Modeling The Electrical Activity in MyelinatedNerve Fibers: Towards the Electrophysiological Validation of Neuronal Bridges

Abstract

Cuando ocurren lesiones severas en el Tejido Nervioso Central o Periférico, a menudo se desencadenan eventos que dañan permanentemente la función neurológica conduciendo así al déficit motor y sensorial del paciente. El uso de andamios de biomateriales para crear puentes que restablezcan las conexiones perdidas son prometedores, pero actualmente tienen una aplicabilidad limitada y las validaciones biológicas y electrofisiológicas demandan un tiempo considerable por lo que aún sigue siendo un campo explorado por numerosos investigadores en todo el mundo. En este trabajo proponemos un modelo empírico simplificado que describe la generación y conducción de un potencial de acción compuesto a lo largo de fibras mielínicas. La validación electrofisiológica del modelo se realizó a través del análisis cualitativo en tres situaciones experimentales en los cuales se evocan potenciales de acción compuestos: a) nervio ciático del sapo, b) axones gigantes laterales y axón gigante medial de una lombriz, y c) nervio infraorbitario en ratas. Los resultados ponen en evidencia la gran versatilidad del modelo empírico propuesto a los diferentes potenciales de acción evocados. El modelo propuesto podría convertirse en una valiosa herramienta para determinar el porcentaje de fibras funcionalmente conectadas a través de puentes neuronales fabricados con diversos materiales.

When severe injuries occur in the Central or Peripheric Nervous Tissue, this often triggers events that permanently damage the neurological function, which leads to a reduction in the patient’s quality of life. The use of bio-materials scaffolding to create bridges that re-establish the lost connections are promising, but currently, have limited applicability; and electrophysiological and biological validations demand considerable time, so it is still a field being explored by many investigators around the world. In this paper a simplified empirical model is proposed to describe an action potential generation an conduction through myelinic fibers. The model's electrophysiological validation was performed through qualitative analysis in three experimental situations that call for action potential: a) sciatic nerve in frog, b) giant lateral axons and giant medial axon in earthworm, and c) infraorbital nerve in rats. Results evidence the proposed empirical model's great versatility to the different evoked action potentials. The proposed model could become a valuable tool to determine the percentage of functionally connected fibers through neural bridges made of various materials.