Neuroexcitatory and Depressant Effects of Penicillin at the Cat Soleus Neuromuscular Junction

SUMMARY Penicillin administered intraarterially in a dose of 200 units per kg produced high frequency (ca 300 Hz) repetitive discharges originating in motor nerve endings in response to single stimuli applied to the cat soleus nerve. The high frequency repetitive discharges were antidromically conducted and recorded on ventral root filaments. Simultaneously each repetitive burst was transmitted to the muscle, producing an increase in contractile strength by converting a twitch into a brief tetanic contraction. Posttetanic potentiation in this system, which is mediated by repetitive discharges originating in nerve terminals after high frequency stimulation, is augmented by penicillin; larger doses depressed posttetanic potentiation, and still larger doses produced varying degrees of neuromuscular block. Events similar to those observed after intraarterial injections were recorded when penicillin was administered intravenously in larger doses. These data suggest that in the presence of penicillin the motor nerve terminals remain depolarized for a prolonged period after excitation by the stimulus, thus providing a current sink for the parent axon. Under the influence of this constant cathodal focus the axon fires repetitively at a high frequency. RESUME La pénicilline administerée par voie intra‐artérielle a des doses de 200 unités/kg, pro‐duisait des decharges repetees, de grande frequence (environ 300 Hz), prenant naissance dans la terminaison du nerf moteur, en reponse a des stimuli isoles appliques sur le nerf soleaire du chat. Les decharges répétées a haute frequence se propageaient de fagon antidromique et etaient enregistrees sur les filaments des racines ventrales. Simultanement, chaque train de decharges etait transmis au muscle, pro‐duisant une augmentation de la force contractile par transformation d'une secousse en une breve contraction tetanique. Dans ce sys‐teme, la potentialisation posttetanique qui se fait par 1'intermecliaire des decharges repetitives prenant naissance dans les terminaisons ner‐veuses apres une stimulation a haute frequence, est augmentee par la penicilline. Des doses plus importantes diminuaient la potentialisation posttetanique et des doses encore plus elevees produisaient des degres varies de blocage neuro‐musculaire. Des effets identiques a ceux notes apres les injections intraarterielles etaient observes quand la pénicilline etait administree par voie intraveineuse a haute dose. Ces faits suggerent qu'en presence de la penicilline, les terminaisons nerveuses des nerfs moteurs restent depolarisees pendant une periode pro‐longee apres l'excitation par le stimulus, pro‐voquant ainsi une depression de son axone. Sous 1'influence de ce foyer cathodique constant, l'axone decharge de facon repetee a haute frequence. RESUMEN La administración intraarterial de 200 unidades de penicilina por kilo de peso, produjo descargas repetitivas de alta frecuencia (ca 300 Hz) originandose en terminates nerviosas motoras como respuesta a estimulos unicos aplicados al nervio del soleo del gato. Estas descargas repetitivas de alta frecuencia se propagaron antidromicamente y se registraron en las fibras de las raices ventrales. Simultanea‐mente cada brote de descargas repetitivas es transmitido al musculo produciendo un aumento de la fuerza contractil al convertir una sola contraccion en una breve contraccion tetanica. La penicilina aumento la potenciacion posttetanica en este sistema, mediada por descargas repetitivas que se originan en las terminales nerviosas tras estimulaciones de alta frecuencia; dosis mas altas deprimieron la potenciacion posttetanica y dosis aun may ores produjeron varios grados de bloqueo neuromuscular. Acontecimientos semejantes a los que se observan tras la inyeccidn intraarterial de penicilina se registran cuando se administran dosis altas por via intravenosa. Todos estos hallazgos sugieren que, en presencia de penicilina, las terminales nerviosas motoras permanecen despolarizadas durante periodos prolongados despues de la excitacion con‐seguida con el estlmulo logrando, de este modo, un recipiente de corriente para el axon correspondiente. Bajo la influencia de este foco catodico constante el axon dispara repetitiva‐mente a alta frecuencia. ZUSAMMENFASSUNG Intraarteriell verabfolgtes Penicillin rief in einer Dosierung von 200 Einheiten/kg repetitive hochfrequente (300 Hz) Entladungen in den motorischen Nervenendigungen als Antwort auf Einzeleize des N. soleus der Katze hervor. Die hochfrequenten repetitiven Entladungen wur‐den antidrom geleitet und von den ventralen Wurzelfilamenten abgeleitet. Gleichzeitig wurde jeder repetitive Ausbruch zum Muskel geleitet; er rief hier eine Zunahme der kontraktiven Kräfte dadurch hervor, dass er eine Zuckung in eine kurze tetanische Kontraktoin verwandelte. Die posttetanische Potenzierung in diesem System, die nach hochfrequenter Stimulation durch repetitive Entladungen in den Nervenen‐digungen vermittelt wird, lässt sich durch Penicillin steigern. Grössere Dosen vermin‐derten die posttetanische Potenzierung und noch hohere Dosen erzeugten einen neuro‐muskularen Block unterschiedlichen Ausmasses. Ahnliches Verhalten, wie nach intraarteriellen Injektionen wurde dann gesehen, wenn Penicillin intravenos in grosseren Dosen verabfolgt wurde. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass in Gegenwart von Penicillin die motorischen Nervenendigungen nach Exzitation durch den Stimulus für eine verlangerte Zeit depolarisiert bleiben und dadurch einen standigen Abfluss für das betreffende Axon bilden. Unter dem Einfluss dieses konstanten Kathoden‐Fokus feuert das Axon repetitiv mit hoher Frequenz.