Constante de tiempo (neurofisiología)

La constante de tiempo (o de membrana) es una constante que describe la influencia de las propiedades eléctricas de la membrana de la neurona en el paso de una señal eléctrica a través de ella. Denotado por la letra griega (tau). $\tau$

Uso

Descripción de la cinética del potencial eléctrico de la membrana celular

Una consecuencia de las propiedades eléctricas de la membrana celular es que cuando pasa una corriente eléctrica a través de ella, su potencial eléctrico no cambia instantáneamente. Por ejemplo, cuando se aplica un pulso de corriente rectangular desde el exterior (ver Fig. 1), la membrana se despolariza gradualmente durante varios milisegundos y luego también se repolariza gradualmente después del final del pulso. Tal desaceleración en la reacción ocurre debido al hecho de que la membrana celular en una solución electrolítica ( citoplasma y ambiente extracelular) adquiere las propiedades de un condensador eléctrico . Para el caso idealizado de una célula, cuyo potencial de membrana es el mismo en todos los puntos de la superficie, el valor del potencial de membrana V en algún momento t (V t ) se calcula según la ecuación:

V_{t}\ =\ V_{\infty}(1-e^{-t/\tau })\,

durante el período de tiempo en que aumenta el potencial de membrana, y

V_{t}\ =\ V_{\infty }e^{-t/\tau }\,

durante el período de tiempo en que el potencial disminuye, es decir, después del final del pulso actual.

En estas ecuaciones, t es el tiempo transcurrido desde el inicio del pulso (dimensión en milisegundos), es el tiempo o constante de membrana (dimensión en milisegundos), V ∞ (dimensión en milivoltios) es el valor del valor máximo de la membrana potencial, que se puede calcular como: $\tau$

V_{\infty}\ =\ r_{m}I\,

donde rm es la resistencia eléctrica de la membrana en megaohmios, I es la intensidad de la corriente en picoamperios .

La constante de tiempo también depende de las propiedades eléctricas de la célula nerviosa, y esta dependencia se puede describir como

{\ estilo de visualización \ tau \ = \ r_ {m} c_ {m} \,}

donde cm es la capacitancia eléctrica de la membrana celular en picofaradios . Al mismo tiempo, los valores de r m y c m dependen en gran medida del tamaño de la celda: las celdas grandes suelen tener valores bajos de r m y valores altos de c m , y viceversa Teniendo esto en cuenta, en neurofisiología se suele utilizar la capacitancia eléctrica de la membrana para comparar los tamaños relativos de las células.

El significado físico de la constante de tiempo , por lo tanto, es un período de tiempo, con un aumento en el potencial de membrana (V t ) suficiente para que alcance el valor 1-1 / e de V ∞ , o 63%, y cuando cae, el valor 1 / e de V ∞ , o 37% (ver Fig. 1). Es decir, cuanto mayor sea el valor de la constante de membrana, más lento será el cambio en el potencial eléctrico de la célula. $\tau$

Descripción de la cinética de la corriente eléctrica a través de la membrana celular

Similar al caso anterior, la constante de membrana se utiliza para caracterizar la corriente eléctrica generada por la célula nerviosa en respuesta a la excitación. En este caso, el significado físico es el tiempo requerido para alcanzar el 63% del valor máximo de la corriente generada (con su crecimiento), o el 37% del valor máximo, con su caída (ver Fig. 2). En este último caso , también se denomina constante de desactivación del receptor (si la desaparición de la corriente está asociada a la disociación del neurotransmisor del receptor), o constante de desensibilización (si el neurotransmisor permanece asociado a los receptores, pero éstos no obstante dejar de generar corriente debido a la desensibilización). $\tau$ $\tau$

Literatura

Hodgkin, AL y WAH Rushton (1938) Las constantes eléctricas de una fibra nerviosa de crustáceo. proc. R. Soc. largo 133:444-479.
Johnston, D. y SM-S. Wu (1995) Fundamentos de Neurofisiología Celular. Cambridge, MA: MIT Press.
Rall, W. (1977) Teoría del conductor central y propiedades del cable de las neuronas. En Handbook of Physiology, Sección 1: El sistema nervioso, vol. 1: Biología Celular de las Neuronas. ER Kandel (ed.). Bethesda, MD: Sociedad Americana de Fisiología, págs. 39-98.