GAZ ALIŞVERİŞİ. Uyarı: Canlılar O 2 ve CO 2 i zardan aktif taşıma ile değil, tamamen difüzyon ile geçirirler.

Transkript

1 GAZ ALIŞVERİŞİ Canlılar yaşamlarını sürdürmek için enerji elde etmek zorundadır. Bu enerjiyi organik monomerlerden sağlarlar. Organik monomerlerin hücrelerde oksijenli veya oksijensiz olarak parçalanması ile enerjisi çıkarılır. Açığa çıkan enerjinin büyük bir kısmı ısı olarak çevreye yayılırken geriye kalanı ATP sentezinde kullanılır (Hücre solunumu). Bazı tek hücreli canlılar oksijensiz olarak organik monomerleri yıkarken, diğer canlılar oksijene ihtiyaç duyar. Organik besin monomerleri okside olduğunda CO 2 ve H 2 O oluşur. Sonuç olarak canlıların hücresel solunumlarını yapabilmeleri için devamlı O 2 almaları ve açığa çıkan CO 2 yi atmaları gerekir (Bkz. Şekil2.1). Uyarı: Canlılar O 2 ve CO 2 i zardan aktif taşıma ile değil, tamamen difüzyon ile geçirirler. Tek hücreli canlılar dış ortamla doğrudan doğruya temas halinde olduklarından O 2 alma ve CO 2 verme kolaylıkla sağlanır. Suda yaşayan bazı ilkel hayvanlarda (denizanası, hidra, planaria) vücudun iç hücreleri bile su ortamından uzakta olmadığı için O 2 hücrelere rahatça ulaşır yani özel bir solunum sistemine ihtiyaçları yoktur. Bazı hayvanlarda O 2 deri yolu ile kılcal damarlara girer. Toprak solucanlarında ve kış uykusundaki kurbağalarda gaz alış verişi bu şekilde olur. Şekil: 2.1: Bioenerji eldesinde gaz alışverişinin işlevi Çok hücrelilerde vücut büyüklüğü arttıkça vücudun iç tarafındaki hücrelerin solunumu güçleşir. Oksijeni vücudun her hücresine götürecek ve karbondioksiti hücrelerden uzaklaştıracak özel solunum sistemine ihtiyaç vardır. En ilkel solunum sistemi, denizhıyarları ile eklembacaklılarda görülür. Bunlarda solunum gazlarını taşıyan ortam (su ve hava) ile iç kısımdaki hücrelere kadar ulaştırılır. Daha ileri canlılarda özel solunum organlarındaki kılcal damarların O 2 aldığı ve O 2 'nin kanla gerekli yerlere taşındığı görülür. Şekil: 2.2: Hayvanlarda görülen gaz değişim sistemleri (A) Birhücreli organizmalar, hücre zarıyla çevresindeki su arasında doğrudan gaz değişimi yaparlar. (B) Bazı sucul çok hücreli hayvanlar, gaz değişim yüzeyi olarak vücut yüzeyini kullanırlar; kan (kırmızı renkli) gazları hem içeriden yüzeye hem de yüzeyden içeriye taşır. (C) Birçok sucul çok hücreli hayvan, dışarıya doğru çıkıntı oluşturmuş özelleşmiş gaz değişim yapılarına (solungaçlara) sahiptir. (D) Birkaç sucul hayvan, denizhıyarı gibi, içeriye doğru çökmüş gaz değişim alanlarına sahiptir. (E) Hava ile solunum yapan hayvanların çoğu, vücudun içerisine doğru çökmüş ve kanla taşıma sistemine bağımlı olan akciğerlere sahiptir. (F) Karasal eklembacaklıların çoğu, vücudun içerisine doğru uzanan ve havayı kanla taşıma olmaksızın doğrudan dokulara taşıyan borucuk sistemine yani trake sistemine sahiptirler. Çok hücreli canlı ile ortamı (su veya hava) arasındaki gaz alışverişine dış solunum, hücreler ile ortamı (doku sıvısı, kan) arasındaki gaz alışverişine iç solunum denir. Çok hücreli canlılarda solunum yüzeyleri gaz değişimini en üst düzeyde tutacak yapısal adaptasyonlara sahiptir. O 2 ve CO 2 difüze olmadan önce suda çözünmelidir. Bu nedenle solunum yüzeyleri nemlidir ayrıca ince ve geniş oldukları için difüzyon kolaylıkla sağlanır. Solunum yüzeyinin genişliği, organizmanın büyüklüğüne ve metabolizmasında ne kadar gaz gereksinimi olduğuna bağlı olarak değişir. Toprak solucanı, deriyi solunum organı olarak kullanır. Nemli olan deri, gaz değişim yüzeyidir. Derinin hemen altında yoğun kılcal damar ağı bulunur. O 2 deriden kılcal kan damarına geçerken CO 2 tersine hareket eder. Gaz değişim yüzeyini arttırmak için; küçük, uzun, ince veya yassıdırlar. Daha ileri hayvanlarda gaz değişim yüzeyinde katlanma ve dallanmalar olmuş ve geniş yüzeyli solunum organları (trake, solungaç, akciğer) oluşmuştur.

2 TRAKE SİSTEMİ Böceklerde görülen trake, tüm vücuda yayılmış borular sistemidir. Hava, böcek vücudunun yüzeyinde yer alan solunum deliği (spiraculum) adlı açıklıktan trake borularına girer. Trake boruları kitin halkaları ile güçlendirilmiştir. Trake gittikçe incelen çok sayıda dallara ayrılır. Uçan böceklerde ana trake kollarının genişlemesi ile hava depolayan keseler oluşur. (Bkz. Şekil: 2.3) Trakeler, daha küçük borucuklar olan içi sıvı dolu trakeollere açılır. Trakeoller hücre zarlarında son bulur (Bkz. Şekil 2.3). Gaz alış verişi mikroskobik borular olan trakeollerle hücreler arasında olur. Uyarı: Oksijen hücrelere trake sistemi ile götürüldüğünden böcek kanı oksijen taşımaz. Bu nedenle böceklerin kanında hemoglobin gibi taşıyıcı pigment bulunmaz. Sıcak ortamlarda trakede gaz difüzyonu hızlı olur. Bu nedenle ekvatorda yaşayan böcekler, soğuk bölgelerde yaşayanlardan daha büyük olurlar. Eklembacaklılardan olan örümcek ve akreplerde kitapsı trake (kitapsı akciğer) bulunur. Trake borucukları vücut içinde kitap yaprakları gibi yatay dallanma gösterir. SOLUNGAÇLAR Bazı deniz solucanlarında, suda yaşayan yumuşakçalarda (midye), kabuklu eklembacaklılarda (Istakoz, yengeç), derisidikenlilerde, balıklarda, semender ve kurbağa larvalarında solungaç solunumu görülür. Solungaçlar, vücut dış yüzeyinin suya doğru yapmış olduğu kıvrımlardır. - Denizyıldızlarında solungaçlar, basit tüpsü deri çıkıntılarıdır. Vücudun büyük bölümüne yayılmıştır (Bkz. Şekil: 2.4). - Deniz solucanlarında, vücudun her bölmesinden çıkan kanatçıklar şeklinde bir çift yassı çıkıntı (parapodiyum) hem yüzme hareketlerinin yapılmasını hem de solungaç olarak görev yapmayı sağlar (Bkz. Şekil: 2.4).

3 - Midye, kerevit ve diğer birçok hayvanın solungaçları vücudun belirli bir bölgesine yerleşmiş durumdadır (Bkz. Şekil:2.4). Solungaçların toplam yüzey alanı, vücudun yüzeyinden daha fazladır. - Balıklarda solungaçlar, başın iki yanında solungaç kapaklarının (operkulum) altında yer alır. Kemikli balıklarda dört çift, köpek balıklarında beş çift olan solungaç yayları üzerine yerleşmiştir. Solungaç yayları üzerinde solungaç yaprakları bulunur. Solungaç yaprakları çok sayıda kılcal damar içerir. Sudaki oksijen havaya göre az olduğundan solungaçların yeterli oksijen alabilmesi için çeşitli adaptasyonlar gelişmiştir; Birinci adaptasyon: havalandırmadır. Yani gaz değişim yüzeyinden suyu hareket ettirmektir. Eğer su hareketsiz kalırsa gaz değişim yüzeyinin çevresindeki suyun oksijeni kısa sürede tükenir ve hayvanın yaşamını sürdürmesine yetecek oksijen sağlanamaz. Kerevit ve Istakozların solungaçlarının üzerine su akımını sağlayan vücut çıkıntıları vardır. Balıklarda ağızdan alınan su, solungaçlardan geçerek solungaç kapaklarından dışarı çıkar (Bkz. Şekil2.5). Bazı hızlı yüzücü balıklar yüzerken ağızlarını açık tutarlar. Böylece ileri doğru hareketleri suyun solungaçlardan çıkmasını sağlar. Hareketleri engellenen bazı balık türlerinin oksijensizlikten öldükleri gözlenmiştir. İkinci adaptasyon; ters akım alış verişidir. Yani solungaç kılcallarındaki kan akımı, solungaçların üzerinden geçen suyun ters yönündedir. Bu durum suda, havaya göre az olan oksijenin kana en yüksek düzeyde geçişini sağlar. Kan, solungaç kılcallarında ilerlerken giderek oksijenle yüklenmekte, aynı zamanda solungaçların üzerinde yeni geçmeye başlamış oksijence daha da zengin suyla karşılaşmaktadır (Bkz. Şekil: 2.6). Bu durum tüm kılcallar boyunca oksijenin sudan kana geçmesini sağlayan bir yoğunluk farkı yaratmaktadır. Solungaçlarda çok fazla kılcal damar bulunur. Bu damarlar içindeki kan, sudan yalnızca iki hücre sırası ile ayrılır. Bunlar damar duvarındaki tek katlı epitel hücre sırası ile solungaç yüzeyindeki tek katlı hücre sırasıdır. Oksijen, sudan difüzyonla bu iki hücre sırasını aşıp kana geçerken, karbondioksit kandan difüzyonla suya çıkar. Kana geçen O 2 kanla hücrelere taşınır. Balıklarda bulunan yüzme keseleri, balığın bulunduğu herhangi bir derinlikte dengeli bir şekilde kalabilmesini sağlar. Bu keseler, O 2, N 2 ve CO 2 gibi gazlarla doldurulup boşaltılarak çeşitli derinliklere dayanma sağlanır. Bu keselere gazlar, özel bir sistemle aktif taşıma yaparak alınıp verilir.

4 AKCİĞERLER Kurbağalar, sürüngenler, kuşlar ve memelilerde akciğer solunumu vardır. Akciğerler, insandaki biçimini alıncaya kadar uzun bir evrim geçirmiştir. Sıcak mevsimlerde suyu kuruyan nehirlerde yaşayan balıklarda (dipneusti = Akciğerli balık) solungaçların yakınında yutağa bağlı yüzme keseleri vardır. Balık su yüzüne çıktığında bu keseler hava ile dolar ve havanın serbest oksijenini alan bir akciğer gibi kullanılır. Bu balıklar suda solungaçlarını, sular çekilince de yüzme keselerini kullanırlar. Balıkların evrimi ile oluşan omurgalılarda (semender = kuyruklu kurbağa), yüzme keseleri ilkel akciğer halini almıştır. Kurbağalarda akciğer içe doğru kıvrımlar yaparak solunum yüzeyini genişletmiş fakat göğüs kafesi ve diyafram oluşmamıştır. Kurbağalar, ince ve nemli derileri ile de solunum yaparlar. Yani kurbağaların yaşam devrinde üç tip solunum vardır. Larva döneminde solungaç, erişkin dönemde ise akciğer ve deri solunumu yaparlar. Kuşlarda bir çift akciğere ek olarak, vücut boşluğunun büyük bir kısmını dolduran sekiz veya dokuz hava kesesi bulunur. Hava keseleri, gaz alışverişinde doğrudan görev almaz, akciğerlere hava akışını bir körük gibi yönlendirir (Bkz. Şekil:2.7). Ayrıca hem soluk alırken hem soluk verirken temiz havanın akciğerden tek yönlü akmasını sağlar. Kuş akciğerinde parabronş adı verilen çok sayıda küçük hava borucukları bulunur. Bu hava borucuklarının çevresindeki kılcal damarlar içerisindeki kan akışı, hava akışına ters yöndedir. Ters akım alış verişi sayesinde kana havadan çok miktarda O 2 girer. Kuşların solunum sistemi memeli hayvanların yaşayamayacağı kadar yükseklerde oksijen ihtiyacını karşılar. Memelilerde, soluk ile alınan temiz havadan O 2 tutma oranı %20-25 iken, kuşlarda bu oran %80-90'a ulaşabilir. Bir serçe ile bir fare deneysel olarak, 6000 m yüksekliğe aynı, anda bırakılmış, fare ayakta duramayıp zoraki sürünürken, serçenin aktif bir şekilde uçabildiği gözlemlenmiştir. Kuşlarda hava keseleri, kuşun yoğunluğunu azaltma işlevi gördüğü için uçmayı da kolaylaştırır. Hava keseleri kemik boşlukları ile bağlantılıdır. Kuşlarda kaslı diyafram yoktur. Bağ dokudan yapılmış ince bir zar şeklinde diyaframları vardır. Uyarı: Memeli akciğerinde alveol bulunur. Kuş akciğerinde alveol yoktur. İNSANLARDA SOLUNUM SİSTEMİ Homeostasis, yani iç ortamın normal durumunun korunması, geniş ölçüde iki çift organ tarafından sağlanır. Bunlardan birisi akciğerler diğeri böbreklerdir. Akciğerler; iç ortamın oksijen, karbondioksit ve ph düzeyini ayarlar. Solunum sistemi; burun, yutak (farinks), gırtlak (larinks), soluk borusu (trake), bronş ve akciğerlerden oluşur. Hava, dış burun deliklerinden alınır ve burun boşluğuna girer. Burun boşluğu kıvrımlı bir yapıya sahiptir, iç yüzeyinde mukoza bezleri, silli hücreler ve koku alma reseptörleri bulunur. Burun boşluğundan geçen hava ısınır, nemlenir ve içindeki yabancı maddelerden temizlenir. Bu yabancı maddeler sillerle genize kadar itilir. Böylece yutulması veya balgam şeklinde dışarı atılması sağlanır. Hava burun boşluğundan sonra yutağa (farinks) daha sonra da soluk borusunun üst kısmı olan gırtlağa (larinks) geçer. Gırtlak, besin yutulduğu zaman dışında her zaman açıktır. Yutma sırasında gırtlak yukarı doğru kalkar, bu sırada küçük dil (epiglottis) geriye doğru yatar ve soluk borusunun girişi kapanır (Bkz. Şekil: 1.7). Gırtlak (larinks), kıkırdak yapılı olup içinde ses telleri bulunur. Gırtlaktan sonra gelen soluk borusu (trake), boyundan aşağı doğru uzanır. Soluk borusunun yapısında içten dışa doğru; epitel doku, C harfi şeklinde kıkırdak halkalar ve bağ doku bulunur. İç kısımdaki epitel hücreler sillidir. Burun boşluğunu geçebilen tozlar ve diğer yabancı maddeler, siller tarafından tutularak akciğere girmesi önlenir. Silli epitel tabakanın altında mukus salgısı yapan hücreler bulunur. Mukus, hareketli siller üzerinde ince bir tabaka oluşturur.

5 Böylece epitel yüzeyi nemli kalır. Şiilerin tuttuğu yabancı maddeler, sillerin genize doğru tek yönlü hareketi ile mukusla beraber dışarı atılır. Soluk borusundaki kıkırdak halkalar, soluk borusunun devamlı açık kalmasını sağlar. Soluk borusu iki bronşa ayrılır (Bkz. Şekil: 2.8). Bronşlar akciğerler içinde ince birçok kollara ayrılır ki bunlara bronşçuk denir. Bronşçuklarda kıkırdak halkalar bulunmaz. Kaslı bir yapı vardır. En ince bronşçukların uç noktaları alveol adı verilen hava kesecikleri ile sonlanır (Bkz. Şekil:2.8). Alveollerin duvarlarında tek katlı yassı epitel bulunur ve etrafı çok sayıda kılcal damar ile çevrilidir. Alveollerle akciğerin iç yüzeyi 100 m 2 ye ulaşmıştır. Alveollere giren havanın oksijeni, içindeki nemde çözünür ve hızla epiteli geçerek kılcal damara girer. Karbondioksit de aksi yönde kılcaldan epitel aracılığı ile alveole difüze olur (Bkz. Şekil: 2.8). Akciğerler göğüs boşluğunda bulunur. Göğüs boşluğu, karın boşluğundan çizgili kas yapısındaki diyafram ile ayrılır. Akciğerler, sağ ve sol akciğer olmak üzere iki tanedir. Sağ akciğer üç bölmeli (loplu), sol akciğer iki bölmeli (loplu) dir. Sol akciğerin alt kısmında kalp bulunur. Akciğerler pleura adlı iki katlı ince zarla örtülüdür. Bu iki zar arasında az miktarda sıvı ve hava bulunur. Soluk Alış Verişi Soluk alış verişinin olabilmesi için akciğerlerin içindeki hava basıncının değişmesi gerekir. Akciğerlerdeki hava basıncını değiştiren diyafram ve kaburga kaslarıdır. İnsanda diğer memelilerde olduğu gibi akciğerlere havanın emilmesi sağlanır, buna negatif basınç solunumu denir. (Bkz. Şekil: 2.9). Uyarı: Kurbağalarda, pozitif basınç solunumu vardır. Yani kurbağalarda hava, basınçla akciğere gönderilir. Omurilik soğanındaki solunum merkezinden gönderilen sinir impulsları, diyafram ve kaburga kaslarını her dört - beş saniyede bir uyararak kasılmalarına neden olur. Diyaframın kasılması, piston gibi aşağıya inmesine neden olur. Kaburga kaslarının kasılması, kaburgaların yukarıya ve göğüs kemiğinin de dışarıya doğru hareketini sağlar. Böylece göğüs kafesi genişler ve akciğerin hacmi artar. Akciğer hacminin artması, alveoller içindeki hava basıncının, atmosferik basıncın altına düşmesine neden olur. Gazların yüksek basınçlı bölgeden alçak basınçlı bölgeye doğru hareketi ile hava burun deliklerinden hızla girerek alveollere ulaşır. Bu sırada göğüs boşluğu karın boşluğuna doğru genişlemiş olduğundan karın iç basıncı artmıştır (Bkz. Şekil: 2.9). Soluk verme sırasında diyafram ve kaburga kasları gevşer. Diyafram gevşeyince, yukarı doğru kubbeleşir. Kaburga kasları gevşeyince, kaburgalar ve göğüs kafesi aşağı doğru iner. Böylece göğüs kafesi daralır ve akciğerin hacmi azalır. Akciğer hacminin azalması, alveollerin içindeki hava basıncını artırır ve hava geldiği yoldan dışarı atılır. Bu sırada karın boşluğu genişlediği için karın iç basıncı düşer (Bkz. Şekil:2.9).

6 Soluk vermede, akciğerin geri yaylanma basıncının da etkisi vardır. Bu basınç, akciğerin yapısındaki elastik liflerle ve plevra boşluğundaki sıvı tabakasının meydana getirdiği yüzey geriliminden doğar. Her soluk alışta akciğere giren havaya tidal hava denir. Zorlayarak alınan en yüksek miktardaki havaya ise vital kapasite (canlı kapasite) denir. Vital kapasite 4 litre kadardır. Akciğere giren bu hava, akciğer içinde arta kalan hava ile karışır. Zorla ne kadar soluk verilirse verilsin artık hava akciğerde kalır. Yeni doğan çocuk bir kere bile nefes alsa artık hava bir daha akciğeri terk etmez. Böylece bebeğin ölü veya canlı doğduğu belirlenir. Nefes almadan doğan bebeğin akciğeri suyun dibine çökerken diğerinin akciğeri suyun üstünde kalır. Soluk Alış Verişinin Düzenlenmesi Nefesimizi kısa bir süre tutabilir veya hızla ve derin nefes alabiliriz. Fakat solunumun düzenlenmesi genel olarak otomatik olarak yapılır. Solunum denetleme merkezi, beynin omurilik soğanı (medulla oblangata) ve pons adlı kısımlarında bulunur. Egzersiz yapılırken kan ve doku sıvısının (beyin - omurilik sıvısı) ph'ında küçük bir azalma (CO 2 artması) ile omurilik soğanı uyarılır, solunumun hızı ve derinliği arttırılarak fazla CO 2 'nin dışarı atılması sağlanır (Bkz. Şekil: 2.10). Kandaki O 2 yoğunluğunun solunum denetleme merkezi üzerindeki etkisi çok azdır. Ancak O 2 düzeyi aşırı düşecek olursa (yüksek bölgelerde) solunum denetleme merkezi uyarılır ve hızlı solunum yapılması sağlanır.

7 Solunum merkezi, çeşitli sinirsel ve kimyasal uyarılara tepki verir. Bu merkez sayesinde vücudun değişken beklentilerini karşılayabilmek için solunum hız ve derinliği ayarlanır. Solunum denetimi dolaşım denetimi ile birlikte yapılır. Egzersiz sırasında, kandaki CO 2 in artması omurilik soğanını uyarır. Omurilik soğanı önce kalp atışlarının daha sonra soluk alışverişinin hızlanmasını sağlar. Böylece kandaki CO 2 hızla dışarıya gönderilmiş ve kanın ph'sı normale gelmiş olur. Akciğerde Gaz Değişimi Gazların difüzyonu, kısmi basınç değerlerindeki farklılığa bağlıdır. Deniz düzeyinde atmosferdeki oksijenin kısmi basıncı (Po 2 ) 160 mm Hg dir. Karbondioksitin kısmi basıncı(pco 2 ) ise 0,2 dir. Bir gaz daima yüksek kısmi basınca sahip olduğu bölgeden difüzyon yapar. Akciğer atar damarı aracılığı ile akciğerlerin alveol kılcallarına gelen kan, alveol boşluğundaki havadan daha düşük O 2 ve daha yüksek CO 2 ye sahiptir (Bkz. şekil2.11). Kandaki CO 2 alveole, alveol boşluğundaki O 2 de epiteli kaplayan sıvıdan çözünerek kana difüze olur. Akciğer toplardamarı içindeki kanda O 2 artmış, CO 2 azalmış durumdadır. Bu kan kalbe döndüğünde büyük kan dolaşımı ile doku kılcallarına ulaşır. Doku kılcallarında kısmi basınç farkından dolayı O 2 kandan dokulara, CO 2 dokulardan kana difüze olur. Karbondioksitli kan kalbe dönerek yine gaz değişiminin yapılacağı akciğere pompalanır (Bkz. Şekil: 2.11). SOLUNUM GAZLARININ TAŞINMASI Kanda gazların taşınmasını sağlayan özel pigmentler bulunur. Tüm omurgalılarda ve bazı omurgasızlarda bulunan ve kana kırmızı renk veren taşıyıcı pigment hemoglobindir. Omurgalılarda hemoglobin alyuvarın içinde, omurgasızlarda kanın sıvı kısmı olan plazmada bulunur. Memelilerde alyuvarların çekirdek ve organelleri olmadığı için çok miktarda hemoglobin bulundurur (280 milyon kadar). Eğer kanda oksijen taşıyıcı özel pigmentler olmasaydı oksijen yalnızca plazmada taşınsaydı çok fazla kanın vücutta dolaşması gerekirdi. Uyarı Solunum pigmentleri hücre içinde bulunursa kanın oksijen taşıma kapasitesi, plazmada bulunursa oksijen depolama kapasitesi yüksektir. Uyarı Memeli dışındaki diğer omurgalıların olgun alyuvarları çekirdeklidir. Hemoglobin, protein yapılıdır. Bitkilerdeki klorofil molekülüne benzer ancak hemoglobinde demir, klorofilde magnezyum atomu bulunur. Hemoglobinde demir atomunun bağlandığı moleküle hem denir. Hemoglobinin yapısında dört tane hem molekülü vardır. Her bir hem molekülü bir molekül O 2 bağlar. Yumuşakçalarda, hemosiyanin adlı taşıyıcı pigment bulunur. Hemosiyanin demir yerine bakır bulundurur. Kana mavi renk verir. Hemosiyanin, hücre içinde değil plazmada yer alır. Bazı halkalı solucan türlerinde hemoeritrin, bazı halkalı solucan türlerinde ise klorokrorin adlı pigmentler bulunur. Her iki pigmentin de yapısında demir vardır. Hemoeritrin kana kırmızı renk, klorokrorin yeşil renk verir. Hemoeritrin kan hücresi içinde, klorokrorin plazmada bulunur. Bazı omurgasızlarda ise hemoglobin vardır. Omurgasız hemoglobini kan plazmasında yer alır. Taşıyıcı pigmentler kanın O 2 taşıma kapasitesini arttırır. Kanın sıvı kısmında çok az O 2 çözünebilir. Hücrelerin gereksinim duyduğu O 2 'yi sağlayabilmek için kan, normal olarak dakikada 5 litrelik hızla akar. O 2 yalnızca plazmada taşınsaydı hücrelerin gereksinim duyduğu O 2 'yi sağlayabilmek için kanın 36 kat daha hızlı akması gerekirdi. Taşıyıcı pigmentlerin en önemli özelliği O 2 ile tersinir tepkimeye girmeleridir. Yani oksijenle kolayca birleşip, kolayca ayrılmalarıdır.

8 Oksijen taşınması Oksijenin %98'i alyuvarın içinde hemoglobine bağlanarak taşınır. Her hemoglobin molekülü (Hb) dört molekül O 2 taşıyabilir. Oksijenin %2 si plazmada taşınır. Hemoglobin, oksijen oranının yüksek olduğu yerde O 2 ile birleşme eğiliminde, düşük olduğu yerde de ayrılma eğilimindedir. Bu nedenle O 2 oranının yüksek olduğu akciğer kılcallarında hemoglobin O 2 ile birleşerek oksihemoglobin (HbO 2 ) haline gelir; Hb + O 2 HbO 2 Alyuvarlarda, oksihemoglobin halinde doku kılcallarına kadar taşınır. Doku kılcallarında O 2 oranı düşük olduğu için O 2 den ayrılır; HbO 2 Hb + O 2 Oksijen difüzyonla dokulara geçer. Şekil: 2.12 de farklı kısmi O 2 basınçlarında, insan hemoglobininin O 2 'le doymuşluk yüzdeleri görülmektedir. O 2 'nin kısmı basıncı düştükçe, oksihemoglobinin hemoglobin ve O 2 'e ayrışma eğilimi de artar bu nedenle bu grafiğe ayrışma eğrisi denir. Grafikte görüldüğü gibi hemoglobin akciğerlerde yaklaşık %98 O 2 'ye doymuştur. Buna karşın dinlenme durumunda yaklaşık %68 lik doymuşluk gösterir. %98 - %68 = %30'luk O 2 dinlenme durumundaki dokulara bırakılan O 2 'dir. Demek ki oksihemoglobin O 2 'nin yarısından azını dokulara bırakmaktadır. Egzersiz sırasında oksihemoglobin O 2 nin daha fazlasını dokulara bırakır. Hızlı çalışan dokulardan fazla CO 2 çıkar. CO 2 kanın ph'sını düşürür. Bu durumda hemoglobin daha fazla O 2 bırakarak hücrelere daha çok O 2 girmesini sağlar. Yani ph'daki bir düşüş hemoglobinin O 2 ye karşı ilgisini azaltır. Hemoglobin O 2 'yi vücut sıcaklığının üzerindeki sıcaklıkta daha kolay bırakır. Ağır egzersiz sırasında kasların fazla O 2 ihtiyacı bu şekilde karşılanmış olur. Deniz seviyesinden yükseklere çıkıldıkça atmosferdeki O 2 oranı azalır. Yaklaşık 5000 metre yüksekliğe çıkan bir insanda bulantı ve baş ağrısı olabilir. Çünkü alveol içindeki O 2 yoğunluğu belli bir değerin altına düştüğünde, kana, vücudun ihtiyacı kadar oksijen girmez. Ancak bir süre sonra kanda alyuvar sayısı arttırılarak yükseklerde yaşamaya uyum gösterilir. Karbonmonoksit (CO), hemoglobinle O 2 den daha çabuk bağ kurar ve ayrılmaz. Bu durumda hemoglobin O 2 ile bağlanamaz ve görmede, işitmede, düşünmede bozukluk hatta ölüm meydana gelebilir. Kalıcı beyin hasarları da sık görülen bir sonuçtur. Kömür dumanında, egzoz gazında, doğal gazda, tütün dumanında CO olduğu unutulmamalıdır. Vücut sıvısındaki erimiş gazların, dış basıncın aniden düşmesi sonucunda gaz haline geçmesi ve kılcal damarları tıkamasına vurgun denir. Azot gazı hemoglobinle bağlanamaz, oluşan gaz kabarcıkları damarları tıkayarak felç veya ölüme neden olur. Karbondioksit taşınması: Hücrelerde oluşan karbondioksit difüzyonla doku kılcallarına geçerek akciğelere taşınır. Karbondioksitin suda çözünürlüğü oksijenden daha fazladır. Bu nedenle kan plazmasındaki çözünmüş karbondioksit çözünmüş oksijenden fazladır. Kana giren CO 2 'nın %7 kadarı kan plazmasında çözünmüş olarak akciğerlere taşınır. Kana giren CO 2 'nin %23 kadarı alyuvarda hemoglobine bağlanır ve karbominohemoglobin (HbCO 2 ) olarak akciğerlere taşınır. Hb + CO 2 HbCO 2 Kana giren karbondioksitin %70 kadarı kan plazmasında bikarbonat iyonu şeklinde akciğerlere taşınır; - Hücrelerde oluşan C0 2 difüzyonla kılcal damara ve kan plazmasından da alyuvarlara girer. - CO 2, alyuvarlardaki karbonik anhidraz enzimi sayesinde H 2 O ile birleşip karbonik asit (H 2 CO 3 ) oluşur. CO 2 +H 2 O Karbonik anhidraz H 2 CO 3

9 - Karbonik asit (H 2 CO 3 ), kararsız bir bileşik olduğu için hemen hidrojen ve bikarbonat iyonlarına (HCO - 3) ayrılır. H 2 CO 3 H + + HCO Hidrojen iyonları (H + ), alyuvarlarda hemoglobine bağlanır. Hb + H + HbH + -Bikarbonat iyonları (HCO - 3) alyuvarlardan çıkarak kan plazmasına geçer ve akciğerlere taşınır (Bkz. Şekil:2.13). Akciğer kılcallarına ulaşan alyuvarlardaki karbominohemoglobin, karbondioksit ve hemoglobin haline gelir. Karbondioksit alveol havasına geçer. HbCO 2 Hb + CO 2 Akciğer kılcallarına ulaşan kan plazmasındaki bikarbonat iyonları, tekrar alyuvarlara girer ve hidrojen iyonu ile birleşip karbonik asit oluşturur. Karbonik asit, karbonik anhidraz enzimi ile karbondioksit ve suya parçalanır (Bkz. Şekil: 2.13). HCO H + H 2 CO 3 Karbonik anhidraz CO 2 + H 2 O Karbondioksit alyuvardan çıkıp difüzyonla alveol havasına girer. Soluk verme ile dışarı atılır.