Repolarización

En neurociencia, repolarización se refiere al cambio en el potencial de membrana que lo devuelve a un valor negativo justo después de la fase de despolarización de un potencial de acción que ha cambiado el potencial de membrana a un valor positivo. La fase de repolarización generalmente devuelve el potencial de membrana al potencial de membrana en reposo. La salida de iones potasio (K⁺) da como resultado la fase descendente de un potencial de acción. Los iones pasan a través del filtro de selectividad del poro del canal de K+.

La repolarización normalmente resulta del movimiento de iones K⁺ cargados positivamente fuera de la célula. La fase de repolarización de un potencial de acción inicialmente da como resultado una hiperpolarización, la consecución de un potencial de membrana, denominado poshiperpolarización, que es más negativo que el potencial de reposo. La repolarización suele tardar varios milisegundos.

La repolarización es una etapa de un potencial de acción en la que la célula experimenta una disminución de voltaje debido a la salida de iones de potasio (K⁺) a lo largo de su gradiente electroquímico. Esta fase ocurre después de que la célula alcanza su voltaje más alto debido a la despolarización. Después de la repolarización, la célula se hiperpolariza cuando alcanza el potencial de membrana en reposo (−70 mV en la neurona). Los iones de sodio (Na⁺) y potasio dentro y fuera de la célula son movidos por una bomba de sodio y potasio, lo que garantiza que el equilibrio electroquímico permanezca inalcanzable para permitir que la célula mantenga un estado de potencial de membrana en reposo. En el gráfico de un potencial de acción, la sección de hiperpolarización parece una caída descendente que desciende por debajo de la línea del potencial de membrana en reposo. En esta posthiperpolarización (la caída descendente), la célula se encuentra en un potencial más negativo que en reposo (aproximadamente −80 mV) debido a la lenta inactivación de los canales rectificadores retardados de K⁺ activados por voltaje, que son los canales primarios de K. Canales ⁺ asociados a la repolarización. A estos voltajes bajos, todos los canales de K+ activados por voltaje se cierran y la célula vuelve al potencial de reposo en unos pocos milisegundos. Se dice que una célula que está experimentando repolarización se encuentra en su período refractario absoluto. Otros canales de K+ dependientes de voltaje que contribuyen a la repolarización incluyen los canales de tipo A y los canales de K+ activados por Ca2+. Las moléculas de transporte de proteínas son responsables de que el Na⁺ salga de la célula y el K⁺ ingrese a la célula para restaurar las concentraciones originales de iones en reposo.

Desviaciones de la repolarización normal

Pueden surgir bloqueos en la repolarización debido a modificaciones de los canales de K⁺ dependientes de voltaje. Esto se demuestra bloqueando selectivamente los canales de K+ dependientes de voltaje con el antagonista tetraetilamonio (TEA). Al bloquear el canal, se detiene efectivamente la repolarización. Las dendrotoxinas son otro ejemplo de bloqueador farmacológico selectivo de los canales de K⁺ dependientes de voltaje. La falta de repolarización significa que la neurona permanece en un voltaje alto, lo que ralentiza la desactivación del canal de sodio hasta un punto en el que no hay suficiente corriente de Na++ para despolarizar y mantener la activación.

Mecanismos K+ controlados por tensión

La estructura del canal de K⁺ dependiente de voltaje es la de seis hélices transmembrana a lo largo de la bicapa lipídica. La selectividad de este canal al voltaje está mediada por cuatro de estos dominios transmembrana (S1-S4): el dominio de detección de voltaje. Los otros dos dominios (S5, S6) forman el poro por el que atraviesan los iones. La activación y desactivación del canal K⁺ activado por voltaje se activa mediante cambios conformacionales en el dominio de detección de voltaje. Específicamente, el dominio S4 se mueve de tal manera que activa y desactiva el poro. Durante la activación, hay un movimiento S4 hacia afuera, lo que provoca un vínculo VSD-poro más estrecho. La desactivación se caracteriza por el movimiento S4 hacia adentro.

El cambio de despolarización a repolarización depende de los mecanismos cinéticos de los canales de K⁺ y Na+ dependientes de voltaje. Aunque ambos canales de Na⁺ y K⁺ activados por voltaje se activan aproximadamente al mismo voltaje (−50 mV), los canales de Na⁺ tienen una cinética más rápida y activar/desactivar mucho más rápidamente. La repolarización se produce a medida que disminuye la entrada de Na⁺ (los canales se desactivan) y la salida de iones K⁺ aumenta a medida que se abren sus canales. La disminución de la conductancia de los iones de sodio y el aumento de la conductancia de los iones de potasio hacen que el potencial de membrana de la célula regrese muy rápidamente al potencial de membrana en reposo y lo supere, lo que provoca la hiperpolarización debido al cierre lento de los canales de potasio, lo que permite que entre más potasio. después de alcanzar el potencial de membrana en reposo.

Tipo de canales de K+ en repolarización

Después del potencial de acción, generado característicamente por la entrada de Na⁺ a través de canales de Na⁺ dependientes de voltaje, hay un período de repolarización en el que el Na ^{Los canales +} están inactivos mientras que los canales K⁺ están activados. Un estudio más detallado de los canales de K⁺ muestra que hay cuatro tipos que influyen en la repolarización de la membrana celular para restablecer el potencial de reposo. Los cuatro tipos son K_v1, K_v2, K_v3 y K_v4. El canal K_v1 influye principalmente en la repolarización del axón. El canal K_v2 se caracteriza por activarse más lentamente. Los canales K_v4 se caracterizan por activarse rápidamente. Cuando los canales K_v2 y K_v4 están bloqueados, el potencial de acción, como era de esperar, se amplía. Los canales K_v3 se abren a un potencial de membrana más positivo y se desactivan 10 veces más rápido que los otros canales K_v. Estas propiedades permiten la activación de alta frecuencia que requieren las neuronas de los mamíferos. Las áreas con canales K_v3 densos incluyen la neocorteza, los ganglios basales, el tronco del encéfalo y el hipocampo, ya que estas regiones crean potenciales de acción de microsegundos que requieren una repolarización rápida.

Utilizando datos de fijación de voltaje de experimentos basados en neuronas de roedores, los canales K_v4 se asocian con la conductancia de repolarización primaria después del período de despolarización de una neurona. Cuando se bloquea el canal K_v4, el potencial de acción se vuelve más amplio, lo que resulta en un período de repolarización prolongado, lo que retrasa la capacidad de la neurona para dispararse nuevamente. La tasa de repolarización regula estrechamente la cantidad de iones Ca²⁺ que ingresan a la célula. Cuando grandes cantidades de iones Ca²⁺ ingresan a la célula debido a períodos prolongados de repolarización, la neurona puede morir, lo que lleva al desarrollo de un derrame cerebral o convulsiones.

Se ha descubierto que los canales K_v1 contribuyen a la repolarización de las neuronas piramidales, probablemente asociada con una regulación positiva de los canales K_v4. No se encontró que los canales K_v2 contribuyeran a la tasa de repolarización, ya que el bloqueo de estos canales no resultó en cambios en las tasas de repolarización de las neuronas.

Repolarización de las células auriculares

Otro tipo de canal K⁺ que ayuda a mediar la repolarización en las aurículas humanas es el canal SK, que son canales de K⁺ que se activan mediante aumentos de Ca2+. "canal SK" Significa un canal de potasio activado por calcio de pequeña conductancia, y los canales se encuentran en el corazón. Los canales SK actúan específicamente en la aurícula derecha del corazón y no se ha demostrado que sean funcionalmente importantes en los ventrículos del corazón humano. Los canales están activos durante la repolarización así como durante la fase de diástole auricular cuando la corriente sufre hiperpolarización. Específicamente, estos canales se activan cuando Ca²⁺ se une a la calmodulina (CaM) porque el lóbulo N de CaM interactúa con el conector S4/S5 del canal para inducir un cambio conformacional. Cuando estos canales K⁺ se activan, los iones K⁺ salen corriendo de la célula durante el pico de su potencial de acción, lo que hace que la célula se repolarice a medida que ingresa Ca²⁺ iones son superados por iones K⁺ que salen de la célula continuamente.

Repolarización ventricular

En los ventrículos humanos, la repolarización se puede observar en un ECG (electrocardiograma) a través de la onda J (Osborn), el segmento ST, la onda T y la onda U. Debido a la complejidad del corazón, específicamente a que contiene tres capas de células (endocardio, miocardio y epicardio), existen muchos cambios fisiológicos que afectan la repolarización y que también afectarán a estas ondas. Aparte de los cambios en la estructura del corazón que provocan la repolarización, existen muchos productos farmacéuticos que tienen el mismo efecto.

Además de eso, la repolarización también se altera según la ubicación y la duración del potencial de acción inicial. En los potenciales de acción estimulados en el epicardio, se encontró que la duración del potencial de acción necesitaba ser de 40 a 60 ms para producir una onda T vertical normal, mientras que una duración de 20 a 40 ms daría una onda isoeléctrica y cualquier cosa. menos de 20 ms daría como resultado una onda T negativa.

La repolarización temprana es un fenómeno que se puede observar en los registros de ECG de las células ventriculares donde hay un segmento ST elevado, también conocido como onda J. La onda J es prominente cuando hay una mayor corriente de salida en el epicardio en comparación con el endocardio. Históricamente se ha considerado una variante normal del ritmo cardíaco pero estudios recientes muestran que se relaciona con un mayor riesgo de paro cardíaco. La repolarización temprana ocurre principalmente en hombres y está asociada con una mayor corriente de potasio causada por la hormona testosterona. Además, aunque se desconoce el riesgo, los individuos afroamericanos parecen tener más probabilidades de sufrir la repolarización temprana con mayor frecuencia.

Síndrome de repolarización temprana

Como se mencionó en la sección anterior, se sabe que la repolarización temprana aparece como segmentos de onda elevados en los ECG. Estudios recientes han demostrado una conexión entre la repolarización temprana y la muerte cardíaca súbita, que se identifica como síndrome de repolarización temprana. La afección se manifiesta tanto en la fibrilación ventricular sin otros defectos cardíacos estructurales como en un patrón de despolarización precoz, que se puede observar en el ECG.

La raíz principal del síndrome de repolarización temprana proviene de mal funcionamiento de la conductancia eléctrica en los canales iónicos, que pueden deberse a factores genéticos. Las disfunciones del síndrome incluyen corrientes fluctuantes de sodio, potasio y calcio. Los cambios en estas corrientes pueden provocar la superposición de regiones del miocardio que experimentan diferentes fases del potencial de acción simultáneamente, lo que genera riesgo de fibrilación ventricular y arritmias.

Al ser diagnosticados, la mayoría de las personas no necesitan intervención inmediata, ya que la repolarización temprana en un ECG no indica ninguna emergencia médica que ponga en peligro la vida. Se ha observado que entre el tres y el trece por ciento de las personas sanas tienen una repolarización temprana en un ECG. Sin embargo, a los pacientes que muestran una repolarización temprana después de sobrevivir a un evento de síndrome de repolarización temprana (una experiencia de muerte cardíaca súbita), se recomienda encarecidamente un desfibrilador automático implantable (DAI). Además, un paciente puede ser más propenso a sufrir fibrilación auricular si tiene síndrome de repolarización temprana y tiene menos de sesenta años.

Repolarización cardiaca alterada con apnea obstructiva del sueño

Los pacientes que sufren de apnea obstructiva del sueño pueden experimentar una repolarización cardíaca alterada, lo que aumenta considerablemente la morbilidad y mortalidad de la afección. Especialmente en altitudes más altas, los pacientes son mucho más susceptibles a sufrir alteraciones de la repolarización. Esto puede mitigarse en cierta medida mediante el uso de medicamentos como la acetazolamida, pero estos no brindan protección suficiente. Se sabe que la acetazolamida y medicamentos similares pueden mejorar la oxigenación y la apnea del sueño en pacientes en altitudes más altas, pero los beneficios del medicamento se han observado solo cuando se viaja temporalmente a altitudes elevadas, no en personas que permanecen a mayor altitud durante más tiempo. tiempo.