Le potentiel, ou différence de potentiel, se produit lorsqu’il existe une différence de charge électrique entre deux points. Cette différence de charge est généralement due à une concentration d’ions de charges opposées en chaque point. Le potentiel d’action se produit lorsqu’il y a un changement soudain et brutal de la différence de potentiel à travers la membrane d’une cellule nerveuse qui se propage le long de la cellule.
Lorsqu’un influx nerveux n’est pas transmis, l’intérieur de la cellule nerveuse a une charge négative et l’extérieur une charge positive. On dit qu’il est dans son état de repos, donc la différence de potentiel à ce moment est le potentiel de repos. La différence de charges est due aux quantités d’ions trouvées à l’intérieur et autour de la cellule. Dans le cas des cellules nerveuses, la différence de potentiel est due aux ions sodium et potassium.
Tous les influx nerveux sont de nature ionique. Lorsque la cellule nerveuse est au repos, il existe différentes concentrations d’ions potassium et sodium de chaque côté de la membrane. Cette différence est maintenue par des pompes sodium-potassium dans la membrane. Cette pompe pompe les ions sodium hors de la cellule et les ions potassium à l’intérieur.
Les ions potassium et sodium diffusent à travers la membrane en raison de la différence de concentration de chaque côté. Les ions potassium peuvent facilement diffuser hors de la cellule, mais la membrane est relativement imperméable aux ions sodium diffusant à l’intérieur. Le résultat global est que l’intérieur de la cellule nerveuse a une charge négative par rapport à l’extérieur de la cellule.
Lorsque la cellule nerveuse est stimulée et qu’une impulsion est initiée, la situation est momentanément inversée. L’intérieur de la cellule devient positif et l’extérieur négatif. Cette inversion soudaine du potentiel de repos qui accompagne l’impulsion est le potentiel d’action. Un potentiel d’action a une durée de vie extrêmement courte, donc une impulsion est en fait une onde de dépolarisation, ou potentiels d’action, qui passe le long de la cellule.
Lors d’une impulsion, la membrane cellulaire devient perméable aux ions sodium. Les ions sodium ont une concentration très élevée à l’extérieur de la membrane, ils diffusent donc rapidement dans la cellule. Cela se produit très rapidement et inverse le potentiel de repos. Avec autant d’ions positifs maintenant trouvés dans la cellule, l’intérieur a une charge positive par rapport à l’extérieur.
Les ions sodium peuvent pénétrer dans la cellule par les canaux ioniques. Lorsque la cellule est au repos, les canaux ioniques restent fermés et empêchent les ions sodium de pénétrer dans la cellule. Lorsqu’elles sont stimulées par une impulsion, elles s’ouvrent et permettent l’afflux des ions sodium. De cette façon, les potentiels d’action et les impulsions s’auto-propagent. Le potentiel d’action dans une zone de la membrane stimule la zone suivante provoquant l’ouverture des canaux ioniques. Cela commence à son tour un potentiel d’action, qui stimule ensuite la zone suivante et ainsi de suite.
Lorsque les ions sodium pénètrent dans la cellule, les ions potassium en sortent. C’est le début du processus de récupération où l’intérieur de la cellule commence à retrouver sa charge négative. Une fois que le potentiel d’action est passé et s’est déplacé le long de la membrane cellulaire, les canaux ioniques se ferment et la membrane devient imperméable aux ions sodium. La pompe sodium-potassium pompe à nouveau les ions sodium et les ions potassium, ce qui permet de restaurer le potentiel de repos.