SOLUNUM SİSTEMİ VE EGZERSİZ
Solunum Sisteminin Temel Anatomisi Burun veya ağız Farinks Larinks Trakea Bronşlar Bronşioller Alveoller İletim bölgesi: gaz değişimine katılmayan ağız, burun, larinks, trakea, bronşlar ve bronşioller Solunum bölgesi: gaz değişiminin meydana geldiği alveoller 2
Akciğerlerin Temel Anatomisi 3
İletim Bölgesi- Solunum Bölgesi 4
Akciğerlerin Temel Anatomisi 5
VENTİLASYON Havanın akciğerlere mekanik olarak girip çıkması işlemine denir İnspirasyon (havanın akciğerlere girişi) Ekspirasyon (havanın akciğerlerden çıkışı) 6
VENTİLASYON 7
Maksimum Dakika Ventilasyonu Bir dakika içerisinde akciğerlere giren veya çıkan hava miktarı (MDV) (Solunum Dakika Ventilasyonu, SDV) MDV = TV x SF (L/dk) (L/soluk) (soluk/dk) TV: Tidal volüm, bir solukta verilen hava miktarı SF: Solunum frekansı, bir dakikadaki solunum sayısı 8
İstirahat Ventilasyonu Cinsiyet ve vücut büyüklüğüne göre farklılık gösterir Kadınların erkeklerden daha düşük Ortalama solunum volümü 0.50 l/soluk Ortalama solunum frekansı 12 soluk/dk Ortalama MDV: 6 L/dk 9
Egzersiz Ventilasyonu Maksimum dakika ventilasyonu artar Kasların kullandığı O 2 ve ürettiği CO 2 miktarı artmaktadır Uzun süreli dayanıklılık egzersizlerinde MDV Erkeklerde 80-100 L/dk Kadınlarda 45-80 L/dk Kısa süreli maksimal egzersizlerde MDV 120-140 L/dk ya ulaşmaktadır 10
Egzersiz Ventilasyonu Şiddetli egzersizler sırasında Solunum frekansı 35-45 soluk/dk Antrenmansız kişilerin egzersiz sırasında MDV değerleri daha düşük 11
Alveolar Ventilasyon ve Anatomik Ölü Boşluk Alveolar Ventilasyon Alveollere ulaşan ve gaz değişimine uğrayan yani kapiller damarlardaki kanın oksijenleşmesini ve kandaki CO 2 nin akciğerlere geçişini sağlayan hava miktarı Anatomik Ölü Boşluk Ventilasyon sırasında burun, ağız, farinks, trekea, bronşlar ve bronşiollerde kalan ve gaz değişimine katılmayan hava miktarı Erkeklerde 0.15 L Kadınlarda 0.10 L 12
Alveolar Ventilasyon Alveolar ventilasyonun hacmi: Solunum derinliği (solunum hacmi) Solunum frekansı Anatomik ölü boşluk 13
Akciğer Volüm ve Kapasiteleri İnspirasyon Yedek Volümü: normal bir inspirasyonun ötesinde yapılan derin bir inspirasyon ile akciğerlere alınabilen maksimal hava volümü Ekspirasyon Yedek Volümü: Normal bir ekspirasyonun ötesinde derin bir ekspirasonla ekspire edilebilen hava volümü Rezidüel Volüm: Maksimal bir ekspirasyondan sonra akciğerlerde kalan hava miktarı Vital Kapasite: Maksimal bir inspirasyondan sonra akciğerlerden dışarı verilebilen maksimal hava volümüdür 14
Akciğer Volüm ve Kapasiteleri Total Akciğer Kapasitesi: Maksimal bir inspirasyondan sonra akciğerlerde bulunan hava volümüdür Fonksiyonel Rezidüel Kapasite: Normal bir ekspirasyondan sonra akciğerlerde kalan hava volümü Zorlu Vital Kapasite: Maksimal inspirasyondan sonra süratle ve zorlu olarak yapılan ekspirasyon ile verilen hava volümü Genellikle 1 saniyede yüzde kaçının ekspire edildiği önemlidir Solunum yollarında herhangi bir problemin olup olmadığı anlaşılabilir 15
Akciğerlerde Gaz Değişimi Pulmoner diffüzyon: Akciğerlerdeki gaz değişimi İki temel görev Vücutta hücreler tarafından oksidatif enerji üretiminde kullanıldığı için azalan kandaki O 2 miktarının tekrar normal seviyeye gelmesini sağlamak Venöz kanla gelen CO 2 nin akciğerlere geçişini sağlamak 16
Pulmoner diffüzyon; Akciğerlere O 2 getiren hava (ventilasyon) ve akciğerlerden O 2 alarak CO 2 bırakan kan (perfüzyon) olmak üzere iki kısımdan oluşur 17
Gazların Kısmi Basıncı Bir gaz karışımı içindeki her bir gaz karışımdaki konsantrasyonları oranında bir basınç uygular Bir gaz karışımı içinde her bir gazın uyguladığı bireysel basınca kısmi basınç ya da parsiyel basınç denir. 18
Dalton un gaz kanunlarına göre: Bir gaz karışımının toplam basıncı o gaz karışımı içindeki gazların kısmi basınçlarının toplamına eşittir. Örn: Solunan havada % 79.04 N 2, %20.93 O 2 ve % 0.03 CO 2 Deniz seviyesinde atmosferik basınç: 760 mm Hg PN 2 = 760 x % 79.04 = 600.7 mm Hg PO 2 = 760 x % 20.93 = 159 mm Hg PCO 2 = 760 x % 0.03= 0.3 mm Hg 19
Vücuttaki gazlar sıvı içerisinde çözünürler Henry nin gaz kanununa göre Gazlar sıvı içerisinde o sıvıdaki çözünebilirlik düzeyleri ve ortamın ısısına bağlı olarak kısmi basınçları oranında çözünürler Bir gazın kandaki çözünebilirliği sabittir Kanın ısısı da genel olarak aynıdır Alveoller ile kan arasındaki gaz değişimi için en önemli faktör iki alan arasındaki basınç farkıdır 20
Pulmoner Difüzyon 21
Kanda Oksijen ve Karbondiyoksitin Taşınması Oksijenin Taşınması: Kanda kırmızı kan hücrelerinde (alyuvar, eritrozit) bulunan hemoglobine (Hb) bağlı olarak ( % 98) Kanın sıvı kısmında çözünmüş olarak (% 2) taşınır Plazmada bulunan O 2 herhangi bir kimyasal reaksiyona uğramadan plazmada çözünerek fiziksel solüsyon şeklinde taşınır 22
Vücuttaki yaklaşık 4-6 milyar alyuvar içinde bulunan Hb nin O 2 taşıma kapasitesi plazmada çözünebilen O 2 den 70 kat daha fazladır. Kanın O 2 taşıma kapasitesi temel olarak hemoglobin miktarına bağlıdır Her 100 ml kanda Erkeklerde 14-18 gr Hb Kadınlarda 12-16 gr Hb 23
Hb alyuvarlarda bulunan heme (demir atomu) ve globin (protein)den oluşan kompleks bir moleküldür Her Hb de 4 heme grubu vardır Her bir heme grubu kimyasal olarak 4 oksijen molekülü ile birleşebilir Miktar olarak bir gram Hb 1.34 ml oksijen ile birleşir ve bu durumda Hb doymuş olur. 24
Hemoglobinin oksijen ile birleşmesine oksihemoglobin, oksijenden ayrılmasına ise deoksihemoglobin denir Oksijen-Hemoglobin Ayrılma Eğrisi Hb nin O 2 ile birleşmesini etkileyen çeşitli faktörler vardır: O 2 ve CO 2 nin kandaki kısmi basınçları Kandaki 2,3-difosfogliserat (2,3-DPG) düzeyi Kanın ısısı ph değeri 25
Oksijen-Hemoglobin Ayrılma Eğrisi 26
ph ve Isının Etkisi 27
Myoglobin ve Hemoglobinin Oksijenle Birleşmesi 28
Karbondioksitin Kanda Taşınması 3 değişik şekilde taşınır 1. Plazmada çözünmüş olarak 2. Karbonik asitten ayrışan bikarbonat iyonu olarak (HCO 3 ) 3. Hemoglobine bağlı olarak 29
Plazmada Çözünmüş CO 2 : Dokulardan bırakılan CO 2 nin bir kısmı plazmada çözünmüş olarak bulunur % 7-10 30
Bikarbonat İyonu: % 60-70 gibi bir kısmı kanda bulunan bikarbonat iyonu olarak taşınır (HCO 3 ) Kanda bulunan CO 2 ve su molekülleri birleşerek karbonik asit molekülünü oluşturur (H 2 CO 3 ) Karbonik asit kanda hızlı bir şekilde ayrışır hidrojen iyonu (H + ) ve bikarbonat iyonu (HCO 3 ) açığa çıkar CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3-31
Serbest kalan H + hemen Hb ye bağlanır ve Bohr etkisi oluşur Bikarbonat iyonunun oluşumu O 2 nin Hb den ayrılmasını ve serbest kalmasını sağlar Hb tampon görevi yaparak H + iyonunu bağlaması ve nötralize etmesi, kandaki asit-baz dengesinde olabilecek önemli değişiklikleri önler 32
Kan akciğerlere girdiğinde PO 2 düşüktür H + + HCO 3 - H 2 CO 3 CO 2 + H 2 O Bu şekilde CO 2 tekrar oluşur ve alveollere geçerek solunum yolu ile dışarı atılır 33
Akciğerlerden CO 2 Çıkışı 34
Karbominohemoglobin: CO 2 Hb nin globin kısmına bağlanarak taşınır 35
Karbondioksitin Kanda Taşınması 36
Kaslardaki Gaz Değişimi İnternal Solunum: Kapiller kan ile dokular arasındaki gaz değişimi ve taşınması Oksijen Taşınması ve Dokular Tarafından Alımına Etki Eden Faktörler: 1. Kandaki O 2 miktarı 2. Kan akışının miktarı 3. Bölgesel koşullar 37
Egzersiz Sırasında Ventilasyon Fiziksel aktivitenin başlamasıyla birlikte solunumda iki aşamalı artış: Solunumda ani oluşan hissedilebilir artışı, solunum derinliği ve frekansında oluşan daha dereceli bir artış izler Egzersiz başlarken, herhangi bir kimyasal uyarı oluşmadan önce, serebral motor korteks daha aktif hale gelir ve sinirsel uyarılar solunumdaki artıştan sorumlu olan solunum merkezine iletilir Egzersizin psikolojik etkisi Çalışan kaslardan ve eklemden gelen proprioseptif girdiler yapılan hareket hakkında ek bilgi sağlar 38
Solunumdaki artışın ikinci aşaması Arteryal kanın ısısı ve kimyasal yapısında meydana gelen değişiklikler sonucu oluşur Egzersizin süresi arttıkça ısı, CO 2 ve H + de artar Bunlar da kaslardaki O 2 kullanımını ve a-v O 2 farkının artmasına neden olur Kemoreseptörler ve solunum merkezi uyarılır Solunum frekansı ve derinliği artar 39
Ventilasyonun Kontrolü 40
Egzersizin sonunda kasların enerji ihtiyacı istirahat düzeyine çok hızlı bir şekilde geri döner Pulmoner solunumun normale dönmesi daha uzun zaman alır Asit-baz dengesi, PCO 2 ve kan ısısı Yapılan egzersizin şiddeti ne kadar yüksekse solunumun normale dönmesi için o kadar uzun süre alır 41
Solunum ve Enerji Metabolizması Uzun süreli steady state egzersizlerde solunum, enerji metabolizmasının hızını karşılayabilecek düzeydedir Oksijen için Ventilasyon Eşitliği (Solunum Değeri) Dokularda harcanan oksijen miktarının (VO 2 ) solunan havanın hacmine (V E ) olan oranıdır Solunum ekonomisinin bir göstergesidir V E /VO 2 Harcanan her bir litre O 2 için solunan havanın miktarı (L) ölçülerek belirlenir 42
Oksijen için Ventilasyon Eşitliği (Solunum Değeri) İstirahat sırasında V E /VO 2 tüketilen her litre O 2 başına yaklaşık olarak 23-28 L havadır Maksimal bir egzersiz sırasında 30 L hava değerine ulaşabilir 43
Ventilasyon Kırılma Noktası Egzersizin şiddeti maksimuma doğru yükselirken belli bir noktada solunumun oksijen tüketimine oranla daha orantısız bir şekilde arttığı nokta Dakika başına üretilen CO 2 miktarında (VCO 2 ) olan artışı da yansıtır Anaerobik eşik kavramı ile eş anlamı kullanılır 44
Anaerobik eşik ile ventilasyon kırılma noktası arasındaki ilişki: Egzersizin şiddeti kişinin maks VO 2 sinin %55 inden % 70 ine doğru yükseldiğinde Kaslara giden O 2 miktarı enerji için gerekli O 2 miktarını daha fazla karşılayamaz Anaerobik glikoliz devreye girer Laktik asit üretimi ve birikimi artar LA tamponlanma üzere sodyum bikarbonat ile birleşerek sodyum laktat, H 2 O ve CO 2 oluşturur CO 2 deki artış solunum merkezini ve kemoreseptörleri uyarır Solunum artar 45
Laktat Eşiği ve Anaerobik Eşik Laktak eşiği: şiddeti dereceli olarak artan egzersiz testlerinde kan laktat düzeyinin istirahat değerinin üzerinde birikmeye başladığı nokta Ventilasyon Kırılma Noktası: Dakika başına üreliten CO 2 miktarındaki artış 46
Ventilatuvar eşik, Laktat eşiği ve OBLA OBLA: Sağlıklı antrenmansızlarda VO 2 maksın %55-65 inde Antrenmanlılarda VO 2 maksın %80 ninde 47 47
Asit-Baz Dengesinin Solunum Tarafından Düzenlenmesi Asit molekülleri hidrojen iyonu (H + ) açığa çıkarır (laktik asit, karbonik asit) Alkali maddeler serbest H + iyonu ile birleşip onu tamponlayan veya nötralize eden maddelerdir Tampon (buffer) maddeler de denir 48
H+ konsantrasyonu genellikle ph değeri ile ifade edilir H+ iyonu konsantrasyonu arttığında ph düşer, azaldığında artar Düşük ph asidik durum veya asidoz Yüksek ph bazik durum veya alkaloz ph kasta 7.1, kanda 7.4 Vücutta bulunan en önemli 3 kimyasal tampon: Bikarbonat iyonu Fosfat Proteinler H + + HCO - 3 H 2 CO 3 CO 2 + H 2 O 49
3 Kimyasal Tampon 50