Non-linear dynamics of epileptiform burst and its transition to spreading depression / Dinamicas não-lineares do burst epileptiforme e da sua transição para a depressão alastrante

AUTOR(ES)
DATA DE PUBLICAÇÃO

2009

RESUMO

Durante o burst epileptiforme e a depressão alastrante (DA), são observados um aumento da [K+]o (concentração extracelular de potássio) e uma diminuição da [Ca2+]o (concentração extracelular de cálcio), evidenciando a participação deste mecanismo não-sináptico nestes padrões oscilatórios anormais. Essas variações nas [K+]o e [Ca2+]o elevam a excitabilidade neuronal. No entanto, não está claro se a alta [K+]o é um fator primário na geração destas atividades neuronais ou se apenas desempenha um papel secundário neste processo. Para melhor compreender a dinâmica não-linear destes padrões, as condições experimentais de alta [K+]o e zero [Ca2+]o foram replicadas em um modelo ampliado de Golomb, referente à região CA1 da formação hipocampal. Importantes mecanismos regulatórios de concentração iônica, como a bomba Na+/K+, a difusão iônica e o sistema de buffer da glia, foram acrescentados ao modelo de Golomb. Dentro destas condições, foi possível simular atividades elétricas neuronais tipicamente apresentadas no burst epileptiforme em sua fase ictal. A DA foi iniciada pela interrupção da atividade da bomba Na+/K+. O bloqueio da bomba Na+/K+ por meio da hipóxia celular é uma manobra experimental para se obter a DA, conhecida também como depressão alastrante hipóxica - DAH. A teoria de bifurcação e o método fast-slow analysis foram utilizados para estudar a interferência do K+ extracelular na excitabilidade celular. Este estudo indicou que o sistema perde a sua estabilidade com o aumento da [K+]o, transitando para um elevado estado de excitabilidade. Este crescimento da [K+]o provoca bifurcações no comportamento dinâmico neuronal, que determinam transições entre diferentes estágios dessas atividades elétricas. No primeiro estágio, o aumento da [K+]o propicia a deflagração do burst epileptiforme e da DA via bifurcações sela-nó e de Hopf supercrítica, respectivamente. Ao longo da atividade neuronal, o nível de excitabilidade é mantido por meio de um crescimento contínuo da [K+]o, que deprime as correntes de K+ em um processo de realimentação positiva. Neste estágio, em relação ao burst epileptiforme, a amplitude e a freqüência dos disparos dos potenciais de ação são alteradas via bifurcação de Hopf supercrítica. No último estágio, com a depressão das correntes de K+, a bomba de Na+/K+ tem uma participação importante no término da atividade neuronal. O burst epileptiforme e a DA são finalizados por meio das bifurcações sela-órbita homoclínica e sela-nó, respectivamente. Portanto, este trabalho sugere que o K+ extracelular pode desempenhar um papel fundamental na dinâmica não-linear do burst epileptiforme e da sua transição para a DA

ASSUNTO(S)

sistemas dinamicos dynamical systems bioengineering neurologia bioengenharia neurology

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