Die einzigen erregbaren Zellen, das heißt, die einzigen Zellen, die in der Lage sind, ein Aktionspotenzial zu erzeugen, sind die Nervenzelle und die Muskelzelle. Die Erregung wird erzielt durch die Zufuhr einer bestimmten Menge elektrischer Ladungen, wodurch das Ruhepotenzial bis auf einen Wert reduziert wird, den man als Erregungsschwelle bezeichnet. Die Auslösung des Aktionspotenzials wird auf einfache Weise an der Nervenzelle erreicht, indem eine kleine Strommenge angelegt wird. Bei der Muskelzelle hingegen ist dies schwieriger. Diese Zellen sind weniger leicht erregbar und erfordern eine größere Strommenge zum Erreichen der Erregungsschwelle.

Die mehr oder weniger große Erregbarkeit einer Zelle ergibt sich aus dem Lapicqueschen Gesetz. Dieses beschreibt die Relation zwischen der Stärke eines rechteckigen Stromimpulses und der Mindestdauer, während der der Strom angelegt werden muss, um die Erregung zu erzielen (Weitere Einzelheiten hierzu finden Sie unter "Das Grundprinzip der Elektrostimulation" im Kapitel "Grundprinzipien"). Die mechanische muskuläre Reaktion oder deren Nichtvorhandensein bestimmen, ob es zur Erregung kommt oder nicht. Diese mechanische Reaktion zeigt in jedem Fall entweder die Erregung des motorischen Nervs an oder die direkte Erregung der Muskelfasern. Wenn auf einen normalerweise innervierten Muskel Rechteckimpulse angewendet werden, zeigt die beobachtete mechanische Reaktion immer die Erregung des motorischen Nervs an, da die Motoneuronen leichter zu erregen sind als die Muskelfasern. Die mit Rechteckimpulsen beobachtete mechanische Reaktion wird bewirkt durch eine direkte Erregung nur der Muskelfasern, wenn diese der Nervensteuerung entzogen sind, wie es bei einer Denervation der Fall ist. Experimentell kann man die Erregbarkeit der Muskelfasern analysieren und ihre Intensitäts-/Dauer-Kurve erhalten, indem man den Patienten kurarisiert. Damit wird die synaptische Übertragung zwischen Motoneuron und motorischer Endplatte blockiert. Die nachstehende Grafik zeigt Durchschnittwerte der Relation I/t für die Motoneuronen und die Muskelfasern.

Dies verhindert eine detaillierte Beobachtung der einen oder der anderen Kurve. Bei Verwendung einer logarithmischen Skala ist eine detaillierte Beobachtung der beiden Kurven möglich (siehe Diagramm unten).

Diese Kurven zeigen deutlich, dass es mit Rechteckimpulsen nicht möglich ist, die Muskelfasern eines Muskels, dessen Nervensteuerung intakt ist, direkt zu erregen. Sie zeigen auch, dass im Falle einer partiellen Denervation Rechteckimpulse von langer Dauer (mehrere zig ms) nicht nur die denervierten Muskelfasern erregen, sondern auch die Motoneuronen der noch innervierten Partie. Dagegen erregen Rechteckimpulse von kurzer Dauer (mehrere Zehntel ms) lediglich die Motoneuronen, ohne Auswirkung auf die denervierten Muskelfasern.

Die Aussagen des vorhergehenden Abschnitts müssen jedoch relativiert werden, denn die Erregbarkeitskurven der oben abgebildeten Diagramme beziehen sich auf gesunde Muskelfasern, die nur durch Kurarisierung ihrer Nervensteuerung entzogen wurden. Bei einem Muskel, der durch eine Verletzung des peripheren Nervs denerviert ist, ist die Situation anders, denn die Erregbarkeit der gesunden Muskelfasern und der denervierten Muskelfasern ist unterschiedlich. Die Erregbarkeitskurve der denervierten Muskelfasern verschiebt sich nach rechts. Das bedeutet, dass eine denervierte Muskelfaser weniger erregbar ist als eine gesunde Muskelfaser, und zwar umso mehr, je älter die Denervation ist. Darüber hinaus besteht mit der Zeit die Gefahr, dass das denervierte Muskelgewebe sklerosiert und seine Erregbarkeit verliert.

Wenn also Rechteckimpulse von 10 ms Dauer in der Lage sind, gesunde Muskelfasern zu erregen, sind für denervierte Muskelfasern sehr viel längere Impulse in einer Größenordnung von 100 ms erforderlich.