Vilande membranpotential är skillnaden i spänning för vätskorna inuti en cell och utanför en cell, som vanligtvis är mellan -70 till -80 millivolt (mV). Alla celler har denna skillnad, men den är särskilt viktig i förhållande till nerv- och muskelceller, eftersom varje stimulans som ändrar spänningen och gör den annorlunda än vilomembranpotentialen är det som gör att cellerna kan överföra elektriska signaler. Om cellerna inte hade spänningsskillnaden skulle de vara neutrala och inte överföra någon information.
Bakgrund
Alla celler har ett membran som fungerar som en barriär mellan vätskan utanför dem och den inuti, och för att kontrollera vilka typer av partiklar som kan gå in och ut ur cellen. Vissa partiklar, som syre, kan gå igenom membranet på egen hand, men andra större behöver speciella kanaler för att ta sig igenom. Vissa av dessa kanaler släpper bara in och ut en typ av partiklar och trycker eller drar inte aktivt partiklarna i någon riktning, medan andra kan ta flera typer av partiklar och aktivt kan trycka dem in eller ut ur cellen. Båda typerna kan vara öppna eller stängda vid specifika tidpunkter av cellen för att kontrollera flödet av partiklar.
Vilande potential
När en cell vilar är vätskan inuti den lite mer negativ än vätskan utanför den, som vanligtvis har en laddning på 0 mV. Detta beror på elektriskt laddade partiklar som kallas joner. Jonerna som orsakar skillnaden i spänning är den typ av partiklar som behöver kanaler för att ta sig igenom membranet, och inkluderar saker som kalium (K+) och natrium (Na+). När en cell är i vila, innehåller den en koncentration av stora negativa joner inuti den, samt lite K+ och lite Na+. Utsidan av cellen är omgiven av bland annat Na+ och lite K+.
Eftersom vätskor helst vill ha olika typer av partiklar fördelade jämnt över sig, vill K+ inuti cellen gå utanför den och Na+ vill komma in, så att joner där skulle vara jämnt fördelade. De kan dock inte göra detta, eftersom kanalerna som tillåter Na+ att passera genom membranet är stängda när cellen är i vila, och de för K+ är bara något öppna, vilket bara låter lite K+ läcka ut. Dessutom finns det en tredje typ av kanal som aktivt trycker ut eventuellt extra Na+ ur cellen och tar eventuellt K+ som läcker ut tillbaka in i den. Detta innebär att den något negativa spänningen inuti cellen bibehålls, vilket skapar den vilande membranpotentialen.
Åtgärdspotentialer
En aktionspotential är det sätt som celler överför elektrisk information och sker som svar på en stimulans. Om en cell som är i vila får tillräckligt med stimulans för att få upp laddningen av vätskan inuti den till -55 mV, öppnas kanalerna som släpper igenom Na+, vilket gör att mycket Na+ strömmar in i cellen. Detta ökar ytterligare laddningen av vätskan inuti, upp till cirka +30 mV. När vätskan når denna laddning stängs Na+-kanalerna och K+-kanalerna öppnas hela vägen, vilket låter K+ strömma ut ur cellen. Det tar dock längre tid för dessa kanaler att öppna sig än Na+-kanalerna, så cellvätskan förblir positivt laddad en liten stund.
Refraktär period
När väl K+-kanalerna är helt öppna, flyter mycket K+ ut ur cellen, vilket sänker dess interna spänning till cirka -90 mV. Detta kallas hyperpolarisering, och hindrar stimulansen från att komma tillbaka och påverka samma cell igen, eftersom vätskan nu har en mycket lägre spänning, vilket innebär att en mycket större stimulans skulle behövas för att få den tillbaka till -55 mV. Efter att detta har hänt börjar kanalerna som tar in K+ och trycker ut Na+ att fungera och så småningom flyttar cellen tillbaka till vilomembranpotentialen på -70 mV.