İNSAN ANATOMİSİ ve FİZYOLOJİSİ Dr. Ahmet U. Demir
Anatomi: kelime kökeni olarak kesmek, parçalara ayırmak anlamını taşır. Anatomi kısaca yapının incelenmesidir. Fizyoloji ise bu yapıların işlevinin incelenmesidir.
Örnek olarak anatomi akciğerin konumunu, kısımlarını (loblarını) tanımlar; fizyoloji ise solunum işini, soluk alış veriş düzenini, solunum sayısını, gaz değişimini tanımlar.
Organ ortak bir işleve sahip dokular topluluğu olarak tanımlanmaktadır. Organ >>> doku >>> hücre
Vücutta 78 farklı organ yer almaktadır. İnsanlardaki temel 11 organ sistemi: kas, endokrin, sindirim, dolaşım, lenfatik, deri, sinir, üreme, solunum, iskelet ve ekzokrin sistemi
Bazı organ sistemleri birlikte çalışır. Örnek olarak kas ve iskelet sistemi verilebilir. Çoğunlukla bu iki sisteme birden kasiskelet (muskuloskeletal) sistem denir.
Yaşamsal organlar beyin, kalp, böbrek, akciğer ve pankreastır.
Konu başlıkları homeostaz, oksidatif solunum, solunum fizyolojisi, sinir sistemi ve uyku fizyolojisi ve solunumsal değişiklikler şeklindedir.
Homeostaz Homeostaz: aynı durum anlamına gelmektedir. Aynı durum ~ aynı durumu korumak Basitçe, vücudun denge içinde kalmasını ifade etmektedir.
Vücut içinde hücrelerin işlevlerini sürdürebilmeleri açısından ortamdaki değişikliklerin kontrol edilmesi gerekir. Değişiklik yaratan uyarıya tepki oluşturan iki türlü kontrol sisteminden söz edilebilir.
Homeostaz Negatif kontrol sisteminde tepki, uyarıya ters yöndedir. Homeostazda vücut işlevlerinin dengesi sağlanmaya çalışılır: örneğin şekerli bir şey içtiğimizde kandaki şeker düzeyi yükselir >>> Artan glukoz düzeyi pankreastan insülini uyarır >>> insülin glukozun hücrelere alınmasını sağlar >>> kan glukoz düzeyi normale gelir.
Negatif kontrol tepki tepki uyarı glukoz
Pozitif etki tepki sisteminde ise tepki uyarı ile aynı yöndedir. Uyarıyı pekiştirir. Etkisini çoğaltır. Dengeyi bozan bu sistem daha çok hastalıklar için söz konusudur.
Örnek olarak Damar sertliği (ateroskleroz) verilebilir. Damar sertliği, damar duvarının elastik yapısını bozar, daralmasına yol açar. Daralan damar, direnç artışı ile basıncı arttırır.
Gözlere, böbreklere, uzuvlara giden dolaşım bozulur. Kalbin önündeki yük artar, dolaşımın bozulması belirginleşir. Diabet (şeker) hastalığı kan basıncını arttırarak damar sertliğini, damar sertliği kan basıncını arttırır.
Pozitif etki tepki mekanizmasının normal, sağlığa zarar göstermeyen bir işleyişi için doğum sırasındaki uterus (rahim) kasılmaları gösterilebilir.
Uterusun (rahimin) kasılması ile oksitosin hormonunun salgısı artar. Oksitosin uterusun kasılmasının arttırtır. Bu şekilde uterusta tekrarlayan güçlü kasılmalar doğum olayını kolaylaştırır.
Pozitif kontrol kasılma doğum tepki tepki uyarı tepki
Sonuç 1. Vücut dokularının yaşamaları için ortamdaki kimyasal dengelerin sağlanması önemlidir. Homeostaz bu dengeyi sağlayan, dengeyi bozucu etkenlere/uyarılara karşın normal durumu korumaya çalışan sistemi tanımlar.
Yaşam - Enerji Yaşamak için enerji Enerji için beslenme Enerjinin depolanması
Besinlerden alınan glukoz 6 karbonlu bir moleküldür. Glukoz içindeki kimyasal bağlar kırılınca enerji ve CO2 açığa çıkar. Glukozun yıkımı glikoliz ve sitrik asit siklusu ile olur. Besinlerden alınan bir çok molekül glukoza çevrilebilir
Oksidatif solunum Bu döngü aşağıdaki şekilde şematize edilebilir: Besin >>>> NADH (indirgeyen ajanlar) >>>> ATP >>>> enerji Oksidatif fosforlasyona eşlik eden reaksiyonlar ADP3- + HPO42- + H+ >>>> ATP4- + H2O (Fosforilasyon, enerji gerekli, Go= +30.5 kj) İndirgenme reaksiyonu: NADH >>>> NAD+ + H+ + 2e- (kendiliğinden,, Go= -158.2 kj) ½ O2 + 2H+ + 2e->>>> H2O (kendiliğinden, Go= -61.9 kj) ( Go enerji gereken reaksiyonlarda pozitif olarak, enerji veren reaksiyonlarda ise pozitif olarak ifade edilmektedir)
Krebs döngüsü
Elektron taşıma zinciri
Sonuç 2. Vücudumuzda hücrelerin, organların işlevi için enerji gereklidir. Enerji kaynağı olan besinlerden enerji elde etmenin en verimli yolu oksijen aracılığı ile ATP oluşturulmasıdır. Oksidatif fosforilasyon olarak bilinen bu işlem hücresel solunuma denk düşmektedir.
Solunum fizyolojisi
Bronş Ağacı
Bronş sistemi İleti havayolları: trakea (1) bronşlar (2-7) non respiratuar bronşioller (8-19) Gaz değişimi: respiratuar bronşioller (20-23) alveoler duktus (24-27) - alveoller
Ventilasyon Akciğer hacimleri: Ekspiryumda küçük havayollarının kapanması nedeniyle tüm hava dışarı atılamaz (rezidüel volüm) Akciğerlerin genişleyebilmesi, elastik doku
Gaz değişimi Oksijen kanda büyük oranda hemoglobine bağlanarak taşınır. Oksijen saturasyonu: Hemoglobinin oksijene bağlanma oranı
Solunum sistemi I... Solunum Solunum kontrolü (SSS) Ventilatuar pompa Gaz değişimi (alveoller ve pulmoner kapilerler, Oksijen alımı ve Karbon dioksit atımı)
Solunum Sistemi Solunum düzeni solunum merkezi, beyin korteksi ve çevre dokulardan gelen mekanik ve kimyasal uyarılar ile şekillenmektedir. Solunum merkezi medullada, İnhibe edici olduğu düşünülen pnömotaksik merkez ponsta yer almakta. Üst Havayolu Karotid cisimcik Mekanoşimik Reseptörler Akciğer-göğüs duvarı Korteks Medulla Medulla Respiratuar kemoreseptör nöron Nöromusküler uyarı
İşlev Solunum sisteminin/akciğerlerin işlevi: ventilasyon, gaz değişimi (Oksijen alımı ve Karbon dioksit atımı) O 2 : yaşamsal metabolizma/enerji üretimi/atp/oksidatif fosforilasyon CO 2 : metabolizma >>> solunum merkezini uyarır
Alveoler Ventilasyon VA = K x VCO 2 /PaCO 2 VA: Alveoler Ventilasyon VCO 2: CO 2 üretimi PaCO 2 alveoler ventilasyonla ters orantılı (alveoler ventilasyonu yansıtıyor)
Ventilatuar Pompa Göğüs duvarı kasları iskelet sistemi (kaburga, kıkırdak, omurga) bağ dokusu Havayolları Plevra Omurilik ve periferik sinirler
Oksijenin Dokulara Taşınması Oksijenin taşınması (DO 2, ml/dk): kalp debisi (Qt) x arteriyel oksijen içeriği/ hacmi (Cao2) CaO2: arteriyel oksijen saturasyonu (Sao 2 ) x hemoglobin konsantrasyonu x hemoglobin- oksijen bağlama kapasitesi.
Arteryel Oksijen Saturasyonu
Kanın Oksijen Taşıma Kapasitesi Kanda Oksijenin çoğu hemoglobine bağlı olarak taşınır Normalde, (Pao2<14 kpa/~250mmhg) sadece küçük bir kısmı (<%2) plazmada çözünmüş halde taşınır Hemoglobinin oksijen bağlanma oranı: oksijen saturasyonu Oksijen saturasyonu %90 dan az ise hipoksemi derindir
Oksijenin Dokulara Ulaşmasında Sorunlar Kalp debisinde (düşük akım hipoksemisi) Hemoglobin konsantrasyonunda (anemi) veya oksijen bağlanmasında veya serbestleşmesinde sorun (hemoglobinopati) Oksijenin kana karışmasında sorunlar (hipoksi/doku hipoksisi) (hipoventilasyon, V/Q dengesizliği, düşük oksijen konsantrasyonunda solunum)
Solunumun Kontrolü Metabolik: Kemoreseptörler (CO2, O2), vagal sinirler (intrapulmoner reseptörler) Davranışsal: konuşma, yemek yeme vb. Uyanıklığa bağlı (serebral korteks)
Uykuda Solunumun Kontrolü Metabolik: Kemoreseptörler (CO2, O2), vagal sinirler (intrapulmoner reseptörler) Davranışsal: konuşma, yemek yeme vb. Uyanıklığa bağlı (serebral korteks) Duyarlılık azalıyor Azalıyor Ortadan kalkıyor CO2: karbon dioksit, O2: oksijen
Sonuç 2. Solunum sistemi Yaşam için gerekli olan oksijenin alınması, metabolizma sonucu oluşan karbon dioksitin uzaklaştırılması işlevini yerine getirir. Oksijen kanda büyük oranda Hemoglobine bağlı halde taşınır. Oksijen saturasyonu Hemoglobinin oksijene bağlanma oranını ifade eder. Oksijen saturasyonunun %90 ın altında olması kanda oksijenin yetersiz olduğu (hipoksemi) anlamına gelir.
Sonuç 2. Solunum sistemi akciğerler, göğüs kafesinin genişlemesini sağlayan başta diyafram olmak üzere kaslar, sinir kas iletisi, beyinde solunumum merkezleri, arteryel kandaki ph, PaCO2, PaO2 gaz değişiklikleri ile yönetilir.
Sonuç 2. Dokulara yeterli düzeyde oksijen gitmesi yeterli oksijen içeriği sağlanması- için solunum sisteminin yanı sıra kalp ve dolaşım sisteminin, kanda Hemoglobin molekülünün yeterli düzeyde olması gerekir.
Sinir Sistemi Sinir sisteminin organizasyonu: vücuttan beyine bilgi yollanması ve beyinden alınan bilgilerin vücuda iletilmesini sağlayan nöronlar aracılığıyladır.
Nöronlar sinyal alma, işleme ve iletme konularında uzmanlaşmış hücrelerdir. Glial hücreler nöronların işlevi için gerekli ortamı sağlar.
Merkezi sinir sistemi: glial hücreler ependimal hücreler, astrositler, oligodendrositler ve mikrogliadır. Periferik sinir sisteminde glial hücreler Schwann hücreleri ve satelit hücrelerdir.
Nöronların uyarı iletimi diğer nöronlarla buluştukları sinaps noktalarında nöronun terminal dalları ile diğer nöronun dendritleri arasında olur. Bu şekilde sinyal alınması ve yollanması gerçekleşir.
Myelin kılıf aksonun çevresindeki yağlı membran (zar) elektrik iletkenliğini, uzun mesafelerde hızlı şekilde sağlar. Aksondan sinyal geldiğinde terminal dallardan salınan moleküller nörotransmitter olarak adlandırılır.
Santral sinir sistemi beyin ve omurilikten (spinal cord) oluşur. Beyin ise serebrum, serebellum, hipotalamus ve beyinsapından oluşur.
Omurilik periferik sinir sisteminden veri alıp (ses, görüntü, dokunma duyusu) merkezi sinir sistemine işlemesi için gönderir. Merkezi sinir sisteminden bu girdilere yanıt olarak gelen komutlar (örneğin bacağı veya kolu hareket ettirmek, göz kırpmak) periferik sinir sistemine ulaştırılır.
Periferik sinir sistemi: vücuttan girdiler alarak kontrolünü sağlar. Çevreden veri sağlayan duyu organları duyusal sinir sistemini oluşturur. Bu verileri merkezi sinir sistemine iletirler.
Motor sinir sistemi ise ikiye ayrılır. Somatik sistem: istemli hareketleri kontrol eder (iskelet kaslarının kasılması, örneğin kol, bacak kasları). Otonomik sinir sistemi: istemsiz (otonomik) hareketleri (kalbin atması, damarların büzülmesi/kontraksiyonu vb) kontrol eder.
Beynin elektriksel aktivitesi Alfa: uyanık, gözler kapala Beta: uyanık, gözler açık Teta: uyku başlangıcında görülür Delta: derin uyku dalgaları, süt çocuğu döneminde uyanıkken normal, erişkinde uyanıkken anormal
Sonuç 4. Sinir sistemi beyin, beyin sapı, periferik sinirler, sinir kılıfları, bağ dokudan oluşur.
Sonuç 4. İstemli hareketleri yürüten merkezler, fizyolojik değişiklikleri düzenleyen merkezler vücut organlarından aldıkları uyarılarla biçimlenir.
Sonuç 4. Tüm bu değişiklikleri yöneten (orkestra şefi gibi) merkezi sinir sistemidir. Merkezi sinir sitemi ile organlar ve kaslar arasındaki iletişimi sağlayan ( trafiği düzenleyen) periferik sinir sistemidir.
uyku fizyolojisi ve solunumsal değişiklikler
Niçin Uyuruz? Yaşamımızın nerede ise üçte birini oluşturan uykunun işlevi hakkında kesin bir bilgi yoktur. Basit bir anlatımla (gündüz) uykulu olmayı engellemek için uyuduğumuz söylenebilir.
Uyku Neden/Nasıl? Uyanıklık sırasında aktif olan beyin merkezlerinin yorularak inaktif hale geldiğini öne sürmüştür. Beyin sapı midpontil alanda kesi oluşturulan hayvanlarda uykuya dalmanın ortadan kalkması bu savı geçersiz kılmıştır
Uyku Uyku çevresel uyaranların pek algılanmadığı bir dönemdir Komadan farkı: bu durumun çok hızlı bir şekilde düzelebilmesi kişinin uykulu olduğunu ve uyuduğunu bilmesidir.
Günlük Uyku Gereksinimi 4 saat 8 saat 10 saat 1910 lar ortalama uyku süresi: 9 saat, Günümüzde: 7 saat!
Uyku Fizyolojisi Uzun süre uykusuz kalmak hayvanlarda öldürücü olabilirken insanlarda zihinsel ve davranışsal bozukluklara yol açar. Uykusuzluk uyku ihtiyacını, uykuya meyilli olmayı arttırır.
Uyku - Uyanıklık Uyku uyanıklık döngüsünü sağlayan sistemler: Homeostatik sistem: uyku ile uyanıklıkta geçen sürelerin dengesini sağlamaya çalışır. Uyku baskısı uyanıkken artar, uykuyla çözülür Sirkadiyen sistem: beyindeki biyolojik saat tarafından geliştirilen ritim günün saatiyle (sosyal olarak kabul edilen zaman) uyum sağlamaya çalışır. Uyanıklık baskısı gündüz artar, gece azalır.
Uyku Uyanıklık Döngüsü Homeostaz vücut işlevlerinin dengesini sağlamaya çalışır (S): uyku baskısı Sirkadiyen işleyişte vücutta gece gündüz arasında değişiklikler oluşur (C): uyanıklık baskısı
Uyku - Uyanıklık Bilişsel işlevler/evde işten ayrı kalıp uyuyabilme yetisi Dış etkenler: iş ortamı (iş yükü) İkincil işler (hobi, ek iş) Ev ortamı (uyku, ev işleri) Sosyal etkenler (ev ve işte sosyal destek) İçsel etkenler Kişinin vardiyalı iş koşullarına dayanıklılığı
Memelilerde uyku uyanıklık Gündüz aktif: diurnal Gece aktif: noktürnal Duyu sistemleri: diurnal memelilerde görme, noktürnal memelilerde koklama ve işitme
Sirkadyen Ritm Yönlendirme +/- İlk 10 gün düzenli uyku uyanış (2300-700) entrained rhythm. 11. günden sonra: aydınlık karanlık uyarısı ortadan kaldırılmış. İstediği saatte ışığı yakıyor, saati görmüyor Ritmin peryodu >24 sa: free-running ( : uyanık - - - : uyuyor)
Sirkadiyen Ritm Zamanı belirleyen dışsal uyarılar olmadan kendiliğinden işleyebilir. Dışsal uyarıların yokluğunda sirkadiyen ritme göre gün uzunluğu tam 24 saat değildir (circa: etrafında-civarında, dies: gün). Normal koşullarda sirkadiyen ritmi aydınlık-karanlık döngüsü belirler (suprakiazmatik nükleus).
Suprakiazmatik Nükleus (SKN) Ana ritim düzenleyici Hücre düzeyinde genetik ve moleküler düzenleniş Hormonların sirkadiyen kontrolü
Melatonin Hipofiz bezi: SKN ile fizyolojik ilişki içinde melatonin üretimi ve salgısını düzenler Posterior diensefalik germinal epitelden köken alır
Melatonin Melatonin hemen hemen tüm memelilerde sirkadyen şekilde üretilir Yüksek seviyeler: gece Düşük seviyeler: gündüz
Melatoninin Uyku Başlangıcındaki İşlevi Üretiminin başlaması: Suprakiazmatik nükleusda uyarı çıkışında azalma ile akşama doğru artar >>> sempatik aktiviteyi uyarır >>> Melatonin üretimi ve salınması >>> Suprakiazmatik nükleusda uyarı çıkışını inhibe eder >>> Uyanık kalma için sirkadyen güdüyü azaltır
Uyku Uyanıklık - Beyin Uyku-uyanıklık siklusu sirkadiyen bir ritim gösterir Hipotalamusta suprakiazmatik nukleus Retino-hipotalamik traktus
Uyku - Uyanıklık Önbeyin ve kortikal arousal/uyanma davranışı >>> beyinsapı üst kısmında ponmidbrain bileşkesi yakınından çıkan yolaklar Talamus ve bazal forebrain e uzanan projeksiyonlarıyla farklı bir çok nöron topluluğu uyanıklığı yönetir
Asendan Retiküler Aktive edici Sistem Asendan Retiküler Aktive edici Sistem (ARAS) >>> korteks ve önbeyin alanlarında yaygın uyarı ARAS dan projeksiyonlar: 1. beyin sapından bazal önebeyin ve serebral kortekse Raphe nin serotonin nöronları Locus coeruleus un noradrenalin nöronları substantia nigra ve ventral tegmental alanın dopamin nöronları 2. diensefalik ve bazal önbeyine ve sonrasında kortekse Sleep Medicine 8 (2007) S27 S33 (ARAS)
Asendan Retiküler Aktive edici Sistem (ARAS) JOURNAL OF BIOLOGICAL RHYTHMS, Vol. 21 No. 6, December 2006 482-493
Ventrolateral Preoptik Nükleus Ventrolateral preoptik nükleus: uykuyu uyarma etkinliğine sahip Hasar >>> insomni ve uyku bölünmesi JOURNAL OF BIOLOGICAL RHYTHMS, Vol. 21 No. 6, December 2006 482-493
Uykunun Fonksiyonları Yaşamsal enerji depolanır REM: sinir sisteminin aktif gelişimi Yavaş dalga uykusu sırasında önemli ölçüde büyüme hormonu salgılanır Dokular onarılır, yaşlanma gecikir
Uykuya Dalarken Solunum uyarısı için gerekli PaCO 2 eşik düzeyi artmakta, Tidal volümde dalgalanmalarla (periyodik solunum) azalma Solunum hızı pek değişmemekte, Hipoventilasyon (evre I ve II de %13, evre III ve IV de ise ek olarak %15 azalma) gelişmekte
Uyku ve Solunum Alveoler ventilasyondaki azalma sonucu PaCO 2 de 3-7 mmhg yükselme, PaO 2 de 3.5-9.4 mmhg azalma, Oksijen saturasyonunda yaklaşık %2 lik azalma olur Bu değişikliklerin normalde klinik bir önemi yoktur. Ancak gün içinde oksijen saturasyonu sınırda olan hastalar için (kronik obstrüktif akciğer hastalığı vb) uyku (özellikle REM dönemi) solunum açısından zorlu bir dönemdir.
Uyku ve Solunum Uyku sırasında apne eşiği artmaktadır Apne eşiği: karbon dioksit belirlir bir düzeyin altına inerse solunumun durması
REM Döneminde Göğüs kafesinin solunuma katılımı azalırken batın kaslarının solunuma katkısı artar. Kas lifleri fazla sayıda olmadığından diyafram çok etkilenmez. Diyaframın kasılma etkinliğindeki azalma nöromusküler (kas ve sinir) hastalığı olanlar dışında pek önemli sonuca yol açmaz.
Uykuda Fizyolojik Değişiklikler NREM REM Kalp hızı Solunum hızı Kan basıncı Beynin O2 tüketimi Vücut ısısı Solunum merkezinin PO2 ve PCO2 ye yanıtı Vagal tonus Sempatik tonus
Sonuç 5. Uyku uyanıklığı sağlayan merkezlerle, uykuya geçişi düzenleyen sistemler arasındaki etkileşimle düzenlenir. Gün ışığı uyku saatlerinin düzenlenmesinde, güne uyum sağlanmasında önemlidir.
Sonuç 5. Uyku sırasında metabolizmada azalma, solunum merkezinin uyarılabilirliğinde azalma ve sonuçta solunumda azalma (hipoventilasyon) görülür.
Sonuç 5. Çizgili kas etkinliğinde azalma görülen REM döneminde yarımcı solunum kaslarının solunuma katılması azalmıştır. Solunum hastalığı olan bireylerde REM döneminde belirgin oksijen saturasyon düşmeleri görülür.
Sonuç 5. Dolayısıyla fizyolojik değişikliklerin görüldüğü uyku dönemi kronik havayolu hastalığı, motor nöron hastalığı olanlar için solunum açısından zorlu bir dönem haline gelebilir.