Solunum Fizyolojisi. Solunum Fizyolojisi

Transkript

1 Solunum Fizyolojisi Solunum Fizyolojisi Yrd.Doç.Dr.Tamer Albayrak Hayvan vücudunda meydana gelen her çeşit enerji, karbon taşıyan bileşikle rin oksidasyon ürünüdür. Enerji kaynağı besin maddeleri sonuna kadar metaboliz maya uğrarlarsa, yani tam okside olurlarsa, son ürün C02 ve H20'dur. Oksijen karada ve suda bulunur. Atmosferde % 21 O2, %78 N, %0,03 CO2, %0,03 Argon bulunur. Neon, Kripton, Xenon gibi asal gazlarda vardır. Bunlar N üzerinden etkisini gösterdikleri için azotun oranı %79,02 verilir. Kuru hava 0oC de deniz seviyesinde 760 mmhg basınç yaratır (1 Atmosfer) Bir gazın kısmi basıncı onun gaz alış veriş yüzeylerinden difüzyon ile alınıp verilmesinde önemlidir. Yani Oksijenin kuru havadaki kısmi basıncı PO2=159 mmhg iken % 3 su buharı olan ortamda ise bu oranda azalarak PO2=154.4 e düşmektedir. Diğer gazlar için de benzer durum söz konusudur. Bu nedenle yükseklere çıktıkça nefes alışverişi güçleşmekte ve O2 yetersizliği görülür. Yükseklere çıkıldıkça gazların yüzde değerleri değişmediği halde atmosferik basınç dolayısıyla her gazın kısmi basıncı düşer. Gazların hacimleri hem sıcaklığa hem basınca bağlıdır. Sıcaklıkla kısmi basınç artar. Ortamdaki her gazın kısmi basıncı da havanın su buharına bağlı olarak değişmektedir. Suyun kısmi basını da sıcaklığa bağlı olarak artmaktadır (0 o C= 4.58, 30 o C=31.82, 37 o C=47, 100 o C=760 mmhg) 4 Havdaki su buharı diğer gazların oranı ve kısmi basıncını ve dolayısıyla gazların difüzyon değerini değiştirir. Solunum gazlarının kısmi basıncını hesaplarken su buharı kısmi basıncını toplam atmosferik basınçtan çıkarmak gerekir. Yükseklere çıktıkça gazların kısmi basıncı düşer. Örneğin 610m (toplam basınç 300 mmhg) ve PO2=62.8 iken deniz seviyesinde (toplam basınç 760 mmhg) ve PO2=159 mmhg olur. Sıvı ile gaz temas edince de basınç farkından dolayı gaz alış verişi olur ve denge kuruluncaya kadar difüzyon devam eder. Sıvıdaki gazın konsantrasyonu iki faktörce belirlenir. 1-Gazın gaz fazındaki kısmi basıncı, 2-Gazın çözünürlülük derecesi. Bir gazın bir sıvıdaki çözünürlülüğü çözünürlük katsayısı olarak ifade edilir. 760 mmhg basınçta 1 lt saf su tarafından absorbe edilen saf gaz miktarını ifade eder ve sıcaklığa göre de değişir. Sıcaklık arttıkça çözünürlülük düşer Sıcaklık Oksijen CO2 N2 0 48, , , , o C de 1 litrede O 2 miktarı: 9 ml iken sıcaklık 35 o C ye çıkarsa bu oran 5 ml olur. Suyun içerisindeki gaz miktarı içindeki tuz konsantrasyonuna göre de değişir. (0.036 NaCl içeren suyun litresinde 0 o C de 1 atm basınçta 38 ml O 2 bulunurken aynı şartlarda fakat tuz içeren suda 40 ml O 2 bulunur. Sudaki tuz gazların çözünürlülük katsayısını düşürdüğünü gösterir. Bir sıvıdaki gazların miktarı diğer gazlardan etkilenmez. Atmosferik oksijen difüzyonla suya geçer ve çözünür ve yine difüzyonla dağılır.(su sirkülasyonu önemli). Hava ile doymuş olan sularda oksijen miktarı havadakinin yaklaşık 1/20 si kadardır. Hücreler yüzey alandaki küçülme, hacmindeki artışı önlemek için bölünürler böylelikle difüzyon alanlarını genişletirler. Aynı zamanda difüzze olan maddelerin katedeceği yolu da kısaltmış olurlar. Çokhücreliler çeşitli adaptasyonlarla bunu kolaylaştırmışlardır. Genel olarak gaz alış-veriş yüzeyinde bulunan sıvı veya havanın kütle halinde değiştirilmesi olayına VENTİLASYON denir. 1

2 Gaz alış veriş yüzeylerinden bir dakikada geçen hava veya su miktarına Ventilasyon hacmi veya minüt volum, total ventilasyon denir. Sıcaklığa bağlı olarak artar. 5derecede 1.3 lt iken 35 derecede 60 lt olmaktadır. Ventilasyon 4 yolla gerçekleşir: 1- Sindirim sistemi ve vücut yüzeyi 2-Solungaçlar 3-Trakeler 4-Akciğerler Karda yaşayan omurgalılarda alınan havadaki CO2 konsantrasyonun atrışı alış veriş yüzeylerindeki ventilasyonu uyarır. Su hayvanlarında ise sudaki O2 düşmesi ve CO2 artışı ventilasyonu uyarır. Su hayvanları karadakilerle aynı değerde oksijen alabilmek için gaz alışveriş yüzeylerinden daha fazla miktarda oksijen içeren karışım geçirmek zorundadırlar. Sil ve kamçı ile hareket, hem besin sağlama hem de oksijen sağlama açısından önemlidir. Süngerler gibi çok hücreliler sindirim boşluğunda dolaştırdıkları sıvıdan da oksijen alırlar. 7 Balıklarda solungaç hem solunumu sağlar, hem metabolik artık ve tuzların taşınmasında da görevlidirler. Solungaç yarıklarıyla dışa açılan solungaçlar girinti ve çıkntılarla da yüzey artışı sağlarlar. Ağız ve operkulum suyun solungaçlar üzerinden geçirilmesi sırasında respirasyon gazlarının değişimi yapılır. Solunğaçlardaki kılcal kan damarında olan kan akışı solungaçlar üzerinden alınan suyun akışına ters yönlüdür (Ters akım prensibi). Sudaki oksijenin yaklaşık %50-80 ni kana geçebilir. Vücut ısısının kaybı da önlenmiş olur (Su kuşlarında olduğu gibi). Bazı balık türleri doğrudan hava kabarcıklarındaki oksijeni temin etmeye çalışırlar. Balıklardaki atmosferik hava ile gaz alışverişini ağızda, midede, deride, yüzme kesesinde veya akciğerde bulunan yapılarla gerçekleştirirler. Bu bölgeler aşırı derecede kılcal damarlar vardır ve her zaman ıslak kalırlar. Kurbağalarda, deri, ağız boşluğu, larva evresindeki solungaçlar ve ergindeki akciğerlerle solunum yapılır. Üst omurgalılar akciğerler solunumu yaparlar. Gaz alışverişi dışında solunum sistemi: alınan havanın ısıtılmasında, havanın su buharıyla doyurulmasında, havanın toz ve partiküllerin süzülmesinde, vücut ısısının ayarlanmasında, su dengesinin devamının sağlanmasında kuşlarda olduğu gibi hava keseleri sayesinde vücut ağırlığının düzenlenmesinde metabolik artıkların atılmasında iş görürler. AKCİĞERLERİN EVRİMİ Akciğerler bugünkü memeli hayvanlardaki ve insandaki biçimini alıncaya kadar uzun bir evrim (evolution) geçirmiştir. Akciğerlerin ilk taslağına bazı fosil balıklarda rastlanmıştır. Bunlarda sindirim kanalının ön bölgesinde o e s o ph a g u s ' tan bir büyüme görülür. Bu büyüme sonradan bazı balıklarda yüzme kesesi halini almıştır. Bazı balıklarda yüzme kesesinin anterior (ön) bölgesindeki bazı hücreler özelleşerek kandan oksijen alıp kese boşluğuna, sekresyon yoluyla, vermektedirler. Kesenin posterior (arka) bölgesindeki diğer bazı hücreler, bu oksijeni alıp kana aktarırlar Diğer bazı balıklarda yüzme kesesinin sindirim kanalı ile bağlantısı devam etmiş ve hava ile solunum fonksiyonu yapmaya başlamıştır. Yazın suyu azalıp kuruyan nehirlerde çamur içinde yaşayan balıklarda susuz ortamda hava ile solunum, yüzme keseleri vasıtasiyle olmaktadır. Balıkların evrimi sonucu meydana gelmiş olan kara omurgalı hayvanlarında, yüzme keseleri ilkel akciğer halini almıştır (örneğin Salamander'in akciğerleri). Evrimi daha ileri hayvanlarda (örneğin amphibia' da) akciğerler içe doğru kıvrımlar yaparak solunum yüzeyini genişletmiştir. Fakat bu tür hayvanlarda (örneğin kurbağada) henüz akciğerlerin oylumunu değiştirecek özel kaslar sistemi (thorax kasları ve diaphragm) şekillenmemiştir. Evrim ilerledikçe akciğer dokusu daha fazla parçalara ayrılıp solunum yüzeyi daha da arttırılmıştır ve göğüs kafesi şekillenmiştir. Kuşların akciğerleri ayrıca hava keseleri ile takviye edilmiş, hem inspirasyon, hem de ekspirasyon esnasında gaz alış-verişi sağlanmıştır. Ekspirasyonda hava keselerindeki hava akciğerlerden geçmekte ve bu sırada gene gaz alış-verişi devam etmektedir. Memeli hayvanların bugünkü solunum sistemi ve ileri derecede komplike solunum sinirsel kontrol sistemi gelişmiştir. Akciğerlerde ters akım sistemi gecerlidir Havayı akciğerlere taşıyacak olan borular Akciğerler Hareketi sağlayacak olan kas ve kemikler (kostalar) Hareketi kontrol eden sinirler Hava burna çekilince: Isıtılır, nemlendirilir ve 5 mikronun üzerindeki partiküller tutulur Inspiration/Inhalation (Nefes alma) Diyafram ve Intercostal kaslar Interkostal kasların kasılması ile torasik hacim artar Akciğerlerin hacmi artar Intrapulmonary basınç azalır (758 mm Hg) 2

3 Parietal ve Visceral pleura zarlarının arasında ki boşuğun basıncı nefgatiftir bu zarlar delinirse akciğerler kollabe olur Hava basıncı ve alveolar basınç eşit Aveolar volum artıyor. Alveolar basınç azalıyor Atmosferik basınç alveolar basınçtan daha fazla ve hava içeri giriyor Inspiration/Inhalation Expiration/Exhalation (Nefes verme) Kaslar gevşer Torasik alan azalır Akciğerlerin alanı azalır Intrapulmonary basınç artar (763 mm Hg) Ekspiration kuvvetleri aktiftir 3

4 Akciğer Volümleri ve kapasiteleri Soluk alıp verme Volumü (500 ml) Soluk alıp verme oranı (12 breaths/minute) Dakikadaki solunum volumü (6000 ml/min) Residual Volume (1200 ml) 22 Trake iç yüzeyi daima dışarı doğru hareketli silli epitelllerle kaplıdır. Ayrıca mukus salgılayan kadeh hücreleri mevcuttur. Trakeler kıkırdak ve düz kastan oluşur. Trake 2 adet Broş a ayrılır bunlarda asıl gaz değişiminden sorumlu Bronchiollere ayrılır. Bronşlar Nervus vagus ve nervus simpaticus tarafından innerve edilir. Solunum sistemine yabancı madde girdiğinde öksürme refleksi ile dışarı atılır. Alveol duvarları tek katlı epitellerden oluşur. Alveollerin yüseyinde epitel hücrelerden başka sülfektan mad. Salgılayan hücreler vardır. Sülfektan madenin görevi: Alveollerin büzülmesini önlemek Alveollerin içersine plazmanın sızmasını engelemek Atelektasis (hyalin kıkırdak) hastalığı: Sülfektan maddenin salgılanmaması; Bebeklerde solunum güçlüğü 4

5 Alveollerin içindeki sıvı doğumdan sonra; Ağızdan 15 ml Sülfektan madde salgılanınca bütün alveol yüzeyini kaplar ve 25 ml lenf damarlarına geçer İlk nefes slınımıyla birlikte 10 ml si kana geçer Akciğerlerde ayrıca bol miktarda makrofaj hücreler vardır. Intrapleural basınç: iki zar arasındaki basınç sabit değişmez İntrapulmonar basınç: Akciğerlerin içindeki basınç (P) Iki tip solunum vardır. 1. Dış solunum: Dış ortamla akciğer kapiller sistem arasında 2. İç solunum: Doku ile sistemik kapiller arasındaki değişim O2 alveoler içersine girdiğinde parsiyel basınç 100 mmhg Kirli kan taşıyan kapilerdeki O2 basıncı 40 mmhg Kılcallardan alveollerre geçerken parsiyel basınç 100 mmhg olur Dokuda O2 basıncı düşük olduğundan damarlardan dokuya geçiş olur. Difizyon hızı: Difizyon katsayısı X Yüzey alanı X Konsantrasyon farkı/ uzaklık Abdominal solunum: Diyafram yardımı ile Kostal solunum: Kostaların yardımı ile Istirahat halinde genel olarak Abdominal Egzersiz sırasında ikiside ama daha fazla kostal olarak Solunum tipleri: Hyperpnea solunum: solunum sayısının ve derinliğinin arttığı solunum Polipnea solunum: Yüzeysel ve frekansı yüksek solunum; şok durumunda Apnea solunum: Solunumun geçici olarak durması; solunum güçlüğü var Dispnea solunum: Solunum güçlüğü Eupnea solunum: Normal solunum Gazlar kısmi basınçları çok olduğu yerden az olduğu yere doğru difüzyonla geçer. N hiç kullanılmaz %O2 PO2 %CO2 PCO2 %N2 PN2 PH2O Total İn-hava 20, ,03 0, Ex-hava 16, , PO2 PCO2 PN2 PH2O Total Arter kanı Akciğer vena Doku Gazlar ok yönünde basınç yüksek olduğu yerden düşük olduğu yere gider.taşıyıcı pigmentler veya respirasyon pigmentleri (Hemoglobin gibi) bu taşımada rol oynar. Bu bağlanma sırasında taşıyıcı moleküllerin oksidasyonu söz konusu değildir. Taşıyıcı molekküler moleküler O 2 ile birleşerek reversibl olarak OKSİJENASYONA uğrarlar. 5

6 yedek Hemoglobinin doyma yüzdesi Myoglobin Hemopglobine göre O2 ni daha zor bırakır 76 Sola kayma Sağa kayma Oksihemoglobin = hemoglobin +4 mol Oksijen. 100 ml kanda; Balıklarda 3.8 Amfibilerde 7 Reptillerde 7.2 Memelilerde 13.2 gr Solunum Respiratory merkezleri Centers MMas Solunumun kontrolü: Medula oblangata ve Pons cerebri Hemoglobin bulunur. (türün oksijen ihtiyacına göre değişir. 1 gr Hb 1.38 ml oksijen taşır Medullary Respiratory Center 13,5 Memeliler oksijenle doymuş kanda 100 ml kanda 20.4 ml oksijen bulundurur. 6

7 Hemoglobinin doyma yüzdesi