relajación muscular. En este trabajo se modeló la dinámica correspondiente a la evolución de la concentración c(x,y,t) del ión calcio en el espacio confinado que existe entre las membranas del RS y el sarcolema (“junctional space”, “cleft space”) de una célula de músculo esquelético, el modelaje se hizo en dos dimensiones y se fundamentó en la ecuación de difusión-reacción (D-R) considerando diversas fuentes (liberación impulsiva a través de pocos receptores de RyR y flujos de fuga compensatorios) y sumideros (SERCA, PMCA) y la amortiguación del Ca2+ por la parvoalbúmina. Al resolver numéricamente (ya que no tiene solución analítica) la ecuación de D-R (a la cual se le se le impuso la condición de borde homogénea de Neumann) mediante el paquete computacional COMSOL Multiphysics3.4 ® basado en Elementos Finitos se obtuvo la c(x,y,t) en función de la posición para diversos instantes de tiempo y c(x,y,t) en función del tiempo para diversas locaciones del dominio, con liberaciones simultáneas o no de tres receptores de RyR.