Epilepsia

Aproximadamente 70 millones de personas en el mundo padecen de epilepsia (^{Thijs et al., 2019}). Su etiología es múltiple (trastornos genéticos, isquémicos, traumáticos). Está relacionada con anormalidades en los circuitos neuronales (redes epilépticas) o anormalidades intrínsecas (neurona epiléptica) o ambas (^{Jefferys, 2010}). Las características encefalográficas de la epilepsia se han estudiado ampliamente, y los aspectos biofísicos que subyacen se empiezan a conocer cada vez mejor (^{David et al., 2009}). Actualmente, las investigaciones están dirigidas al estudio biofísico a dos niveles: redes neuronales (^{Fröhlich et al., 2010}; ^{Serrano-Reyes et al., 2020}) y propiedades intrínsecas en neurona única (^{Araque et al., 2001}; ^{Steinlein, 2001}). Sin embargo, los mecanismos a nivel celular de interrupción de la actividad epiléptica han sido escasamente abordados. Resultados teóricos, mediante modelos matemáticos computacionales, muestran que la terminación del tren de potenciales de acción (PA) asociado a convulsiones posictales es mediada por un incremento progresivo de sodio interno, seguido de una disminución de potasio externo (^{Krishnan & Bazhenov, 2011}). En el presente trabajo se investiga un posible mecanismo intrínseco en la neurona para detener completamente o pausar temporalmente el tren de disparo relacionado con una actividad epiléptica.

Para este trabajo se utilizaron dos mecanismos epileptogénicos: (1) el incremento de la concentración de potasio extracelular ([K⁺]_e) y (2) la mutación del canal de sodio dependiente de voltaje NaV 1.2. Dichos mecanismos epileptogénicos se implementaron computacionalmente para probar teóricamente, mediante simulaciones, el posible papel de protección del complejo BK/IP₃-R en neuronas con actividad epiléptica.

Incremento de potasio extracelular en la génesis de epilepsia

Desde los años setenta se propuso la hipótesis de que algunos tipos de epilepsia están asociados a un incremento en la concentración externa de potasio ([K⁺]_e). Fischer y colaboradores encontraron que un incremento de K⁺ en el espacio extracelular de 3.7 mM ± 0.6 mM a 6.9 mM ± 3.4 mM en corteza de hipocampo genera descargas interictales (^{Fisher et al., 1976}). En la aplicación de 4-amino piridina (4-AP), el potasio extracelular se incrementó a 9 mM (^{Wang et al., 2016}). La hipótesis de la acumulación de potasio externo ha retomado fuerza debido a los nuevos conocimientos de la dinámica de la concentración de los iones extracelulares (^{Fröhlich et al., 2008}). En lesiones cerebrales que implican compromiso de la barrera hematoencefálica se han reportado focos epilépticos después de cuatro a siete días, debido a la disminución en la recaptura de glutamato y potasio a causa de una disfunción de los astrocitos (^{David et al., 2009}).

La dinámica entre astrocitos y neuronas es una función crítica en el cerebro, se le asocia con plasticidad sináptica, modulación de la excitabilidad neuronal y balance iónico extracelular (^{Volman et al., 2012}). El aumento de [K⁺]_e favorece los mecanismos excitatorios en una red neuronal y la propagación de las ondas epileptiformes. La interacción neurona-glía ha sido abordada recientemente tanto experimentalmente como teóricamente (^{Chizhov & Sanin, 2020}; ^{Kager et al., 2000}; ^{Somjen et al., 2008}).

Canalopatías asociadas a epilepsia

La epidemiología de la epilepsia está plagada de variaciones en la precisión del diagnóstico (^{Heron et al., 2007}). Dentro de los pacientes con epilepsia, aproximadamente el 30% tiene una causa adquirida conocida, el restante 70% incluye a las epilepsias idiopáticas diagnosticadas electroclínicamente. En este grupo se distinguen como causas factores genéticos y mutaciones en los canales iónicos (canalopatías). La mayoría de las epilepsias idiopáticas en donde se conoce la base molecular son canalopatías (^{Campos-Castelló et al., 2002}); sin embargo, es incierto el porcentaje de pacientes con epilepsia debido a una canalopatía (^{Heron et al., 2007}). El aumento en la excitabilidad de las neuronas es una característica que está presente en cualquier síndrome epiléptico que se expresa como crisis convulsiva. Dentro de los mecanismos involucrados en este proceso se encuentran mutaciones en los genes de canales iónicos dependientes de voltaje o unidos a ligando (^{Campos-Castelló et al., 2002}). Se ha reportado que muchas epilepsias causadas por canalopatías poseen un factor hereditario (^{Steinlein, 2001}). En tales casos las mutaciones de los canales pueden heredarse de manera dominante o recesiva. Se inicia una nueva era con el reconocimiento de ciertos síndromes epilépticos como canalopatías y con cada vez una mejor comprensión de su fisiología molecular (^{George, 2004}). Para Brunklaus y colaboradores es tiempo de ir más allá de la genética y encaminarse a una investigación genómica traslacional (^{Brunklaus et al., 2020}). En la Tabla 1 se muestran las canalopatías asociadas a epilepsia genética, aunque son pocos los casos con este tipo de epilepsia (^{Steinlein, 2001}). En este trabajo nos interesa la mutación del canal de sodio (NaV 1.2) en la génesis de epilepsia.

Mutaciones del canal NaV 1.2 en la génesis de epilepsia

Los canales de sodio dependientes de voltaje (NaV) están ligados a trastornos relacionados con la excitabilidad neuronal, dolor crónico y epilepsia. Existe una familia de canales selectivos a sodio formada por nueve subtipos (NaV 1.1 a NaV 1.9) (^{Eijkelkamp et al., 2012}). Los canales NaV 1.1 y NaV 1.2 (genes SCN1A y SCN2A, respectivamente) son particularmente importantes en la generación de potenciales de acción. El subtipo de canal de sodio más relacionado con epilepsia es NaV 1.1 debido al gran número de mutaciones que producen epilepsia; se han reportado más de 1500 (^{Santos et al., 2020}). En neuronas piramidales la mutación de NaV 1.2 produce un incremento en su función, generalmente asociada con convulsión neonatal infantil familiar benigna (BFNIS) (^{Kaplan et al., 2016}). El registro en neuronas de animales B6.Q54 y F1.Q54 con mutaciones en NaV 1.2 presentan potenciales de acción espontáneos (^{Thompson et al., 2017}). El ratón con mutación en NaV 1.2 (Scn2a^Q54) presenta una epilepsia progresiva a causa de un aumento en la función del canal NaV 1.2 en el hipocampo (^{Kearney et al., 2001}). Según el tipo de mutación del canal NaV 1.2, se puede producir un aumento o una disminución en su función. Los tipos de mutaciones en NaV 1.2 que aumentan la función del canal son los que interesan en el presente trabajo.

La función del complejo BK/IP₃-R como un mecanismo de bloqueo de la actividad eléctrica convulsiva en neuronas

Los canales BK se activan por incremento de calcio interno. En el soma existen al menos dos fuentes de Ca²⁺ para activar al canal: (1) calcio que ingresa por los canales de Ca²⁺ dependientes de voltaje (CaV) localizados en la membrana celular (^{Grunnet & Kaufmann, 2004}) y (2) calcio liberado de almacenes internos (^{Khodakhah & Ogden, 1995}). Es bien conocida la interacción entre los canales BK/CaV. Se ha descrito un mecanismo de retroalimentación negativa entre los canales CaV y BK capaz de evitar la hipertensión arterial (^{Grimm & Sansom, 2010}; ^{Sachse et al., 2014}). Se trata de un mecanismo de protección intrínseco de la célula. Sin embargo, el complejo BK/IP₃-R se ha estudiado escasamente. El microdominio BK/CaV produce cambios en el potencial de membrana (PM), los cuales son relativamente fáciles de medir. El complejo BK/IP3-R no genera cambios del PM. Esto es una posible razón que explica los pocos trabajos reportados (Ross, 2012). La localización en distintas membranas de los canales BK y los receptores IP₃ dificultan su estudio electrofisiológico. Se ha reportado (1) una cercanía y zonas de contacto entre la membrana celular y la membrana de retículo endoplásmico en la parte basal de las dendritas y el soma de neuronas (^{Wu et al., 2017}), (2) la coexistencia BK/IP₃ (^{Kaufmann et al., 2009}) y (3) la liberación de calcio, en concentraciones de micromolar, desde el retículo endoplásmico (^{Larkum et al., 2003}). Esto apoya la existencia de complejos BK/IP₃-R en el soma. Un estudio teórico del microdominio BK/IP₃-R sugiere una posible función como mecanismo de protección (^{Pérez-Bonilla et al., 2021}). En neuronas se propone una triada CaV/BK/RyR-R (receptor a rianodina) como un posible mecanismo de protección (^{Irie & Trussell, 2017}). Las preguntas son: ¿Existe algún mecanismo intrínseco en la neurona que suprima o trate de evitar la actividad eléctrica epiléptica o convulsiva en la neurona? ¿La función del complejo BK/IP₃-R juega un papel como mecanismo intrínseco del cese de la actividad eléctrica epiléptica?

El objetivo de este trabajo es poner a prueba la siguiente hipótesis: En algunos tipos de epilepsia el complejo BK/IP₃-R funciona como un mecanismo intrínseco de supresión de la actividad epiléptica neuronal. Si esto es así, entonces en un modelo computacional de epilepsia provocada en una neurona el complejo BK/IP₃-R frena totalmente o pausa temporalmente los trenes de potenciales de acción epilépticos.

Modelo de neurona

El modelo matemático de ^{Hodgkin & Huxley (1952)} utilizado puede consultarse en ^{Hodgkin & Huxley (1952)}, ^{Pérez-Bonilla et al. (2021)} y ^{Sterratt et al. (2011)}. La ecuación expresa cuantitativamente el comportamiento de los canales de Na+, K+, BK y Cl- dependientes de voltaje (ecuación 1):

donde C_m es la capacitancia de membrana, V es el voltaje de membrana, I_Na es la corriente de Na⁺, I_K es la corriente de K⁺, I_L es una corriente de fuga e I_BK es la corriente de K⁺ de alta conductancia dependiente de voltaje y de calcio.

Mecanismo de mutación del canal NaV 1.2

Para activar el mecanismo de generación de epilepsia por mutación del canal NaV 1.2, se modificó la cinética del canal de sodio en la ecuación 1. Se aumentó su conductancia y la duración de la inactivación (con mínima persistencia de la corriente), de acuerdo con el modelo de una corriente persistente de sodio (ecuación 2):

donde I_NaP es la corriente de sodio persistente, g_NaP(max) es la conductancia máxima de sodio persistente, m_NaP es la compuerta de activación, h_NaP es la compuerta de inactivación, V es el voltaje de membrana y E_NaP es el potencial de inversión para la corriente de sodio persistente (^{Krishnan & Bazhenov, 2011}).

Mecanismo de incremento de K⁺ extracelular

Para reflejar el incremento de potasio extracelular en el potencial de membrana se utilizó el modelo de Goldman-Hodgkin-Katz, donde el voltaje de membrana está determinado por la ecuación 3:

donde V es voltaje de membrana; R es la constante de los gases; T es la temperatura; z es la valencia; F es la constante de Faraday; y P_K, P_Na y P_Cl son la permeabilidad a potasio, sodio y cloro, respectivamente. Los parámetros utilizados son: 1, 0.03 y 0.1 para P_K, P_Na y P_Cl, respectivamente. [K⁺], [Na⁺] y [Cl^-] son las concentraciones de potasio, sodio y cloro, respectivamente, tanto fuera de la célula (e) como dentro (i). Los valores utilizados son (en mM): [K⁺]_i = 110, [K⁺]_e = 3.5 (modificable por el usuario), [Na⁺]_i = 15, [Na⁺]_e = 130 y [Cl^-]_i = 6, [Cl^-]_e = 130. Estos valores no cambian durante la simulación.

Los cambios de voltaje que se producen por variaciones del potencial de membrana por incremento [K⁺]_e (Pm(K⁺)) se incorporan en la ecuación fenomenológica usada en este trabajo (ecuación 4):

donde Cm es la capacitancia de la membrana, V es voltaje de membrana y Pm(K⁺) es el potencial de membrana con cambios en K⁺ externo, calculado de la ecuación 3. g_Na, g_K, g_BK y g_l son las conductancias para el sodio, potasio, potasio de alta conductancia y de fuga, respectivamente. E_Na, E_K, E_BK y E_l son los potenciales de equilibrio para sodio, potasio, potasio de alta conductancia y de fuga, respectivamente.

Modelaje del complejo BK/IP₃

Interfaz de usuario: módulos de datos comunes en los dos simuladores

Los dos simuladores cuentan con seis módulos (MOD) iguales para la entrada de datos (Figura 1): MOD I es el módulo de IP₃ y gestión de oscilaciones de calcio intracelular que muestra las variables: n, m, p y r con valores iniciales de 2, 2, 4 y 4, respectivamente; MOD II es el módulo de salida de calcio hacia el citosol desde el almacén sensible a calcio, muestra la variable de fuga de calcio kf con valor inicial de 1 1/s; MOD III es el módulo de velocidad de salida de calcio por IP3, donde se encuentra la variable V3, relacionada con VM3, KR y KA con valores iniciales de 500 µM/s, 2 µM y 0.9 µM, respectivamente. MOD IV es el módulo para disminución de calcio intracelular por la bomba ATP (SERCA), bomba que ingresa calcio del citosol al almacén sensitivo a calcio, en este módulo se muestra las variables VM2 y K2 con valores iniciales de 65 µM/s y 1 µM, respectivamente; y MOD V es el módulo para la bomba PMCA que produce un eflujo de calcio hacia el espacio extracelular, aquí se muestra la variable K con valor inicial de 10 s^-1. Los valores iniciales de estos cinco módulos derivan de Keener y Sneyd (^{Keener & Sneyd, 1998}). MOD VI es el módulo que determina las concentraciones libres de calcio en el citoplasma y en el retículo con [Ca²⁺] = 0.1 µM y 100 µM, en el citosol y el retículo endoplásmico, respectivamente (^{Foskett et al., 2007}). Estas condiciones propician una salida abrupta de Ca²⁺ del retículo, con una duración corta a manera de destello (spark) (^{Cheng & Lederer, 2008}). Estos módulos corresponden a las variables que gobiernan el modelo de ^{Goldbeter (1990)}. Finalmente, MOD VII es el módulo que determina la presencia de canales BK en la neurona, con variable g_BK, con valores iniciales de 0 µS/cm², condición control, sin canales BK (Figura 1).

Fuente: Elaboración propia.

Figura 1 Interfaz del simulador EpiNav. Se muestran los módulos de entrada de datos que controlan las oscilaciones de Ca2+ citosólico (MOD I al MOD VI). Los osciloscopios centrales registran estas oscilaciones: una salida abrupta de Ca2+ con una amplitud de ~5 µM seguida de oscilaciones de ~752 nM. En esta neurona no exciten canales BK, gBK = 0 mS/cm2 (MOD VII). El osciloscopio superior muestra el registro intracelular de la neurona (flecha roja), neurona silente. El osciloscopio inferior indica que no se estimuló eléctricamente a la neurona. 

Módulos para datos específicos del simulador EpiNav y simulación de neurona silente

Este simulador cuenta con dos módulos específicos: (1) Módulo de pulso de estímulos de corriente, con una duración de 1500 ms y una amplitud inicial de 0 µA (sin estímulo eléctrico); y (2) módulo del canal NaV 1.2, con una conductancia inicial de 120 mS/cm². Con estos valores iniciales se simula una neurona silente. El resultado de la simulación se presenta en la Figura 1. En el osciloscopio inferior no existe estímulo, amplitud = 0 nA. En osciloscopio en la parte media de la interfaz se despliegan las oscilaciones de Ca²⁺ intracelular. El osciloscopio superior muestra el registro eléctrico de la neurona, en este caso la neurona es silente.

Experimento generador de epilepsia por mutación del canal de Na+

La neurona silente anterior fue expuesta a una mutación del canal NaV 1.2, un mecanismo epileptogénico donde NaV 1.2 incrementa su función (^{Scalmani et al., 2006}). Para este propósito se modificó la cinética del canal de sodio (constantes de tiempo y conductancia) en el modelo de ^{Hodgkin & Huxley (1952)}. Desde la interfaz del simulador se puede modificar la conductancia de Na⁺ para incrementar su función. La Figura 2 muestra los resultados de la simulación al pasar la gNa de 120 mS/cm² a 200 mS/cm². Se observa en el osciloscopio superior cómo la neurona ahora dispara potenciales de acción de manera repetitiva y sostenida (actividad eléctrica epiléptica).

Fuente: Elaboración propia.

Figura 2 Simulación de epileptogénesis por mutación de NaV 1.2. A la neurona silente se le mutó el canal NaV 1.2. La flecha roja indica el incremento de la conductancia a 200 mS/cm². La flecha azul muestra los disparos de potenciales de acción repetitivos y sostenidos (neurona epiléptica). Las demás variables permanecen con valores iguales a la neurona anterior. 

Efecto del complejo BK/IP₃-R en la epilepsia por mutación del canal de Na⁺

Se propone que el complejo BK/IP₃-R es un sistema intrínseco que juega un papel importante en la finalización de la actividad eléctrica epiléptica de la neurona. Si esto es así, entonces deberá detener el estado epiléptico. Se realizó el siguiente experimento virtual. A la neurona epiléptica anterior se le mantuvo el incremento de g_Na = 200 mS/cm² con la finalidad de continuar con el estado epiléptico. La Figura 3 muestra dos simulaciones superpuestas: (1) la simulación donde se generó epilepsia (tren de PA en el osciloscopio superior, por mutación de NaV 1.2, g_Na = 200 mS/cm², g_BK = 0 µS/cm²) y (2) la simulación donde se agregaron canales BK a la neurona (g_BK = 0.6 µS/cm²); el complejo BK/IP₃-R ahora está completo y activo. En esta última condición, se puede observar cómo la salida abrupta de calcio (flecha roja en el osciloscopio central) activa a los canales BK (g_BK = 0.6, circulo en rojo). Como resultado, se detiene la actividad eléctrica epiléptica de la neurona (trazo en rojo en el osciloscopio superior, señalado por la flecha). Todas las demás variables mantienen los valores de la neurona epiléptica anterior.

Fuente: Elaboración propia.

Figura 3 Efecto del complejo BK/IP₃-R en la epilepsia simulada por mutación del canal de sodio. En el osciloscopio central se observa la salida de Ca²⁺ del retículo y sus oscilaciones. La amplitud de la salida abrupta de Ca²⁺ alcanza 5.12 mM (flecha roja inferior). La conductancia de sodio permanece en 200 mS/cm² (círculo negro). La conductancia g_BK es de 0.6 µS/cm² (círculo rojo). La activación de los canales BK por Ca²⁺ bloquea completamente la actividad eléctrica epiléptica de la neurona (trazo en rojo, señalado con flecha roja, en el osciloscopio superior).  

Simulador EpiKe

Interfaz de usuario

Este simulador cuenta con un módulo de entrada de datos específico, donde se puede aumentar la concentración de potasio externo y el tiempo de simulación. Los valores iniciales para estas variables al ejecutarse el simulador son: [K⁺]_e = 3.5 mM (círculo negro) y un tiempo de simulación de 3500 ms. Las demás variables permanecen con valores iniciales descritos arriba. En estas condiciones la neurona no dispara potenciales de acción, es silente (Figura 4, flecha negra).

Fuente: Elaboración propia.

Figura 4 Interfaz del simulador Epike. La [K⁺]_e = 3.5 mM (círculo en negro). En el osciloscopio superior se muestra el registro intracelular de una neurona silente (flecha negra). No están presente canales BK (g_BK = 0 µS/cm²), círculo verde. Tiempo de simulación 3500 ms.  

Experimento de epileptogénesis por incremento [K⁺]_e

La concentración de potasio externo incrementa la excitabilidad en la neurona y puede causar actividad neuronal espontánea, mecanismo encontrado en situaciones anómalas como epilepsia (^{Traynelis & Dingledine, 1988}). Concentraciones altas de potasio externo, debido a disfunción de los astrocitos, son capaces de generar focos epilépticos (^{David et al., 2009}). En las condiciones de concentraciones utilizadas en el modelo matemático se realizaron varios experimentos virtuales, se probaron varias [K⁺]_e hasta lograr que una neurona silente generara un tren de potenciales de acción sostenidos (epileptogénesis por K⁺ externo), el resto de las variables permaneció sin cambio. La Figura 5 muestra la simulación con [K⁺]_e = 10 mM (círculo rojo). Con esta concentración se logró que una neurona silente tenga actividad epiléptica (flecha roja). Esta concentración de K⁺ externo es similar a las reportadas en sacudidas epilépticas donde se tienen oscilaciones de [K⁺]_e entre 15 mM y 20 mM (^{Chizhov & Sanin, 2020}). El valor de las demás variables se mantuvo sin cambio.

Fuente: Elaboración propia.

Figura 5 Proceso epileptogénico por aumento de potasio externo. La concentración de K⁺ externo se aumentó de 3.5 mM a 10 mM (círculo rojo). En el osciloscopio superior se muestra la actividad epiléptica generada (trazo negro, flecha roja). Los valores de las demás variables permanecen sin modificaciones. 

Efecto parcial del complejo BK/IP₃-R en la epilepsia por incremento [K⁺]_e

Los canales BK activados por incremento en [Ca²⁺]_i y voltaje producen una poshiperpolarización rápida (^{Bock & Stuart, 2016}). Esta actividad es contraria a la despolarización sostenida causada por el incremento en la concentración de potasio externo (^{Chizhov & Sanin, 2020}). La Figura 6 muestra la superposición de dos registros: (1) Registro en neurona con actividad eléctrica epiléptica por [K⁺]_e = 10 mM (trazo en negro), resto de las variables sin cambio, y (2) Registro en la misma neurona al activarse el complejo BK/IP₃-R por aumento de gBK de 0 µS/cm² a 6 µS/cm² (círculo rojo) y de VM3 de 500 a 850 (µM/s) (círculo azul) para incrementar la concentración de calcio interno (flecha azul). El resultado fue una pausa del tren de potenciales de acción debida a la poshiperpolarización causada por la actividad de los canales BK (Figura 6, trazo en rojo, flecha roja). Sin embargo, la hiperpolarización del complejo BK/IP₃-R y la despolarización causada por aumento sostenido de [K⁺]_e están en competencia. Después de la poshiperpolarización, la neurona inicia una despolarización lenta y constante hasta que, en este caso, a los 1340 ms, la neurona nuevamente genera potenciales de acción sostenidos. El complejo BK/IP₃-R no fue capaz de frenar totalmente el estado epiléptico, pero sí de suspenderlo temporalmente. Como la actividad epiléptica está relacionada con la sincronización de una red neuronal (^{Serrano-Reyes et al., 2020}), una suspensión temporal en varias neuronas debido a la actividad del complejo BK/IP₃-R podría desincronizar a la red, al menos temporalmente, y pausar la actividad eléctrica epiléptica. La hiperpolarización causada por los canales BK no frena inmediatamente al tren de potenciales de acción y se produce una ráfaga de PA inicial, seguido de una pausa, para después nuevamente producir potenciales de acción sostenidos. En caso de que el complejo BK/IP₃-R se active frecuentemente para intentar suprimir el estado epiléptico, entonces se producirá una actividad neuronal combinada entre ráfagas de potenciales de acción y potenciales de acción sostenidos, actividad que recuerda a un estado tónico-clónico.

Fuente: Elaboración propia.

Figura 6 Epilepsia simulada por alto K+ externo y ejemplo de pausa del tren de PA por acción del complejo BK/IP₃-R. El módulo de entrada muestra un incremento de [K⁺]e = 10 mM que produce epileptogénesis. El trazo negro en el osciloscopio superior corresponde a una neurona epiléptica por incremento de K+ externo. El trazo rojo en el osciloscopio superior corresponde a la activación del complejo BK/IP3-R por aumento de VM3 de 0 µM/s a 850 µM/s (círculo verde) y de gBK de 0 µS/cm2 a 6 µS/cm2 (círculo rojo). El resultado fue una pausa en el estado epiléptico (flecha roja). Tiempo de simulación 3500 ms. 

Bloqueo total de la actividad eléctrica epiléptica en neurona con incremento [K⁺]_e debido al complejo BK/IP₃-R

El incremento de la concentración de K⁺ externo de 3.5 mM a 10 mM genera epileptogénesis. Se simuló el efecto que produce un incremento mayor en la función del complejo BK/IP₃-R en este estado epiléptico. Se realizaron experimentos virtuales con un tiempo de simulación de 8 s. Esto permite explorar si en estas condiciones se presenta la despolarización generada por la alta concentración de K⁺ externo que produce una pausa en el tren de PA, o si la hiperpolarización generada por el complejo BK/IP₃-R bloquea completamente el estado epiléptico. En una neurona en condiciones de epilepsia por incremento de la concentración de K⁺ extracelular (10 mM) y con gBK = 6 µS/cm² se produce una pausa en el tren de PA con una duración de 543.5 ms cuando VM3 = 830 µM/s y de hasta 6851 ms cuando VM3 = 865 µM/s. Cuando se aumenta VM3 a 870 µM/s se produce un bloqueo total. La hiperpolarización alcanzada por el complejo BK/IP₃-R para producir este bloqueo fue de -111.5 mV. Cuando se incrementa gBK a 6.1 µS/cm² entonces se puede bajar VM3 a 865 µM/s y también se produce un bloqueo total. La hiperpolarización alcanzada fue de -113 mV. Otra condición para bloquear del tren de PA es aumentar gBK a 6.3 µS/cm² y bajar VM3 a 850 µM/s, la hiperpolarización alcanzada fue de -110 mV. Se observa que existe una interacción entre la cantidad de canales expresada en gBK y la cantidad de Ca²⁺ que sale del retículo para activarlos y producir un bloqueo total del estado eléctrico epiléptico, siempre que la hiperpolarización sea mayor o igual a -110 mV (en las condiciones del simulador y con un potencial de reposo de -90 mV). A mayor cantidad de canales (gBK) menor VM3 y viceversa. La Figura 7 muestra el caso con VM3 en 850 µM/s y gBK a 6.3 µS/cm². Se realizaron dos simulaciones: (1) Neurona epiléptica por alto K⁺ extracelular: en el osciloscopio superior se presenta el registro en esta neurona epiléptica (trazo en negro) por aumento de K⁺ externo (10 mM) con VM3 = 500 µM/s y gBK = 0 µS/cm², el resto de las variables permanecen sin cambio; (2) en esta misma neurona se incrementó la actividad del complejo BK/IP₃-R. La activación mayor del complejo BK/IP₃-R se obtuvo al aumentar gBK de 6 µS/cm² a 6.3 µS/cm² (mayor número de canales) y de VM3 de 500 µM/s a 850 µM/s (mayor salida de Ca²⁺ del retículo). El resto de las variables permanecen sin cambio. En estas condiciones se produce una hiperpolarización que alcanza -110 mV, la cual bloquea totalmente la actividad eléctrica epiléptica (trazo rojo osciloscopio superior). La cantidad de calcio intracelular requerida para detener el estado epiléptico fue de ~ 8.5 µM (flecha azul). En condiciones de reposo, [Ca²⁺]_i oscila entre 50 nM y 100 nM. Incrementos del orden de 19 µM han sido reportados en la cercanía del canal BK en el complejo: canales de Ca²⁺/canales BK (^{Cox, 2014}).

Fuente: Elaboración propia.

Figura 7 Ejemplo de bloqueo total del estado epiléptico en una neurona por la función aumentada del complejo BK/IP₃-R. Se realizaron dos registros: (1) Registro en neurona epiléptica (osciloscopio superior, trazo negro) debido a un incremento de K⁺ externo (10 mM) con VM3 = 500 µM/s y g_BK = 0 µS/cm2 y el resto de las variables sin cambio; se observa un tren de PA sostenidos. (2) Registro en esa misma neurona con activación del complejo BK/IP₃-R por un incremento de VM3 de 500 µM/s a 850 µM/s (círculo azul) y de g_BK de 6 µS/cm2 a 6.3 µS/cm2 (círculo rojo) con K⁺ externo de 10 mM y el resto de las variables sin cambio. Se observa un incremento de la concentración de calcio intracelular a 8.5 µM (flecha azul). El resultado fue una hiperpolarización de -110 mV y un bloqueo total el proceso epiléptico (trazo rojo, flecha roja). El eje de voltaje fue llevado a -120 mV. El tiempo de simulación fue de 8 s.