Análise e Modelagem do Potencial de Repouso em Porção de Axônio utilizando o Método de Lattice Boltzmann
Resumo
Na ausência de excitação, neurônios permanecem em repouso. O estado de repouso é caracterizado pela existência de diferenças de potencial elétrico e concentrações iônicas através da membrana do axônio. No entanto, os mecanismos responsáveis e a magnitude dos fluxos durante o estabelecimento do estado de repouso, após uma perturbação externa, não estão ainda completamente elucidados. O estado de repouso não é um estado de equilíbrio, mas um estado dinâmico estacionário. Sabe-se da existência de proteínas, classificadas genericamente como bombas e canais, que transportam íons através da membrana modificando o potencial através da mesma. No entanto, há várias hipóteses contraditórias sobre a magnitude e relação entre os fluxos provocados por tais proteínas e sobre a importância de outros fatores, como, por exemplo, a existência de cargas fixas. Um dos motivos para a dificuldade em escolher as hipóteses que tornam a modelagem mais consistente reside nas escalas de espaço e tempo diminutas dos fenômenos envolvidos o que dificulta a obtenção de medições locais e controladas. Nesse sentido, o desenvolvimento de modelos consistentes permite a avaliação das características e dos efeitos das várias hipóteses e contribui para o estabelecimento de modelos mais confiáveis. Nesse trabalho, utiliza-se, o método lattice Boltzmann para tratar o transporte iônio e o campo elétrico nos meios intra e extra celulares nas vizinhanças da membrana celular de um axônio. Uma caracterização físico-química da região vizinha à membrana de um axônio é feita baseada nos dados experimentais existentes. De posse dessa caracterização, utiliza-se o método numérico para a simulação da eletrodifusão iônica de uma porção de axônio quando uma perturbação a partir do estado de repouso é introduzida. Várias hipóteses são usadas, as soluções numéricas são comparadas com soluções existentes na literatura e com medições e, com base nas simulações, conclui-se quais hipóteses são mais adequadas para se explicar a manutenção do repouso. Além disso, também se observa que são necessários mais experimentos para obter maior confiabilidade sobre os modelos constitutivos de fluxos através dos canais e, principalmente, das bombas.
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| Imagem em microscópio eletrônico de uma porção de tecido nervoso. |
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| Esquema do domínio do problema mostrando: (a) neurônio, (b) porção do axônio, e (c) domínio de estudo proposto. |
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| Fluxograma simplificado para o método LB. |
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| Fluxos iônicos através dos canais de Na+, K+, Cl- e o fluxo total em função do tempo. Condições: Modelo G-H-K generalizado e σEIC = -0,0223 C/m2 e σEEC = 0 C/m |
Palavras-chave: Potencial de Repouso. Axônio. Lattice Boltzmann. Eletro-fluido-dinâmica. Membranas.
Aluna: Roberta Brondani Minussi
Orientação: Amir Antonio Martins Olvieira Jr.
Co-orientação: Paulo Cesar Phillipi
Nível: Doutorado
Área de Concentração: Engenharia e Ciências Térmicas
Linha de Pesquisa: Biotérmica
Situação: finalizado