1/25/16  

1  

Chapter  3    The  Human  Body:  From  Food  to  

Fuel  BIOL  103  

Spring  2016  

Today’s  Topics  

•  Taste  and  Smell  •  GI  Tract  •  DigesFon  and  AbsorpFon  •  AssisFng  Organs  •  CirculaFon  of  Nutrients  •  Signaling  Systems:  Command,  Control,  and  Defense  –  The  Hormonal  System  –  The  Immune  System  

•  Influences  on  DigesFon  and  AbsorpFon  –  Psychological,  Chemical,  Bacterial  Influences  

•  NutriFon  and  GI  Disorders  

Taste  and  Smell:  The  Beginnings  of  our  Food  Experience  

•  Sight,  smell,  thought,  taste,  and  sound  –  Can  trigger  a  set  of  responses  that  prepare  the  digesFve  tract  to  receive  food  

 

1/25/16  

2  

The  GastrointesFnal  (GI)  Tract  

•  OrganizaFon  –  Parts  (mouth  à  anus)  

•  Mouth,  esophagus,  stomach,  small  intesFne,  large  intesFne,  rectum  

–  Accessory  organs  1.  Salivary  glands  2.  Liver  3.  Gallbladder  4.  Pancreas  

OrganizaFon  of  the  GI  Tract  

•  FuncFons:  1.  IngesFon  (the  receipt  and  soXening  of  food)  2.  Transport  of  ingested  food  3.  SecreFon  of  digesFve  enzymes,  acid,  mucus,  

and  bile  4.  AbsorpFon  of  end  products  of  digesFon  5.  Movement  of  undigested  material  6.  EliminaFon  of  waste  material  

OrganizaFon  of  the  GI  Tract  

•  Structural  organizaFon  of  the  GI  tract:  – Mucosa  (innermost  layer)  • Glands  and  absorpFve  cells  

– Circular  muscle  and  longitudinal  muscle  • Mix  and  move  the  food    

– Sphincter:  valve  that  controls  the  movement  of  food  material  so  that  it  travels  through  the  GI  tract  in  only  one  direcFon.  

1/25/16  

3  

Overview  of  DigesFon  

•  Mouth    – Chewing  à  break  food  into  smaller  pieces    – Saliva  à  lubricates  the  food  à  bolus  

•  Down  the  GI  tract:  – Physical  movement  • Peristalsis:  push  food  down  • Segmenta5on:  move  food  forward  and  backward    

Overview  of  Diges5on  Which  one  is  peristalsis?  How  about  segmentaFon?  

1/25/16  

4  

DigesFve  Enzymes  in  Chemical  ReacFons   Overview  of  DigesFon  

•  Chemical  breakdown:  (Bolus  à  Chyme)  •  Enzymes:  proteins  that  catalyze  (speed  up)  reacFons  but  are  not  altered  in  the  process.  –  Examples:  amylase,  lipase,  etc.  

•  Other  secreFons:    –  Stomach  Acid    –  Base    –  Bile    – Mucus  

Overview  of  AbsorpFon   AssisFng  Organs  

1.   Salivary  glands  – Moisten  food  – Supply  enzymes  

1/25/16  

5  

AssisFng  Organs  

2.   Liver  – Produces  bile  – “Detox  center”  – “Chemical  factory”:  >500  chemicals  as  well  as  blood  proteins,  cholesterol,  sugar  

– “Dynamic  warehouse”:  stores  hormones,  cholesterol,  minerals,  sugar,  etc.  

AssisFng/Accessory  Organs  

3.   Gallbladder  – Stores  and  excretes  bile  

4.   Pancreas  – Secretes  bicarbonate,  digesFve  enzymes  – Secretes  hormones  (insulin  and  glucagon)  

 

Puang  it  All  Together:    DigesFon  and  AbsorpFon  

•  Mouth  – Enzymes  • Salivary  amylase  acts  on  starch  • Lingual  lipase  acts  on  fat  

– Saliva  • Moistens  food  for  swallowing  à  bolus  

Puang  it  All  Together:    DigesFon  and  AbsorpFon  

•  Esophagus  – Transports  food  to  stomach  – Esophageal  sphincter  or  cardiac  sphincter  •  “Heartburn”  

1/25/16  

6  

Puang  It  All  Together:  DigesFon  and  AbsorpFon  

•  Stomach  Enzymes:  – Food  in  stomach  triggers  gastrin  (hormone)  sFmulates  gastric  secreFon  of  HCl  and  pepsinogen  and  movement  

– Hydrochloric  acid  (HCl)/gastric  acid    1.  kills  bacteria  2.  prepares  protein  for  digesFon  – Pepsinogen  (inacFve)  à  Pepsin  (acFve)  

– Pepsin:  breaks  down  protein  into  smaller  pieces  – Gastric  lipase:  some  fat  digesFon  –  Intrinsic  factor:  binds  to  vitamin  B12  to  survive  the  journey  through  the  acidic  stomach  

Puang  It  All  Together:  DigesFon  and  AbsorpFon  

•  Small  intesFne  (~10X)  –  Pyloric  Sphincter  –  SecFons  of  small  intesFne:  •  Duodenum    •  Jejunum  •  Ileum  

– Main  role:  chemical  digesFon  and  absorpFon  

Puang  It  All  Together:  DigesFon  and  AbsorpFon  

•  Nutrient  digesFon:  – Acidic  chyme  in  duodenum  sFmulates  release  of  two  hormones  by  intesFnal  mucosa:    1.   Secre5n:    – Goes  to  pancreas  to  release  release  bicarbonate  – Goes  to  stomach  to  inhibit  release  of  HCl,  pepsinogen,  and  stomach  moFlity  

2.   CCK  (cholescystokinin):    – Release  pancreaFc  enzymes  (e.g.  lipase)  – Contract  the  gallbladder  to  release  bile  – Goes  to  stomach  to  reduce  moFlity  

1/25/16  

7  

Puang  It  All  Together:  DigesFon  and  AbsorpFon  

•  Small  intesFne  –  Completes  absorpFon:  •  Folds,  villi,  microvilli  expand  absorpFve  surface  • Most  nutrients  absorbed  here  •  Fat-­‐soluble  nutrients  à  lymphaFc  system  (lympha5c  vessel  in  the  intes5nal  villus  known  as  lacteals)  • Water-­‐soluble  nutrients  à  bloodstream.  

Puang  It  All  Together:  DigesFon  and  AbsorpFon  

•  Large  IntesFne  –  Ileocecal  valve  –  SecFons  

•  Cecum,  colon,  rectum,  and  anal  canal  

–  DigesFon  •  PeristalFc  movement  is  slow,  taking  18-­‐24  hours  for  material  to  travel  

•  Some  bacterial  acFvity  (e.g.  fiber  digesFon)  

Beans,  Beans,  Beans!  

•  Beans  are  made  up  of  oligosaccharides  (e.g.  raffinose  and  stachyose),  a  component  of  fiber.  

•  They  are  ignored  unFl  they  are  met  by  700+  species  of  bacteria  in  your  large  intesFne.  – Bacteria  digests  these  sugars  à  gases  accumulate  à  flatulence  

1/25/16  

8  

Puang  it  All  Together:    DigesFon  and  AbsorpFon  

•  Large  IntesFne:  –  AbsorpFon  • Water  •  Na,  K,  Cl  •  Vitamin  K  (produced  by  bacteria)  

–  EliminaFon  at  anal  sphincter  •  Feces:  60%  solid  (bacteria,  dietary  fiber,  digesFve  secreFons),  40%  water  

CirculaFon  of  Nutrients  

•  Vascular  system  – Veins  and  arteries  – Carries  oxygen  and  water-­‐soluble  nutrients  to  Fssues  – Removes  wastes  

•  LymphaFc  system  – Vessels  that  drain  lymph  – Carries  fat-­‐soluble  nutrients  – EmpFes  into  the  bloodstream  near  the  neck  

1/25/16  

9  

CirculaFon  of  Nutrients  

•  ExcreFon  and  eliminaFon  – Once  desFnaFon  cells  have  used  up  the  oxygen  and  nutrients,  carbon  dioxide  and  waste  products  are  picked  up  by  blood  and  transported  to:  1.  Lungs    – Excrete  water  and  carbon  dioxide  

2.  Kidneys  filter  blood  – Excrete  waste;  maintain  water  and  ion  balance  

Summary  of  Diges5on  and  Absorp5on  of  Nutrients  in  the  Human  Body  Review!!!  

Signaling  Systems:    Command,  Control,  and  Defense  

•  Nervous  system  – Regulates  GI  acFvity  •  Enteric  nervous  system:  nerves  located  in  the  gut  wall  – “the  brain”    

• Autonomic  nervous  system:  part  of  central  nervous  system  that  controls  organ  funcFon  – Responses  to  sight,  smell,  thought  of  food  by  enhancing  GI  movement  and  secreFon  – Parasympathe5c:  “rest  and  digest”  

Signaling  Systems:  Hormonal  System  

•  Hormonal  system  – Hormones:  chemical  messengers  from  Fssues  that  travel  in  the  bloodstream  to  target  Fssue  to  cause  an  effect  

1.  Increases  or  decreases  GI  moFlity  and  secreFons    2.  Influence  your  appeFte  by  sending  messages  to  

your  CNS    

•  Thus,  your  CNS  and  hormones  work  together  to  coordinate  movement  and  secreFons  of  the  GI  tract.  

1/25/16  

10  

Influences  on  DigesFon  and  AbsorpFon  

•  Psychological  influences  – Taste,  smell,  and  presentaFon  of  food  

•  Chemical  influences  – Type  of  protein  you  eat  and  the  way  it  is  prepared  

•  Bacterial  influences  – Hydrochloric  acid  kills  most  bacteria  

NutriFon  and  GI  Disorders  

•  Cons5pa5on  (<  3x/week)  – Hard,  dry,  infrequent  stools  – Reduced  by  high  fiber,  fluid  intake,  and  exercise  

•  Diarrhea  (>  3x/day)  – Loose,  watery,  frequent  stools  – Symptom  of  diseases/infecFons  à  peristalsis  – Can  cause  dehydraFon  – Broth,  tea,  toast,  and  other  low-­‐fiber  foods  can  help  reduce  diarrhea  

NutriFon  and  GI  Disorders  •  Diver5culosis  –  Pouches  along  colon  develop  as  people  age    •  10-­‐25%  people  à  pouches  become  infected  

–  High-­‐fiber  diet  reduces  formaFon:      •  Low-­‐fiber  diet  à  harder  stools  à  more  pressure  on  colon  à  weak  spots  bulge  outwards  and  form  pockets  

NutriFon  and  GI  Disorders  

•  Heartburn/GERD  –  Chronic  heartburn  à  GERD  

–  Reduced  by  smaller  meals,  less  fat  

–  Smoking  weakens  the  esophageal  sphincter  

–  Being  overweight  oXen  worsens  symptoms  

 

1/25/16  

11  

NutriFon  and  GI  Disorders  

•  Irritable  Bowel  Movement  (IBS):  disrupFve  state  of  intesFnal  moFlity  with  no  known  cause  – Causes  abdominal  pain,  diarrhea,  or  consFpaFon  and  cramps  – Stress  and  certain  foods  aggravate  the  symptoms  – Can  usually  be  controlled  by  diet  and  lifestyle  modificaFons  • Stress  management  

NutriFon  and  GI  Disorders  

•  Colorectal  cancer:  cancer  in  colon  or  rectum  – Fiber-­‐rich  diet  may  reduce  risk  – 3rd  leading  cause  of  cancer-­‐related  deaths  in  the  US  – EaFng  a  lot  of  red  meat  and  low  fiber  food  can  increase  risks  

•  Gas  – Most  foods  that  contain  carbohydrates  can  cause  

NutriFon  and  GI  Disorders  

•  Ulcers  – Pain  in  the  upper  abdomen  – Can  cause  nausea,  vomiFng,  loss  of  appeFte,  and  weight  loss  – Cause:  Bacteria  (H.  pylori)  and  over-­‐usage  of  NSAIDS  (aspirin,  ibuprofen)  

NutriFon  and  GI  Disorders  

•  Func5onal  Dyspepsia:    – Chronic  pain  in  the  upper  abdomen  not  due  to  any  obvious  physical  cause  (such  as  inflammaFon  of  the  esophagus,  pepFc  ulcer,  or  gallstones)  – Treat  with  medicine  and  stress  reducFon  

1/25/16  

12