Erregbarkeitsschwellenwerte

Erregbarkeitsschwellenwerte bezeichnen die minimalen Stimulusstärken, die erforderlich sind, um bei einer erregbaren Zelle, typischerweise einem Neuron oder einer Muskelfaser, ein Aktionspotential bzw. eine Kontraktion auszulösen. Sie hängen von der Dauer des Reizes, von Temperatur und von Ionenzuständen der Membran ab und widerspiegeln die Erregbarkeit der Zellmembran. Die Schwellenwerte unterscheiden sich je nach Zelltyp, Reizart und mikroskopischer Struktur.

Die Stärke-Dauer-Beziehung beschreibt, wie Stimulusstärke und Reizdauer zusammenwirken. Wichtige Größen sind Rheobase und Chronaxie: Die Rheobase ist die minimale Reizstärke, die bei sehr langer Reizdauer ein Aktionspotential auslöst; die Chronaxie ist die minimale Reizdauer, die bei einer Reizstärke von zweimal der Rheobase benötigt wird. Die Stärke-Dauer-Kurve fällt typischerweise mit zunehmender Reizdauer ab, sodass längere Reize geringere Amplituden erfordern.

Bestimmungsfaktoren der Erregbarkeitsschwellenwerte sind die Ruhemembranpotenziale, die Dichte und der Zustand spannungsabhängiger Na+- und K+-Kanäle, Myelinisierung, Zellgeomtrie sowie Temperatur. Synaptische Eingänge und neuromodulatorische Substanzen können den Schwellenwert senken oder erhöhen. Erkrankungen wie Demyelinisierung, Elektrolytstörungen oder Sehzellenveränderungen können die Erregbarkeit verändern.

Messung und Anwendung: In der Grundlagenforschung werden Intrazelluläraufzeichnungen, Patch-Clamp-Techniken oder extrazelluläre Stimulation genutzt, um Schwellenwerte zu bestimmen. Klinisch dienen Erregbarkeitsschwellenwerte der Beurteilung von Nervenleitungsstöungen, Muskelpathologien und der Optimierung von Elektrostimulationsbehandlungen in Diagnostik und Therapie.

Refraktärzeiten beeinflussen die praktischen Schwellenwerte: im absoluten Refraktärzeitraum lässt sich kaum ein neues Aktionspotential auslösen, im relativen Refraktärzeitraum ist eine verstärkte oder längere Stimulation erforderlich.