Figura arată de ce un neuron în repaus este polarizat, adică felul în care sunt împărțiți ionii de o parte și de alta a membranei axonului. Axonul este desenat ca un cilindru tăiat, iar cercurile marcate cu $\ce{Na+}$ și $\ce{K+}$ sunt ionii, în afara și în interiorul lui. Discurile închise la culoare, însoțite de semnul minus, sunt ionii cu sarcină negativă din citoplasmă. Se pot număra simbolurile din desen ca să se vadă dintr-o privire cele două dezechilibre.

Ce se vede în exterior

În afara axonului se înghesuie mai ales ioni de sodiu, printre care apar și câțiva ioni de potasiu. Concentrația ionilor de sodiu din exteriorul celulei este de peste 10 ori mai mare decât cea din interior, ceea ce îi conferă suprafeței externe a membranei celulare o sarcină pozitivă, comparativ cu interiorul. Numărul ionilor de sodiu din exteriorul celulei este mai mare decât cel al ionilor de potasiu, ceea ce contribuie la menținerea unei sarcini electrice pozitive în exteriorul celulei.

Ce se vede în interior

Înăuntru, printre ionii pozitivi predomină cei de potasiu, iar alături de ei apar ionii cu sarcină negativă. Numărul mare de ioni negativi din celulă este pus pe seama moleculelor proteice, fiindcă proteinele citoplasmatice au o sarcină electrică negativă. Există, de asemenea, un ușor exces de ioni negativi în citoplasmă, care includ ioni de fosfat organic.

De unde vine dezechilibrul

Un factor este pompa de sodiu-potasiu, foarte eficientă. Ea transportă câte trei ioni de sodiu în afara celulei, prin mecanisme de transport activ, și introduce în celulă câte doi ioni de potasiu. Pompa funcționează împotriva gradientului de concentrație al ionilor și, prin urmare, sunt necesare cantități mari de $\ce{ATP}$ pentru a furniza suficientă energie. Deoarece mai mulți ioni pozitivi sunt pompați în afara celulei decât sunt introduși în interiorul acesteia, intracelular apare un potențial electric negativ.

Al doilea factor este difuziunea ionilor din zonele cu concentrație mai mare înspre zonele cu concentrație mai scăzută, prin canale membranare. Unele dintre aceste canale sunt alcătuite din proteine membranare care suferă modificări structurale, pentru a se putea deschide atunci când membrana este stimulată. Ele se numesc canale cu poartă („gated channels”), pentru că acționează ca niște porți și sunt specifice pentru diferite tipuri de ioni. Canalele de sodiu și cele de potasiu sunt exemple de canale cu poartă.

Potențialul de repaus

Această diferență de sarcini de o parte și de alta a membranei se numește potențial de repaus și este de aproximativ 70 de milivolți (mV). Prin convenție, el se exprimă ca -70 mV („electronegativ”), pentru că suprafața internă a membranei celulare are o sarcină electrică negativă față de cea pozitivă prezentă pe suprafața externă. Un neuron în repaus nu transmite impulsuri, el este doar polarizat, iar modificarea acestei diferențe de sarcini este cea care declanșează impulsul nervos (Figura 10.7).