MBG 112 Biyoloji II Ders 16

SOLUNUM SİSTEMİ
ve
DOLAŞIM SİSTEMİ
Hazırlayan: Yrd.Doç.Dr. Yosun MATER
1.Solunum Yüzeyleri Arasında Gaz Alış-Verişi
Gaz değişimi zarları arasında oluşan farka bağlı difüzyona dayanır.
Difüzyon pasif bir süreç olduğundan; difüzyon oranı (R) artmasına bağlıdır.
Yani daha yüksek bir konsantrasyona ve daha büyük yüzey alanına bağlı olarak
difüzyon artarken, mesafe ile, yani mesafe artışına bağlı olarak difüzyon azalır.
Buna Fick Kanunu adı verilir.
Evrimsel stratejiler ihtiyaç duyulan solunum gazı miktarına bağlı olarak farklı
difüzyon arttırma adaptasyonlarına giderler.
Yani solunumu maksimize ederler.
Çoğu Vertebrat filumlarında özel solunum organları yoktur.
 Bununla beraber solunumla alınan oksijen konsantrasyon arttırmak için
farklı yolları geliştirmişlerdir (Şekil 42.2).
 Diğer hayvanlar ise özelleşmiş solunum organlarına sahiptirler.
2. Solungaçlar, Deri Solunumu ve Trakeal Sistemler
Dış solungaçlar balık ve amfibi larvalarında bulunur.
Solungaçlar, gaz değişimi için solunum yolu yüzey alanını artırmayı amaçlar.
Buna özelleşmişlerdir.
Ancak bu sistemin çalışması için sulu bir ortama ihtiyaç vardır (Şekil 42.21).
Bazı invertebratlarda (Omurgasızlarda) solunum yolu odaları (=Branchial
chambers) solungaçlarla, solungaç kanalları (=gills) ile korumaktadır.
Bazı omurgasızlarda solunum yolu odalarının içinde bulunan oksijenli su, bir
önceki solunumdan alınmış oksijenli sudan pompalanır.
Yumuşakçalarda ise (=Mollusca) işleyiş bir manto yapısına sahiptir. Su bu
yapı üzerinden akıtılır, geçirilir ve gerekli oksijen alınarak su dışarı atılır.
•Kemikli balıklarda solungaçlara karşılık gelen yapının adı Operkulum’dur
(=Operculum).
•Kemikli balıklar, su akışının ters yönünde suyu solungaç içinde yer alan
kanallar üzerinden geçirerek, difüzyonu en üst seviyeye ulaştırırlar.
•Böylece yüzülen su akımının ters yönünde solungaçlardan geçen su içindeki
gaz değişimi olur ve bu kanallarda (=gillerde) yer alan kana maksimum
düzeyde oksijen geçmesi sağlanır (Şekil 49.4 ve 42.22).
Deri solunumu sürekli nem gerektirir.
Birçok
Amfibia
ve
birkaç sürüngen
türü
gaz
değişiminde deri solunumunu kullanır.
Trakeal sistemleri, yani Trake solunumu eklem
bacaklılarda bulunur.
Borusal yapılar şeklinde olan Trake (Trakea) ve onunla
bağlantılı küçük tüpler Trakeoller (Tracheoles) ile
bunların uçlarında yer alan hava delikleri ile (Spiracles)
dışarıdaki çevre ile etkileşimdedir (Şekil 42.23).
Buna açık dolaşım adı da verilir.
Bu
doğrudan
kısımlar),
hava
taşıyan
eklembacaklılar
hücreler
tarafından
(bölgeler,
açılıp
ve
kapanabilir.
Yani canlı tarafından kontrol edilir.
Birde diğer canlılarda görülen ve gaz değişimi için
yardımcı organların kullanıldığı sistemler vardır.
Buna Kapalı dolaşım adı verilir (Şekil 42.3).
3. Akciğerler
Akciğerler buharlaşmayı en aza indirmek için ve buna destek olacak şekilde
içeri çökmüş gaz değişim zarları içeren bir yapıdır.
Bu karasal yaşama uyum için ortaya çıkmış en önemli adaptasyonlardan
biridir (Şekil 49.8 ve 42.24).
Havada, solunumunda gazların kısmi basınçlarından
yararlanılır.
Buna göre solunumda ciğerlere alınan havada
bulunan gazların kısmi basıncı, atmosferik basıncın
oranını gösterir.
Bu her soluk alımında alınan her bir gazın miktarına
atfedilir.
Bu basınç, gaz değişimini beraberinde getiren,
derecelenmeden de sorumludur.
Yani bu gaz basıncı zaten ciğerlerdeki gazların
miktarının değişmesi içinde bir kuvvet oluşturur.
Amfibiler ve sürüngenlerde farklı yollarla nefes alır.
Amfibiler ciğerlerine havayı, gaz basıncının pozitif
kuvvetini kullanarak alırken;
Sürüngenler ise negatif basınç kuvvetini kullanarak
havayı içlerine çekerler (Şekil 49.7).
Memeli akciğerlerinde hava ile temas eden yüzey alanı artmıştır.
Memeli akciğerlerinin yüzey alanının artmasının en büyük nedeni, akciğerlerin yapısında yer
alan ve çok fazla sayıda bulunan alveollerdir.
Bunlardan herbiri geniş bir kapiller ağ içerirler (Şekil 49.5 ve 42.5).
Kuşların solunum sistemi ise oldukça verimli çalışan bir hava akımı sistemini içerir.
Kuşların solunum sisteminde hava akımı tek yönlü olarak ciğerlere alınır ve solunum sistemi
üzerinden geçer.
Sistem iki yönlü olarak çalışır.
Alınan temiz hava öndeki hava keselerine dolar.
Daha önce alınmış olan hava ise (=Nefes) araka keselerde yer alır.
Ön keselerin kapakları kapanır ve arka keseden kullanılmış hava, soluk borusu ile dışarı atılır.
Bir sonraki aşamada taze hava arka keselere alınır ve kapakları kapatılır.
Ön kesede yer alan bir önceki hava, ön hava keselerinin açılması ile salınır ve soluk borusu
yardımıyla dışarı atılır.
Böylece hiçbir zaman taze ve kullanılan hava (Şekil 42.26) birbirine karışmaz.
4. Memelilerde Havalandırma
Yapıları ve Mekanizmaları
•Memelilerde Akciğerin yapısı ve
fonksiyonu solunum döngüsü ile
desteklenir.
•Gaz
değişimi
kısmi
basınç
farklılıkları ile uyarılır.
•Akciğerler, diyaframın kasılması ve
dış yapısını saran kaslar tarafından
sıkıştırılır.
•Bu şekilde oluşan negatif basınç
havanın emilmesini sağlar (Şekil
42.27).
•Havalandırma verimlilik, akciğer kapasitesi ve solunum hızına
bağlıdır.
•Normal nefes oranı oksijen ve karbondioksit basıncının kısmi değerleri
aralığında sınırlı tutmaktadır.
•Hipoventilasyon’da (=az havalandırmada) karbondioksit seviyeleri çok
yüksek ve hiperventilasyon’da (=çok havalandırmada) karbondioksit
seviyeleri çok düşük olduğu zaman meydana gelir.
•Havalandırma, sinir sisteminin kontrolü altındadır.
•Her nefes alışı, solunum kontrol merkezi nöronları tarafından CO2
seviyelerinin tespit edilmesi ile başlatılır.
•Buna dair çalışmalar; gönüllü hipo ve hiperventilasyon yapan insanlar
üzerinde; sınırlı sürelerde yapılmıştır.
•Solunum sistemi hastalıkları gaz alışverişi
sınırlamaktadır.
•Amfizem
rahatsızlığı,
alveollerin
duvarlarında görülen hasar ve yıkılmalara bağlı
olarak zamanla oluşur.
•Bu kişiler çok ve sık nefes alırlar.
•Alınan bu nefes hem enerji kaybına yol açar
hem de alveollerdeki hasar nedeniyle verimli
kullanılamaz.
•Benzer şekilde Akciğer kanseri de son derece
ölümcül bir hastalıktır.
•Her iki hastalığında en belirgin sebebinin
sigara kullanımı olduğu tespit edilmiştir.
5.Vücut Sıvıları İçinde Gazların Taşınması
•Solunum pigmentleri oksijen taşımak için ona bağlama yeteneğine sahiptir.
•Hemoglobin; kanda oksijeni bağlama ve böylece taşıma yeteneğini
sahiptir. Böylece kanın oksijen taşıma kapasitesini artırır.
•Kan plazması da eriyebilir (=suya nüfuz eden) oksijeni taşıma yeteneğine
sahiptir (Şekil 49.15 ve 42.29).
Hemoglobin iki α ve iki β zinciri içeren; dört polipeptid zincirden oluşmaktadır.
Bunların her biri, bir demir içeren Hem- grubu (Heme-) ile ilişkilidir ve O2
bağlayabilir (Şekil 49.14).
Hemoglobin ve miyoglobin oksijen yedeği sağlamakla görevlidir.
Hemoglobin tarafından taşınan oksijenin büyük bir kısmı kan içinde kalır ve bir
gerektiğinde kullanılabilir.
•Miyoglobin molekülleri kas içinde yer alır ve oksijeni burada tutar.
•Oksijen miktarının düşmesine karşı daha düşük kısmi basınçlarda oksijeni
hemoglobinden farklı ve ona yedek olacak şekilde oksijeni korur.
•Böylece ek bir oksijen rezervi olarak hizmet verir.
•Hemoglobinin, oksijene ilgisi (=affinitesi) pH ve sıcaklıktan etkilenir.
•Hemoglobinin, oksijene ilgisinin azalması, pH azaldıkça azalır ve sıcaklık arttıkça
artar (Şekil 49.16).
•Bu nedenle düşük pH ve daha yüksek sıcaklıkta, daha fazla oksijen serbest bırakılır
(Şekil 42.28).
DOLAŞIM SİSTEMİ
1.Kan ve Kanın Bileşenleri
 Gazların taşınmasında kan çok önemli bir rol oynar.
Karbondioksit, öncelikle bikarbonat iyonu olarak
taşınır.
En çok karbondioksit, kırmızı kan hücresi içinde
bulunur.
Burada Karbonikanhidraz yardımıyla, bikarbonat
atomu oluşturmak üzere su ile bir araya gelip
katalizlenir.
 Kan plazması akışkan bir matrikstir.
 Kanın %55 Plazma, %45’i hücredir.
 Plazmanın % 92’si su’dur.
 Buna ek olarak, besin maddelerini, hormonları,
iyonları, plazma proteinlerini ve atıkları içerir
(Şekil 50.1 ve 42.16 ).
Dolaşım sistemini oluşturan bileşenler sistemin hücreleri ve plateletleri
(Trombosit vbg) içerir.
Dolaşım sisteminin hücreleri, kan hücreleridir.
Bunlar eritrositler (alyuvarlar), lökosit (beyaz hücre) ve trombosit (Platelet)
içerir.
Eritrositler, oksijen taşınması için hemoglobin içeren hücrelerdir.
Lökositler ise bağışıklık sisteminin bir parçasıdır.
Trombositler, kan pıhtılaşmasını başlatmaya yarayan yardımcı yapılardır
(Şekil 42.18).
 Kanın elemanlarını oluşturan hücreler, kök hücrelerinden doğar.
 Kan hücreleri için, hücresel farklılaşma (=hematopoez) kemik iliğinde
yer alan, pluripotent yapılı kök hücreleri tarafından
gerçekleştirilmektedir (Şekil 42.17).
Kan oldukça özel bir yapıdır.
Farklı işlev gören, pek çok bileşen bir arada bulundurur ve
çalıştırır.
Buna kan pıhtılaşması sırasında bir enzimi örnek verebiliriz.
Pıhtılaşması, normalde plazmada çözülmüş fibrinojen ile
başlar.
Bir yaralanma anında plazma içinde çözülmüş fibrinojen (bir
kan proteini), bir enzim ile çözülmeyen fibrin proteini haline
dönüştürülür.
Yaralanan yer iyileşene kadar, bu pıhtının da erimesi gerekir.
2. Omurgasızlarda (İnvertebratlar) Dolaşım Sistemleri
•Bazı omurgasızlarda görülen açık dolaşım sistemi tek yönlü bir akışa sahiptir.
•Süngerlerde, su tek bir kanal boyunca hareket eder.
•Knidarialar da ise (=Cnidaria) su gastravasküler alan (=karın boşluğu) boyunca
dolaşır.
•Küçük hayvanlarda dolaşım için vücut boşluğunu kullanabilir.
•Kapalı dolaşımı olan omurgasız canlı sistemlerinde ise dolaşım, bir dairesel
döngü içinde taşınır.
•Bu kapalı sistemlerde dolaşım; kan gibi sıvı yapılı bir taşıyıcı ile damarlar gibi
sınırlı ve/veya kapalı ayrı bir alan ve döngü içerisinde gerçekleşir (Şekil 50.4).
3. Omurgalılarda Dolaşım Sistemleri
Omurgalılarda dolaşım sistemi omurgalı canlının evrimine göre farklılık gösterir (Şekil
42.4).
Balıklarda dolaşım, solungaçlarda solunumla eş zamanlı olarak gerçekleşir.
Bu canlının sistemini daha verimli kullanmasını sağlar.
Balıkların iki odacıklı bir pompalama sistemine dayalı doğrusal bir kalbi vardır.
Kan solungaçlara doğru pompalanır.
Burada gaz değişimini gerçekleştirir ve tekrar vücuda pompalanır (Şekil 50.5).
Amfibiler ve çoğu sürüngenlerde akciğerler için ayrı bir
sirkülasyonu gereklidir.
Akciğer dolaşımı kanı akciğerlere pompalar ve sistemik dolaşım ise
bu akciğerlerden gelen kanı vücuda pompalar.
Amfibilerin kalplerinde iki kulakçık (=Atrium) olduğu için,
akciğerlere ve vücuda giden kan birbirine karışmaz.
Buna karşın kalplerinde tek karıncık (=Ventrikül) bulunur (Şekil
50,6).
Sürüngenlerin çoğunun kalplerinde ise ventrikül ile atriyumları
kısmen ayıran bir septum vardır.
Bu kalbin içinde temiz ve kirli kanın karışmasını kısmen azaltır.
Memeliler, kuşlar ve timsahgiller birbirinden tamamen ayrı iki dolaşım sistemine sahiptirler.
Dört odacıklı kalpleri iki karıncık içerir (Şekil 50,7).
Memelilerin ve kuşların kalpleri arasında ki bu aşırı benzerlik çakışan, eş zamanlı bir evrim
örneği olarak kabul edilir.
4. Dört Odacıklı Kalp ve Kan
Damarları
•Kalp döngüsü kardiyovasküler sistem
tarafından yönetilir.
•Kanın kalpte tek yönlü bir akışı vardır.
•Bu işleyiş atrium ve ventrikulusa ait
(=atriyoventriküler) iki kapak tarafından
düzenlenir ve korunur (Şekil 42.6).
•Diyastol (Kalbin açılması) sırasında
karıncıklar (=ventriküller) rahat durumda
ve kulakçıklar (=atriumlar) kasılmış
durumdadır.
•Sistolde (Kalbin şıkışması) ise ventrikül
kasılır, atriumlar gevşer, rahatlar (Şekil
42.7 ve 50.9).
Kalp kas kasılması, otoritmik (autorhythmic) hücreler tarafından başlatılır.
Kasılma, sağ atriumda yer alan, doğal kalp pili sinoatrial (SA) düğümü tarafından
başlatılır.
Sonra bu uyartı atrioventricular (AV) düğümü tarafından devam ettirilir (Şekil 8).
•Arter ve venler; atar ve
toplar
damar
sistemi
dallanarak vücudun tüm
bölgelerine ulaşır.
•Bu damarlardan Arter ve
Arteriyoller
vücuda
oksijenli kanı taşırken;
Venler
ve
oksijence
kalbe
42.9).
venüller
fakir
taşırlar
kanı
(Şekil
•Arteryal kan basıncı ölçülebilir.
Bir tansiyon aleti kullanarak,
kalbin kasılma (sistolik=tepe)
ve
gevşeme
(diyastolik=minimum)
durumundaki
kan
basıncı
ölçülebilir.
• Bu kan basıncının sistolik ve
diyastolik oranı olarak ifade
edilir.
5. Kan Damarlarının Özellikleri
Büyük damarlar dört doku katmanından oluşmaktadır.
Arter ve venler; endotelyum, elastik fibriller, düz kas ve bağ dokusundan
oluşur (Şekil 50.12)
Kılcal damarlarda ise tek bir endotelyum katmanı bulunur.
Arter ve arteriyoller basınca dayanacak şekilde gelişmiştir.
Bu nedenle arter ve arteriyoller kalın bir düz kas
tabakasına ve daha fazlası elastik fibrile sahiptir.
Bu değişiklikler ile kan akışı ve kan basıncının geri tepmesi
kontrol edilir.
Kılcal damarların görevi ise vücudun her noktasında besin
- oksijen ve atık alışverişi için geniş bir ağ oluşturmaktır.
Kılcal damarların gerçekleştirdiği bu değişim, dolaşım
sisteminin vücut dokularının her bölgesine ulaşması ile
gerçekleşir (Şekil 42.13).
Venlerin ve venüller duvarlarında
daha az kas vardır.
Toplar damarlar aracılığıyla kullanılmış
kanın kalbe dönüşü, iskelet kası
kasılmaları ve tek yönlü valfler ile
kolaylaştırılır (Şekil 42.12).
Lenfatik sistem, kardiyovasküler
sistemden bağımsız çalışan, bunun
dışına kaçan sıvıları yöneten bir
sistemdir.
Plazma sıvısı, plazma kılcal damarlarda
filtre edildikten sonra kılcaldan dışarı
kaçar, tek yönlü lenfatik sistem yoluna
karışır (Şekil 42.15).
Lenfatik sistem de kan dolaşımına,
köprücük altı veni (=subclavian ven)
ile bağlanır.
Kardiyovasküler hastalıklar dolaşım
sisteminin, bu iletim görevini etkiler.
 Ateroskleroz; arterlerin duvarlarında
yağlı maddelerin birikmesidir (Şekil
42.19).
Bu önemli bir Kalp krizi nedenidir.
Bu ve herhangi bir diğer sebep kalp
kasına yeterli miktarda kan
ulaşamamasına neden olur ve kalp krizi
kaynağını oluşturur.
Genellikle tedavisi stent takılarak yapılır
(Şekil42.20).
Kanda oluşan pıhtıların, dolaşım yolu ile
beyine ulaşması ve damarı tıkaması ise
inmelerin sebebidir.
6. Kan Akımının ve Kan Basıncının Düzenlenmesi
Sinir sistemi kalp hızını arttırabilir veya yavaşlatabilir.
Sempatik nöronlardan salınan norepinefrin kalp hızını artırır; parasempatik
nöronlardan salınan asetilkolin ise hızını azaltır.
Kardiyak çıktılar, harcanan çabaya (=efora) bağlı olarak artar.
Kalp hızı ve gösterilen çaba ile kalbin zorlanması artar.
Basınç reseptörlerinden (Baroreseptörler) gelen veriler, canlının homeostazisinin, iç
düzenini sağlayan ideal kan basıncı dengesini korur.
Atar damara bağlı (Arteryel) kan basıncı, bu baroreseptörler tarafından izlenir.
Aort kemeri (= Aort arkı) ve karotit arterlere gelen darbeler kalp merkezinde izlenir
(Şekil 50.17).
Kan hacmi hormonlar tarafından düzenlenir.
Kan hacmi düzenleme ve arteriyel direnç üzerine etkili dört hormon bulunur.
Bunlar: (1) Antidiuretic hormon (ADH), (2) Aldosteron, (3) atriyal natriüretik
hormon, ve (4) nitrik oksit’tir.
Kaynaklar
 Campbell Biology 10th ed.(2014) Neil A. Campbell,
Jane B. Reece, Unit 7, Part:42, p: 915-946 Pearson
Benjamin Cummings, 1301 Sansome St., San Francisco,
CA 94111.
 Biology / 9th ed (2008)Peter H. Raven George B.
Johnson, Kenneth A. Mason, Jonathan B. Losos, Susan
R. Singer, Chapter 49, p:1001-1018. The McGraw-Hill
Companies, Inc., 1221 Avenue of the Americas, New
York, NY 10020.