Bioelektrizität

Bioelektrizität bezeichnet die elektrischen Phänomene, die in lebenden Organismen auftreten und durch den Fluss von Ionen über Zellmembranen erzeugt werden. Zentrale Größen sind das Ruhepotential und Aktionspotentiale. Das Ruhepotential liegt in vielen Zellen typischerweise zwischen −60 und −90 Millivolt; Aktionspotentiale sind kurze, rasche Membranpotentialänderungen, die als elektrische Signale dienen. Grundlagen sind Ionengradienten über die Membran (vor allem Na+, K+, Cl−, Ca2+) sowie die selektive Permeabilität der Membran und die Aktivität von Ionenpumpen wie der Na+/K+-ATPase.

In Nervenzellen und Muskelzellen werden Signale durch Aktionspotentiale weitergeleitet: Depolarisation durch Öffnung spannungsgesteuerter Natriumkanäle, schnelle Weiterleitung, gefolgt von Repolarisation durch Kaliumkanäle. Die Refraktärzeit verhindert eine unmittelbare Wiederholung des Signals. Elektrische Signale können auch über direkte Zellkontakte (GAP-Junctions) oder durch elektrische Felder innerhalb Gewebe übertragen werden. In Herz- und Skelettmuskulatur sorgt die geordnete elektrische Aktivität für koordinierte Kontraktionen.

Bioelektrizität spielt zudem eine Rolle in Entwicklung, Wundheilung und Regeneration, wo bioelektrische Felder Musterbildung und Orientierungen beeinflussen können. Mess- und Manipulationsmethoden wie Elektroenzephalografie (EEG), Elektromyografie (EMG), Elektrokardiografie (EKG), Patch-Clamp-Techniken und Mikroelektrodenarrays ermöglichen Erfassung und gezielte Beeinflussung bioelektrischer Signale.

Anwendungen finden sich in der Medizin und Forschung: Defibrillation, Herzschrittmacher, Reizstromtherapie sowie neuroelektrische Prothesen und therapeutische Stimulationsansätze. Die Bioelektrizität dient so als Grundlage für Verständnis und Behandlung elektrischer Phänomene im Körper.