Le déséquilibre des concentrations ioniques produit un potentiel d'équilibre pour chaque ion
Pour bien comprendre les mécanismes à l'origine des signaux électriques cellulaires, considérons dans un premier temps le cas d'une cellule artificielle n'ayant au niveau membranaire que des canaux pouvant laisser passer le potassium, espèce ionique intracellulaire majoritaire. Du fait de la plus forte concentration de potassium à l'intérieur de la cellule par rapport à sa concentration dans le milieu extra cellulaire, des ions potassium vont sortir de la cellule, créant un gradient de concentration dont l'expression mathématique est :
Gradient de concentration = -RT ln [K]int/[K]ext
(R = Constante des gaz parfaits = 8.314 joules / mol./ °K; T = T° Kelvin = T° Celsius + 273)
Puisque les particules passant à travers le canal sont chargées, un gradient électrique s'opposant au gradient de concentration va se former. Ce gradient électrique est donné par la relation :
Gradient électrique = Z . F . E
(Z = valence de l'ion ; F = constante de Faraday = 96500 Coulombs/mol, E = potentiel)
A l'équilibre, les deux gradients s'annulent et on obtient alors le potentiel d'équilibre de l'ion ou potentiel de Nernst tel que :
Z . F . E = -RT ln [K]int/[K]ext
ou
E = - RT/ZF ln [K]int/[K]ext
