SOLUNUM SİSTEMİ ve DOLAŞIM SİSTEMİ. Hazırlayan: Yrd.Doç.Dr. Yosun MATER

Transkript

1 SOLUNUM SİSTEMİ ve DOLAŞIM SİSTEMİ Hazırlayan: Yrd.Doç.Dr. Yosun MATER

2 1.Solunum Yüzeyleri Arasında Gaz Alış-Verişi Gaz değişimi zarları arasında oluşan farka bağlı difüzyona dayanır. Difüzyon pasif bir süreç olduğundan; difüzyon oranı (R) artmasına bağlıdır. Yani daha yüksek bir konsantrasyona ve daha büyük yüzey alanına bağlı olarak difüzyon artarken, mesafe ile, yani mesafe artışına bağlı olarak difüzyon azalır. Buna Fick Kanunu adı verilir. Evrimsel stratejiler ihtiyaç duyulan solunum gazı miktarına bağlı olarak farklı difüzyon arttırma adaptasyonlarına giderler. Yani solunumu maksimize ederler. Çoğu Vertebrat filumlarında özel solunum organları yoktur. Bununla beraber solunumla alınan oksijen konsantrasyon arttırmak için farklı yolları geliştirmişlerdir (Şekil 42.2). Diğer hayvanlar ise özelleşmiş solunum organlarına sahiptirler.

3

4 2. Solungaçlar, Deri Solunumu ve Trakeal Sistemler Dış solungaçlar balık ve amfibi larvalarında bulunur. Solungaçlar, gaz değişimi için solunum yolu yüzey alanını artırmayı amaçlar. Buna özelleşmişlerdir. Ancak bu sistemin çalışması için sulu bir ortama ihtiyaç vardır (Şekil 42.21). Bazı invertebratlarda (Omurgasızlarda) solunum yolu odaları (=Branchial chambers) solungaçlarla, solungaç kanalları (=gills) ile korumaktadır. Bazı omurgasızlarda solunum yolu odalarının içinde bulunan oksijenli su, bir önceki solunumdan alınmış oksijenli sudan pompalanır. Yumuşakçalarda ise (=Mollusca) işleyiş bir manto yapısına sahiptir. Su bu yapı üzerinden akıtılır, geçirilir ve gerekli oksijen alınarak su dışarı atılır.

5

6 Kemikli balıklarda solungaçlara karşılık gelen yapının adı Operkulum dur (=Operculum). Kemikli balıklar, su akışının ters yönünde suyu solungaç içinde yer alan kanallar üzerinden geçirerek, difüzyonu en üst seviyeye ulaştırırlar. Böylece yüzülen su akımının ters yönünde solungaçlardan geçen su içindeki gaz değişimi olur ve bu kanallarda (=gillerde) yer alan kana maksimum düzeyde oksijen geçmesi sağlanır (Şekil 49.4 ve 42.22).

7

8 Deri solunumu sürekli nem gerektirir. Birçok Amfibia ve birkaç sürüngen türü gaz değişiminde deri solunumunu kullanır. Trakeal sistemleri, yani Trake solunumu eklem bacaklılarda bulunur. Borusal yapılar şeklinde olan Trake (Trakea) ve onunla bağlantılı küçük tüpler Trakeoller (Tracheoles) ile bunların uçlarında yer alan hava delikleri ile (Spiracles) dışarıdaki çevre ile etkileşimdedir (Şekil 42.23). Buna açık dolaşım adı da verilir. Bu doğrudan hava taşıyan hücreler (bölgeler, kısımlar), eklembacaklılar tarafından açılıp ve kapanabilir. Yani canlı tarafından kontrol edilir. Birde diğer canlılarda görülen ve gaz değişimi için yardımcı organların kullanıldığı sistemler vardır. Buna Kapalı dolaşım adı verilir (Şekil 42.3).

9

10 3. Akciğerler Akciğerler buharlaşmayı en aza indirmek için ve buna destek olacak şekilde içeri çökmüş gaz değişim zarları içeren bir yapıdır. Bu karasal yaşama uyum için ortaya çıkmış en önemli adaptasyonlardan biridir (Şekil 49.8 ve 42.24).

11

12 Havada, solunumunda gazların kısmi basınçlarından yararlanılır. Buna göre solunumda ciğerlere alınan havada bulunan gazların kısmi basıncı, atmosferik basıncın oranını gösterir. Bu her soluk alımında alınan her bir gazın miktarına atfedilir. Bu basınç, gaz değişimini beraberinde getiren, derecelenmeden de sorumludur. Yani bu gaz basıncı zaten ciğerlerdeki gazların miktarının değişmesi içinde bir kuvvet oluşturur. Amfibiler ve sürüngenlerde farklı yollarla nefes alır. Amfibiler ciğerlerine havayı, gaz basıncının pozitif kuvvetini kullanarak alırken; Sürüngenler ise negatif basınç kuvvetini kullanarak havayı içlerine çekerler (Şekil 49.7).

13 Memeli akciğerlerinde hava ile temas eden yüzey alanı artmıştır. Memeli akciğerlerinin yüzey alanının artmasının en büyük nedeni, akciğerlerin yapısında yer alan ve çok fazla sayıda bulunan alveollerdir. Bunlardan herbiri geniş bir kapiller ağ içerirler (Şekil 49.5 ve 42.5). Kuşların solunum sistemi ise oldukça verimli çalışan bir hava akımı sistemini içerir. Kuşların solunum sisteminde hava akımı tek yönlü olarak ciğerlere alınır ve solunum sistemi üzerinden geçer. Sistem iki yönlü olarak çalışır. Alınan temiz hava öndeki hava keselerine dolar. Daha önce alınmış olan hava ise (=Nefes) araka keselerde yer alır. Ön keselerin kapakları kapanır ve arka keseden kullanılmış hava, soluk borusu ile dışarı atılır. Bir sonraki aşamada taze hava arka keselere alınır ve kapakları kapatılır. Ön kesede yer alan bir önceki hava, ön hava keselerinin açılması ile salınır ve soluk borusu yardımıyla dışarı atılır. Böylece hiçbir zaman taze ve kullanılan hava (Şekil 42.26) birbirine karışmaz.

14

15 4. Memelilerde Havalandırma Yapıları ve Mekanizmaları Memelilerde Akciğerin yapısı ve fonksiyonu solunum döngüsü ile desteklenir. Gaz değişimi kısmi basınç farklılıkları ile uyarılır. Akciğerler, diyaframın kasılması ve dış yapısını saran kaslar tarafından sıkıştırılır. Bu şekilde oluşan negatif basınç havanın emilmesini sağlar (Şekil 42.27).

16 Havalandırma verimlilik, akciğer kapasitesi ve solunum hızına bağlıdır. Normal nefes oranı oksijen ve karbondioksit basıncının kısmi değerleri aralığında sınırlı tutmaktadır. Hipoventilasyon da (=az havalandırmada) karbondioksit seviyeleri çok yüksek ve hiperventilasyon da (=çok havalandırmada) karbondioksit seviyeleri çok düşük olduğu zaman meydana gelir. Havalandırma, sinir sisteminin kontrolü altındadır. Her nefes alışı, solunum kontrol merkezi nöronları tarafından CO 2 seviyelerinin tespit edilmesi ile başlatılır. Buna dair çalışmalar; gönüllü hipo ve hiperventilasyon yapan insanlar üzerinde; sınırlı sürelerde yapılmıştır.

17 Solunum sistemi hastalıkları gaz alışverişi sınırlamaktadır. Amfizem rahatsızlığı, alveollerin duvarlarında görülen hasar ve yıkılmalara bağlı olarak zamanla oluşur. Bu kişiler çok ve sık nefes alırlar. Alınan bu nefes hem enerji kaybına yol açar hem de alveollerdeki hasar nedeniyle verimli kullanılamaz. Benzer şekilde Akciğer kanseri de son derece ölümcül bir hastalıktır. Her iki hastalığında en belirgin sebebinin sigara kullanımı olduğu tespit edilmiştir.

18 5.Vücut Sıvıları İçinde Gazların Taşınması Solunum pigmentleri oksijen taşımak için ona bağlama yeteneğine sahiptir. Hemoglobin; kanda oksijeni bağlama ve böylece taşıma yeteneğini sahiptir. Böylece kanın oksijen taşıma kapasitesini artırır. Kan plazması da eriyebilir (=suya nüfuz eden) oksijeni taşıma yeteneğine sahiptir (Şekil ve 42.29).

19

20 Hemoglobin iki α ve iki β zinciri içeren; dört polipeptid zincirden oluşmaktadır. Bunların her biri, bir demir içeren Hem- grubu (Heme-) ile ilişkilidir ve O 2 bağlayabilir (Şekil 49.14). Hemoglobin ve miyoglobin oksijen yedeği sağlamakla görevlidir. Hemoglobin tarafından taşınan oksijenin büyük bir kısmı kan içinde kalır ve bir gerektiğinde kullanılabilir.

21 Miyoglobin molekülleri kas içinde yer alır ve oksijeni burada tutar. Oksijen miktarının düşmesine karşı daha düşük kısmi basınçlarda oksijeni hemoglobinden farklı ve ona yedek olacak şekilde oksijeni korur. Böylece ek bir oksijen rezervi olarak hizmet verir. Hemoglobinin, oksijene ilgisi (=affinitesi) ph ve sıcaklıktan etkilenir. Hemoglobinin, oksijene ilgisinin azalması, ph azaldıkça azalır ve sıcaklık arttıkça artar (Şekil 49.16). Bu nedenle düşük ph ve daha yüksek sıcaklıkta, daha fazla oksijen serbest bırakılır (Şekil 42.28).

22

23 DOLAŞIM SİSTEMİ 1.Kan ve Kanın Bileşenleri Gazların taşınmasında kan çok önemli bir rol oynar. Karbondioksit, öncelikle bikarbonat iyonu olarak taşınır. En çok karbondioksit, kırmızı kan hücresi içinde bulunur. Burada Karbonikanhidraz yardımıyla, bikarbonat atomu oluşturmak üzere su ile bir araya gelip katalizlenir. Kan plazması akışkan bir matrikstir. Kanın %55 Plazma, %45 i hücredir. Plazmanın % 92 si su dur. Buna ek olarak, besin maddelerini, hormonları, iyonları, plazma proteinlerini ve atıkları içerir (Şekil 50.1 ve ).

24

25 Dolaşım sistemini oluşturan bileşenler sistemin hücreleri ve plateletleri (Trombosit vbg) içerir. Dolaşım sisteminin hücreleri, kan hücreleridir. Bunlar eritrositler (alyuvarlar), lökosit (beyaz hücre) ve trombosit (Platelet) içerir. Eritrositler, oksijen taşınması için hemoglobin içeren hücrelerdir. Lökositler ise bağışıklık sisteminin bir parçasıdır. Trombositler, kan pıhtılaşmasını başlatmaya yarayan yardımcı yapılardır (Şekil 42.18). Kanın elemanlarını oluşturan hücreler, kök hücrelerinden doğar. Kan hücreleri için, hücresel farklılaşma (=hematopoez) kemik iliğinde yer alan, pluripotent yapılı kök hücreleri tarafından gerçekleştirilmektedir (Şekil 42.17).

26

27

28 Kan oldukça özel bir yapıdır. Farklı işlev gören, pek çok bileşen bir arada bulundurur ve çalıştırır. Buna kan pıhtılaşması sırasında bir enzimi örnek verebiliriz. Pıhtılaşması, normalde plazmada çözülmüş fibrinojen ile başlar. Bir yaralanma anında plazma içinde çözülmüş fibrinojen (bir kan proteini), bir enzim ile çözülmeyen fibrin proteini haline dönüştürülür. Yaralanan yer iyileşene kadar, bu pıhtının da erimesi gerekir.

29 2. Omurgasızlarda (İnvertebratlar) Dolaşım Sistemleri Bazı omurgasızlarda görülen açık dolaşım sistemi tek yönlü bir akışa sahiptir. Süngerlerde, su tek bir kanal boyunca hareket eder. Knidarialar da ise (=Cnidaria) su gastravasküler alan (=karın boşluğu) boyunca dolaşır. Küçük hayvanlarda dolaşım için vücut boşluğunu kullanabilir. Kapalı dolaşımı olan omurgasız canlı sistemlerinde ise dolaşım, bir dairesel döngü içinde taşınır. Bu kapalı sistemlerde dolaşım; kan gibi sıvı yapılı bir taşıyıcı ile damarlar gibi sınırlı ve/veya kapalı ayrı bir alan ve döngü içerisinde gerçekleşir (Şekil 50.4).

30

31 3. Omurgalılarda Dolaşım Sistemleri Omurgalılarda dolaşım sistemi omurgalı canlının evrimine göre farklılık gösterir (Şekil 42.4). Balıklarda dolaşım, solungaçlarda solunumla eş zamanlı olarak gerçekleşir. Bu canlının sistemini daha verimli kullanmasını sağlar. Balıkların iki odacıklı bir pompalama sistemine dayalı doğrusal bir kalbi vardır. Kan solungaçlara doğru pompalanır. Burada gaz değişimini gerçekleştirir ve tekrar vücuda pompalanır (Şekil 50.5).

32

33 Amfibiler ve çoğu sürüngenlerde akciğerler için ayrı bir sirkülasyonu gereklidir. Akciğer dolaşımı kanı akciğerlere pompalar ve sistemik dolaşım ise bu akciğerlerden gelen kanı vücuda pompalar. Amfibilerin kalplerinde iki kulakçık (=Atrium) olduğu için, akciğerlere ve vücuda giden kan birbirine karışmaz. Buna karşın kalplerinde tek karıncık (=Ventrikül) bulunur (Şekil 50,6). Sürüngenlerin çoğunun kalplerinde ise ventrikül ile atriyumları kısmen ayıran bir septum vardır. Bu kalbin içinde temiz ve kirli kanın karışmasını kısmen azaltır.

34

35 Memeliler, kuşlar ve timsahgiller birbirinden tamamen ayrı iki dolaşım sistemine sahiptirler. Dört odacıklı kalpleri iki karıncık içerir (Şekil 50,7). Memelilerin ve kuşların kalpleri arasında ki bu aşırı benzerlik çakışan, eş zamanlı bir evrim örneği olarak kabul edilir.

36 4. Dört Odacıklı Kalp ve Kan Damarları Kalp döngüsü kardiyovasküler sistem tarafından yönetilir. Kanın kalpte tek yönlü bir akışı vardır. Bu işleyiş atrium ve ventrikulusa ait (=atriyoventriküler) iki kapak tarafından düzenlenir ve korunur (Şekil 42.6). Diyastol (Kalbin açılması) sırasında karıncıklar (=ventriküller) rahat durumda ve kulakçıklar (=atriumlar) kasılmış durumdadır. Sistolde (Kalbin şıkışması) ise ventrikül kasılır, atriumlar gevşer, rahatlar (Şekil 42.7 ve 50.9).

37

38

39 Kalp kas kasılması, otoritmik (autorhythmic) hücreler tarafından başlatılır. Kasılma, sağ atriumda yer alan, doğal kalp pili sinoatrial (SA) düğümü tarafından başlatılır. Sonra bu uyartı atrioventricular (AV) düğümü tarafından devam ettirilir (Şekil 8).

40

41 Arter ve venler; atar ve toplar damar sistemi dallanarak vücudun tüm bölgelerine ulaşır. Bu damarlardan Arter ve Arteriyoller vücuda oksijenli kanı taşırken; Venler ve venüller oksijence fakir kanı kalbe taşırlar (Şekil 42.9).

42 Arteryal kan basıncı ölçülebilir. Bir tansiyon aleti kullanarak, kalbin kasılma (sistolik=tepe) ve gevşeme (diyastolik=minimum) durumundaki kan basıncı ölçülebilir. Bu kan basıncının sistolik ve diyastolik oranı olarak ifade edilir.

43 5. Kan Damarlarının Özellikleri Büyük damarlar dört doku katmanından oluşmaktadır. Arter ve venler; endotelyum, elastik fibriller, düz kas ve bağ dokusundan oluşur (Şekil 50.12) Kılcal damarlarda ise tek bir endotelyum katmanı bulunur.

44 Arter ve arteriyoller basınca dayanacak şekilde gelişmiştir. Bu nedenle arter ve arteriyoller kalın bir düz kas tabakasına ve daha fazlası elastik fibrile sahiptir. Bu değişiklikler ile kan akışı ve kan basıncının geri tepmesi kontrol edilir. Kılcal damarların görevi ise vücudun her noktasında besin - oksijen ve atık alışverişi için geniş bir ağ oluşturmaktır. Kılcal damarların gerçekleştirdiği bu değişim, dolaşım sisteminin vücut dokularının her bölgesine ulaşması ile gerçekleşir (Şekil 42.13).

45

46 Venlerin ve venüller duvarlarında daha az kas vardır. Toplar damarlar aracılığıyla kullanılmış kanın kalbe dönüşü, iskelet kası kasılmaları ve tek yönlü valfler ile kolaylaştırılır (Şekil 42.12). Lenfatik sistem, kardiyovasküler sistemden bağımsız çalışan, bunun dışına kaçan sıvıları yöneten bir sistemdir. Plazma sıvısı, plazma kılcal damarlarda filtre edildikten sonra kılcaldan dışarı kaçar, tek yönlü lenfatik sistem yoluna karışır (Şekil 42.15). Lenfatik sistem de kan dolaşımına, köprücük altı veni (=subclavian ven) ile bağlanır.

47 Kardiyovasküler hastalıklar dolaşım sisteminin, bu iletim görevini etkiler. Ateroskleroz; arterlerin duvarlarında yağlı maddelerin birikmesidir (Şekil 42.19). Bu önemli bir Kalp krizi nedenidir. Bu ve herhangi bir diğer sebep kalp kasına yeterli miktarda kan ulaşamamasına neden olur ve kalp krizi kaynağını oluşturur. Genellikle tedavisi stent takılarak yapılır (Şekil42.20). Kanda oluşan pıhtıların, dolaşım yolu ile beyine ulaşması ve damarı tıkaması ise inmelerin sebebidir.

48

49 6. Kan Akımının ve Kan Basıncının Düzenlenmesi Sinir sistemi kalp hızını arttırabilir veya yavaşlatabilir. Sempatik nöronlardan salınan norepinefrin kalp hızını artırır; parasempatik nöronlardan salınan asetilkolin ise hızını azaltır. Kardiyak çıktılar, harcanan çabaya (=efora) bağlı olarak artar. Kalp hızı ve gösterilen çaba ile kalbin zorlanması artar. Basınç reseptörlerinden (Baroreseptörler) gelen veriler, canlının homeostazisinin, iç düzenini sağlayan ideal kan basıncı dengesini korur. Atar damara bağlı (Arteryel) kan basıncı, bu baroreseptörler tarafından izlenir. Aort kemeri (= Aort arkı) ve karotit arterlere gelen darbeler kalp merkezinde izlenir (Şekil 50.17). Kan hacmi hormonlar tarafından düzenlenir. Kan hacmi düzenleme ve arteriyel direnç üzerine etkili dört hormon bulunur. Bunlar: (1) Antidiuretic hormon (ADH), (2) Aldosteron, (3) atriyal natriüretik hormon, ve (4) nitrik oksit tir.

50

51 Kaynaklar Campbell Biology 10th ed.(2014) Neil A. Campbell, Jane B. Reece, Unit 7, Part:42, p: Pearson Benjamin Cummings, 1301 Sansome St., San Francisco, CA Biology / 9th ed (2008)Peter H. Raven George B. Johnson, Kenneth A. Mason, Jonathan B. Losos, Susan R. Singer, Chapter 49, p: The McGraw-Hill Companies, Inc., 1221 Avenue of the Americas, New York, NY