Dose-response analysis of phenytoin on electrically induced seizures and spontaneous activity of cerebellar purkinje cells in the frog.

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. RESUME L'hypothese que la phenytoine exerce son effet anticonvulsivant en augmentant la frequence spontanee des decharges des cellules de Purkinje a ete testee chez les grenouilles (Rana pipiens). Les relations effet-dose-temps ont d'abord eteetablies pour l'effet anticonvulsivant de la phenytoine chez des grenouilles intactes. Des crises maximales ont ete induites par un electrochoc corneen, (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 phenytoine protegeait 60 a 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 phenytoine sur la frequence des decharges des cellules de Purkinje. La phenytoine etait 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 a 6 h apres l'injection de phenytoine, au moment ou Ton attendait l'effet anticonvulsivant maximum. Les doses efficaces (20 a 40 mg/k) de phenytoine ne produisaient aucun changement dans la frequence spontanee des decharges des cellules de Purkinje par rapport a celle observee apres injection du solvant chez des animaux de controle. Ainsi les resultats de cette etude ne confirment pas l'hypothese que l'effet anticonvulsivant de la phenytoine resuite d'une action sur la frequence des decharges des cellules de Purkinje. RESUMEN La hipotesis de que la fenitoina ejerce su accion anticonvulsiva incrementando el ritmo de descargas de las celulas de Purkinje ha sido estudiada en ranas (Rana pipiens). En primer lugar se establecio el tiempo del efecto-dosis de la fenitoina en la rana intacta. Las convulsiones maximas se produjeron mediante electroshock corneal y la fenitoina se inyecto en el saco linfatico ventral (v.l.s.). En el momento de maximo efecto (3 horas), 20–40 mg/kg. de fenitoina protejio al 60–80% de las ranas contra la extension tonica de las patas transeras (THE). Con esta information basal, se iniciaron los experimentos para probar el efecto de la fenitoina sobre los ritmos de descargas de las celulas de Purkinje. La fenitoina se inyecto (v.l.s) 30 a 45 min. antes de la anestesia con tricaina. Se abrio el craneo y la dura que cubre el cerebelo se extirpo 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 despues de la inyeccion de fenitoina, el tiempo calculado de maximo 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 celulas de Purkinje no ha sido comprobado en este e studio. ZUSAMMENFASSUNG Die Hypothese, das Phenytoin seine antikonvulsive Wirkung durch Erhohung der spontanen Feuerrate cerebellarer Purkinjezellen ausubt, wurde beim Frosch getestet. Zeit-Dosis-Wirkungsbeziehungen wurden zunachst fur die antikonvulsive Wirkung von Phenytoin bei intakten Froschen erstellt. Maximale Anfalle wurden durch corneale Elektroschocks erzeugt, Phenytoin wurde in den ventralen Lymphsack injiziert. Zur Zeit der maximalen Wirkung (nach 3 Stunden) schutz-ten 20 bis 40 mg/kg Phenytoin 60 bis 80% der Frosche gegen tonische Hinterfusextention. 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 geoffnet, die Dura mater uber dem Cerebellum entfernt, ansch-liesend der Frosch curarisiert. Single-unit-Ableitungen von Purkinjezellen wurden mit NaCL gefullten Glas-mikropipetten 2 bis 6 Stunden nach der Phenytoin-Injektion durchgefuhrt, entsprechend der Zeit der maximalen antikonvulsiven Wirkung. Die effektive antikonvulsive Dosis von 20 bis 40 mg/kg von Phenytoin erzielte keine Anderung der spontanen Feuerrate von cerebellaren Purkinjezellen verglichen mit den Kontrolltieren. Somit kann die Hypothese, das der antikonvulsive Effekt von Phenytoin durch eine Wirkung auf die Feuerrate von Purkinjezellen bedingt ist, durch die vorgelegten Resultate nicht unterstutzt werden.