Dose‐Response Analysis of Phenytoin on Electrically Induced Seizures and Spontaneous Activity of Cerebellar Purkinje Cells in the Frog

Steven W. Johnson, William K. Riker

Research output: Contribution to journalArticle

Abstract

Summary: The hypothesis that phenytoin exerts its anticonvulsant effect by increasing the spontaneous firing rate of cerebellar Purkinje cells was tested in frogs (Rana pipiens). Time‐dose‐effect relationships were first established for the anticonvulsant effect of phenytoin in intact frogs. Maximal seizures were induced by corneal electroshock (MES), and phenytoin was injected into the ventral lymph sac. At the time of peak effect (3 h), 20–40 mg/kg phenytoin protected 60–80% of frogs against tonic hindlimb extension (THE). With this functional data base, experiments were then undertaken to test the effect of phenytoin on Purkinje cell firing rates. Phenytoin was injected into the ventral lymph sac 30–45 min prior to anesthesia with tricaine. The cranium was opened, the dura mater overlying the cerebellum was removed, and the frog was then curarized. Single‐unit extracellular recordings from Purkinje cells were made with NaCl‐filled glass micropipettes 2–6 h after phenytoin injection, the expected time of maximum anticonvulsant effect. Effective anticonvulsant doses (20–40 mg/kg) of phenytoin produced no alteration in the spontaneous firing rates of cerebellar Purkinje cells compared to the rates in solvent‐injected controls. Consequently, the hypothesis that the anticonvulsant effect of phenytoin is mediated by an action on Purkinje cell firing rates is not supported by the results of this study. L'hypothèse que la phénytoïne exerce son effet anticonvulsivant en augmentant la fréquence spontanée des décharges des cellules de Purkinje a été testée chez les grenouilles (Rana pipiens). Les relations effet‐dose‐temps ont d'abord étéétablies pour l'effet anticonvulsivant de la phenytoine chez des grenouilles intactes. Des crises maximales ont été induites par un électrochoc cornéen, (MES) et la phenytoine a ete in‐jectee dans le sac lymphocytaire ventral (s.l.v.). Au moment de l'effet maximum (3 h), 20 a 40 mg/kg de phénytoïne protegeait 60 à 80% des grenouilles contre l'extension tonique des pattes arriere (THE). Avec cette donnee fonctionnelle de base, les experiences ont ete poursuivies pour tester l'effet de la phénytoïne sur la fréquence des decharges des cellules de Purkinje. La phénytoïne était injectee (s.l.v.) 30–45 min avant une anesthesie par trica'ine. Le crane etait ouvert, la dure‐mere recouvrant le cervelet etait enlevee et la grenouille etait curarisee. Des enregistrements un‐itaires extra‐cellulaires des cellules de Purkinje etaient realises avec des micropipettes en verre remplies de NaCI, 2 à 6 h après l'injection de phénytoïne, au moment ou Ton attendait l'effet anticonvulsivant maximum. Les doses efficaces (20 a 40 mg/k) de phénytoïne ne produisaient aucun changement dans la fréquence spontanee des decharges des cellules de Purkinje par rapport a celle observee apres injection du solvant chez des animaux de contrôle. Ainsi les résultats de cette etude ne confirment pas l'hypothèse que l'effet anticonvulsivant de la phénytoïne résuite d'une action sur la fréquence des décharges des cellules de Purkinje. La hipótesis de que la fenitoina ejerce su acción anticonvulsiva incrementando el ritmo de descargas de las células de Purkinje ha sido estudiada en ranas (Rana pipiens). En primer lugar se estableció el tiempo del efecto‐dosis de la fenitoina en la rana intacta. Las convulsiones máximas se produjeron mediante electroshock corneal y la fenitoina se inyectó en el saco linfático ventral (v.l.s.). En el momento de maximo efecto (3 horas), 20–40 mg/kg. de fenitoina protejió al 60–80% de las ranas contra la extensión tónica de las patas transeras (THE). Con esta informatión basal, se iniciaron los experimentos para probar el efecto de la fenitoina sobre los ritmos de descargas de las células de Purkinje. La fenitoina se inyectó (v.l.s) 30 a 45 min. antes de la anestesia con tricaina. Se abrió el craneo y la dura que cubre el cérebelo se extirpó y la rata fue curarizada. Se realizaron registros extracelulares de unidades aisladas de las celulas de Purkinje mediante micropipetas rellenas con CINa 2–6 horas después de la inyección de fenitoina, el tiempo calculado de máximo efecto anticonvulsivo. Dosis anticonvulsivas eficaces (20–40 mg/kg) de fenitoina no produjeron ninguna alteration en las descargas espontaneas de las celulas de Purkinje comparandolas con las descargas en animales control. Consecuentemente, la hipdtesis de que el efecto anticonvulsivante de la fenitoina esta mediado a traves de su action sobre las descargas de las células de Purkinje no ha sido comprobado en este e studio. Die Hypothese, daß Phenytoin seine antikonvulsive Wirkung durch Erhöhung der spontanen Feuerrate cerebellärer Purkinjezellen ausübt, wurde beim Frosch getestet. Zeit‐Dosis‐Wirkungsbeziehungen wurden zunächst für die antikonvulsive Wirkung von Phenytoin bei intakten Fröschen erstellt. Maximale Anfälle wurden durch corneale Elektroschocks erzeugt, Phenytoin wurde in den ventralen Lymphsack injiziert. Zur Zeit der maximalen Wirkung (nach 3 Stunden) schütz‐ten 20 bis 40 mg/kg Phenytoin 60 bis 80% der Frösche gegen tonische Hinterfußextention. Auf dieser funk‐tionellen Grundlage wurden Experimente zur Unter‐suchung des Effekts von Phenytoin auf die Feuerrate von Purkinjezellen unternommen. Phenytoin wurde intralumbal 30 bis 45 Minuten vor der Anaesthesie mit Tricaine injiziert. Das Kranium wurde geöffnet, die Dura mater über dem Cerebellum entfernt, ansch‐ließend der Frosch curarisiert. Single‐unit‐Ableitungen von Purkinjezellen wurden mit NaCL gefüllten Glas‐mikropipetten 2 bis 6 Stunden nach der Phenytoin‐Injektion durchgeführt, entsprechend der Zeit der maximalen antikonvulsiven Wirkung. Die effektive antikonvulsive Dosis von 20 bis 40 mg/kg von Phenytoin erzielte keine Änderung der spontanen Feuerrate von cerebellären Purkinjezellen verglichen mit den Kontrolltieren. Somit kann die Hypothese, daß der antikonvulsive Effekt von Phenytoin durch eine Wirkung auf die Feuerrate von Purkinjezellen bedingt ist, durch die vorgelegten Resultate nicht unterstützt werden.

Original languageEnglish (US)
Pages (from-to)123-131
Number of pages9
JournalEpilepsia
Volume23
Issue number2
DOIs
StatePublished - Apr 1982

Keywords

  • Cerebellum
  • Electroshock
  • Epilepsy
  • Frog.
  • Phenytoin
  • Purkinje cells
  • Seizures

ASJC Scopus subject areas

  • Neurology
  • Clinical Neurology

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