Review
Biophysical foundations of the neuronal activity
Fundamentos biofísicos de la actividad neuronal
Rev Neurol 2000
, 30(8),
741–755;
https://doi.org/10.33588/rn.3008.99539
Abstract
Objective. It is sought to expose in a simple but rigorous way the fundamental basis of the classical biophysics. Development. I start from the basic properties of a simple system (two solutions separated by a semipermeable membrane) in order to analyze the process of development of differences of potential. It is analyzed with special interest the development of the Nernst and NernstPlanck equations. Then it is studied how this difference potential can originate, with different ionic species, the resting potential (Goldman, Hodgkin and Katz model). The next step consists in to analyze how the action potential arises. To do this, it will be of capital importance the mathematical model developed by Hodgkin and Huxley in the fifties; for it will be analyzed it thoroughly. Finally, some properties of the ionic channels will be commented that symbolize the biological implementation of the previous model. Conclusion. The fundamental property of the nervous system that constitutes its biological sense is the handling of the information in a quick and sure way. This information codes it basically in form of potentials and its changes. For it, it would be important for clinical neurophysiologists, neurologists, neurosurgeons and psychiatrists to understand the mechanisms that underlie into the behavior of the nervous system.
Resumen
Objetivo Se pretende exponer de forma sencilla pero rigurosa los desarrollos fundamentales de la biofísica clásica, en los que está basado el estudio de la fisiología neuronal.
Desarrollo Se parte de las propiedades básicas de un sistema simple (dos soluciones separadas por una membrana semipermeable) para analizar el proceso de génesis de diferencias de potencial. Se analiza con especial interés el desarrollo de las ecuaciones de Nernst y NernstPlanck. Después se estudia cómo esta diferencia de potencial puede originar, con diferentes especies iónicas, el potencial de reposo (modelo de Goldman, Hodgkin y Katz). El siguiente paso consiste en analizar como surge el potencial de acción. A este respecto, será de capital importancia el modelo desarrollado por Hodgkin y Huxley en los años cincuenta; por ello se analizará con detenimiento. Por último, se comentarán algunas propiedades de los canales iónicos, que simbolizan la realización biológica del modelo anterior.
Conclusión La propiedad fundamental del sistema nervioso, que constituye su sentido biológico, es el manejo de la información de forma rápida y segura. Esta información la codifica básicamente en forma de potenciales y sus cambios. De forma que, tanto cuando el funcionamiento es fisiológico como cuando se trata de estados patológicos, la génesis y manejo de dichos potenciales será fundamental para comprender el sistema y su fundamento. Por ello, sería importante para neurofisiólogos, neurólogos, neurocirujanos y psiquiatras profundizar en los mecanismos que subyacen al comportamiento del sistema nervioso.
Desarrollo Se parte de las propiedades básicas de un sistema simple (dos soluciones separadas por una membrana semipermeable) para analizar el proceso de génesis de diferencias de potencial. Se analiza con especial interés el desarrollo de las ecuaciones de Nernst y NernstPlanck. Después se estudia cómo esta diferencia de potencial puede originar, con diferentes especies iónicas, el potencial de reposo (modelo de Goldman, Hodgkin y Katz). El siguiente paso consiste en analizar como surge el potencial de acción. A este respecto, será de capital importancia el modelo desarrollado por Hodgkin y Huxley en los años cincuenta; por ello se analizará con detenimiento. Por último, se comentarán algunas propiedades de los canales iónicos, que simbolizan la realización biológica del modelo anterior.
Conclusión La propiedad fundamental del sistema nervioso, que constituye su sentido biológico, es el manejo de la información de forma rápida y segura. Esta información la codifica básicamente en forma de potenciales y sus cambios. De forma que, tanto cuando el funcionamiento es fisiológico como cuando se trata de estados patológicos, la génesis y manejo de dichos potenciales será fundamental para comprender el sistema y su fundamento. Por ello, sería importante para neurofisiólogos, neurólogos, neurocirujanos y psiquiatras profundizar en los mecanismos que subyacen al comportamiento del sistema nervioso.
Keywords
Action potential
Hodgkin and Huxley model
Ionic channels
Nernst potential
NernstPlanck equation
Neuronal physiology
Resting potential
Palabras Claves
Canal iónico
Canales iónicos
Ecuación de Nernst-Planck
Ecuación de NernstPlanck
Fisiología neuronal
Modelo de Hodgkin y Huxley
Potencial de acción
Potencial de Nernst
Potencial de reposo