Membrankapazität

Die spezifische Membrankapazität C_m hängt nur von den Membraneigenschaften ab. Aufgrund des gleichförmigen Aufbaus der Lipiddoppelschichten liegt sie bei verschiedenen Zelltypen immer bei etwa 1 μF/cm² bzw. 10 nF/mm² (Farad pro Membranfläche).

Die Zellmembran wird intra- und extrazellulär von gut leitenden Elektrolytlösungen umgeben. Daher kann die Lipiddoppelschicht der Zellmembran als Kondensator und dazwischenliegendes Dielektrikum aufgefasst werden. Es gilt analog zum Kondensator:

$${\displaystyle Q=C\times U}$$ wobei:

• Q = Ladungsmenge [C]
• C = Kapazität des Kondensators [F]
• U = Angelegte Spannung [V]

Weiterhin gilt für die Kapazität:

$${\displaystyle c_m=\epsilon \times \frac{A}{d}}$$wobei:

• c_m = Kapazität der Membran [F]
• ɛ = Dielektrizitätskonstante [F*m^-1]
• A = Fläche [m²]
• d = Dicke [m]

Membrankapazität und Membranfläche verhalten sich direkt proportional. Je größer der Durchmesser eines Nervenzellfortsatzes und damit dessen Oberfläche ist, desto größer ist die Membrankapazität der Nervenfaser.

Eine hohe Membrankapazität verbessert die Aufnahmebereitschaft für Ladungen. Da diese Ladungen nicht mehr für die Erregungsleitung zur Verfügung stehen, würde sich die Leitungsgeschwindigkeit dickerer Fasern verschlechtern. Das ist aber nicht der Fall, da dem zwei Effekte entgegenstehen:

1. Membrankapazität und Membrandicke verhalten sich umgekehrt proportional. Wird die Membran durch die Ummantelung mit einer Myelinscheide dicker, sinkt die Membrankapazität und der Membranwiderstand steigt.
2. Der Längswiderstand der Nervenfaser nimmt mit steigenden Durchmesser quadratisch ab.