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Human Physiology COMPLETE STUDY GUIDE (Exam 4) - 4.0ed this exam!

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CAS BI 211
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Exam 4 Study Guide Nutrient Use, Storage, and Problems (2 Lectures) •  Glucos  is our favorite starting molecule; it is used to convert ADP  ▯ATP  •  Carbs except for fiber) are broken down and converted to glucose and then stored  as glycogen •  Protei  are stored or used for anabolic purposes o To help build things such as amino acids •  Lipi  can be stored or used for cellular respiration •  Proteins and car  are absorbed into the hepatic portal system o The liver filters/alters nutrients before they travel to the heart and  throughout the body •  Lipi  are absorbed into the lymph system • Our body is telling us to eat everything that is available cause you never know  when you will be starving • Absorptive state (4 hours after meal)­ ingested nutrients are entering the blood  from the GI tract o Blood glucose levels rise so its taken up by the liver and skeletal muscle  and converted to glycogen and stored o Glucose is converted to fatty acids and trigylcerides for storage • Post Absorptive State (in between)­ GI tract is empty of nutrients, stored  nutrients must be used • Glucose is taken in by the liver and converted to glycogen for storage • Lipoproteins­ newly synthesized lipids in liver are released into the bloodstream  bound to protein transport molecules • Storage of Lipids o When you have too much glucose, what is left has to be converted to fats  and they travel in the blood with VLDLs o Circulate in the blood, get to fat tissue, the adipose tissues secrete  lipoprotein lipase that cleaves lipid off the protein and lipid crosses  membrane and is stored in adipocyte (fat cell) o Adipose tissue wants to store fats as trigylcerides not fatty acids • Formation of Trigylcerides o Glycerol head must be synthesized by glucose in the adipocyte o  Fatty acid can be made from 3 sources    Glucose from the blood can be converted to stored fatty acids in  adipocyte  Glucose from the blood can be converted to stored fatty acids in  the liver, transported on VLDL  Ingested fatty acids from blood • Cholesterol o Type of lipid necessary for plasma membranes, bile salts, hormones o Cannot be used for cellular respiration (can’t burn off excess) o Too much circulating cholesterol can contribute to atherosclerosis • All cells utilize cholesterol and therefore remove it from blood •  Liver can synthesize cholester  from saturated fat and add it to the blood when  needed •  Small intestine can transport cholesterol into blood  • Some passes through GI tract and into feces •  Liver can also remove cholesterol to/from blood  o Removal packages cholesterol into bile salts  o Some intact cholesterol into feces •  Cholesterol maintenance in body is mastered by the liver  o It works on a homeostatic set point o Set point varies from person to person o Set point can change­ diets high in saturated fats (animal fats) can increase  set point o If blood cholesterol levels are high enough, it will stop the liver from  synthesizing cholesterol  • HDL­ removes cholesterol from the blood and deliver it to liver or endocrine  glands  o More HDL, the lower the circulating plasma cholesterol o  Good cholesterol   • LDL­ supply all cells with cholesterol o Likely to contribute to cholesterol build­up on vessel walls o  Bad cholesterol   • VLDL­ carries fats in the blood (when you have too much glucose) • During reproductive ages, women are less likely to develop atherosclerosis • Exercises increases HDL • Smoking decreases HDL • In the rare event that proteins are needed for energy, amino acids can be converted  by the liver o Becomes urea­ get dehydrated very fast • Each cell will store excess of each type of amino acid for protein synthesis • The brain and nervous system can only use glucose and only from the blood  stream • Post Absorptive State o Maintain plasma glucose levels o Glucose comes from:    Live  glycogen  ▯glucose (main mechanism for blood glucose but  only lasts a few hours)   Adipose tissu : triglycerides  ▯glucose; glycerol head can be  converted to glucose and fatty acids can be used by some cells   Muscle  (indirectly)   Protein breakdown  and conversion to glucose • Making glucose from fat or protein can provide up to 720 calories per day o Typically need 1500­3000 calories/day • Organs go into “glucose sparing” mode, preferentially use lipids for energy  o When the liver breaks down fats for energy, can produce compounds  called ketones (including acetone) • Endocrine Pancreas controls insulin and glucagon • Insulin­ promotes storage of our calories and is released in our absorptive state o Secreted by beta cells of the pancreas o Controls cell­expression of glucose receptor (kept on the inside of the cell  until insulin is secreted which triggers the glucose receptor to be on the  outside of the cell) o Cells take in glucose so glucose levels decrease o Insulin promotes glycogen production in liver o Insulin inhibits glucose secretion by liver o More insulin= less glucose in blood • Skeletal and cardiac muscle cells and adipose cells require insulin o NOT brain and nervous system • Control over Insulin o  Incretin : secreted by enteroendocrine cells increase insulin  If you took in a lot of sugar, need more insulin o  Sympathetic neurons   (fight or flight) inhibit insulin secretion so there is  more in the blood  • Diabetes Mellitus­ a disease in which the cells of the body cannot take up  glucose from the bloodstream o Blood glucose levels become so high, glucose is lost in the urine • Type 1: autoimmune; beta cells are attacked  o  Can no longer make insulin   so the glucose transporters are never on the  surface o Inject insulin at each meal for life • Type 2: genetics and lifestyle; cells become insulin resistant; later beta cells will  slow insulin production o  The cell down regulates the insulin receptor  o Diet and exercise, injectable insulin or incretins, metformin­down regulate  liver gluconeogenesis, increases insulin sensitivity o First signs of type 2: high blood pressure, increased frequency of  infections • Gestational diabetes­ idiopathic (probably genetics or tendency toward insulin  insensitivity); concern for fetal complications o Lifestyle, glucose monitoring and exercise • Glucagon o Alpha cells of pancreas o  Increases glycogen breakdown and gluconeogenesis in liver  o  Antagonistic control to insuli  • Energy is used for “work” in the body •  Basal Metabolic Rate  amount of energy to fuel basic properties without exercise  or other increase in metabolism o  BMR will change over time   o Based on body size, typical caloric intake and age  • Losing weight slows metabolism o Lose 10% of body weight by dieting and there is a 15% decrease in energy  expenditure o Gain 10% of body weight by overfeeding and there is a 15% increase in  energy expenditure  •  Age: higher BMR with younger people  • Leptin­ inhibits appetite o Mice without leptin voraciously eat and become obese o Inhibits appetite and stimulates metabolism • Ghrelin­ made by stomach lining cells, stimulates appetite  o Empty stomach trigger ghrelin production • Signals to STOP eating o Leptin (adipose tissue), insulin release (pancreas), increase in body  temperature (due to increase in metabolism), stretch receptors and  hormones in stomach, small intestine and large intestine o CCK­ intestine; decreases appetite o Peptide YY­ intestine; increases appetite • Genetic influence of weight loss o Hormone levels o BMR o Food preference  •  Stress hormone  (adrenaline and cortisol) decrease appetite and GI motility • Serious disruptions in psychological factors can lead to anorexia nervosa and  bulimia nervosa  •  Depression can be characterized by too little serotonin  o Serotonin can be released by intestines during digestion o Self­medicate for depression by eating • Overweight and Obesity o Leptin appears normal o Thrifty genes­ promote storage o Thrifty phenotype hypothesis­ when exposed to poor nutrition at young  age, it activates genomes to store fat • Endocrine changes with weight gain o Adipose tissue is an endocrine organ o Hormones released by abdominal adipocytes: adipokines  •  Lept ­ decrease appetite •  Adiponecti ­ decrease inflammation, promotes utilizing energy stores •  Resist ­ leads to insulin resistance •  Visfat ­ agonist to insulin receptor, increase glucose uptake from blood •  Adipo­cytokines ­ promote inflammation and mitosis in local area Respiratory (3 Lectures) •  Pulmonary  ­ relating to lungs • Hypoxia­ lack of O2 • Hypercapnia­ too much CO2 •  Functions of the respiratory syste ­ gas exchange, acid­base balance,  vocalization, immunity, water loss and heat loss •  Bulk flow from regions of higher pressure to lower pressure  • A muscular pump creates the total pressure •  Resistanc  is primarily influenced by diameter of conduction tubes • Cellular respiration­ intracellular reaction that uses oxygen and glucose to make  CO2, H2O and ATP • External respiration­ movement of gases between the environment and the  body’s cells  • Steps of Respiration o Ventilation­ air exchange between lungs and external air o Exchange of O2 and CO2 between alveoli and capillary o Transport of O2 and CO2 in blood o Exchange of O2 and CO2 between blood and tissues o Cellular utilization of O2 and production of CO2 • Alveoli (cluster of grapes­ sacs are alveoli) o  Gas exchange occurs   o Covered in a net of capillaries o Arteriole coming in and one leaving o End of the pulmonary circulation • Type 1 alveolar cell is for gas exchange • Type 2­ surfactant cell that synthesizes surfactant o  Lowers the surface tension of the alveolus ( decreases hydrogen bonding) o Allows lungs to inflate  •  Inflation of Lung ­ muscles contract to expand thorax, pull lungs with them (by  fluid tension) o One wall hugs the lungs (visceral) and one hugs the thorax (pleural) •  Flow= change in pressure over resistance   •  Boyle’s Law of Gases: Pressure = 1/ Volume   o  Pressure is inversely proportional to volume  o Increase volume, decrease pressure o How far we need to expand/contract our ribcage is determined by external  air pressure o  Inhale­  air moves in if pressure is LOWER inside o  Exhale  ­ air moves out if pressure is GREATER inside •  Pneumothorax­ air gets between pleural layers (instead of water)  o Lung is no longer held to thorax by surface tension • Asthma­ inflammation and swelling of bronchiole walls o Decrease diameter of bronchiole and a decrease in air flow o Bronchoconstriction of bronchioles o Less oxygenated air to alveoli and CO2 build up in alveoli o Increase resistance, lowers the flow (F= 1/R) o Hypoxia and Hypercapnia • Expiratory­ out breaths • Inspiratory­ in breaths •  Reserv ­ not normally used, but can be accessed •  Residua ­ not possible to move this volume of air •  Tidal volum ­ the volume of air inhaled or exhaled in a single breath •  Inspiratory reserve volum ­ amount that is possible to breathe in beyond a normal  inhale •  Expiratory reserve volum ­ amount that its possible to breathe out beyond a  normal exhale •  Vital capaci ­ amount of air its possible to move in/out while alive (everything  but the residual volume) •  Total lung capaci ­ volume of air your lungs can hold • Gas molecules move according to diffusion and pressure gradients o O2 moving into the blood from the lungs o CO2 moving into the lungs from the blood •  Fick’s Law­ tells us about the rate of diffusion  o  Surface area, concentration gradient, and membrane permeability OVER   membrane thickness • Pulmonary Edema o Increased blood pressure, increased hydrostatic pressure, fluid leaves  lungs and increases diffusion distance o Shortness of breath/ tired/ dizzy/ swelling of lungs  • Emphysema­ decreased alveoli surface area= less diffusion area, less diffusion o Treatment: increase PO2 o Kills off type 1 alveolar cells so the alveoli crumble and there are fewer  sacks that allow diffusion to take place o Increase concentration gradient of oxygen= faster rate of diffusion • Air­ total pressure at sea level is 760 mmHg o 79% nitrogen o 21% oxygen o .033­.25% carbon dioxide and others •  Dalton’s Law of Gases   o  The total pressure of a mixture of gases is the sum of the pressures exerted   by the individual gases o The pressure of each of the gas components is called its partial pressure  (air is a mixture of gases) o Chemoreceptors in our blood are sensitive to hypoxia o You can increase or decrease the concentration of a particular gas in the  lungs by changing the partial pressure or by changing the total pressure o Administering O2 to a patient changes the partial pressure­  Emphysema o The patient still breathes air, but O2 is at a higher concentration, therefore  the partial pressure of O2 in the lungs increases (and diffusion) •  Henry’s Law   o  The partial pressure of a liquid will equilibrate to that of a gas   Glass of H2O on the table will have more dissolved O2 than water  in a sealed bottle o  The blood leaving the lungs (pulmonary veins) will have the same partial   pressure of O2 and CO2 as the alveoli  o PO2 in air  PO2 in alveoli  PO2 in blood • Asthma­ affected by flow= change in pressure/ resistance o Bronchoconstriction and narrowing of diameter • Emphysema­ Fick’s law is affected due to reduced surface area • Supplementing oxygen via nasal tube will change­ Dalton’s partial pressure  Flow= change in pressure over resistance  Boyle­ inverse relationship of pressure and volume (how we move air in and out of our  lungs) Fick­ laws of diffusion (to get CO2 out and O2 in) Dalton­ changing the dynamic of O2 as we change the total pressure and we can  supplement O2 to change the partial pressure or total pressure (gases and proportional  pressure) Henry­ liquid comes to equilibrium based on the gases surrounding it •  Mitochondria is the most hypoxic  because it uses O2 as rapidly as it is available  (close to zero) •  The concentration gradient will be the greatest between the capillary and the   mitochondria  o Preferentially diffusing toward the mitochondria  • Gas transport o  Oxygen­ 97% carried on RB  Cs (hemoglobin)  3% dissolved in plasma (only portion of O2 that can be detected) o  Carbon Dioxide­ 23% on RBC    7% dissolved in plasma (CO2 is more soluble in blood than O2)  70% carried as bicarbonate • Lower alveolar PO2 results in decreased movement of O2 into the body (Henry’s  Law) o Caused by altitude or lower alveolar ventilation (less fresh air into alveoli) • O2 Transport­ at 100 mmHg, 98% of hemoglobin is satu
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