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Glycolysis
—
Splitting Glucose to Form Pyruvic Acid 
By far the most important means of 
releasing  energy  from  the  glucose  molecule  is  initiated  by  glycolysis.  The  endproducts  of  glycolysis 
are  the    oxidized  to  provide  energy.  Glycolysis  means  splitting  of  the  glucose  molecule  to  form  two 
moleculesof pyruvic acid. Glycolysis occurs by 10 successive chemical reactions, shown in Figure 67-
5. Each step is catalyzed by at least one specific protein enzyme. Note that glucose is first converted 
into  fructose-1,6-diphosphate  and  then  split  into  two  three-carbonatom  molecules,  glyceraldehyde-3-
phosphate, each of which is then converted through five additional steps into pyruvic acid. 
Formation 
of ATP During Glycolysis. 
Despite the many chemical reactions in the glycolytic series, only a small  
Diuretics, Kidney Diseases 
Diuretics and TheirMechanisms of Action 
The many diuretics available for clinical use have different mechanisms of action and, therefore, 
inhibit tubular reabsorption at  different  sites along the renal  nephron.The  general  classes  of diuretics 
and their mechanisms of action are shown in Table 31-1.  
Osmotic Diuretics Decrease Water Reabsorptionby Increasing Osmotic Pressure of 
Tubular  Fluid 
  Large  volumes  of  urine  are  also  formed  in  certain  diseases  associated  with  excess 
solutes  that  fail  to  be  reabsorbedfrom  the  tubular  fluid.  For  example,  when  theblood  glucose 
concentration  rises  to  high  levels  in  diabetesmellitus,  the  increased  filtered  load  of  glucose  into 
thetubules  exceeds  their  capacity  to  reabsorb  glucose  (i.e.,  exceeds  their  transport  maximum  for 
glucose . 
―Loop‖ Diuretics Decrease Active
 
Sodium-Chloride-Potassium  Reabsorptionin  the  Thick  Ascending  Loop  of 
Henle
Furosemide,  ethacrynic  acid,  and  bumetanide  are  powerful  diuretics  that  decrease  active 
reabsorption in the thick ascending limb of the loop of Henle by blocking the 1-sodium, 2-chloride, 1-
potassium  co-transporter  located  in  the  luminal  membrane  of  the  epithelial  cells.  These  ―loop‖ 
diuretics are among the most powerful of the clinically used diuretics. 
 
Thiazide Diuretics Inhibit Sodium-Chloride Reabsorption in the Early Distal Tubule 
The thiazide derivatives, such as chlorothiazide, act mainly on the early distal tubules to block the 
sodium-chloride  co-transporter  in  the  luminal  membrane  of  the  tubular  cells.  Under  favorable 
conditions, these agents may cause a maximum of 5 to 10 percent of the glomerular filtrate to pass into 
the urine. This is about the same amount of sodium normally reabsorbed by the distal tubules. 
Sodium  Reabsorption  from  and  Potassium  Secretion  into  the  Cortical  Collecting 
Tubule 
Spironolactone  and  eplerenone  are  mineralocorticoidreceptor  antagonists  that  compete  with 
aldosterone for receptor binding sites in the cortical collecting tubule epithelialcells and, therefore, can 
decrease the reabsorption of sodium and secretion of potassium in this tubular segment. 
As  a  consequence,  sodium  remains  in  the  tubules  and  acts  as  an  osmotic  diuretic,  causing 
increased  excretionof  water,  as  well  as  sodium.  Because  these  drugs  also  block  the  effect  of 
aldosterone to promote potassium secretion in the tubules, they decrease the excretion ofpotassium. 
 
Diuretics That Block Sodium Channels in the Collecting Tubules Decrease Sodium 
Reabsorption 
Amiloride  and  triamterene  also  inhibit sodium  reabsorption  and potassium secretion 
in the collecting tubules, similar to the effects of spironolactone. However, at the cellular level, these 
drugs  act  directly to  block the entry  of sodium  into the sodium  channels of the luminal membraneof 
the collecting tubule epithelial cells.  
Acute  Renal  Failure 
The  causes  of  acute  renal  failure  can  be  divided  into  three  main 
categories:
1. 
Acute renal failure resulting from decreased bloodsupply to the kidneys; this condition is 
often  referred  to  as  prerenal  acute  renal  failure  to  reflect  the  fact  that  the  abnormality  occurs  as  a 
result of an abnormality originating outside the kidneys. For example, prerenal acute renal failure can 
be  a  consequence  of  heart  failure  with  reduced  cardiac  output  and  low  blood  pressure  or  conditions 
associated  with  diminished  blood  volume  and  low  blood  pressure,  such  as  severe  hemorrhage.
2. 
Intrarenal  acute  renal  failure  resulting  from  abnormalities    within  the  kidney  itself,  including  those 
that  affect  the  blood  vessels,  glomeruli,  or  tubules. 
3. 
Postrenal  acute  renal  failure,  resulting  from 
obstruction of the urinary collecting system anywh re fromthe calyces to the outflow from the bladder.   
Intrarenal Acute Renal Failure Caused by Abnormalities Within the Kidney 
Abnormalities that originate within the kidney and that abruptly diminish urine output fall into the 
general  category of intrarenal acute renal  failure.  This  category of acute  renal  failure can be further 

divided  into  (1)  conditions  thatinjure  the  glome,  and  (3)  conditions  that  cause  damage  to  the  renal 
interstitium.  This  type  of  classification  refers  to  the  primary  site  of  injury,  but  because  the  renal 
vasculature and tubular system are functionally int rdependent, damage to the renal blood vessels can 
lead  to  tubular  damage,  and  primary  tubular  damage  can  lead  to  damage  of  the  renal  blood  vessels. 
Some causes of intrarenal acute renal failure are listed in Table 31-3.  
Acute Re al Failure Caused by Glomerulonephritis  
Acute glomerulonephritis is a type of intrarenal acuterenal failure usually caused by an abnormal 
immune  reaction  that  damages  the  glomeruli.  In  about  95  percent  of  the  patients  with  this  disease, 
damage  to  the  glomeruli  occurs  1  to  3  weeks  after  an  infection  elsewhere  in  themnbody,  usually 
caused by certain types of group A beta streptococci. The infection may have been a streptococcal sore 
throat, streptococcal tonsillitis, or even streptococcal infection of the skin 
 Acute  Tubular  Necrosis  Caused  by  Severe  Renal  Ischemia 
Severe  ischemia  of  the 
kidney  can  result  from  circ  latory  shock  or  any  other  disturbance  that  severely  impairs  the  blood 
supply to the kidney. If the ischemia is severe enough to seriously impair the delivery of nutrients and 
oxygen  to  the  renal  tubular  epithelial  cells,  and  if  the  insult  is  prolonged,  damage  or  eventual 
destruction of the epithelial cells can occur.  
Acute Tubular Necrosis Caused by Toxins or Medications 
There is a long list of renal poisons and medications that can damage the tubular epithelium and 
cause acute renal failure. Some of these are carbon tetrachloride, heavy metals (such as mercury and 
lead),  ethylene  glycol  (which  is  a  major  component  in  antifreeze),  various  insecticides,  some 
medications  (such  as  tetracyclines)  used  as  antibiotics,  and  cis-platinum,  which  is  used  in  treating 
certain cancers.  
 
Pituitary  Hormones  and  Their  Control  by  the  Hypothalamus 
Pituitary  Gland  andIts 
Relation  to  the  Hypothalamus  The  Pituitary  Gland  Has  Two  Distinct  Parts
—
  The 
Anterior and Posterior Lobes.  
The pituitary gland (Figure 75-1), also called the hypophysis, is a small gland—about 1 centimeter 
in diameter and 0.5 to 1 gram in weight—that lies in the sella turcica, a bony cavity at the base of the 
brain, and is connected to the hypothalamus by the pituitary (or hypophysial) stalk. 
 
 
Hypothalamus  Anterior  pituitary  Pars  intermedia  Posterior  pituitaryHypophysial 
stalkMammillary body  
Usually, there is one cell type for each major hormone formed in the anterior pituitary gland. With 
special stains attached to high-affinity antibodies that bind with the distinctive hormones, at least five 
cell types can be differentiated (Figure 75-3). Table 75-1 provides a summary of these cell types, the 
hormones they produce, and their physiological actions.  
Cell  Hormone  Chemistry  Physiological  Action  Somatotropes  Growth  hormone  (GH; 
somatotropin) 
Single  chain  of  191  amino  acids  Stimulates  body  growth;  stimulates  secretion  of  IGF-1; 
stimulates  lipolysis;  inhibits  actions  ofinsulin  on  carbohydrate  and  lipid  metabolism 
Corticotropes Adrenocorticotropic hormone (ACTH; corticotropin) 
Single chain of 39amino acidsStimulates production of glucocorticoids andandrogens by 
the adrenal cortex; maintains 
size  of  zona  fasciculata  and  zona  reticularisof  cortexnThyrotropesThyroid-stimulating 
hormone(TSH; thyrotropin)   
Table  75-1  Cells  and  Hormones  of  the  Anterior  Pituitary  Gland  and  Their  Physiological 
Functions 
IGF,  insulin-like  growth  factor.  Sinusoid  Gamma(  )  cellEpsilon  (  )acidophil  cell  Delta  (  ) 

basophil cell 

Alpha ( ) cell Beta ( ) cell 
 
Figure  75-3  Cellular  structure  of  the  anterior  pituitary 
gland. 
(Redrawn  from  Guyton  AC:  Physiology  of  the  Human  Body,  6th  ed.Philadelphia: 
Saunders College Publishing, 1984.)Chapter 75 Pituitary Hormones and Their Control by the 
Hypothalamus  897
U n i t X IV 

Posterior Pituitary Hormones Are Synthesized by 
Cell Bodies in the Hypothalamus. 
The bodies of the cells that secrete the posterior pituitary 
hormones  are  not    located  in  the  pituitary  gland  itself  but  are  large  neurons,called  magnocellular 
neurons,  located  in  the  supraoptic  and  paraventricular  nuclei  of  the  hypothalamus.
Hypothalamus 
Controls Pituitary Secretion 
Almost all secretion by the pituitary is controlled by either hormonal 
or  nervous  signals  from  the  hypothalamus.  Indeed,  when  the  pituitary  gland  is  removed  from  its 
normal position beneath the hypothalamus and transplanted to some other part of the body, its rates of 
secretion  of  the  different  hormones  (except  for  prolactin)  fall  to  very  low  levels.  Secretion  from  the 
posterior pituitary is controlled by nerve signals that originate in the hypothalamus and terminate in the 
posterior  pituitary.  In  contrast,  secretion  by  the  anterior  pituitary  is  controlled  by  hormones 
calledhypothalamic  releasing  and  hypothalamic  inhibitory  hormones  (or  factors)  secreted  within  the 
hypothalamus  and then conducted, as shown in  
Hypothalamic-Hypophysial Portal Blood Vessels 
of  the  Anterior  Pituitary  Gland 
The  anterior  pituitary  is  a  highly  vascular  gland  with 
extensive  capillary  sinuses  among  the  glandular  cells.  Almost  all  the  blood  that  enters  these  sinuses 
passes first through another capillary bed in the lower hypothalamus. 
The blood then flows through small hypothalamichypophysialportal blood vessels into the anterior 
pituitary  sinuses.  Figure  75-4  shows  the  lowermost  portion  of  the  hypothalamus,  called  the  median 
eminence,  which connects  inferiorly  with  the pituitary stalk.  Small  arteries  penetrate into the median 
eminence  and  then  additionalsmall  vessels  return  to  its  surface,  coalescing  to  form  thehypothalamic-
hypophysial portal blood vessels.   hormones into the tissue fluids.  
Physiological Functions of Growth Hormone 
All the major anterior pituitary hormones, except for growth hormone, exert their principal effects 
by stimulating target glands, including thyroid gland, adrenal cortex,  ovaries, testicles, and mammary 
glands.  The  functions  ofeach  of  these  pituitary  hormones  are  so  intimately  concerned  with  the 
functions of the respective target glands that, except for growth hormone, their functions arediscussed 
in subsequent chapters along with the target  glands. Growth hormone, in contrast to other hormones, 
does not function through a target gland but exerts itseffects directly on all or almost all tissues of the 
body. 
Growth Hormone Promotes Growthof Many 
 
Hormone Structure Primary Action on Anterior Pituitary 
Thyrotropin-releasing  hormone  (TRH)  Peptide  of  3  amino  acids  Stimulates  secretion  of 
TSH by thyrotropes 
Gonadotropin-releasing  hormone  (GnRH)  Single  chain  of  10  amino  acids  Stimulates 
secretion of FSH and LH by 
Gonadotropes  Corticotropin-releasing  hormone  (CRH)  Single  chain  of  41  amino  acids 
Stimulates secretion of ACTH by 
Corticotropes  Growth  hormone-releasing  hormone  (GHRH)  Single  chain  of  44  amino 
acids  Stimulates  secretion  of  growth  hormone  by  Somatotropes  Growth  hormone  inhibitory 
hormone (somatostatin) Single chain of 14 amino acids Inhibits secretion of growth hormone 
by  somatotropes  Prolactin-inhibiting  hormone  (PIH)  Dopamine  (a  catecholamine)  Inhibits 
synthesis and secretion of prolactin by lactotropes  Table 75-2 Hypothalamic Releasing and 
Inhibitory Hormones That Control Secretion of the Anterior Pituitary Gland 
ACTH, adrenocorticotropic hormone; FSH, follicle-stimulating hormone; 
 
Growth Hormone Has Several Metabolic Effects 
Aside from its general effect in causing growth, growth hormone has multiple specific metabolic 
effects,  including  (1)  increased  rate  of  protein  synthesis  in  most  cells  of  the  body;  (2)  increased 
mobilization of fatty acids  from    adipose tissue, increased free fatty acids  in  the blood,  andincreased 
use of fatty acids for energy; and (3) decreased rate of glucose utilization throughout the body 
Enhancement  of  Amino  Acid  Transport  Through  the  Cell  Membranes. 
Growth 
hormone directly enhances transport of most amino acids through the cell membranes to the interior of 
the cells. This increases the amino acid concentrations in the cells and is presumed to be at least partly 
responsible for the increased protein synthesis 
Increased Nuclear Transcription of DNA to Form RNA. 
Over more prolonged periods (24 
to  48  hours),  growth  hormone  also  stimulates  the  transcription  of  DNA  in  the  nucleus,  causing  the 

formation of increased quantities of RNA. This promotes more protein synthesis and promotes growth 
if  sufficient  energy,  amino  acids,  vitamins,  and  other  requisites  for  growth  are  available.  In  the  long 
run, this may be the most important function of growth hormone. 
Decreased Catabolism of Protein and Amino Acids. 
In addition to the increase in protein 
synthesis, there is a decrease in the breakdown of cell protein. A probable reason for this is that growth 
hormone also mobilizes largequantities of free fatty acids from the adipose tissue, and these are used to 
supply most of the energy for the body‘s cells, thus acting as a potent ―protein sparer.‖ 
Summary. 
Growth  hormone  enhances  almost  all  facets  of  amino  acid  uptake  and  protein 
synthesis by cells, while at the same time reducing the breakdown of proteins. 
 
Excitation and Contraction of Smooth Muscle 
Contraction  of  Smooth  Muscle 
In  Chapters  6  and  7,  the  discussion    was  concerned  with 
skeletal muscle. We now turn to smooth muscle, which is composed of far smaller fibers—usually 1 to 
5 micrometers in diameter and only 20 to 500 micrometers in length. In contrast, skeletal muscle fibers 
are as much as 30 times greater in diameter and hundreds of times as long 
Types of Smooth Muscle 
The smooth muscle of each organ is distinctive from that of most other or ans in several ways: (1) 
physical dimensions, (2) organization into bundles or sheets, (3) response to different types of stimuli, 
(4) characteristics of innervation, 
and (5) function.  
Figure 8-1 Multi-unit (A) and unitary (B) smooth muscle. 
Unit II Membrane Physiology, Nerve, and Muscle 92 Contractile Mechanism in Smooth 
Muscle  Chemical Basis for Smooth Muscle Contraction 
Smooth muscle contains both actin and 
myosin filaments, having chemical characteristics similar to those of the actin and myosin filaments in 
skeletal  muscle.  It  does  not  contain  the  normal  troponin  complex  that  is  required  in  the  control  of 
skeletal muscle contraction, so the mechanism for control of contraction is different. This is discussed 
in  detail  later  in  this  chapter.  Chemical  studies  have  shown  that  actin  and  myosin  filaments  derived 
from smooth muscle interact with each other in much the same way that they do in skeletal muscle.  
Slow  Cycling  of  the  Myosin  Cross-Bridges. 
The rapidity of cycling of the myosin cross-
bridges  in  smooth  muscle—that  is,  their  attachment  to  actin,  then  release  from  the  actin,  and 
reattachment for the next cycle—is much slower 
Actin  filaments  Dense  bodies  Cell  membrane  Myosin  filaments  Figure  8-2  Physical 
structure  of  smooth  muscle.  The  upper  lefthand  fiber  shows  actin  filaments  radiating  from 
dense bodies. 
The lower left-hand fiber and the right-hand diagram demonstrate the relation of myosin 
filaments to actin filaments. 
Low Energy Requirement to Sustain Smooth Muscle Contraction. 
Only 1/10 to 1/300 
as much energy is required to sustain the same tension of contraction in smooth muscle as in skeletal 
muscle. This, too, is believed to result from the slow attachment and detachment cycling of the cross-
bridges  and because only  one molecule of ATP is  required for each cycle, regardless  of its  duration. 
This  sparsity  of  energy  utilization  by  smooth  muscle  is  exceedingly  important  to  the  overall  energy 
economy  of  the  body  because  organs  such  as  the  intestines,  urinary  bladder,  gallbladder,  and  other 
viscera  often  maintain  tonic  muscle  contraction  almost  indefinitely. 
Slowness  of  Onset  of 
Contraction and Relaxation of 
the  Total  Smooth  Muscle  Tissue. 
A  typical  smooth  muscle  tissue begins  to  contract  50  to 
100 milliseconds after it is excited, reaches full contraction about 0.5 second later,and then declines in 
contractile force in another 1 to 2  seconds, giving a total contraction time of 1 to 3 seconds. 
Maximum Force of Contraction Is Often Greater in 
Smooth  Muscle  Than  in  Skeletal  Muscle. 
Despite  the  relatively  few  myosin  filaments  in 
smooth  muscle,  and  despite  the  slow  cycling  time  of  the  cross-bridges,  the  maximum  force  of 
contraction of smooth muscle is often greater than that of skeletal muscle—as great as 4 to 6 kg/ cm2 
cross-sectional area for smooth muscle, in comparison with 3 to 4 kilograms for skeletal muscle. This 
great  force  of  smooth  muscle  contraction  results  from  the  prolonged  period  of  attachment  of  the 
myosin cross-bridges to the actin filaments. 
―Latch‖ Mechanism Facilitates Prolonged Holding of
 

Contractions  of  Smooth  Muscle. 
Once  smooth  muscle  has  developed  full  contraction,  the 
amount of continuing excitation ca  usually be reduced to far less than the initial level yet the muscle 
maintains  its  full  force of contraction. Further, the energy consumed to  maintain  contraction is  often 
minuscule, sometimes as little as 1/300 the energy required for comparable sustained skeletal muscle 
contraction. This is called the ―latch‖ mechanism. The importance of the latch mechanism is that it can 
maintain prolonged tonic contraction in smooth muscle for hours with little use of energy. 
Stress-Relaxation  of  Smooth  Muscle. 
Another  important  characteristic  of  smooth  muscle, 
especially the visceral unitary type of smooth muscle of many hollow organs, is its ability to return to 
nearly its original force of contraction seconds or minutes after it has been elongated orshortened. For 
example, a sudden increase in fluid volume in the urinary bladder, thus stretching the smooth muscle 
in the bladder wall, causes an immediate large increase in pressure in the bladder 
 
Regulation  of  Contraction  by  Calcium  Ions 
As  is  true  for  skeletal  muscle,  the  initiating 
stimulus for most smooth muscle contraction is an increase in intracellular calcium ions. This increase 
can  be  caused  in  different  types  of  smooth  muscle  by  nerve  stimulation  of  the  smooth  muscle  fiber, 
hormonal stimulation, stretch of the fiber, or even change in the che ical environment of the fiber.  
Nervous and Hormonal Control of Smooth Muscle Contraction 
Although skeletal muscle fibers are stimulated exclusively by the nervous system, smooth muscle 
can  be  stimulated  to  contract  by  multiple  types  of  signals:  by  nervous  signals,  by  hormonal 
stimulation, by stretch of the muscle, and in several other ways. The principal reason for the difference 
is  that  the  smooth  muscle  membrane  contains  many  types  of  receptor  proteins  that  can  initiate  the 
contractile  process.  Still  other  receptor  proteins  inhibit  smooth  muscle  contraction,  which  is  another 
difference  from  skeletal  muscle.  Therefore,  in  this  section,  we  discuss  nervous  control  of  smooth 
muscle contraction, followed by hormonal control and other means of control. 
Neuromuscular Junctions of Smooth Muscle Physiologic Anatomy of Smooth Muscle 
Neuromuscular Junctions. 
Neuromuscular junctions of the highly structured type found on skeletal 
muscle  fibers  do  not  occur  in  smooth  muscle.  Instead,  the  autonomic  nerve  fibers  that  innervate 
smooth mus le generally branch diffusely on top of a sheet of muscle fibers, as shown in Figure 8-4. 
 
Outside Contraction Relaxation Figure 8-3 Intracellular calcium ion (Ca++) concentration 
increases  when  Ca++  enters  the  cell  through  calcium  channels  in  the  cellmembrane  or  the 
sarcoplasmic reticulum (SR). The Ca++ binds to 
calmodulin to form a Ca++-calmodulin complex,  which  then activates myosin  light chain 
kinase  (MLCK).  The  MLCK  phosphorylates  the  myosin  light  chain  (MLC)  leading  to 
contraction of the smooth muscle. When Ca++ concentration decreases, due to pumping of 
Ca++  out  of  the  cell,  the  process  is  reversed  and  myosin  phosphatase  removes  the 
phosphate from MLC, leading to relaxation. Varicosities Gap junctions Visceral Multi-unit