background image

Lecture 6 

 

Thursday 3/10/2013 

 

Prof. Dr.H.D.El-Yassin 2013 

1

 

Secretion and Absorption in the Large 

Intestine 

Aim and objectives of lecture 6: 

1.  to describe the mechanism of absorption, secretion and formation of feces in the 

large intestine 

2.   to state the two processes are attributed to the microbial flora of the large intestine 
3.  to give examples of some clinical digestve disorderes  

 

The large intestine is the last attraction in digestive tube and the location of the 

terminal phases of digestion. It functions in three processes:  

•  Recovery of water and electrolytes from ingesta: By the time ingesta reaches 

the terminal ileum, roughly 90% of its water has been absorbed, but considerable 
water and electrolytes like sodium and chloride remain and must be recovered by 
absorption in the large gut.  

•  Formation and storage of feces:  

•  Microbial fermentation: The large intestine of all species teems with microbial life. 

Those microbes produce enzymes capable of digesting many of molecules that to 
vertebrates are indigestible, cellulose being a premier example. The extent and 
benefit of fermentation also varies greatly among species.  

 
Absorption, Secretion and Formation of Feces in the Large Intestine 

1.  Absorption: water, sodium ions and chloride ions  
2.  Secretion: bicarbonate ions and mucus  

Water, as always, is absorbed in response to an osmotic gradient. The mechanism 
responsible for generating this osmotic pressure is essentially identical to what was seen 
in the small intestine 
- sodium ions are transported from the lumen across the epithelium 
by virtue of the epithelial cells having very active sodium pumps on their basolateral 
membranes and a means of absorbing sodium through their lumenal membranes. The 
colonic epithelium is actually more efficient at absorbing water than the small intestine and 
sodium absorption in the colon is enhanced by the hormone aldosterone.  
Chloride is absorbed by exchange with bicarbonate. The resulting secretion of bicarbonate 
ions into the lumen aids in neutralization of the acids generated by microbial fermentation 
in the large gut.  
 


background image

Lecture 6 

 

Thursday 3/10/2013 

 

Prof. Dr.H.D.El-Yassin 2013 

2

 

 

Model for electrogenic NaCl absorption in the large intestine

 

This Na

+

 flux is electrogenic; that is, it is associated with an electrical current, and it can be 

inhibited by the diuretic drug amiloride at micromolar concentrations 

 
Microbial Fermentation 

Fermentation is the enzymatic decomposition and utililization of foodstuffs, particularly 
carbohydrates, by microbes 
The large intestine does not produce its own digestive enzymes, but contains huge 
numbers of bacteria 
which have the enzymes to digest and utilize many substrates. In all 
animals, two processes are attributed to the microbial flora of the large intestine:  

1.  Digestion of carbohydrates not digested in the small intestine  

Cellulose is common constituent in the diet of many animals, including man, but no 
mammalian cell is known to produce a cellulase.  Several species of bacteria in the large 
intestine synthesize cellulases and digest cellulose. 
Colonic bacteria rapidly metabolize the saccharides, forming gases, short-chain fatty 
acids, and lactate. The major short-chain fatty acids formed are acetic acid (two carbon), 
propionic acid (three carbon), and butyric acid (four carbon). The short-chain fatty acids 
are absorbed by the colonic mucosal cells and can provide a substantial source of energy 
for these cells. The major gases formed are hydrogen gas (H

2

), carbon dioxide (CO

2

), and 

methane (CH

4

). These gases are released through the colon, resulting in flatulence, or in 

the breath. Incomplete products of digestion in the intestines increase the retention of 
water in the colon, resulting in diarrhea. 
 

2.  Synthesis of vitamin K and certain B vitamins  

Synthesis of vitamin K by colonic bacteria provides a valuable supplement to dietary 
sources and makes clinical vitamin K deficiency rare. Similarly, formation of B vitamins by 
the microbial flora in the large intestine is useful to many animals. They are not absorbed 
in the large intestine, but are present in feces.  
Beans, peas, soybeans, and other leguminous plants contain oligosaccharides with 
(1,6)-linked galactose residues that cannot be hydrolyzed for absorption, including sucrose 
with 1, 2, or 3 galactose residues attached .  What is the fate of these polysaccharides in 
the intestine? 
These sugars are not digested well by the human intestine but form good sources of 
energy for the bacteria of the gut. These bacteria convert the sugars to H

2

, lactic acid and 

short-chain fatty acids. The amount of gas released after a meal containing beans is 
especially notorious. 


background image

Lecture 6 

 

Thursday 3/10/2013 

 

Prof. Dr.H.D.El-Yassin 2013 

3

 

Digestive Disorders

 

 

1. Stomach and Intestine 

Peptic ulcers 
Peptic ulcer is a general term that refers to ulcers occurring in the lower esophagus, the 
stomach, or the duodenum (upper part of the small intestine). 
 

 

What is the difference between a duodenal ulcer and a gastric ulcer? 
A duodenal ulcer is a break in the lining of the upper part of the small intestine (the 
duodenum); a gastric ulcer is a break in the lining of the stomach. 
What causes duodenal and gastric ulcers? 
Duodenal ulcers are much more common than gastric ulcers. The primary cause of 
duodenal ulcers is increased production of acid by the stomach. 
Gastric ulcers, on the other hand, are thought to be caused by changes in the stomach 
lining that make it more susceptible to damage by the acid normally produced by the 
stomach. 
Factors in the development of peptic ulcers include: 

•  Helicobacter pylori 

Research shows that most ulcers develop as a result of infection with bacterium called 
Helicobacter pylori (H. pylori). 

•  Smoking 

Studies show smoking increases the chances of getting an ulcer, slows the healing 
process of existing ulcers, and contributes to ulcer recurrence. 

•  Caffeine 

Caffeine seems to stimulate acid secretion in the stomach, which can aggravate the pain 
of an existing ulcer. However, the stimulation of stomach acid cannot be attributed solely 
to caffeine. 

•  Alcohol 

Although no proven link has been found between alcohol consumption and peptic ulcers, 
ulcers are more common in people who have cirrhosis of the liver, a disease often linked 
to heavy alcohol consumption. 

•  Stress 

Mucos HCO

3

 content creates a "micro-environment" around surface cells to prevent acid 

damage, but its secretion is inhibited by adrenergic input (prominent in stress!) 

•  Acid and pepsin 

It is believed that the stomach's inability to defend itself against the powerful digestive 
fluids, hydrochloric acid and pepsin, contributes to ulcer formation. 

•  nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) 

These drugs (such as aspirin, ibuprofen, and naproxen sodium) make the stomach 
vulnerable to the harmful effects of acid and pepsin. 


background image

Lecture 6 

 

Thursday 3/10/2013 

 

Prof. Dr.H.D.El-Yassin 2013 

4

 

 

2. Bile and the Biliary System 

Gallstones (Cholelithiasis) 

There are two major types of gallstones, which form due to distinctly different pathogenetic 
mechanisms. 

1. Cholesterol Stones 

About 90% of gallstones are of this type. These stones can be almost pure cholesterol or 
mixtures of cholesterol and substances such as mucin.  
The key event leading to formation and progression of cholesterol stones is precipitation of cholesterol 
in bile. There are clearly important genetic determinants for cholesterol stone formation. There is 
also an important gender bias in development of stones - the prevalence in adult females is two 
to three times that seen in males and use of contraceptive steroids is a risk factor for 
development of gallstones. 

2. Pigment Stones 

Roughly 10% of human gallstones are pigment stones composed of large quantities of bile 
pigments, along with lesser amounts of cholesterol and calcium salts. The most important risk 
factor for development of these stones is chronic hemolysis from almost any cause - bilirubin 
is a major constituent of these stones. Additionally, some forms of pigment stones are associated 
with bacterial infections. Apparently, some bacteria release deconjugate bilirubin, leading to 
precipitation as calcium salts. 
 
  
b. Jaundice 
Jaundice, is yellowing of the skin, sclera (the white of the eyes) and mucous membranes 
caused by increased levels of bilirubin in the human body. Usually the concentration of 
bilirubin in the blood must exceed 2-3mg/dL for the coloration to be easily visible. Jaundice 
comes from the French word jaune, meaning yellow. 
 
 
Causes of jaundice 
When red blood cells die, 
the heme in their 
hemoglobin is converted to 
bilirubin in the spleen. The 
bilirubin is processed by the 
liver, enters bile and is 
eventually excreted through faeces. 
Consequently, there are three different classes of causes for jaundice. Pre-hepatic or 
hemolytic causes, where too many red blood cells are broken down, hepatic causes 
where the processing of bilirubin in the liver does not function correctly, and post-hepatic 
or extrahepatic causes, where the removal of bile is disturbed. 
1. Pre-hepatic 
Pre-hepatic (or hemolytic) jaundice is caused by anything which causes an increased rate 
of hemolysis (breakdown of red blood cells). Malaria can cause jaundice. Certain genetic 
diseases, such as glucose 6-phosphate dehydrogenase deficiency can lead to increase 
red cell lysis and therefore hemolytic jaundice. Defects in bilirubin metabolism also present 
as jaundice. 
2. Hepatic 
Hepatic causes include acute hepatitis, hepatotoxicity and alcoholic liver disease. 
Jaundice commonly seen in the newborn baby is another example of hepatic jaundice. 


background image

Lecture 6 

 

Thursday 3/10/2013 

 

Prof. Dr.H.D.El-Yassin 2013 

5

 

•  Neonatal jaundice 

Neonatal jaundice is usually harmless: this condition is often seen in infants around the 
second day after birth, lasting till day 8 in normal births, or to around day 14 in premature 
births. Serum bilirubin normally drops to a low level without any intervention required: the 
jaundice is presumably a consequence of metabolic and physiological adjustments after 
birth. Infants with neonatal jaundice are typically treated by exposing them to high levels of 
colored light to break down the bilirubin. This works due to a photo oxidation process 
occurring on the bilirubin in the subcutaneous tissues of the neonate. Light energy creates 
isomerization of the bilirubin and consequently transformation into compounds that the 
new born can excrete via urine and stools. 
3. Post-hepatic 
Post-hepatic (or obstructive) jaundice, also called cholestasis, is caused by an interruption 
to the drainage of bile in the biliary system. The most common causes are gallstones in 
the common bile duct and pancreatic cancer in the head of the pancreas.  

The van den Bergh test: 
When a mixture of sulphanic acid, hydrochloric acid and sodium nitrite (diazo reagent) is added to serum containing an 
excess of biliriubin glucuronide a reddish-violet color results, the maximum color intensity being reached within 30 
seconds (direct reaction) (for hepatic and post hepatic jaundice) 
When the same above reagents are mixed with serum containing an excess of billirubin itself or bilirubi-protien complex 
no color develops until alcohol is added, then the reddish-violet color appears.(indirect reaction) (for pre hepatic jaundice) 
Note: the addition of alcohol solvent provides the means of solution for the water insoluble bilirubin which is thus enabled 
to react with the diazo reagent 

3. Intestine 

Diarrhea is an increase in the volume of stool or frequency of defecation. It is one of the 
most common clinical signs of gastrointestinal disease, but also can reflect primary 
disorders outside of the digestive system  
There are numerous causes of diarrhea, but in almost all cases, this disorder is a 
manifestation of one of the four basic mechanisms described below.  

1.  Osmotic Diarrhea 

Absorption of water in the intestines is dependent on adequate absorption of solutes. If 
excessive amounts of solutes are retained in the intestinal lumen, water will not be 
absorbed and diarrhea will result. Osmotic diarrhea typically results from one of two 
situations:  
•  Ingestion of a poorly absorbed substrate: The offending molecule is usually a 

carbohydrate or divalent ion. Common examples include mannitol or sorbitol, epson 
salt (MgSO

4

) and some antacids (MgOH

2

).  

•  Malabsorption: Inability to absorb certain carbohydrates is the most common deficit in 

this category of diarrhea, but it can result virtually any type of malabsorption. A 
common example is lactose intolerance resulting from a deficiency in the brush border 
enzyme lactase.
 In such cases, a moderate quantity of lactose is consumed (usually as 
milk), but the intestinal epithelium is deficient in lactase, and lactose cannot be 
effectively hydrolyzed into glucose and galactose for absorption. The osmotically-active 
lactose is retained in the intestinal lumen, where it "holds" water.  
•  A distinguishing feature of osmotic diarrhea is that it stops after the patient is fasted 

or stops consuming the poorly absorbed solute. 

 
  
 

2.  Secretory Diarrhea 

Large volumes of water are normally secreted into the small intestinal lumen, but a large 
majority of this water is efficiently absorbed before reaching the large intestine. Diarrhea 
occurs when secretion of water into the intestinal lumen exceeds absorption.  
Many millions of people have died of the secretory diarrhea associated with cholera. The 
responsible organism, Vibrio cholerae, produces cholera toxin, which strongly activates 


background image

Lecture 6 

 

Thursday 3/10/2013 

 

Prof. Dr.H.D.El-Yassin 2013 

6

 

adenylyl cyclase, causing a prolonged increase in intracellular concentration of cyclic AMP 
within crypt enterocytes. This change results in prolonged opening of the chloride channels 
that are instrumental in secretion of water from the crypts, allowing uncontrolled secretion 
of water.  
Exposure to toxins from several other types of bacteria (e.g. E. coli heat-labile toxin) 
induce the same series of steps and massive secretory diarrhea that is often lethal unless 
the person or animal is aggressively treated to maintain hydration. In addition to bacterial 
toxins, a large number of other agents can induce secretory diarrhea by turning on the 
intestinal secretory machinery, including:  

•  some laxatives  

•  hormones secreted by certain types of tumors (e.g. vasoactive intestinal peptide)  

•  a broad range of drugs (e.g. some types of asthma medications, antidepressants, 

cardiac drugs)  

•  certain metals, organic toxins, and plant products (e.g. arsenic, insecticides, 

mushroom toxins, caffeine)  

In most cases, secretory diarrheas will not resolve during a 2-3 day fast.  
 

3.  Inflammatory and Infectious Diarrhea 

The epithelium of the digestive tube is protected from insult by a number of mechanisms 
constituting the gastrointestinal barrier, but like many barriers, it can be breached and 
often associated with widespread destruction of absorptive epithelium. In such cases, 
absorption of water occurs very inefficiently and diarrhea results. Examples of pathogens 
frequently associated with infectious diarrhea include:  
Bacteria: Salmonella, E. coli, Campylobacter  
Viruses: rotaviruses 
Protozoa:  
 

4.  Diarrhea Associated with Deranged Motility 

In order for nutrients and water to be efficiently absorbed, the intestinal contents must be 
adequately exposed to the mucosal epithelium and retained long enough to allow 
absorption. Disorders in motility than accelerate transit time could decrease absorption, 
resulting in diarrhea even if the absorptive process per se was proceeding properly.  
  
 
Conclusions: 

1.  Regarding the the mechanism of absorption, secretion and formation of feces 

a.  Water, as always, is absorbed in response to an osmotic gradient 
b.  Sodium absorption in the colon is enhanced by the hormone aldosterone 
c.  Chloride is absorbed by exchange with bicarbonate 
d.  The resulting secretion of bicarbonate ions into the lumen aids in 

neutralization of the acids generated by microbial fermentation in the large 
gut 

2.  Two processes are attributed to the microbial flora of the large intestine:  

a.  Digestion of carbohydrates not digested in the small intestine 
b.  Synthesis of vitamin K and certain B vitamins  

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 10 أعضاء و 97 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل