Von Amber Plante
Elektrizität ist überall, auch im menschlichen Körper. Unsere Zellen sind darauf spezialisiert, elektrische Ströme zu leiten. Elektrizität wird vom Nervensystem benötigt, um Signale durch den Körper und an das Gehirn zu senden, damit wir uns bewegen, denken und fühlen können.
Wie also steuern die Zellen die elektrischen Ströme?
Die Elemente in unserem Körper, wie Natrium, Kalium, Kalzium und Magnesium, haben eine bestimmte elektrische Ladung. Fast alle unsere Zellen können diese geladenen Elemente, Ionen genannt, zur Erzeugung von Elektrizität nutzen.
Der Inhalt der Zelle wird durch eine Zellmembran vor der äußeren Umgebung geschützt. Diese Zellmembran besteht aus Lipiden, die eine Barriere bilden, durch die nur bestimmte Stoffe in das Zellinnere gelangen können.
Die Zellmembran fungiert nicht nur als Barriere für Moleküle, sondern auch als Möglichkeit für die Zelle, elektrische Ströme zu erzeugen.
Ruhende Zellen sind auf der Innenseite negativ geladen, während die äußere Umgebung eher positiv geladen ist. Dies ist auf ein leichtes Ungleichgewicht zwischen positiven und negativen Ionen innerhalb und außerhalb der Zelle zurückzuführen. Zellen können diese Ladungstrennung erreichen, indem sie geladene Ionen durch die Membran ein- und ausströmen lassen.
Der Fluss von Ladungen durch die Zellmembran ist es, der elektrische Ströme erzeugt.
Die Zellen steuern den Fluss bestimmter geladener Elemente durch die Membran mit Hilfe von Proteinen, die auf der Zelloberfläche sitzen und eine Öffnung für den Durchgang bestimmter Ionen schaffen. Diese Proteine werden als Ionenkanäle bezeichnet. Wenn eine Zelle stimuliert wird, können positive Ladungen durch offene Ionenkanäle in die Zelle gelangen. Das Innere der Zelle wird dann stärker positiv geladen, was weitere elektrische Ströme auslöst, die zu elektrischen Impulsen, den so genannten Aktionspotenzialen, werden können.
Eine Störung der elektrischen Ströme kann zu Krankheiten führen.
Damit zum Beispiel das Herz pumpen kann, müssen die Zellen elektrische Ströme erzeugen, die es dem Herzmuskel ermöglichen, sich zum richtigen Zeitpunkt zusammenzuziehen. Ärzte können diese elektrischen Impulse im Herzen sogar mit einem Gerät, dem Elektrokardiogramm oder EKG, beobachten. Unregelmäßige elektrische Ströme können verhindern, dass sich die Herzmuskeln richtig zusammenziehen, was zu einem Herzinfarkt führen kann. Dies ist nur ein Beispiel für die wichtige Rolle der Elektrizität bei Gesundheit und Krankheit.