ÜNİTE 7 Solunum Sistemi Fizyolojisi Bu üniteyi çalıştıktan sonra, Amaçlar Solunum sisteminin temel fonksiyonlarını, Solunum sisteminin fizyolojik anatomisini, Kanda oksijen ve karbondioksit taşınmasını, Solunum mekaniğini, inspirasyon ve ekspirasyonu, Akciğer volum ve kapasitelerini öğrenmiş olacaksınız. İçindekiler Giriş Solunum Sisteminin Fizyolojik Anatomisi Solunum Membranı Gazların Difüzyonu Oksijen ve Karbondioksitin Kanda Taşınması Solunum Mekaniği Akciğer volum ve Kapasiteleri Özet Değerlendirme Soruları Öneriler Ünite sonundaki soruları lütfen yardımsız yanıtlamaya çalışınız. Eğer yanıtlayamıyorsanız üniteyi tekrar çalışınız.
1. GİRİŞ Solunum sistemi kan ile atmosfer havası arasında gaz değişimini oluşturabilecek şekilde özelleşmiş bir sistemdir. Solunum sistemindeki gaz değişimi ile hücrelerde metabolizma sonucu oluşan C0 2 atmosfer havasına verilirken, atmosfer havasındaki 0 2 kana alınmaktadır. Gaz değişimi solunum sisteminin en iyi bilinen görevidir. Bunun yanında solunum sistemi organizmanın ph ve sıcaklığının düzenlenmesine de etkilidir. ph nın kontrolünü kanın C0 2 düzeyi üzerinden yapar. Kandan solunum mekanizması ile C0 2 elimine edildikçe ph yükselir. Tersine kanda C0 2 artışı ph değerini düşürerek asidoza neden olur. Ayrıca solunum ile dışarıya ısıtılmış ve nemlendirilmiş hava verilmesi, sıcaklık ve su buharı kaybına da yol açmaktadır. Şekil 7.1: Eksternal ve İnternal Solunum Hücrelerin yaşamlarını sürdürebilmeleri yeterli oksijen varlığına bağlıdır. Organların oksijensiz kalmaya dayanıklıkları farklıdır. Oksijen yetersizliğine en duyarlı organ beyin, en da- - 98 -
yanıklı yapı ise iskelet kaslarıdır. Hücrelerde enerji elde edilmesi sırasında (ATP sentezi) oksijen tüketilerek C0 2 oluşur. Hücrelerde oluşan karbondioksit kana difüzyona uğrar. Hücre düzeyinde C0 2 ile yüklenen venöz kan kalbin sağ tarafına geldikten sonra, buradan oksijenlenmek üzere akciğerlere pompalanır. Hücre düzeyinde kan ile hücreler arasındaki 0 2 ve C0 2 alış verişi internal solunum, akciğerlerde atmosfer havası ile kan arasındaki 0 2 ve C0 2 alış verişi eksternal solunum olarak tanımlanmaktadır (Şekil 7.1).? İnternal ve eksternal solunum nedir? 2. SOLUNUM SİSTEMİNİN FİZYOLOJİK ANATOMİSİ Solunum sistemi; burun, ağız, farinks (yutak), larinks (gırtlak), trakea (soluk borusu), bronşlar, bronşioller ve alveollerden oluşur (Şekil 7.2). Hava bu yapıları yukarıdaki sıra da- Şekil 7.2: Solunum Sistemi - 99 -
hilinde geçerek alveollere ulaşır. Havanın larinksi geçmesi sırasında, larinkste bulunan ses tellerinin titreşimi ile sesler oluşmaktadır. Solunum sisteminin larenkten sonraki bölümleri Şekil 7.3: Hava Yolları iki büyük sınıfa ayrılır. Hava yolları ve alveoller. Hava yolları trakeadan başlar ve dallanmalar göstererek akciğerlerin içine doğru ilerler. Dallanmalar sırasında tüplerin çapları gittikçe daralır, boyları kısalır ve alveol adı verilen kapalı keselerde sona ererler (Şekil 7.3). Trakeadan sonraki ilk dallanan yapılara bronşlar, Şekil 7.4: Hava yollarının bölümleri, anatomik ölü boşluk - 100 -
bronşlardan sonraki daha dar çaplı yapılara da bronşiyoller denilmektedir. Trakeadan sonraki solunum yolları kendi içlerinde sekiz bölüme ayrılmaktadır (Şekil 7.4). Şekilde de görüldüğü gibi ilk beş bölüm iletici hava yolları olarak görev yapmaktadır, diğer bir deyişle hava bu yolları yalnızca doldurur, gaz alış verişi yapılmaz. Gaz değişiminin yapılmadığı bu alanlara anatomik ölü boşluk denilir ve burada bulunan hava hacmi 150 ml dir. Gaz değişimi son üç bölgede yapılmaktadır. Anatomik ölü boşluk nedeni ile her bir solunum ile akciğerlere alınan 500 ml havanın 350 ml sinde gaz değişimi yapılmaktadır. Bazı akciğer hastalıklarında gaz değişimi yapılan bölge veya alveol kayıpları, anatomik ölü boşluğa fizyolojik ölü boşluğun eklenmesine neden olarak gaz değişimi yapılan 350 ml hava hacminin daha da azalmasına neden olabilir. Alveoller duvarları ince hava keseleridir (Şekil 7.5). Bu hava keselerinin normal fonksiyonlarını görebilmeleri için sürekli açık tutulmaları ve içlerinin de bir miktar nemli olması gerekmektedir. Alveollere bu özellikleri, yüzey gerilimleri azaltılarak kazandırılmaktadır. Surfaktan, alveollerin salgıladığı yüzey gerilimi azaltan bir maddedir. Surfaktan, alveollerin yüzey gerilimini azaltarak onların kollapsını (büzülüp kalmaları) engeller. Surfaktan yetersizliği veya yokluğunda alveollerin içlerinin hava ile dolması zorlaşmaktadır. Şekil 7.5: Alveoller ve etraflarını çevreleyen kapiller ağı - 101 -
? Anatomik ölü boşluk nedir ve burada kaç ml hava bulunur? 3. SOLUNUM MEMBRANI Akciğerlerde gaz değişiminin yapıldığı bölgelerde hava ile kanı birbirinden ayıran ince bir membran vardır. Şekil 7.6 da görüldüğü gibi bu membran, alveollerin ince epiteli, kapiller damarların ince endotel tabakası ve dar intersitisyel aralıktan oluşmaktadır. Solunum membranı üç tabaka gibi görünse de gazların hızla difüzyonuna izin verecek kadar incedir. C0 2 bu membrandan 0 2 e kıyasla 20 misli daha hızla difüzyona uğrar. Bazı akciğer hastalık- larında bu membranın kalınlaşması veya kaybı ile gazların difüzyonu zorlaşır ve azalır. Akciğer ödemleri, pnömoni membrada kalınlaşmaya, amfizem ise kayba neden olan hastalık- lara örnek olarak verilebilir. Şekil 7.6: Solunum membranı 4. GAZLARIN DİFÜZYONU Gerek akciğerlerde gerekse hücre düzeyinde gaz alışverişi difüzyon ile olmaktadır. Bu nedenle gazların difüzyonunda da pasif difüzyon prensipleri geçerlidir ve gazlar konsantasyon farklarının doğrultusunda difüzyona uğrarlar. Bir sıvıda çözünmüş olan gazın konsantrasyonu o gazın kısmi basıncı ile ifade edilmektedir. Gazın kısmi basıncı büyüdükçe, konsantrasyonuda artmaktadır. Akciğerlere gelen venöz kanda, alveol içindeki atmosfer havasına kıyasla C0 2 kısmi basıncı (pc0 2 ) daha yüksek, P0 2 ise daha düşüktür. Böylece akciğerlerde C0 2 alveol içine verilirken 0 2 kana geçmektedir. Hücre düzeyindeki gaz alış verişide benzer şekilde gerçekleşmektedir. - 102 -
5. OKSİJEN VE KARBONDİOKSİTİN KANDA TAŞINMASI 5.1. Kanda Oksijen Taşınması Kanda oksijenin % 97 si eritrositler içinde hemoglobine bağlı olarak taşınır. Geri kalan % 3 ise plazmada fiziksel olarak çözünmüş halde taşınmaktadır. 5.2. Kanda Karbondioksit Taşınması Karbondioksit taşınması dört şekilde yapılmaktadır. - 5.2.1. Plazmada HC0 3 iyonu şeklinde taşınması Hücrelerde oluşan karbondioksit, hücre düzeyinde kana geçtiği zaman eritrositler içine alınır. Eritrositler içinde C0 2, karbonik anhidraz enziminin yardımı ile H 2 0 ile birleşir. H 2 - - C0 3 oluşur. Bu asit hemen H+ ve HC0 3 şeklinde iyonlarına ayrılır. Hidrojen iyonları hemoglobin molekülüne bağlanır, bikarbonat iyonları ise eritrositlerden plazmaya çıkar ve akciğerlere kadar plazmada gelir. Kan akciğerlere gelince bikarbonat iyonlarının eritrositler içine girmesi ile reaksiyon tersine döner, sonuçta su ve karbondioksit oluşur ve solunum yolu ile dışarı atılır. Karbondioksitin % 70 i bu yolla taşınmaktadır (Şekil 7.7). Şekil 7.7: Kanda C0 2 in HC0 3 iyonları şeklinde taşınması - 103 -
5.2.2. Karbondioksitin bir kısmının doğrudan hemoglobin molekülüne bağlanarak taşınması. 5.2.3. Plazmada fiziksel olarak çözünmüş halde taşınması 5.2.4. Bir miktar karbondioksitin plazma proteinleri ile karbamino bileşikleri oluşturarak taşınması Kanda C0 2 artması H + konsantrasyonunu artırarak kan ph sının azalmasına, diğer bir deyişle kanın ph sının asit yöne kaymasına neden olur. Bu nedenle arteriyel kanın ph sı 7.40 iken, hücre düzeyini geçtikten sonra venöz kanda ph 7.36 ya düşer. Organizmada asidoz (vücut sıvılarının ph sının azalması) geliştiği zaman solunum sistemi bu durumu düzeltmek için uyarılır. Bunun sonucunda hızlı ve derin solunum ile organizmadan daha fazla karbondioksit elimine edilmeye çalışılır.? Kanda oksijen ve karbondioksitin taşınma yolları nelerdir? 6. SOLUNUM MEKANİĞİ Akciğerler ve akciğerlerin içinde bulunduğu göğüs kafesi elastik yapılardır. Gerçekte akciğerleri göğüs kafesinin duvarlarına bağlayan hiçbir yapı yoktur. Akciğerleri göğüs kafesine doğru çeken ve onların göğüs duvarından ayrılmalarını engelleyen güç, iki plevra yaprağı arasında bulunan sıvı ve negatif basınçtır. Plevra akciğerlerin üzerini çevreleyen iki yapraklı bir zardır (Şekil 7.8). Plevranın dıştaki yaprağına parietal plevra, içtekine ise visseral plevra denilmektedir. Visseral plevra akciğerlerin üzerini çevrelerken, parietal olan göğüs duvarına yapışıktır. Bu iki zar aralarında bulunan çok az miktardaki sıvı ile birbirlerine adeta yapışık durumdadır ve birbirlerinden ayrılmaları oldukça zordur. Tıpkı aralarında az miktarda sıvı bulunan iki cam tabakasını birbirlerinden ayırmanın zor olması gibi. Plevra yaprakları arasındaki negatif basınç soluk verme (ekspirasyon) sırasında akciğerlerin göğüs kafesinden daha fazla ayrılmalarına izin vermez ve akciğerleri tekrar göğüs duvarına doğru çeker. Herhangi bir nedenle (yaralanmalar, akciğer hastalıkları, kaburga kırıkları gibi) bu iki yaprağın arasına hava girmesi (pnömotoraks) akciğerlerin kollapsına (büzülüp kalmaları) neden olur. Havanın girişi plevra boşluğundaki negatif basıncı ortadan kaldırmaktadır. - 104 -
Şekil 7.8: Plevra yaprakları ve plevra boşluğu Soluk alma (İnspirasyon) sırasında plevra boşluğundaki negatif basınç daha da negatif değere düşürülmektedir. Böylece bazı kasların kasılması sonucunda genişletilen göğüs kafesi ile birlikte akciğerler de göğüs duvarına doğru çekilirler. İnspirasyon aktif bir olaydır yani ancak bazı kasların kasılması ile yapılmaktadır. İnspirasyonun en önemli kası diyafragmadır. Diyafragmanın kasılması ile göğüs kafesi genişler, bunu akciğerlerin genişlemesi ve akciğer içi basıncın düşmesi takip eder. Tüm bu olayların sonucunda da dışarıdaki hava akciğerlere doğru çekilir (Şekil 7.9). Normal inspirasyonu takip eden ekspirasyon tamamen pasif bir olaydır. Ancak zorlamalı ekspirasyon bazı kasların örneğin, karın kaslarının kasılması ile yapılmaktadır. Şekil 7.9: İnspirasyon ve ekspirasyon - 105 -
Normal solunum hızı dakikada 12 olarak kabul edilmektedir. Metabolizmanın hızlanması ile oksijen gereksinmesinin artması, C0 2 birikmesi, ph azalması (asidoz), solunum hızını artırır. ph nın artması (alkaloz) ise düşürür.? Pnömotoraks nedir? 7. AKCİĞER VOLUM VE KAPASİTELERİ Solunum Volumü (SV, Tidal volum): Her bir ekspirasyon veya inspirasyonda akciğerlere alınan veya verilen hava hacmidir. Normal değeri 500 ml olarak kabul edilmektedir. İnspirasyon Yedek Volumü (İYV) : Zorlamalı bir inspirasyon ile akciğerlere alınan hava hacmi, normal değeri erkeklerde 3.3 litre kadınlarda 1.9 litre Ekspirasyon Yedek Volümü (EYV) : Zorlamalı bir ekspirasyon ile akciğerlerden çıkarılan hava hacmi, normal değeri erkeklerde 1 litre kadınlarda 700 ml. Rezidüel Volum (RV, Artık Hacım) : En zorlamalı ekspirasyonla dahi akciğerlerden çıkarılamayan hava hacmi, normal değeri erkeklerde 1.2 litre, kadınlarda 1.1 litre Bu akciğer volumlerinin kendi aralarında toplanmaları ile bazı akciğer kapasitleleri hesap edilmektedir. Bunlardan önemli olan bir tanesi vital kapasite (VK) dir. VK = SV + İYV + EYV şeklinde hesap edilmektedir. Vital kapasite solunum kaslarının kuvveti, akciğerlerin ve göğüs kafesinin genişleyebilme yeteneği ile değişim gösterir. Çeşitli akciğer hastalıklarının seyrini takip etmede, kliniklerde vital kapasite ölçümlerinden yararlanılmaktadır. Spirometre adı verilen aletlerle akciğer volum ve kapasitelerinin ölçümü yapılmaktadır. Solunum sisteminin fonksiyonlarının normal olmadığı bazı durumları açıklayan terimlerden önemli olan bir kaçı aşağıda verilmiştir. Apne = Solunum durması Taşipne veya takipne : Solunum hızlanması Bradipne : Solunum yavaşlaması Hiperkapni : Karbondioksit fazlalığı Hipokapni : Karbondioksit azlığı Asfiksi : Solunum güçlüğü. - 106 -
? Vital kapasite nedir? Özet Solunum sistemi kan ile atmosfer havası arasında oksijen ile karbondioksit değişimi oluşturabilecek şekilde özelleşmiş bir sistemdir. Solunum sistemi gaz değişimine ilaveten organizmada ph ve sıcaklık düzenlenmesine de katkıda bulunur. Gaz değişimi organizmada akciğerler ve hücre düzeyi olmak üzere iki bölgede yapılmaktadır. Akciğerlerdeki gaz değişimine eksternal solunum, hücre düzeyindeki ise internal solunum olarak adlandırılmaktadır. Bu iki bölgede oksijen ve karbondioksit kısmı basınç farkları doğrultusunda pasif difüzyon ile değişime uğrarlar. Akciğerlerde kana geçen oksijen, hemoglobin molekülüne bağlanarak taşınır ve hücrelere getirilir. Hücre düzeyinde oksijen hücrelere verilir, hücrelerden ise metabolizma sonucu oluşan karbondioksit alınır ve akciğerlere getirilir. Kanda karbondioksit büyük oranda bikarbonat iyonu şeklinde taşınmaktadır. Kanda karbondioksit miktarının artması ph'ı düşürür. Akciğerler ve göğüs kafesi elastik yapılardır. Akciğerleri göğüs kafesine doğru çeken güç plevra yaprakları arasındaki negatif basınçtır. İnspirasyon sırasında bu negatif basınç daha da yükselir. Normal solunum volumu 500 ml dir. Her bir inspirasyon ile akciğerlere alınan 500 ml havanın ancak 350 ml sinde gaz değişimi yapılır. 150 ml hava gaz değişiminin yapılmadığı anatomik ölü boşluğu doldurmaktadır. Değerlendirme Soruları 1. Anatomik ölü boşlukta kaç ml hava bulunur? A) 500 ml B) 350 ml C) 150 ml D) 60 ml E) 600 ml 2. Bir kişinin anatomik ölü boşluğuna 100 ml fizyolojik ölü boşluk ilave olmuşsa, bu kişinin her bir inspirasyonunda kaç ml hava gaz değişimine uğrar? A) 250 ml B) 350 ml C) 100 ml D) 60 ml E) Hiçbiri - 107 -
3. Eritrositlerde karbonik anhidraz enziminin görev yapamadığı bir duruma aşağıdakilerden hangisi uygundur? A) Hemoglobin karbondioksit molekülünü bağlayamaz. B) Hemoglobin ile oksijen birleşemez. C) H 2 O ile C0 2 arasındaki reaksiyon hızı azalır. D) Kan ile C0 2 taşınması artar. E) Kanda oksijen taşınması artar. 4. Plevra yaprakları arasında negatif basınç artarsa; A) Akciğerler kollabe olur. B) Buna pnömotoraks denir. C) Akciğerlerin genişlemesi kolaylaşır. D) Plevra yaprakları arasına hava girmiştir. E) Hiçbiri. 5. İnspirasyon konusunda aşağıdakilerden hangisi doğrudur? A) Göğüs kafesinin hacmi daralır. B) Plevra içi negatif basınç azalmıştır. C) Diyafragma kasılmış ve aşağı çekilmiştir. D) Akciğer içi basınç yükselmiştir. E) Karın kasları kasılmıştır. 6. Rezidüel volum nedir? A) Her bir solunum ile akciğerlere alınıp verilen hava hacmidir. B) En zorlamalı ekspirasyon ile akciğerlerden çıkarılamayan hava hacmidir. C) Zorlamalı ekspirasyon ile akciğerlerden çıkarılabilen hava hacmidir. D) Zorlamalı inspirasyon ile akciğerlere alınan hava miktarıdır. E) Hiçbiri. 7. Aşağıdakilerden hangisi hızlı solunum ile eş anlamlıdır? A) Takipne B) Bradipne C) Apne D) Hiperkapni E) Hiçbiri 8. Solunum hızı aşağıdaki koşullardan hangisinde artmaz? A) Asidoz B) ph azalması C) C0 2 artışı D) Alkaloz E) 0 2 azalması - 108 -