Repolarización

En neurociencia , la 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 . El eflujo de iones de 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 suele ser el resultado del movimiento de iones K ⁺ con carga positiva fuera de la célula. La fase de repolarización de un potencial de acción produce inicialmente una hiperpolarización , es decir, la consecución de un potencial de membrana, denominado poshiperpolarización , que es más negativo que el potencial de reposo . La repolarización suele tardar varios milisegundos. ^[1]

La repolarización es una etapa de un potencial de acción en la que la célula experimenta una disminución de voltaje debido al eflujo 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 por despolarización. Después de la repolarización, la célula se hiperpolariza a medida que 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 sin alcanzar para permitir que la célula mantenga un estado de potencial de membrana en reposo. ^[2] En el gráfico de un potencial de acción, la sección de hiperpolarización parece una pendiente descendente que va más abajo que la línea del potencial de membrana en reposo. En esta poshiperpolarización (la pendiente descendente), la célula se encuentra en un potencial más negativo que en reposo (aproximadamente −80 mV) debido a la inactivación lenta de los canales rectificadores retardados de K ⁺ dependientes del voltaje , que son los canales de K ⁺ primarios asociados con la repolarización. ^[3] A estos voltajes bajos, todos los canales de K ⁺ dependientes del voltaje se cierran y la célula vuelve al potencial de reposo en unos pocos milisegundos. Se dice que una célula que está experimentando repolarización está en su período refractario absoluto. Otros canales de K ⁺ dependientes del voltaje que contribuyen a la repolarización incluyen los canales de tipo A y los canales de K ⁺ activados por Ca2 ⁺ . ^[4] Las moléculas de transporte de proteínas son responsables de que el Na ⁺ salga de la célula y el K ⁺ entre en ella para restablecer las concentraciones originales de iones en reposo. ^[5]

Los bloqueos en la repolarización pueden surgir debido a modificaciones de los canales de K ⁺ dependientes del voltaje . Esto se demuestra con el bloqueo selectivo de los canales de K ⁺ dependientes del voltaje con el antagonista tetraetilamonio (TEA). Al bloquear el canal, se detiene eficazmente la repolarización. ^[6] Las dendrotoxinas son otro ejemplo de un bloqueador farmacológico selectivo para los canales de K ⁺ dependientes del 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 ⁺ entrante para despolarizar y mantener la activación. ^[7]

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 pasan los iones. ^[8] La activación y desactivación del canal de K ⁺ dependiente de voltaje se desencadena por 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 enlace VSD-poro más estrecho. La desactivación se caracteriza por un movimiento S4 hacia adentro. ^[9]

El cambio de despolarización a repolarización depende de los mecanismos cinéticos de ambos canales de K ⁺ y Na ⁺ dependientes del voltaje . Aunque ambos canales de Na ⁺ y K ⁺ dependientes del voltaje se activan aproximadamente al mismo voltaje (−50 mV ), los canales de Na ⁺ tienen una cinética más rápida y se activan/desactivan mucho más rápidamente. ^[10] La repolarización ocurre a medida que disminuye la afluencia de Na ⁺ (los canales se desinactivan) y aumenta el eflujo de iones K ⁺ a medida que se abren sus canales. ^[11] 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 causa la hiperpolarización debido a que los canales de potasio se cierran lentamente, lo que permite que fluya más potasio después de que se haya alcanzado el potencial de membrana en reposo. ^[10]

Después del potencial de acción, que se genera típicamente por la entrada de Na ^{+ a través de los canales de Na +} dependientes del voltaje , hay un período de repolarización en el que los canales de Na ⁺ se inactivan mientras que los canales de K ⁺ se activan. Un estudio más profundo 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 _v 1, K _v 2, K _v 3 y K _v 4. El canal K _v 1 influye principalmente en la repolarización del axón. El canal K _v 2 se activa típicamente más lentamente. Los canales K _v 4 se activan típicamente rápidamente. Cuando los canales K _v 2 y K _v 4 se bloquean, el potencial de acción se ensancha previsiblemente. ^[12] Los canales K _v 3 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 _v 3 densos incluyen el neocórtex , los ganglios basales , el tronco encefálico y el hipocampo, ya que estas regiones crean potenciales de acción de microsegundos que requieren una repolarización rápida. ^[13]

Utilizando datos de fijación de voltaje de experimentos basados ​​en neuronas de roedores, los canales K _v 4 están asociados con la conductancia de repolarización primaria después del período de despolarización de una neurona. Cuando el canal K _v 4 está bloqueado, el potencial de acción se hace más amplio, lo que resulta en un período de repolarización extendido, lo que retrasa la capacidad de la neurona para dispararse nuevamente. La tasa de repolarización regula de cerca la cantidad de iones Ca ²⁺ que ingresan a la célula. Cuando grandes cantidades de iones Ca ²⁺ ingresan a la célula debido a períodos de repolarización extendidos, la neurona puede morir, lo que lleva al desarrollo de un accidente cerebrovascular o convulsiones. ^[12]

Se ha descubierto que los canales K _v 1 contribuyen a la repolarización de las neuronas piramidales , probablemente asociada a una regulación positiva de los canales K _v 4. No se ha descubierto que los canales K _v 2 contribuyan a la tasa de repolarización, ya que el bloqueo de estos canales no produjo cambios en las tasas de repolarización de las neuronas. ^[12]

Otro tipo de canal de K ⁺ que ayuda a mediar la repolarización en las aurículas humanas es el canal SK , que son canales de K ⁺ que se activan por aumentos en la concentración 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 encontrado 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. ^[14] Específicamente, estos canales se activan cuando el Ca2 ⁺ se une a la calmodulina (CaM) porque el lóbulo N de CaM interactúa con el enlazador S4/S5 del canal para inducir un cambio conformacional. ^[15] Cuando estos canales de K ⁺ se activan, los iones K ⁺ salen de la célula durante el pico de su potencial de acción, lo que hace que la célula se repolarice a medida que la afluencia de iones Ca2 ⁺ es superada por los iones K ⁺ que salen de la célula continuamente. ^[16]

En los ventrículos humanos , la repolarización se puede ver 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 cómo contiene tres capas de células ( endocardio , miocardio y epicardio ), hay muchos cambios fisiológicos que afectan la repolarización que también afectarán estas ondas. ^[17] Aparte de los cambios en la estructura del corazón que afectan la repolarización, hay muchos productos farmacéuticos que tienen el mismo efecto.

Además de eso, la repolarización también se altera en función de 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 debía ser de 40 a 60 ms para dar una onda T normal y vertical, mientras que una duración de 20 a 40 ms daría una onda isoeléctrica y cualquier duración inferior a 20 ms daría como resultado una onda T negativa. ^[18]

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 corriente de salida más grande en el epicardio en comparación con el endocardio. ^[19] Históricamente se ha considerado una variante normal en el ritmo cardíaco, pero estudios recientes muestran que está relacionada con un mayor riesgo de paro cardíaco. La repolarización temprana ocurre principalmente en hombres y está asociada con una corriente de potasio más grande causada por la hormona testosterona . Además, aunque se desconoce el riesgo, los individuos afroamericanos parecen tener más probabilidades de tener la repolarización temprana con más frecuencia. ^[20]

Como se mencionó en la sección anterior, la repolarización temprana se caracteriza por la aparición de segmentos de onda elevados en los ECG. Estudios recientes han demostrado una conexión entre la repolarización temprana y la muerte súbita cardíaca , 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 temprana, que se puede ver en el ECG. ^[21]

La raíz primaria del síndrome de repolarización temprana se origina en disfunciones 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 resultar en la superposición de regiones del miocardio que experimentan diferentes fases del potencial de acción simultáneamente, lo que conduce al riesgo de fibrilación ventricular y arritmias . ^[22]

Al ser diagnosticados, la mayoría de las personas no necesitan una intervención inmediata, ya que la repolarización temprana en un ECG no indica ninguna emergencia médica potencialmente mortal. ^[23] Se ha observado que entre el tres y el trece por ciento de las personas sanas tienen una repolarización temprana en un ECG. ^[21] 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 les recomienda enfáticamente un desfibrilador automático implantable (DAI). ^[23] Además, un paciente puede ser más propenso a la fibrilación auricular si tiene síndrome de repolarización temprana y es menor de sesenta años. ^[21]

Los pacientes que sufren de apnea obstructiva del sueño pueden experimentar una repolarización cardíaca deteriorada, lo que aumenta considerablemente la morbilidad y la mortalidad de la afección. Especialmente a mayores altitudes, los pacientes son mucho más susceptibles a las alteraciones de la repolarización. Esto se puede mitigar en cierta medida mediante el uso de medicamentos como la acetazolamida , pero los medicamentos no brindan protección suficiente. Se sabe que la acetazolamida y medicamentos similares pueden mejorar la oxigenación y la apnea del sueño en pacientes que viven en altitudes más altas, pero los beneficios del medicamento solo se han observado cuando se viaja a altitudes temporalmente, no en personas que permanecen a una altitud más alta durante un tiempo más prolongado. ^[24]

• "Repolarización (Animación)". Departamento de Psicología, Hanover College . Consultado el 18 de mayo de 2013 .