elektrophysiologische

Die Elektrophysiologie ist ein Teilgebiet der Physiologie und Biologie, das sich mit den elektrischen Eigenschaften biologischer Gewebe und Zellen befasst. Zentrale Größen sind das Membranpotenzial, Aktionspotenziale, Ruhe- und Exzitationszustände sowie die Übertragung elektrischer Signale zwischen Zellen. Typische Anwendungsfelder liegen in der Neurowissenschaft, der Kardiologie und der Muskelphysiologie, aber auch in der Grundlagenforschung zur Zellbiophysik.

Messmethoden und -prinzipien

Elektrophysiologische Messungen können intrazellulär oder extrazellulär erfolgen. Intrazelluläre Techniken verwenden Mikroelektroden oder Patch-Clamp-Systeme, um den transmembranalen Strom oder das Membranpotential einzelner Zellen exakt zu bestimmen. Patch-Clamp-Methoden ermöglichen differenzierte Messungen von Ionenkanalströmen (z. B. Voltage-Clamp) oder des gesamten Zellstroms (Current-Clamp). Extrazelluläre Aufzeichnungen erfassen lokale Potenzialänderungen mit mehreren Elektroden oder Mikroelektrodenarrays. Nicht-invasive Verfahren wie Elektroenzephalografie (EEG), Magnetenzephalografie (MEG) und Elektrokardiografie (EKG/ECG) liefern funktionelle Signale aus dem Nervensystem bzw. dem Herzen. Ergänzend kommen optische und interferometrische Techniken in der Schnittstelle von Elektrophysiologie und Bildgebung zum Einsatz.

Anwendungsfelder und Bedeutung

Elektrophysiologie dient dem Verständnis neuronaler Netzwerke, der Verarbeitung von Sinnesinformationen, der Steuerung von Muskeln und der Basisforschung zur Ionenkanalphysiologie. In der Klinik unterstützt sie Diagnostik und Therapie bei Herzrhythmusstörungen, Epilepsie, neurodegenerativen Erkrankungen und anderen Störungen der elektrischen Signalübertragung. Die Entwicklung neuer Elektroden, long-term-Recording-Methoden und integrierter Ansätze treibt das Feld kontinuierlich voran.

Historischer Kontext

Frühe Arbeiten zum Ruhemembranpotenzial und zu Aktionspotenzialen legten den Grundstein, später leitete die Patch-Clamp-Technik in den 1970er Jahren ein neues Kapitel in der Ionkanal-Forschung ein. Seitdem hat sich die Elektrophysiologie deutlich auf humane Anwendungen und neuronale Netzwerke ausgedehnt.