Depression of Axonal Excitability by Valproate Is Antagonized by Phenytoin

Summary: Standard electrophysiologic techniques were employed to determine the effects of the two anticonvulsants, valproic acid (VPA) and phenytoin (DPH), on the membrane excitability properties of the crayfish giant axon. VPA, 4 mM, produces a depolarization of the membrane that is associated with a decrease in the resting membrane conductance ( g M )‐ VPA also attenuates the increases in g Na and g K that are responsible for the depolarization and repolarization of the action potential; it decreases the magnitude, rate of depolarization and repolarization, and conduction velocity of the propogated action potential while increasing its duration. DPH has some effects on membrane properties that are qualitatively similar to those of VPA; 0.11 mM DPH also decreases g M , g Na ; and g K . Unlike VPA, DPH does not have a significant effect on the magnitude of either the resting or action potential. Pretreatment of axons with DPH reduces the effect of VPA on the magnitude, rate of depolarization and repolarization, and duration of the action potential while completely preventing the effects of VPA on resting potential, conduction velocity, and membrane conductance. These experiments and others on the effects of K + depolarization on membrane properties demonstrate that part, but not all, of the influence of VPA on the membrane is secondary to its depolarizing effect. The results reported here on a membrane model suggest at least part of the cellular basis for the anticonvulsant properties of VPA and DPH, alone and in combination. RÉSUMÉ Au moyen de techniques électrophysiologiques classiques nous avons détérmine les effets de deux anti‐convulsivants, 1'acide Valproïque (VPA) et la Phénytoïne (DPH) sur l'excitabilité membranaire de l'axone géant d'écrevisse. Le VPA (4 mM) produit une dépolarisation membranaire associee a une diminution de la conductance membranaire de repos (g M ). Le VPA moderéégalement les augmentations de g Na et g K qui entrainent la dépolarisation et la repolarisation du potentiel d'action; il diminue l'amplitude, limportance de la dépolarisation et de la repolarisation, et la vitesse de conduction du potentiel d'action propagé, tout en augmentant sa durée. La DPH manifeste sur les pro‐priétés membranaires quelques effets similaires à ceux du VPA; à 0,11 mM la DPH diminue également gM, Sua. et g K . Au contraire du Valproate, la DPH n'a pas d'effet net sur l'amplitude des potentiels de repos et d'action. Le prétraitement des axones par la DPH réduit les effets du VPA sur l'amplitude, I'importance de la dépolarisation et de la repolarisation, et la durée du potentiel d'action, tout en préservant complétement des effets du VPA sur le potentiel d'action, la vitesse de conduction et la conductance membranaire. Ces experiences, et d'autres montrant les effets de la depolarisation potassique sur les propriétés membranaires prouvent que Taction du VPA sur la membrane est partiellement (mais non totalement) secondare à son effet dépolarisant. Les resultats ci‐dessus rapportés sur un modele membranaire suggerent que les propriétés anticonvulsivantes du VPA et de la DPH, seuls ou ensemble, résultent, au moins partiellement, d'une action au niveau cellulaire. ZUSAMMENFASSUNG Mit standardisierter elektrophysiologischer Technik wurden die Wirkungen der beiden Antikonvulsiva Valproinsäure (VPA) und Phenytoin (DPH) auf die Exzitabilität der Membran des Riesenaxons beim FluBkrebs untersucht. 4 mM VPA ruft eine Depolarisation der Membran hervor, die mit einer Vermin‐derung der Leitfahigkeit der Ruhemembran ( g M ) verkniipft ist. VPA vermindert ebenfalls den Anstieg in g Na und g K . die verantwortlich sind für die Depolarisation und Repolarisation des Aktionspotentials; es vermindert die Größe und die Haufigkeit der Depolarisation und Repolarisation und die Leitungsgeschwin‐digkeit des propagierten Aktionspotentials aber verlängert seine Dauer. Die Vorbehandlung der Axone mit DPH reduziert den Effekt des VPA auf das Ausmaß und die Häufigkeit der Depolarisation und Repolarisation und auch die Dauer des Aktionspotentials, während es die Wirkungen des VPA auf das Ruhepotential, die Leitungsgeschwindigkeit und die Membranleitfähigkeit völlig verhindert. Diese Ex‐perimente und andere über die Wirkung der Kaliumdepolarisation auf die Membraneigenschaften zeigen, daß der Einfluß des VPA auf die Membran teilweise aber nicht vollständig sekundär seinem Depolarisierungseffekt ist. Die hier veröffentlichten Ergebnisse am Membranmodell zeigen wenigstens einen Teil der zellulären Basis für die antikonvulsiven Eingenschaften von VPA und DPH, einzeln und in Kombination gegeben. RESUMEN Se utilizaron lécnicas electrofisiológicas standard para determinar los efectos de dos anticonvulsivantes, el ácido valproico (VPA) y la fenitoína (DPH), sobre las propiedades excitatorias de la membrana en el axón gigante del cangrejo. Cuatro mM de VPA produjeron una depolarización de la membrana que se asocib con un decremento en la conductancia de la membrana en reposo ( g M )‐ El VPA también disminuyó el aumento en la g Na y en la g K que son responsables de la depolarización y repolarización del potencial de acción. El VPA disminuyó la magnitud, la frecuencia de depolariza‐ción y repolarización y la velocidad de conducción del potencial de acción propagado, mientras que aumentó su duración. La DPH tuvo algunos efectos sobre las propiedades de la membrana que son similares a los del VPA. Una dosis de 0,11 mM de DPH también dis‐minuyb la g M , la g Na , y la g K ‐ Porel contrario, la DPH no tuvo un efecto significativo en la magnitud del potencial de reposo o de acción. El tratamiento previo de los axones con DPH redujo los efectos del VPA sobre la magnitud, frecuencia de depolarización y repolarización y duracibn del potencial de acción, mientras que evitó completamente los efectos del VPA sobre el potencial de reposo, la velocidad de conduc‐cion y la conductancia de la membrana. Estos experimentos y otros sobre la depolarización del ión K + en las propiedades de la membrana demuestran que parte de la influencia (aunque no toda) del VPA sobre la membrana es secundaria a su efecto depolarizador. El resultado de este trabajo sobre un modelo de membrana sugiere, al menos en parte, las bases celulares de la acción anticonvulsivante del VPA y de la DPH, administradas de forma aislada o en combinación.