Canlılarda Solunum ve Solunum Sistemleri Yazarlar Doç.Dr. A. Yavuz KILIÇ Yrd.Doç.Dr. A. Banu ASLANARGUN ÜNİTE 8 Amaçlar Bu üniteyi çalıştıktan sonra; hayvanlarda solunum organı çeşitlerini bitkilerde gaz değişim mekanizmasını hayvanlarda Solunum organlarında gaz değişim mekanizmalarını solunum gazlarının nasıl taşındığını öğrenmiş olacaksınız. İçindekiler Giriş Solunum Sistemleri Solunum Mekaniği Solunum Gazlarının Taşınması Solunum Düzenlenmesi Özet Değerlendirme Soruları Yararlanılan ve Başvurulabilecek Kaynaklar
Çalışma Önerileri Bu üniteyi okumadan önce maddelerin hücre zarından geçişi ile ilgili bilgilerinizi tazeleyiniz. Hücre Solunumu (Oksidasyon) olayını hatırlayınız. Bitki Fizyolojisi ile ilgili üniteleri gözden geçiriniz. Dolaşım fizyolojisi ünitesini yeniden gözden geçiriniz. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ
CANLILARDA SOLUNUM VE SOLUNUM Sİ STEMLERİ 155 1. Giriş Canlıların tüm yaşamsal faliyetleri için gerekli enerjiyi vücutlarındaki organik moleküllerin oksidasyonuyla elde ettiklerini öğrenmiştik. Bu reaksiyonların temel özelliği hidrojen vericilerden alınan hidrojenlerin (elektronlarının) alıcı moleküllere taşınmasıdır. Canlılarda bu sistemde son hidrojen alıcısı oksijen molekülüdür. Yani bu olay için oksijen gereklidir. Vücutta oksijen depolanması son derece sınırlıdır. Bu nedenle metabolizmanın sürdürülmesi için hücrelere sürekli olarak oksijen sağlanması gerekmektedir. Hayvanların bu oksijeni dışardan aldıklarını da biliyoruz. Bu olaylar sonucu ortaya çıkan artık ürün karbondioksidin de dokulardan uzaklaştırılıp, dışarı atılması da gerekmektedir. Canlılarda gerek oksijenin alınması, gerekse karbondioksidin vücuttan atılması değişik yapılarla gerçekleştirilmektedir. İşte dışardan oksijen alan, dışarıya da CO 2 i veren sistem solunum sistemidir. 2. Solunum Sistemleri 2.1. Bitkilerde Gaz Değişimi Yüksek bitkilerin organlarının dış yüzleri gerek gaz, gerekse suya karşı çok az geçirgen olan ve hücre arası boşlukları bulunmayan epidermis dokusu ile örtülüdür. Bu nedenle dış ortamla iç ortam arasında gaz alış verişi ve bazı maddelerin dışarıya verilişini sağlamak üzere epidermiste yapılar oluşmuştur. Bu yapılara stoma (gözenek) adı verilmektedir. Bir stoma, aralarında stoma açıklığı (por) denen bir açıklık bırakan ve birbirine bağlı iki stoma hücresi nden oluşur. Bu yapı havalandırma parenkiması ile birlikte havalandırma sistemini meydana getirir. Havalandırma parenkimasında yer alan hücre arası boşlukları boşlukları stoma altında bulunan ve stoma boşluğu denen geniş bir hücre arası boşluğu ve por yoluyla dış ortama bağlanmıştır (Şekil 8.1) AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ Şekil 8.1: Stoma Yapısı
156 CANLILARDA SOLUNUM VE SOLUNUM Sİ STEMLERİ Fotasontez göreviyle ilgili dokuların üzerindeki epidermiste stoma sayısı fazladır. çiçekte ve su bitkilerinde stomalar ya tamamiyle yok olmuştur ya da sayıları çok azalmıştır. köklerde de stomaya rastlanmaz. 2.1.1. Stomaların Çalışma Mekanizması Stomalardan gaz değişiminin sağlanması stomaların açılıp kapanmasıyla gerçekleştirilir. Bu mekanizmanın çalışması hem stoma hücrelerinin hem de çevrelerindeki epidermis ve mezofil hücrelerinin turgor durumuna bağlıdır. Bu hücrelerdeki osmotik konsantrasyonun değişmesi ile oluşan difüzyon farkına bağlı olarak su, ya stoma hücrelerine doğru ya da stoma hücrelerinden komşu epiderma hücrelerine doğru hareket eder. Su komşu epidermis hücrelerinden stoma hücrelerine doğru hareket ettiği zaman stoma hücrelerinin turgor basıncı artar ve stoma porunun daha ince olan dorsal çeperi (epidermis hücreleri ile komşu olan çeper) daha kalın olan ventral çeperden (por tarafındaki çeper) daha çok gerilir. Bu durum daha kalın olan ventral çeperin daha konkav bir şekil almasına ve iki stoma hücresi arasında bir açıklık oluşmasına neden olur. Böylece stoma poru açılır. Aksi durumda, yani stoma hücreleri turgor özelliklerini kaybedince durum tersine döner. Dorsal çeper gerginliğini ventral çeper de konkavlığını kaybeder. Sonunda stoma hücreleri gevşek bir hal alır, aradaki açıklık da kapanmış olur. Buradaki turgor durumunun sağlanması ya da kaybedilmesini sağlayan koşullar ışık, su azlığı ve sıcaklıktır. Su, sıcaklık ve CO 2 ve O 2 sınırlayıcı birer faktör olmadıkça genel olarak stomalar ışıkta açılır, karanlıkta ise kapanır. Diğer bir söylemle stomalar gündüz açık, gece kapalıdır. Bitkilerin eğer transpirasyonla (terleme) yitirdikleri su miktarı köklerle alınan su miktarından fazla ise bitkide su sıkıntısı başgösterir. Bitkide su sıkıntısının başlaması, stoma hücreleri ile çevrelerindeki mezofil ve epidermis hücreleri arasında bir difüzyon basınç farkı (emme kuvveti) meydana gelmesine neden olur ve bunun sonucu su, stoma hücrelerinden dışarıya yani epidermis ve mezofil hücrelerine doğru hareket eder. Sonuçta stoma hücrelerinin turgoru azalır ve por kapanır.? Diğer koşullar sabit olmak üzere belirli bir dereceye kadar sıcaklık artışı stoma porunun açılmasına neden olur. Bitkilerde bu değişimi sadece stomalar mı sağlamaktadır? Yaşlanmış bitki gövedeleri su ve gaz geçişine engel olan mantar dokusu ile örtülü olduğundan, iç kısımdaki canlı hücrelerin hayatsal olaylar sonucu meydana gelen artık gazların ve su buharının dış ortamla alışverişini sağlayan peridermal ve lentisel (kovucuk) adı verilen yapılar meydana gelmiştir. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ
CANLILARDA SOLUNUM VE SOLUNUM Sİ STEMLERİ 157 2.2. Hayvanlarda Görülen Solunum Sistemleri Tek hücreli canlılar ile vücut duvarı ince olan süngerler ve sölentereler gibi çok hücreli hayvanlar bu tür gaz değişimlerini özel bir yapıya ihtiyaç duymadan kolaylıkla yapabilirler. Ancak kompleks yapılı olanlar gaz değişimini özel doku ve organlardan oluşan bir sistem aracılığıyla gerçekleştirirler. Çünkü hayvanlarda evrimsel gelişim sonucu her hücrenin dış çevre ile doğrudan doğruya gaz alışverişi yapma olanağı ortadan kalkmıştır. Hayvanlar aleminde solunumda gaz değişimini gerçekleştiren organlar çeşitlilik göstermesine karşılık, bunları dört ana grupta toplamak mümkündür (Şekil 8.2). 1. Deri 2. Trake 3. Solungaçlar 4. Akciğerler Şekil 8.2. Dört Genel Tip Solunum Organında Gaz Değişimi a. Hücre Zarı (Bir Hücrelilerde ve Basit çok Hücreli Hayvanlarda) b. Trake (Böceklerde) c. Solungaçlar (Suda Yaşayan Hayvanlarda) d. Akciğer (Karasal Omurgalılarda) Bu değişik sistemlerin ortak yapısal özellikleri ne olabilir, düşününüz? Yanıtınız "gaz alış-verişi için çok geniş yüzeylere sahip olmalarıdır " şeklinde olmalıydı. Ayrıca bu yapıların ince yüzeyli olması, oksijen ve karbondioksidin suda eriyebilmesini sağlayabilmek için nemli tutulmaları ve bol kan almaları zorunludur.? Solunumda gaz değişimi iki yerde meydana gelmektedir. Bunlardan birincisi çevre ile solunum organı arasındaki gaz değişimi, ikincisi ise solunum organı ya da taşıma AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ
158 CANLILARDA SOLUNUM VE SOLUNUM Sİ STEMLERİ? sistemi ile dokular arasındaki gaz değişimidir. Her iki bölgedeki gaz değişiminin esası difüzyon olayına dayanır. Yani değişen gaz, konsantrasyonu çok olduğu yerden, düşük olduğu yere geçer. Oksijen oranı düşük yerlerdeki solunum güçlüğünün nedenini düşününüz. 2.1. Deri Solunumu? En ilkel solunum biçimi olan deri solunumunun görüldüğü bazı basit yapılı hayvansal organizmalarda deriden difüzyonla giren oksijen yine difüzyonla diğer doku ve hücrelere iletilir. Basit çok hücreli hayvanlardan yassı solucanlar (Plathelminthes), bazı yuvarlak kurtlar (Nemathelminthes), karasal halkalı solucanlar (Annelida), mikroskobik yapıdaki omurgasız hayvanlar deri solunumunun görüldüğü hayvan gruplarıdır. Omurgalılardan kurbağalarda deri solunum önemli yer tutar. Ayrıca ağzın içini ve yutağı kaplayan zarlar da solunum organı gibi görev yapar. Deri solunum yapan organizmaların derilerinin hep nemli olması gerektiğine dikkat ettiniz mi? Gerçekten de deri solunumu yapan toprak solucanı, salyangozlar ve kurbağa gibi hayvanlarda deri nemli tutulmak zorundadır. Bu nem derideki mukus bezleri ile sağlanmaktadır 2.2. Trake Solunumu Gelişmiş canlılarda vücut hacmının artması nedeniyle vucudun iç kısımlarında bulunan hücrelerin gaz değişimi ancak özel solunum sistemleriyle gerçekleşebilmektedir. Basit solunum sistemlerinden trakeler bunlardan biridir. Trakeler böceklere özgü, basit borulardan ibaret bir solunum sistemidir. Atmosferik hava, özel borular aracılığı ile vücudun iç hücrelerine iletilerek gaz alış-verişini sağlarlar (Şekil 8.3). Vücudun abdomen kısmında her segmentte bulunan ve stigma adı verilen çift açıklıklardan hava alınıp verilir. Buradan giren hava, içorganlara kadar uzanan dallı hava borularınyla (trakeler) taşınır. Trakeler içi bir sıvı ile dolu ve trakeol adı verilen çok ince borucuklarla sonlanırlar. Oksijen ve karbondioksit değişimi bu sıvı ile dokular arasında gerçekleşir. Böcek hava alışverişini sağlayabilmek için vücudunu kasıp gevşetir. Vücut genişletildiğinde hava trakelere girer, kasılınca dışarı atılır. Özellikle arıların dinlenme sırasında sürekli karın kısımlarını hareket ettirdiklerini farketmişsinizdir. Bu sistemin diğer sistemlerden önemli bir farkı solunum havasının dokulara kadar yine bu sistemle götürülmesidir. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ
CANLILARDA SOLUNUM VE SOLUNUM Sİ STEMLERİ 159 Şekil 8.3: Böceklerde (Çekirgede) Trake Yapısı 2.3. Solungaç Solunumu Suda yaşayan hayvanlarda görülen genel solunum sistemi solungaçlardır. Omurgalılardan balıklar, kurbağaların larvaları, omurgasızlardan yumuşakçalar, suda yaşayan bazı solucanlar, eklembacaklılardan karidesler, yengeçler bu yapılara sahiptirler. Bunlar kendiliğinden hareket eden ya da su akımları ile hareket edebilen bir sistem şeklindedir. Omurgalı hayvanlarda solungaçlar akciğerli balıklarda, semenderlerde ve kurbağa larvalarında olduğu gibi vücut dışında olabileceği gibi, bir oda içinde kapalı da olabilirler. Solungaçlar ince epitel çıkıntılarından oluşurlar. Solungaçların üzeri dolaşım sisteminin kılcal damarları ile örülmüştür. Gaz değişimi, solungaç epiteli ve kılcal damarların tek tabakalı yassı eepitelleri arasında difüzyonla gerçekleşir (Şekil 8.4). Suda erimiş oksijen solungaç epitelinden kılcal damarlara geçer. Karbondioksit ise ters yönde hareket eder. Solungacı olan her hayvan, bu organın üzerinde su akımını sağlayan bazı yapılara sahiptir. Örneğin balıklar ağzını açarak bir miktar su alır, sonra ağzını kapatarak ve ağız boşluğunu daraltarak suyun solungaçlar üzerinden geçmesini sağlarlar. Şekil 8.4: Balıklarda Solungaç Yapısı AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ
160? CANLILARDA SOLUNUM VE SOLUNUM Sİ STEMLERİ Kurbağalar gibi bazı hayvan gruplarında birden fazla solunum görevi yapan organ bulunduğunu biliyormusunuz? Bazı hayvan grupları bu organların bir kaçı ile solunum yapabildikleri gibi, hayat dönemlerinin farklı dönemlerinde değişik solunum organları ile solunum yapabilmektedirler. Örneğin kurbağalar ergin devrelerinde deri ve akciğerlerle solunum yaparlarken, larva devrelerinde solungaç solunumu yaparlar. Başkalaşım sırasında kaybolan solungaçların yerini akciğerler almaktadır. 2.4. Akciğer Solunumu Karasal omurgalıların ve sucul memelilerin solunum organı olan bu sistem temel iki kısımdan meydana gelir. Bunlardan birincisi havayı götüren yollar olan soluk borusu (trake), bronş ve bronşcuklardır. İkincisi ise gaz değişiminin gerçekleştiği esnek zarımsı keseler olan alveollerden oluşan akciğerlerdir.? Solunum sistemi gerçekte ağız ve burun boşluğu ile başlar. Burun boşluğu kıvrımlı yapısı ile burada ilerleyen solunum havasını hem ısıtır hem de nemlendirir. Ayrıca burun içindeki kıllar solunum havasındaki küçük zerrecikleri tutar. Alınan hava buradan gırtlak kısmına geçer. Gırtlak besin yutulmasının dışında sürekli açıktır. Yutkunma sırasında gırtlak yukarı doğru kalkar ve küçük dil geriye doğru yatarak soluk borusunu kapatır. Gırtlakta başka hangi yapı bulunur? Düşününüz. Ses tellerinin burada bulunduğunu hepiniz biliyorsunuz. Gırtlaktan sonra solunum sisteminde soluk borusu ( trake) başlar. Soluk borusunun içi kirpikli epitel hücreleri ile döşelidir. Bu sillerle birlikte mukus salgısı hava içindeki yabancı maddeleri tutarak akciğerlere ulaşmasını önler. Çok tozlu hava solunduğunda balgam oluşumunun arttığını hepimiz biliyoruz. Soluk borusu kapanmaması için at nalı şeklinde olan kıkırdak halkalarla çevrilidir. Soluk borusu akciğerlere girmeden önce iki kola ayrılarak bronşları meydana getirir. Bronşlar da akciğerlere girince bronşçuklara ayrılırlar. Bronşcuklarda kıkırdak halkalar bulunmaz. Akciğerlere sahip en ilkel omurgalılar kurbağalardır. Göğüs kemiğinin iki yanında küçük birer köpük yumağı gibi görünürler. Sürüngenlerde de çift olmasına karşılık, genellikle uzun vücutlu formlarda (yılanlar) bir tanesi körelmiş durumdadır. Akciğerler özellikle kuşlarda değişik özellik gösterirler. Kuşlar omurgalılar içinde en etkin solunum yapan gruptur. Metabolizmalarının yüksek oluşu nedeniyle oksijene gereksinimleri oldukça fazladır. Bunu sağlayan akciğerlerde, memelilerde olduğu gibi alveoller yerine akciğerle bağlantılı hava keseleri görev yaparlar. Bu kese- ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ
CANLILARDA SOLUNUM VE SOLUNUM Sİ STEMLERİ 161 lerin yan çıkıntıları kemiklerin, kasların hatta derinin içine kadar girer. Çift yapılı karın ve arka göğüs hava keseleri akciğerlerin havalandırılması için bir çeşit körük gibi görev yaparlar ve sistem içindeki hava borularının akışı ile kılcal damarların akış yönü birbirine terstir. Böylece hem soluk alışta hemde verirken gaz değişimi gerçekleşebildiğinden, oksijenin az olduğu yükseklerde dahi rahatça oksijen gereksinimini karşılayabilirler (Şekil 8.5). Şekil 8.5: Kuşlarda Solunum Sistemi Memelilerin solunum sistemleri kuşlarınkinin aksine sürüngenler ve kurbağalardaki gibi kör kese ilkesine göre görev yapar. Memelilerin akciğerleri arkada diyaframla kapatılan göğüs boşluğu içinde yer alırlar. Bronşiollerin uçları alveol adı verilen hava keseleriyle sonlanırlar. Alveollerin duvarı tek tabakalı bir epitelden yapılmıştır. Hava bu keselere kadar taşınarak bunların yüzeyini döşeyen kılcal damarlarla arasında gaz değişimi gerçekleşir (Şekil 8.6). AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ Şekil 8.6: İnsan Solunum Sistemi
162 CANLILARDA SOLUNUM VE SOLUNUM Sİ STEMLERİ 3. Solunum Mekaniği Organizmanın gaz alış verişinin sürekliliği, solunum ortamının değişmesine bağlıdır. Bu değişimi, genellikle tatlısu ya da denizlerde yaşayanlarda basit organizasyonlu hayvanlarda ya sil hareketi ya da kas hareketi ile sağlanır. Solungaçlılarda solunum hareketi siller ya da su akımları aracılığı ile sağlanmaktadır. Trake solunumunda hava hareketi yine kaslarla sağlanır. Karada yaşayan basit organizasyonlularda ise kas hareketi çoğunlukla solunum ortamının değişmesi çoğunlukla kas hareketi ile sağlanır. Memelilerde gaz değişimi amaçlı solunum iki safhada gerçekleşir: 1. Soluk alma (inspirasyon) 2. Soluk verme (ekspirasyon) Akciğerlerin içinde bulunduğu göğüs boşluğu önden göğüs kemiği, yanlardan kaburgalar, alttan da göğüs boşluğunu karın boşluğundan ayıran diyaframla çevrelenmiştir. Soluk alıp verme diyafram kasının ve kaburgalar arası kasların kasılıp gevşemesi sonucu gerçekleşir. Göğüs boşluğu soluk alma sırasında diyaframın ve kaburgalar arasındaki dış kasların kasılması sonucu göğüs kafesinin öne doğru kabarmasıyla genişler. Soluk verme sırasında ise diyaframın gevşemesi ve kaburgalar arasındaki iç kasların kasılması ile daraltılır. Soluk alma, enerji harcaması ile gerçekleşen ve sürekliliği olması gereken bir olaydır. Tek bir solunum hareketi ile gerek duyulan gaz değişimi için akciğerde bulunan havanın ancak bir kısmı değişir. 3.1. Solunum Hacmi (Volümü) Normal ve dinlenme halindeki bir canlının soluk alıp verme sırasında akciğerlerin yapı ve mekanizmasına bağlı olmak üzere belirli miktarda gaz giriş-çıkışı olmaktadır. Maksimum soluk alma sonunda akciğerlerdeki toplam tüm havanın hacmine toplam akciğer kapasitesi denmektedir. Bu miktar, yapılan solunum derinliğine göre bir miktar artabilir ve buna da solunum hacmi adı verilir. Normal bir soluk almanın devamından başlamak üzere bir miktar daha hava solunabilir ve buna inspirasyon yedek hacmi, normal soluk vermenin devamında yapılacak maksimum soluk verme ile ciğerlerden cıkarılan hava miktarına ise ekspirasyon yedek hacmi denmektedir. Bunlardan başka, yapılması mümkün en kuvvetli soluk verme sonrası akciğerlerde kalan (çıkartılamayan) gaz volümüne de artık hacım adı verilir. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ
CANLILARDA SOLUNUM VE SOLUNUM Sİ STEMLERİ 163 İNSANDA AKCİĞER HACİMLERİ VE KAPASİTELERİ (Noyan dan) Solunum hacmi İnspirasyon yedek hacmi Ekspirasyon yedek hacmi Artık hacim Toplam akciğer kapasitesi 500ml 3000ml 1100ml 1200ml 5700 ml Akciğerle solunum yapan değişik hayvanların büyüklükleri, ağırlıkları, aktiviteleri ve yaşadıkları ortamları gereği, ihtiyaç duydukları hava miktarını karşılamak üzere solunum sayıları ve solunum volümleri değişebilmektedir. Bununla ilgili bazı hayvanların solunum değerleri aşağıda verilmiştir. Hayvan Vucut Ağır (gr) Solu. Sayı. (dk) Solu. Hac. (ml) Akciğer Hac. (dk) Tavşan 2800 38-60 19.3-24.6 800-1140 Kobay 65-134 33-127 0.42-1.2 33-83 Sıçan 63-152 66-114 0.6-1.25 50-100 Fare 12-26 84-230 0.09-0.23 11-36 3.2. Solunum Gazları Atmosferik havanın içerdiği, solunum fonksiyonunu ilgilendiren ve adına "Solunum gazları" denilen gazlar, kimyasal yapı bakımından hemen her yerde aynıdır ve soluk alıp-verme ile akciğerlerle alınıp-verilen havanın içeriğinde oksijen, karbondioksit, azot ve su buharı bulunmaktadır. Solunum gazlarının oranları, solunum fonksiyonlarının değişik aşamalarında çok büyük farklılıklar göstermektedir. (Volüm % si olarak) O 2 (oks.) CO 2 (K.diok.) N 2 (Azot) H 2 O(Su) Soluk alınan havada 20.84 0.04 78.62 0.5 Soluma ile verilen havada 15.7 3.6 74.5 6.2 Atardamar kanında 19 50 1.2 - Toplardamar kanında 14 53 1.2-4. Solunum Gazlarının Taşınması Solunum yolu ile vücuda, temelde oksijen alınmakta ve karbondioksit verilmektedir. Solunum yolu ile akciğerlere alınan ve fonksiyon görmeyen azot, su buharı ile doymuş hale getirilir. Bu nedenle soluma ile verilme sırasında miktar olarak azalmış olarak görülür. AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ
164 CANLILARDA SOLUNUM VE SOLUNUM Sİ STEMLERİ Kullanılan oksijenin, metabolizma ürünü olarak açığa çıkarılan ve soluma ile atılan karbondioksit miktarına bölünmesi ile "Soluma katsayısı " hesaplanır ve metabolizma araştırmalarında çok önemlidir. Vucuttan atılan karbondioksit miktarı Solunum katsayısı = Vucuda alınan oksijen miktarı Solunum yolu ile alveollere alınan solunum gazlarının alveoller ile kan arasındaki değişimi için belirli basınca sahip olmaları gerekmektedir. Ayrıca bu değişim; plazmada erimiş oksijen miktarına, kandaki hemoglobin miktarına ve hemoglobinin oksijene karşı afinitesine göre de değişmektedir. 4.1. Oksijenin Taşınması?? Oksijen, akciğerlerden alınıp kullanılmak üzere dokulara, kanın alyuvar hücreleri içindeki hemoglobin aracılığı ile taşınır Bütün hayvanlarda kan kırmızı renklimidir? Bazı omurgasız hayvanlarda (Mürekkep balıkları, Salyangozlar, Istakozlar), oksijen taşıyıcı "Hemosiyanin"dir ve hücre içinde bulunan bu pigment demir yerine bakır taşımaktadır. Hemosiyanin, oksijen taşımadığında renksiz, oksijenlende ise mavi renktedir. Hemoglobin; demir taşıyan 4 adet "Hem" molekülü ve protein olan "Globin" molekülünden oluşmuştur. Her bir hem molekülü bir molekül oksijen taşır. Böylece bir hemoglobin molekülü her seferinde dört oksijen molekülü taşıyabilmektedir. Akciğerlerde, hemoglobinleri oksijen ile (oksihemoglobin) yüklenmiş kırmızı kan hücreleri, damarlar içindeki kan akışı ile dokulara ulaştıklarında, gevşek olarak bağlanan oksijeni, çeşitli faktörlerin etkisi ile serbest bırakırlar. Kömür zehirlenmesinin nedenini biliyormusunuz? Kömür zehirlenmesi olarak bilinen olayda, yanmamış kömür gazı karbonmonoksit (CO) hemoglobinle ayrılmayan sıkı bir bağ yapar. Bunun sonucu hemoglobin oksijen bağlayamadığından oksijen yetmezliğinden ortaya çıkan zehirlenme meydana gelir. 4.2. Karbondioksit in Taşınması Hücrelerde solunum sonucu meydana gelen karbondioksidin hemen hücreden uzaklaştırılması gerekmektedir. Bu olay genel olarak iki şekilde gerçekleşmektedir. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ
CANLILARDA SOLUNUM VE SOLUNUM Sİ STEMLERİ 165 Hemoglobin doğrudan karbondioksit e bağlanarak onu da taşıyabilmektedir. Dokularda oksijenini bırakan hemoglobin karbondioksite bağlanarak onu akciğerlere kadar taşır. Akciğerlerde ise hemoglobine oksijen bağlandığında, karbondioksit ayrılır. Karbondioksit atımında, hemoglobin bir başka şekilde de rol oynamaktadır. Hücre metabolizma sonucu oluşan karbondioksit su ile birleşerek bikarbonat a dönüşür ve bir hidrojen açığa çıkar. Bu olay karbonikanhidraz enzimi ile gerçekleşir. CO 2 + H 2 O HCO 3 - + H + Hemoglobin, oksijen i bıraktığında, zincirin iki ucu birbirinden ayrılır. Açığa çıkan bu uçlar nedeniyle hemoglobin bir tampon görevi yapar ve hidrojen iyonunu bağlar. Hidrojen iyonunun ortamdan uzaklaştırılması, dokudan kana yeni bir karbondioksit geçmesini sağlar. Hidrojen, hemoglobin tarafından tutulmaz ise, dokudan da karbondioksit geçişi olmaz. Plazmada kalan bikarbonat iyonları (HCO 3 ) plazma ile akciğerlere kadar taşınır. Burada oksijenle birleşen hemoglobin H protonunun bırakır. Serbest kalan hidrojen protonu da plazmadaki bikarbonat iyonu ile birleşerek önce karbonik asidi (H 2 CO 3 ) meydana getirir. Daha sonra da parçalanan bu asit dışarı verilecek olan CO 2 i oluşturur (Şekil 8.7). H + + HCO 3 - H 2 CO 3 CO 2 + H 2 O Şekil 8.7: Solunum Olayında Doku ve Alveollerdeki Gaz Değişimi 5. Solunum Düzenlenmesi Solunum aracılığı ile sağlanan metabolizma, organizmanın çeşitli durumlarına göre değiştiği için, solunumun da vücudun gereksinimlerine göre sürekli olarak dü- AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ
166 CANLILARDA SOLUNUM VE SOLUNUM Sİ STEMLERİ zenlenmesi zorunludur. Bu düzenleme fiziksel ve kimyasal uyaranlar aracılığı ile yapılır. Kandaki hidrojen artışı ve kan ph sının değişmesi, akciğerlerdeki gerilmeler, acı ve ağrılar, vücut sıcaklığı, değişik hormonlar (epinefrin, progesteron) gibi nedenler solunum merkezlerinin uyarılmasını sağlayarak solunum hareketlerinin düzenlenmesinde etkili olurlar. Solunumu düzenleyici merkezler beyinde ve omurilik soğanında yer alırlar. Bu merkezlerden çıkan impulslarla solunum ritmik şekilde aralıksız devam ettirilir. Akciğerin gerilme reseptörlerinden gelen sinyallerin vagus siniri aracılığı ile merkeze iletilmelerinden sonra, solunum kaslarına sinir veren bütün sinirler aracılığıyla solunum gerçekleştirilir. Soluk alma hareketi sırasında akciğerin belli bir dereceye kadar gerilmesiyle alveol duvarında ve plevrada bulunan vagus uzantıları uyarılır ve solunum merkezine giden uyarılar orada soluk alma hareketini durdurarak, soluk verme hareketini meydana getirir. Derin soluk verme hareketinde ise bunun tersi gerçekleşir. Akciğerlerin büzülmesi vagus sinir uzantılarını uyarıp, bu hareketin duraklamasına ve soluk alma hareketinin meydana gelmesine neden olur. Ayrıca beyinin diğer koordinasyon merkezlerinden hipotalamus da, solunum ve dolaşımın vucut ihtiyaçlarına uygun olarak düzenlenmesini sağlamaktadır. Özet Hayvanlarda hücre solunumu için gerekli olan oksijenin alınması, bu olay sonucu oluşan karbondioksitin dışarı verilmesi solunum sistemleri aracılığı ile gerçekleştirilmektedir. Bu sistemler hayvan gruplarında çeşitlilik gösterir. Deri, trake, solungaç ve akciğerler bu görevi yapan organlardır. Bu organların ortak özelliklerinden birisi geniş yüzeylere sahip olmalarıdır. Trake sisteminin dışındaki solunum organlarına sahip hayvanlarda O 2 ve CO 2 in taşınması dolaşım sistemi ile gerçekleşirken, trake sistemine sahip böceklerde bu gazların taşınması sistemin kendisi tarafından yapılmaktadır. Su yaşamına uymuş hayvanların solunum organları solungaçlardır. Karasal oumurgalıların solunum sistemleri havanın sisteme taşınmasını sağlayan solunum yolları ile akciğerlerden meydana gelir. Göğüs bölgesinde sağda ve solda olmak üzere iki parçalı olan akciğerler alveol adı verilen hava keselerinden meydana gelirler. Soluk alıp verme diyaframın ve kaburgalar arası kasların hareketi ile meydana gelir. Gaz alış verişi alveol yüzeyi ile bunları saran kılcal damarlar arasında ve doku hücreleri ile kılcal da- ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ
CANLILARDA SOLUNUM VE SOLUNUM Sİ STEMLERİ 167 mar kanı arasında gerçekleşir. Oksijen alyuvarlara bulunan hemoglobinle taşınırken, karbondioksit hemoglobin ve kan plazması tarafından taşınır. Solunum sisteminin çalışması da sinir sistemi ve endokrin sistemin kontrolü altında olmaktadır. Değerlendirme Soruları 1. Solunum yollarının hangi bölgesinde kıkırdak doku bulunur? A. Alveol-trake B. Trake-bronş C. Bronş-Bronşiol D. Trake-Bronşcuk E. Bronşiol-alveol 2. Hemoglobin aşağıdakilerden hangisi ile ayrılmayan sağlam bir bağ oluşturur? A. Oksijen B. Proton C. CO 2 D. CO E. HCO 3-3. Aşağıdaki solunum organlarından hangisi aynı zamanda havayı dokulara kadar kendisi taşır? A. Akciğerler B. Solungaç C. Deri D. Trake E. Bunların hepsi 4. İnspirasyon ile alınan havadaki oksijenin kapiller kanına geçişi nerede olmaktadır? A. Alveolde B. Trakede C. Bronşta D. Gırtlakta E. Bronşiolde 5. Aşağıdaki canlılardan hangisinin solunum organı trakedir? A. Arı B. Alabalık C. Köpek D. Kurbağa E. Istakoz AÇIKÖĞ RETİ M FAKÜLTESİ
168 CANLILARDA SOLUNUM VE SOLUNUM Sİ STEMLERİ Yararlanılan ve Başvurulabilecek Kaynaklar Demirsoy, A., Yaşamın Temel Kuralları (Genel Biyoloji/ Genel Zooloji), H.Ü Yayınları, 447 s., Cilt I/Kısım II, İkinci Baskı, Ankara 1985. Noyan, A., Fizyoloji, (Ders Kitabı), Meteksan, 1157s., Sekizinci Baskı, Ankara 1993. ANADOLU ÜNİ VERSİ TESİ