Die Nernst-Gleichung bestimmt das Ruhepotential von Zellmembranen im Körper als Faktor der Ionenkonzentration innerhalb und außerhalb der Zelle. Zellen sind die Grundeinheit des Körpers, und die Umgebung im Inneren der Zelle ist durch eine Zellmembran vom Äußeren getrennt. Die intrazelluläre Umgebung enthält eine andere Ionenkonzentration als die extrazelluläre Umgebung, sodass sich eine elektrische Ladung entwickelt, die als Ruhepotential bezeichnet wird. Die Ionen, die das Ruhepotential am stärksten bestimmen, sind diejenigen, für die die Zellmembran am durchlässigsten ist: Natrium und Kalium. Es gibt eine höhere Kaliumkonzentration innerhalb der Zelle als außerhalb der Zelle, und das Gegenteil ist beim Natriumion der Fall.
Für viele Zellen im Körper bleibt das Ruhepotential für die Dauer des Zelllebens konstant. Bei erregbaren Zellen wie Nerven- und Muskelzellen bezieht sich das Ruhepotential jedoch einfach auf das Membranpotential, wenn die Zelle nicht erregt ist. Eine erregbare Zelle ist eine Zelle, die einen elektrischen Impuls erzeugt, der im Fall einer Muskelzelle eine Kontraktion der Zelle oder im Fall einer Nervenzelle ein Signal auslöst.
Durch Anregung verändert sich die Durchlässigkeit der Membran für Ionen, hauptsächlich Kalium und Natrium. Dies ermöglicht den Fluss von Ionen vom Bereich höherer Konzentration zu dem Bereich niedrigerer Konzentration, und dieser Fluss verursacht einen elektrischen Strom, der die Ladung durch die Membran ändert. Daher ist die Nernst-Gleichung in diesem Fall nicht anwendbar, da die Nernst-Gleichung nur die Ionenkonzentration berücksichtigt, wenn keine Permeabilität durch die Zellmembran besteht.
Die Nernst-Gleichung berücksichtigt Konstanten wie die Faraday-Konstante, die universelle Gaskonstante, die absolute Temperatur des Körpers und die Wertigkeit der betrachteten Ionen. Kalium ist das am häufigsten betrachtete Ion in der Gleichung. Es ist das Ion mit der größten Permeabilität, daher fließt es am meisten durch die Membran.
Die Nernst-Gleichung wurde kritisiert, weil sie davon ausgeht, dass es keinen Netto-Ionenfluss durch die Zellmembran gibt. Realistischerweise gibt es nie keinen Netto-Ionenfluss, da Ionen aufgrund von Leckagen entweichen oder von der Zelle aktiv über die Membran gepumpt werden. In vielen Fällen wird die universellere Goldman-Gleichung bei der Vorhersage des Membranpotentials bevorzugt. Die Goldman-Gleichung berücksichtigt die Durchlässigkeit der Membran für Ionen für eine genauere Beurteilung des Membranpotentials und kann für erregbare und nicht erregbare Zellen verwendet werden.