L’equazione di Nernst determina il potenziale di riposo delle membrane cellulari nel corpo come fattore della concentrazione di ioni all’interno e all’esterno della cellula. Le cellule sono l’unità di base del corpo e l’ambiente all’interno della cellula è separato dall’esterno da una membrana cellulare. L’ambiente intracellulare contiene una concentrazione di ioni diversa da quella dell’ambiente extracellulare, quindi si sviluppa una carica elettrica, che viene definita potenziale di riposo. Gli ioni più influenti nel determinare il potenziale di riposo sono quelli a cui la membrana cellulare è più permeabile: sodio e potassio. C’è una maggiore concentrazione di potassio all’interno della cellula rispetto all’esterno della cellula, e il contrario è vero per lo ione sodio.
Per molte delle cellule del corpo, il potenziale di riposo rimane costante per tutta la durata della vita cellulare. Per le cellule eccitabili come quelle dei nervi e dei muscoli, tuttavia, il potenziale di riposo si riferisce semplicemente al potenziale di membrana quando la cellula non è eccitata. Una cellula eccitabile è quella che genera un impulso elettrico che fa contrarre la cellula, nel caso di una cellula muscolare, o emette un segnale, nel caso di una cellula nervosa.
L’eccitazione provoca il cambiamento della permeabilità della membrana agli ioni, principalmente potassio e sodio. Ciò consente il flusso di ioni dall’area di maggiore concentrazione all’area di minore concentrazione e questo flusso provoca una corrente elettrica che cambierà la carica attraverso la membrana. Pertanto, l’equazione di Nernst non è applicabile in questo caso, perché l’equazione di Nernst tiene conto solo della concentrazione di ioni quando non c’è permeabilità attraverso la membrana cellulare.
L’equazione di Nernst tiene conto di costanti come la costante di Faraday, la costante universale dei gas, la temperatura assoluta del corpo e la valenza degli ioni considerati. Il potassio è lo ione più comunemente considerato nell’equazione. È lo ione di maggiore permeabilità, quindi scorre di più attraverso la membrana.
L’equazione di Nernst è stata criticata perché presuppone che non vi sia alcun flusso netto di ioni attraverso la membrana cellulare. Realisticamente, non c’è mai un flusso netto di ioni, perché gli ioni fuoriescono a causa di perdite o vengono attivamente pompati dalla cellula attraverso la membrana. In molti casi, l’equazione di Goldman più universale è preferita quando si prevede il potenziale di membrana. L’equazione di Goldman tiene conto della permeabilità della membrana agli ioni per una valutazione più accurata del potenziale di membrana e può essere utilizzata per cellule eccitabili e non eccitabili.