Effects of Phenytoin on Primary Glial Cell Cultures
Authors: White H. S. , Yen‐Chow Y. C. , Chow S. Y. , Kemp J. W. , Woodbury D. M. 
Published: November 2007

Summary: The activity of enzymes involved in anion and cation transport, the concentration of intracellular potassium (K+i), and the transmembrane potential (Em) were determined following acute and chronic exposure of primary astroglial cultures to micromolar concentrations of phenytoin (PHT). Na+, K+ ‐ATPase activity of homogenates of cultured glial cells was determined in the presence of an increasing K+ concentration (1–20 mM). Acutely, PHT had little effect on the K+ activation pattern of Na+, K+ ‐ATPase. In contrast, the percentage of Na+, K+ ‐ATPase activated by elevating the K+ concentration was dose dependently increased by chronic PHT treatment. This effect was accompanied by a marked increase in K+i and a significant membrane hyperpolarization. The acute effect of PHT on the Em was biphasic, characterized by membrane hyperpolarization at concentrations of 10‐6‐10‐5M; at concentrations between 10‐5 and 10‐4M, the Em progressively returned to control values. These results suggest that glial cells acutely and chronically treated with therapeutic concentrations of PHT have an enhanced capacity to control elevated extracellular potassium levels. Return of the Em to control values at PHT concentrations > 10‐5M suggests that these cells are less able to regulate extracellular potassium. These data can partially explain the excitatory effects of PHT at high therapeutic concentrations.RÉSUMÉL'activité des enzymes impliqués dans le transport anionique et cationique, la concentration du potassium intracellulaire (K+i) et le potentiel trans‐membranaire (Em) ont été déterminés après exposition aiguë et chronqieu de cultures astrogliales primaires à des concentrations micromolaires de phenytoine (PHT). L'activité Na+‐ATPase d'homogenats de cellules gliales en culture a été déterminée en présence de concentrations croissantes de K+ (1‐20m.M), En aigu, la PHT avait peu d'effect sur le pattern d'activation du K‐ de la Na‐, K+‐ATPase. Au contaire, en traitement chronqiue, le pourcentage de Na+, K+‐ATPase activée par l'augmentation de la concentration en k‐, augmentait en fonction de la dose. Cet effet s'accompagnait d'une augmentation marquée du K‐ du K+ 1 et d'une hyperpolarisation significative de la membrane. L'effet aigu de la PHT sur l'Em était biphasique, caractérisée par une hyperpolarisation memberanaire à des concentrations allant de 1 times 10‐6à 1 times 10‐5M. Pour les concentrations entre 1 times 10‐5M et 1 times 10‐4M, l'Em revenait progressivement aux valeurs de contrôle. Ces résultats suggèrent que les cellules gliales traitées de fa¸on aiguë ou chronique par des concentrations thérapeutiques de PHT ont une capacitéà contròler l'élévationdu potassium extracellulaire. Le retour de l'Em aux valeurs de contrôle lorsque les concentrations de PHT sont supérieures à 1 times 10‐5M suggère que ces cellules sont moins capables de réguler le potassium extracellulaire. Ces données peuvent expliquer partiellement les effets excitants de la PHT à des concentrations thèrapeutiques élevées.RESUMENSe ha determinado lo actividad de las enzimas que participan en el transporte de aniones y cationes, la concentración intracelular de potasio (K+i), y el potencial trans‐membrana (Em) tras la exposición crónica y aguda de cultivos promarios de astroglia a unas concetraciones micromolares de fenitoína (PHT). La actividad de Na‐, K‐‐ATPasa de los homogeneizados de células gliales cultivadas, se determinó en presencia de concentraciones incrementadas de K‐ (1–20 mM). En forma aguda, la PHT mostró escaso efecto en el patró de activación del K+ sobre la mostroá escaso efecto en el patrón de activación del K+ sobre la Na+, K+‐ATPase. Por el contrario el porcentaje de la Na‐ K+‐ATPasa, activada mediante la elevación de la concentración de K+, se incrementó en forma dosis‐dependiente en el tratamiento crónico con PHT, Este efecto se acompanó de un incremento marcado de K+i y de una hiperpolarización de la membrana, significativa. El efecto agudo de la PHT sobre la Em fué bifásico y se caracterizó por una hiperpolarización de la membrana a concentraciones de 1 times 10‐6a 1 times 10‐5M. En concentraciones entre 1 times 10‐5M y 1 times 10‐4M, la Em regresó progresivamente a los valores control. Estos resultados sugieren que las c4eAlulas gliales tratadas aguda y crónicamente con concentraciones terapeúticas de PHT muestran una regulación incrementada delpotasio extracelular elevado. El retorno de los Em a valores control, a concentraciones de PHT mayores que 1 times 10‐5M sugiere que estas células son menos capaces de regular el potasio extracelular. Esta información puede explicar parcialmente los efectos excitatorios de la PHT en concentraciones terapeúticas elevadas.