Modelaje Físico–Matemático del transporte del ión Ca2+ en el citosol de células de músculo liso vascular mediante el uso de una ecuación de difusión–reacción

Abstract

Se sabe con precisión que la contracción de las células musculares lisas, al igual que en las células de músculo estriado, está regulada por un aumento de la concentración del ión Ca2+ en el citosol, aunque en la actualidad no se conocen exactamente los mecanismos de liberación de calcio en el músculo liso. En este trabajo se ha construido un modelo físico-matemático unidimensional que representa a una célula de músculo liso, mediante el uso del paquete computacional COMSOL Multiphysics 3.4(basado en el método numérico de elementos finitos) el cual resuelve numéricamente una ecuación de difusión-reacción (ecuación en derivadas parciales) obtenida a partir de la descripción de la dinámica del ión Ca2+ en el citosol de la célula muscular lisa. Se diseñaron experimentos computacionales “in silico” de difusiónreacción para el disparo de 1, 2 y 3 canales de rianodina (RyR) y la acción de Jserca, (acción de la bomba ATP-ásica del retículo sarcoplásmico) donde se analizó el comportamiento de la concentración citosólica de Ca2+ (sparks) en función del tiempo para distintos puntos del dominio y diferentes tiempos de disparos. Se determinó que sólo la acción de Jserca (modelada por la fórmula de Michaelis-Menten) no garantiza el regreso de la concentración al nivel basal durante la relajación, razón por la cual se consideró la acción de una segunda reacción llamada Jfuga (la acción simultánea de ambas simula el efecto del fosfolambano sobre Jserca). También se demostró que la difusión del Ca2+ sin considerar la acción de los buffer alcanza su estado estacionario cerca de 50 veces más rápido que cuando se considera la acción del buffer Calmodulina (CaM). Como consecuencia de la liberación impulsiva de Ca2+ su concentración máxima en el citosol es diecisiete (17) veces mayor que la basal. Los cambios transitorios de concentración en puntos cerca del lugar de la liberación ocurren diez (10) veces más rápido que los cambios transitorios en puntos localizados cerca de los extremos del dominio. Se observaron oscilaciones en la concentración del ión Ca2+ en puntos del dominio cuando se disparan más de 1 canal de RyR. Los tiempos obtenidos para alcanzar el estado estacionario (relajación) están acorde con los descritos en la literatura para una célula de musculo liso. Estos experimentos “in silico” representan una aproximación a la comprensión de los mecanismos locales que operan en la difusión citosólica del ión calcio cuando se consideran liberaciones a través de pocos canales de RyR.