Solunum sistemi - Dr. Onur Elmas

advertisement
Solunum
Solunum sistemi; solunum organı (akciğerler) ve solunum yollarından
meydana gelir (Şekil 2.1). İnspirasyon sırasında hava burundan (en genel
şekli) veya ağızdan farinkse geçer. Farinks, özefagus ve larinks olmak üzere
ikiye ayrılır. Larinks, aşağıda trakea ile devam eder. Trakea, herbiri akciğere
giren iki bronşa (sağ ve sol primer bronş) ayrılır. Daha sonra, akciğerler
içinde çapı giderek küçülen, ancak toplam yüzeyi artan dallanmalar olur
(tüpler serisi).
Nazal boşluk
Farinks
Larinks
Trakea
Sağ primer bronş
Sol primer bronş
Sağ akciğer
Sol akciğer
Şekil 2.1 Solunum sisteminin yapıları.
Solunum sisteminin fonksiyonları
Solunum sisteminin fonksiyonları şunlardır: (1) Solunum sistemi kan ve dış
çevre arasında homeostasis için gerekli gaz değişimini (oksijen ve
karbondioksit) sağlar. Dokularda oluşan karbondioksit atmosfer havasına
verilirken, atmosferden alınan oksijen de kana difüze olur. (2) Vücudun
hidrojen iyon konsantrasyonunu düzenler. Vücutta hidrojen iyon
konsantrasyonunun düzenlenmesi başlıca iki organ tarafından sağlanır:
Akciğerler ve böbrekler. Akciğerler, karbondioksiti uzaklaştırmak suretiyle
hidrojen iyon konsantrasyonunun sabit sürdürülmesini sağlar. (3) Konuşma
seslerinin oluşmasını (fonasyon) sağlar. (4) Renin-anjiotensin-aldosteron
sisteminde görevli anjiyotensin dönüştürücü enzim (ACE, angiotensin
converting enzyme) sentezler. Bir proteolitik enzim olan ve böbrekte
jukstaglomerüler hücrelerden salgılanan renin, karaciğerde sentezlenen
2
Solunum sistemi
anjitensinojeni anjiotensin I’e çevirir. Anjiotensin I, akciğer kılcal
damarlarından geçerken, damar endotelinden salınan anjiyotensin
dönüştürücü enzim (ACE) ile anjiotensin II’ye dönüştürülür. Anjiotensin II
güçlü sistemik vazokonsriktör bir maddedir ve aldosteron salgısını uyarır. (5)
Mikroplara karşı koruma sağlar. Mikropların vücudumuza girmek için
kullandıkları yollardan biri de solunum yollarıdır. Doğrudan veya tozlar,
damlacıklar ve diğer maddeler ile birlikte taşınan mikroorganizmalar burun
kılları, mukozal salgılar ve solunum mukozalarında bulunan siliyar hücrelerin
hareketi ile dışarı atılmaya çalışılır. Öksürük refleksi ve hapşırma da bu işlevi
kolaylaştırır. Bu engelleri aşarak alveollere ulaşabilen mikroplar fagositoz
yapan alveoler makrofajlar tarafından yutulur. Bundan sonra gezici duruma
geçen fagositler yuttukları mikroplarla birlikte yukarı doğru sürüklenerek
çeşitli şekillerde dışarı atılır. (6) Kan pıhtısını yakalar ve eritir. Kan
pıhtılaşma sisteminde yapım ve yıkım denge halindedir. Yapımın fazla
olduğu durumlarda oluşacak pıhtı akciğer arter ve kılcal damarlarında takılır.
Pıhtıyı oluşturan fibrin polimerleri plazmin ile veya plazminojen bağımsız
nötrofil proteaz ile parçalanır. Küçük pıhtılar burada eriyebilirken büyük
pıhtılar erimeyebilir ve akciğerde infarkta neden olabilir.
Konuşma
Konuşma, iki ayrı mekanik fonksiyondan oluşur; fonasyon (ses oluşumu),
artikülasyon (hecelerin birleştirilmesi) ve rezonans. Fonasyon larinksin
fonksiyonudur, artikülasyon ve rezonans ise dudaklar, dil ve yumuşak damak
tarafından gerçekleştirilir. Ağız, diş, burun, burunla bağlantılı sinüsler,
farinks ve göğüs boşluğu artikülasyon ve rezonansa yardımcı olan yapılardır.
Bu yapılara hava geçişinin engellenmesi durumunda sesin niteliği değişir.
Larinksin ortasında; yatay olarak yerleşmiş, önden arkaya doğru uzanan ses
telleri (vokal kordlar) bulunur. Ses telleri iki güçlü elastik doku bandıdır.
Hava, trakea ve akciğerlere giriş-çıkışı sırasında ses telleri arasındaki rima
glottidis adı verilen açıklıktan geçer. Fonasyon, ses tellerinin ekspirasyon
havasının etkisiyle titreşmesidir. Sesin oluşabilmesi için öncelikle rima
glottidisin tamamıyla kapanması gerekir. Bu olayı rima glottidisin sfinkter
görevi gören 3 kası (musculus cricoarytenoideus lateralis, musculus
thyroarytenoideus ve musculus arytenoideus) sağlar. Sesin oluşabilmesi
için aynı zamanda ses tellerinin gergin olmaları da gerekir. Bu durumu
musculus cricothyroideus ve musculus vocalis sağlar. Rima glottidisin
kapatılması ve ses tellerinin gerilmesi ile fonasyon için uygun durum
sağlanmış olur. Bu durumda akciğerlerden gelen ekspirasyon havası ses
tellerine alttan basınç yapar, havanın basıncı belli bir dereceyi bulunca ses
tellerini yanlara iterek rima glottidisi açar. Ses tellerinin titreşmesi buradan
geçen havayı titreterek ses dalgalarını oluşturur.
İleti ve solunum bölgesi
Anatomik olarak solunum sistemi; üst solunum yolları ve alt solunum
yolları olmak üzere ikiye ayrılır. Burun, ağız, farinks ve larinks üst
solunum yolları olarak adlandırılır. Alt solunum yolları ise trakea, bronş
ağacı ve akciğerleri içerir. Fizyolojik olarak solunum sistemi; havayı
solunum bölgesine ileten ileti bölgesi ve hava ile kan arasında gaz
değişiminin meydana geldiği solunum bölgesi olmak üzere iki bölgede
incelenir.
İleti bölgesi; havanın respiratuvar bronşiollere ulaşmadan önce geçtiği bütün
anatomik yapıları içerir. Bu yapılar; burun, ağız, farinks, larinks, trakea,
primer bronşlar ve terminal bronşiolleri içine alacak şekilde bronşiollerin
Solunum sistemi
3
bütün sıralı dallarıdır. Trakea ve alveoller arasında hava yolları 23 kez
dallanır. Bu dallanmalar sonucu çap giderek azalırken, toplam kesit yüzey
alanı artar. Çok dallanmışlık hava yollarının toplam kesit yüzey alanını
artırır. Bu alan trakeada 2,5 cm2 iken alveollerde 11.800 cm2’ye çıkar Bu
nedenle küçük hava yollarında havanın akış hızı çok küçük değerlere iner.
Bu dallanmaların sonunda yer alan başlıca yapılar terminal bronşioller,
respiratuvar bronşioller, alveoler duktuslar ve alveollerdir. Terminal
bronşiollere kadar olan yapılar ileti bölgesini, sonraki yapılar ise
solunum bölgesini oluşturur (Şekil 2.2).
Hava iletisine ek olarak ileti bölgesindeki yapılar ses oluşumu (fonasyon),
alınan havanın ısıtılması, nemlendirilmesi, filtrasyon ve temizleme gibi
fonksiyonlar görürler. Hava burundan geçerken, konkalar ve septumun 160
cm2'yi bulan yüzeyi tarafından ısıtılır. Nemlendirme işlemi ise su
moleküllerinin bu yolların yüzeyinden gaz fazına geçmesi ile sağlanır.
Atmosfer havasının ısı ve nemi ne olursa olsun alınan hava solunum
bölgesine ulaştığında ısısı 37C'a çıkar ve su buharı ile doyurulur. İlk
fonksiyon iç ısıyı korumaya, ikincisi ise akciğer dokusunun kurumasını
önlemeye yöneliktir.
Trakea
Sağ primer
bronş
Trakea
Solunum bölgesi
Sol primer
bronş
Ileti bölgesi
Larinks
Bronş
ağacı
Bronşioller
Respiratuvar
bronşioller
Alveol
keseleri
Şekil 2.2 Solunum sisteminin ileti ve solunum bölgeleri.
Büyük parçacıklar burun girişindeki kıllar ve türbülan çökme ile
uzaklaştırılır. Konkalar, septum ve farinks çeperi gibi yapılara çarpan hava
yönünü değiştirmek zorunda kalır. Havada asılı duran parçacıklar özgül
4
Solunum sistemi
ağırlıkları nedeniyle hava kadar hızlı yön değiştiremezler. Mukoza örtüsü
tarafından tutularak siliyalarla farinkse iletildikten sonra yutulurlar. İleti
bölgesindeki hücrelerce salgılanan mukus, inspirasyon havasındaki küçük
parçacıkların
yakalanması
ve
böylece
filtrasyon
fonksiyonun
gerçekleştirilmesine katkıda bulunur.
Mukus, ileti bölgesi epitel hücrelerinin siliyaları tarafından 1–2 cm/dk hızla
hareket ettirilir. Her hücrede, mukusu farinkse doğru düzenli aralıklarla
hareket ettiren yaklaşık 300 siliya vardır. Siliyalar dakikada 1000–1500 defa
titreşirler ve üzerlerindeki mukus üst hava yollarına doğru gidildikçe daha
hızlı bir akım gösterir. Siliyaların hareketi mukus örtüsü olmadığı takdirde
çok yavaşlar veya durur. Siliyaların hareketi zararlı maddelerle
engellenebilir. Örneğin, tek bir sigara içimi siliyaların hareketini birkaç saat
durdurabilir. Siliyar hareketin yokluğu hayatla bağdaşabilir. Ancak bu
durumda tekrarlayan infeksiyonlar sıkı kontrol altında tutulmalıdır.
KLİNİK
Kartagener sendromu’nda (dekstrokardi veya situs inversus
totalis, sinüzit, bronşektazi) siliyar hareket hasara uğramıştır ve mukus
taşınamaz. Siliyaların vurma hareketini sağlayan aksonemal dinein
mevcut değildir. Hareketli sperm bulunmaması nedeniyle bu kişiler
aynı zamanda infertildirler. Situs inversusun muhtemel nedeni
embriyonik gelişme sırasında iç organların döndürülmesini sağlayan
siliyaların görevlerini yapamamalarıdır.
Filtrasyon fonksiyonunun bir sonucu olarak 6 mikrondan () büyük
parçacıklar türbulan çökme ile tutulurlar. Çapları 1–5 mikron olan parçacıklar
ise ağırlıkları ile bronşiyollerin içine çökerler. Çapı 2 mikrondan küçük olan
parçacıklar genellikle alveollere ulaşır ve burada makrofajlar tarafından
sindirilir. Sindirim ürünleri akciğer lenfatikleri yoluyla uzaklaştırılır. Bu
şekilde uzaklaştırılamayan parçacıklar alveol septumlarında fibröz doku
büyümesine yol açarak kalıcı fonksiyon bozukluğu oluştururlar. Alveoller
makrofajlarca normalde temiz tutulur. Siliya ve makrofaj fonksiyonlarının
sigara içenlerde azaldığı gösterilmiştir.
KLİNİK
Akciğerlere solunum yoluyla girip orada biriken inorganik tozların
neden olduğu hastalık tablolarına pnömokonyoz denir. Örneğin,
karbon tozlarına maruz kalan maden işçilerinde gelişen antrakozis
(kömür madencileri pnömokonyozu) çok yaygındır. Şehirlerde
yaşayan kişilerde hafif oranda ve fizyolojik sayılabilecek bir derecede
antrakozis tesbit edilmiştir. Bacalar, otomobil eksozları ve diğer
yanma olayları ile ortaya çıkan dumanın solunum havasına karışması
sonucu akciğerlerde siyah karbon tanecikleri birikir. Ortaya çıkan
tablo fokal bir amfizemdir.
Yeraltı madeninde, kayaların delinmesi esnasında ortaya çıkan
tozların (silisyum dioksit) birikmesi sonucu ortaya çıkan tabloya ise
silikozis adı verilir.
Asbest günümüzde başlıca ısı ve ses yalıtımında, otomobil fren
balatalarında, su geçirmez levha yapımında, gemi sanayinde, yanmaz
giysi yapımında olmak üzere sanayide 3000 ürünün yapımında
kullanılmaktadır. Asbest tozu cevherin çıkarılışında, kesilişinde ve
Solunum sistemi
5
daha önce asbest kaplanmış yüzeylerin temizlenmesi esnasında ortaya
çıkar. Asbest lifleri asbestozis adı verilen yaygın fibrozisden başka
plevra kalınlaşmasına, kalsifikasyonuna ve malign mesotelyomaların
ortaya çıkmasına neden olur. Klinik; ilk dönemde semptomsuzdur,
daha sonra dispne, öksürük, kilo kaybı görülür.
Solunum bölgesi; respiratuvar bronşioller, alveoler duktuslar ve alveolleri
içerir. Respiratuvar bronşioller; sağ ve sol primer bronşların birçok sıralı
bölünmesinden oluşmuş terminal bronşiollerin sonunda yer alan çok ince
hava yollarıdır ve alveol kümeleri ile sonlanırlar (Şekil 2.3). Hava ve kan
arasında gazların değişimi alveollerde meydana gelir. Terminal bronşiolden
sonraki yapılar; respiratuvar bronşioller, alveoler duktuslar ve alveoller
terminal solunum birimi (primer lobül –asinus – temel fizyolojik ünite)
olarak adlandırılır. Terminal solunum birimi; akciğerlerin fonksiyonel
birimidir. Yetişkin insan akciğeri 60.000 terminal solunum birimine sahiptir.
Her birim yaklaşık olarak 250 alveoler duktus ve 5000 alveol içerir. İleti
bölgesi ile solunum bölgesi arasındaki bir fark; ileti bölgesi bronşial
dolaşımdan gelen kanla beslenirken, solunum bölgesi pulmoner arterden
gelen kan ile beslenir.
Pulmoner arter
(Deoksijene kan taşır)
Pulmoner ven
(Oksijenlenmiş kan taşır)
Düz kas lifleri
Respiratuvar bronşiol
Alveol
Şekil 2.3 Solunum bölgesini oluşturan yapılar. Alveoller ve pulmoner kılcal
damarlar arasındaki geniş yüzey alanı gazların hava ve kan arasında hızlı değişimini
sağlar.
Ductus alveolarisler çeperlerinde düz kas bulunan en distal hava yollarıdır.
Bunlardan sonra kaslar kaybolur. Alveoller ise polihedral biçimde yapılar
olup sayıları 300 milyon kadardır. İki alveoldeki hava alveol duvarıyla
6
Solunum sistemi
ayrılır. Ancak, bir kümenin bir üyesindeki hava alveoler porlar aracılığıyla
diğer üyelere geçebilir. Porlar, alveol hava yolu tıkandığında çok önemli
olabilir. Bir miktar hava komşu alveollerden bu porlar aracılığıyla alveole
girebilir. Respiratuvar bronşioller boyunca da tek tek alveoller bulunabilir.
Alveollerin yüzeyinde çok zengin bir kılcal damar ağı vardır.
Alveoler hücreler
Yetişkin bir insanda ortalama 300 milyon alveol vardır. Alveoller yaklaşık
250 mikrometre çapındadır. Alveol duvarında üç tip epitel hücresi bulunur:
Tip I, Tip II (granüler pnömositler) ve Tip III hücreleri. Alveol epitelinin
en önemli hücreleri Tip I ve Tip II hücreleridir. Yaklaşık olarak eşit sayıda
olmalarına rağmen alveol yüzeyinin yaklaşık %95’ini Tip I hücreler
oluşturur. Tip I hücreler gaz değişiminden sorumlu hücrelerdir. Bu
hücreler uzun stoplazmik uzantılara sahip yassı hücreler olup birbirleriyle ve
Tip II hücrelerle sıkı bağlantılar (tight junctions) oluştururlar. Gaz difüzyonu
için mümkün olduğu kadar ince bir bariyer sağlarlar. Tip II hücreler ise daha
küçüktür ve inklüzyon cisimleri içerirler. Tip II hücreler metabolik olarak
aktiftir ve surfaktan salgılar (Şekil 2.4). Tip II hücreler aynı zamanda
hasarlanmadan sonra alveol yapısının yenilenmesinden sorumludurlar.
Hasarlanma durumunda Tip II hücreler çoğalır ve Tip I hücrelere
farklılaşırlar. Tip III hücreleri ise akciğerin her yerinde bulunur, yani
alveole özgü değillerdir. Bu hücreler sinirlerle yakın ilişkilidir;
kemoreseptör olarak işlev görüyor olabilirler. Bu hücreler elektron
mikroskobundaki kendilerine has görüntüleri nedeniyle fırça hücreler olarak
da bilinir.
Tip I alveoler
hücre
Tip II alveoler
hücre
Alveol
Makrofaj
Eritrosit
Kilcal damar
Şekil 2.4 Alveoller ve pulmoner kılcal damarların şematik görünümü. (Fox’dan)
Alveoler makrofajlar
Alveoler makrofajlar, akciğer savunma mekanizmasının önemli bir
parçasıdır. Hava yoluyla gelen bakteri ve diğer parçacıkları aktif olarak
fagosite ederler. Yayılmacı organizmaların vücuda girdiği yollardan biri de
akciğerlerdir. Alveol duvarında alveoler makrofaj adı verilen çok sayıda
doku makrofajı bulunur. Alveoler makrofajlar ya doğrudan monositlerden
farklılaşır ya da var olan alveoler makrofajların bölünmesiyle ortaya çıkarlar.
Ana kaynak alveoler makrofajların bölünmesidir. Bunlar alveol boşlukları
boyunca serbestçe dolaşırlar ve alt hava yollarında ilk savunma hattını
oluştururlar. Alveoler makrofajlar alveoldeki yabancı parçacık ve maddeleri,
Solunum sistemi
7
ayrıca ölü hücrelerin atıklarını hızla (genellikle 24 saat içinde) fagosite
ederler. Sindirim ürünlerini de lenfe salarlar. Fagositoz işlemi diğer fagositik
hücrelerde olduğu gibi oksijen radikalleri, enzim etkinliği ve lizozom
içindeki halojen türevlerini içerir. Alveoler makrofajlar bir inflamasyon
cevabı başlatmaksızın yabancı maddeyi yok ederler. Böylece bu maddelerin
alveol yüzeyine bağlanmasını ve anadokuya yayılarak doku hasarı
oluşturmasını engellemiş olurlar. Eğer parçacıklar sindirilemezse, eritilene
kadar alveoler makrofajlar parçacık etrafında bir dev hücre kapsülü
oluştururlar. Bu tarz kapsüller sıklıkla tüberküloz basili, silisyum ve hatta
karbon parçacıkları etrafında oluşur.
Fagositik aktivite sıklıkla lökosit kemotaktik faktörler ve lizozomal
enzimlerin ekstrasellüler boşluğa salınımı ile birliktedir. Sindirilmeyen
parçacıklar ise alveol dışına ya siliyalar yoluyla ya da interstisyel lenfatik
kanalllar aracılığıyla dolaşım yoluyla taşınır. Makrofajlar sindirilmiş
surfaktan içermelerine rağmen surfaktan sentezlemezler.
Bronşların inervasyonu
Trakea ve bronşlar kıkırdaktan yapılmıştır ve duvarlarında az miktarda düz
kas bulunur. İç yüzeyleri müköz ve seröz bezler içeren siliyalı bir epitel
tabakası ile kaplıdır. Siliyalar burnun 1/3 üst kısmından başlar ve
respiratuvar bronşiollere kadar devam eder. Bronşioller ve terminal
bronşiollerin epitelinde bezler bulunmaz ve duvarlarında kıkırdak yoktur,
daha fazla düz kas bulunur. Hava yolları küçüldükçe kıkırdak miktarı azalır
ve yaklaşık olarak 1 milimetre çapın altındaki hava yollarında kıkırdak
tamamen kaybolur. Bronşioller 1 milimetreden daha küçük çaplı olup
kıkırdak içermez ve basit kübik epitellidir. Duvar kalınlığına göre en fazla
düz kas terminal bronşiollerde bulunur. Obstrüktif akciğer hastalıklarında
bu düz kasların kasılmasıyla bronşioller daralır. Astımda kasılma derecesi o
kadar fazladır ki, yeterli bir hava akımı için 20 kat daha fazla basınç farkına
gerek duyulur. Bu durum özellikle ekspirasyonda ortaya çıkar.
Bronş ve bronşiollerde hem parasempatik (kolinerjik) hem de sempatik
(adrenerjik) inervasyon bulunur. Akciğerlerin parasempatik inervasyonu
nervus vagus (CNX) ile sağlanır. Parasempatik inervasyon büyük hava
yollarında fazladır ve küçük hava yollarına doğru azalır. Parasempatikler
bronşların daralmasına (bronkokonstriksiyon), bronş salgısının artmasına
ve kan damarlarının genişlemesine yol açar (Tablo 2.1). Akciğerlerin
sempatik inervasyonu ise trunkus sempatikusdan gelen liflerle sağlanır. Bu
lifler T2-T4 sempatik ganglionlardan kaynaklanır. Sempatikler bronşların
genişlemesine (bronkodilatasyon), bronş salgısının azalmasına ve kan
damarlarının daralmasına neden olur.
Parasempatikler bronşların daralmasına (bronkokonstriksiyon) yol açar,
ancak parasempatik uyarının tek başına ciddi bir bronkokonstriksiyona yol
açması şüphelidir. Bununla birlikte, astım gibi bir hastalık nedeniyle bir
miktar daralmış olan bronşiollerde ek bir kasılma yaparak durumu
kötüleştirir. Bu durumlarda, asetilkolinin etkisini bloke eden ilaçlar (atropin
gibi) çoğu kez bronşiolleri gevşeterek daralmayı düzeltir. Parasempatiklerin
aksine sempatik sinirlerden salınan norepinefrin bronşiollerde gevşeme
yapar. (Adrenerjik liflerin nörotransmitterleri norepinefrin ve dopamin
olmasına rağmen, dopaminin akciğerler üzerine etkisi yoktur.) Bu nedenle
sempatik uyarı obstrüksiyonu düzeltmede önemlidir. İnsanda 2 reseptörü
daha fazla olup, albuterol ve isoproteronol gibi  agonistler
bronkodilatasyona ve bronş salgısının azalmasına neden olur. (AlbuterolVentolin: Sempatik β2 reseptör agonisti. Selektif olarak bronşial dilatasyon
8
Solunum sistemi
oluşturur ve bu nedenle astım gibi bronşları daraltan hastalıkların tedavisinde
kullanılır. İsoproterenol: Hem β1 hem de β2 reseptörlerini uyarır.) Bunlara ek
olarak bronşioller, bronkodilatasyon yaptıran, adrenerjik ve kolinerjik
olmayan bir inervasyona da sahiptirler. Bronkodilatasyondan sorumlu
aracının vazoaktif intestinal polipeptid (VIP) olduğunu gösteren deliller
vardır. Bronş tonusunda sirkadiyen bir ritm olup, maksimum daralma
yaklaşık saat 06.00 civarında görülürken, maksimum genişleme 18.00
civarında görülür. (Günde bir kez gerçekleşen canlılık olaylarının ritmine
sirkadiyen ritm adı verilir.)
Tablo 2.1 Bronş düz kaslarını etkileyen faktörler.
Bronkokonstrüktörler
Bronkodilatörler
Parasempatik uyarı (Asetilkolin)
Sempatik uyarı (Epinefrin ve
norepinefrin)
İrritanlar (Sigara, toz, kimyasal
Adrenerjik agonistler (İsoproteronol)
maddeler)
Histamin
Antihistaminikler
Alveoler havada karbondioksit artışı
Prostaglandin D2, F2
Lökotrienler
VIP
SRS-A
KLİNİK
Astımlı hastalarda, ekspirasyon sırasında bronşioler düz kaslar
kasılır ve bu durum akciğerlerden hava çıkışını zorlaştırır. Bu nedenle
ekspirasyon uzamıştır. Steroidler ve  2 agonistler düz kasda
gevşemeye neden olur ve bu nedenle astım ataklarında sık kullanılır.
Albuterol ve isoproteronol gibi  agonistler bronkodilatasyona
neden olur. İsoproterenol hem β1 hem de β2 reseptörlerini (α
reseptörlerini değil) stimüle eden sentetik bir katekolamindir
(sempatomimetik). Albuterol (Ventolin) sempatik β2 reseptör
agonistidir. Selektif olarak bronşial dilatasyon oluşturur ve bu nedenle
astım gibi bronşial konstrüktif hastalıkların tedavisinde kullanılır.
Albuterol’un etki mekanizması: Adenil siklaz enzimini aktive eder,
cAMP artışı ve bronkodilatasyonla sonuçlanan bronşial düz kas
gevşemesi.
Plevra membranları
Akciğerler plevra adı verilen bir epitelle çevrilmiştir. Plevranın iki yaprağı
vardır: Visseral plevra akciğerlerin yüzeyini çevirir, paryetal plevra ise
toraks duvarının iç yüzünü döşer (Şekil 2.5). Visseral ve paryetal plevra
arasındaki boşluğa intraplevral boşluk denir. Normal şartlarda intraplevral
boşlukta hava bulunmaz. Plevra membranları tarafından salgılanan 50–60
mililitrelik bir sıvı bulunur. Her iki akciğere ait intraplevral boşluklar
birbiriyle ilişkili değildir.
Solunum sistemi
9
Paryetal plevra
Plevral boşluk
Visseral plevra
Diyafram
Şekil 2.5 Plevra membranları
KLİNİK
Sağlıklı, canlı organizmalarda intraplevral boşluk gerçek değil,
potansiyel bir boşluktur. Hava girdiği zaman, anormal durumlarda
gerçek bir boşluk olur. İntraplevral boşlukta akciğer kollapsına neden
olan hava bulunması pnömotoraks olarak adlandırılır. Pnömotoraks
tek taraflı olabileceği gibi, iki taraflı da olabilr. Ancak, her iki
akciğere ait intraplevral boşluklar birbiriyle ilişkili olmadığından, bir
akciğerde pnömotoraks geliştiğinde diğerinde de gelişeceği anlamına
gelmez.
Plevranın infeksiyonu plörezi olarak adlandırılır. Plörezinin bütün
tiplerine mikroorganizmalar neden olur. Fibrinöz veya kuru
plörezide; kayganlığını kaybetmiş olan plevra yapraklarının
birbirlerine sürtünmeleri ağrı uyandırır. Ağrı, soluk alıp vermekle
şiddetlenir. Serofibrinöz plörezi; intraplevral boşlukta sıvı (bazı
vakalarda 5 litreden fazla) ve fibrin birikimi ile karekterizedir.
Pürülan plörezide (ampiyem) ise intraplevral boşlukta cerahat
toplanmıştır.
İntraplevral basınç
İntraplevral alanda alveoler basınçdan (Palv - intrapulmoner basınç) daha
az olan, subatmosferik (negatif) bir basınç vardır. Bu basınç intraplevral
basınç (Pip - intratorasik basınç) olarak adlandırılır. Akciğerler göğüs
duvarına hiçbir anatomik bağla bağlı değildir. İntraplevral alandaki negatif
basınç tarafından gögüs duvarına yapışık tutulurlar. İntraplevral basınç –4
mmHg'dır. Bu yüzden akciğer duvarlarının iki tarafında bir basınç farkı
vardır; alveoler ve intraplevral basınçlar arasındaki bu farka transpulmoner
basınç denir. Transpulmoner basınç Palv-Pip = 0-(-4) = 4 mmHg akciğerleri
açık tutar, yani akciğerleri kollapsdan koruyarak gergin tutar. Akciğerlerin
elastik geri çekilmesine (gergin durumdan içe doğru hareket eğilimine) karşı
koyar.
Aynı zamanda göğüs duvarını dışa hareketten koruyan 4 mmHg'lık bir basınç
farkı vardır. Toraks duvarının iç tarafındaki intraplevral basınç ve dış
tarafındaki atmosfer basıncı (0 mmHg) arasındaki fark (transtorakal basınç)
içe doğrudur ve toraks duvarının dışa doğru hareketine karşı koyar.
10
Solunum sistemi
Cerrahi olarak göğüs duvarı açılır ve paryetal plevra kesilirse; akciğer kollabe
olur, göğüs duvarı ise dışa doğru hareket eder. İntraplevral alana hava girmesi
nedeniyle intraplevral basınç –4 mmHg’dan 0 mmHg’ya yükselir. Böylece,
akciğeri açık tutmaya çalışan transpulmoner basınç kaybolur ve akciğer
kollabe olur. Bu olay, göğüs duvarı sağlam kaldığı sürece akciğeri germek
için bir gücün etkimesi gerektiğini gösterir.
PULMONER VENTİLASYON
Solunum terimi birbiriyle ilgili 3 fonksiyonu içerir: (1) Ventilasyon:
Havanın, atmosferle akciğer alveolleri arasında giriş-çıkışı. (2) Gaz
değişimi: Oksijen ve karbondioksitin alveollerle kan arasında (akciğerlerde)
ve kanla vücudun diğer dokuları arasında (dokularda) difüzyonu. (3)
Hücrenin enerji serbestleyen reaksiyonlarında oksijenin kullanımı.
Ventilasyon ve alveollerle kan arasında gazların değişimi dış solunum olarak
adlandırılır. Kan ile dokular arasında gaz değişimi ve oksijenin kullanımı ise
iç solunum olarak adlandırılır.
Ventilasyon
Ventilasyon; havanın solunum sistemi içine veya dışarı hareketine karşılık
gelir. Havanın hareketi basınç farklılıkları ile gerçekleşir. Havanın
akciğerlere giriş-çıkışında önemli olan basınçlar, atmosfer basıncı (Patm) ve
alveoler basınçdır (Palv). Atmosfer basıncını değiştiremediğimize göre, hava
giriş-çıkışını sağlamak için alveoler basınç değiştirilmelidir. Alveoler basınç
atmosfer basıncının altına düştüğünde (P alvPatm) hava içeri girer
(inspirasyon), alveoler basınç atmosfer basıncının üstüne çıktığında
(PalvPatm) ise hava dışarı çıkar (ekspirasyon).
İnspirasyon
İnspirasyonu oluşturmak için alveoler basınç atmosfer basıncının altına
düşürülmelidir. Alveoler basınç değişiklikleri akciğer hacmindeki
değişikliklerle gerçekleştirilir. Boyle kanununa göre, bir gazın basıncı,
hacmi ile ters orantılıdır (P=1/V). İnspirasyon sırasında akciğer hacmindeki
artış alveoler basıncı subatmosferik seviyelere indirir; hava içeri girer.
Hacimdeki azalma ise alveoler basıncı artırır ve havayı dışarı iter. Akciğer
hacmindeki değişiklikler toraks hacmindeki değişiklikler sonucu oluşur.
Toraks hacmindeki (dolayısıyla akciğer hacmindeki) değişiklikler başlıca iki
şekilde ortaya çıkar. (1) Diyaframın hareketi: Diyaframın aşağı ve yukarı
hareketi göğüs boşluğunu dikey eksende uzatıp-kısaltır. (2) Kaburgaların
hareketi: Kaburgaların yukarı ve aşağı hareketi göğüs boşluğunun ön-arka ve
yan çapını artırıp-azaltır.
Normal sakin solunum hemen hemen sadece diyaframın hareketi ile
sağlanır. Diyafram, açıklığı aşağıya bakan bir yay gibidir ve kasıldığı zaman
düzleşir. İnspirasyon sırasında diyaframın aşağı doğru kasılması (düzleşmesi)
akciğerlerin alt yüzünü aşağı doğru çeker; toraks hacmini dikey olarak artırır.
Diyafram solunum esnasında 1 santimetre ile 10 santimetre arasında hareket
edebilir. Diyafram omuriliğin C3-C5 segmentlerinden kaynaklanan sağ ve
sol frenik sinirler (nervus phrenicus) ile uyarılır. Bu nedenle C3 üzerindeki
omurilik yaralanmalarında kişiler tamamen ventilatöre bağımlı olurlar.
Diyaframı besleyen arterler interkostal arterlerin dallarından kaynaklanır,
venleri ise vena cava inferior’a dökülür.
Solunum sistemi
11
İstirahat halinde kaburgaların eğimi aşağıya doğru olduğundan sternum
geriye, omurgaya doğru çekilmiş gibidir. Eksternal interkostal kasların
aynı anda kasılması kaburgaları yukarı doğru kaldırır ve sternumu omurgadan
uzaklaştırarak toraksın ön-arka ve yan boyutlarını arttırır. Böylece
akciğerlerdeki basınç atmosfer basıncının altına düşürülür. Yüksek atmosfer
basıncı akciğerlere havanın girişini sağlar. Eksternal interkostal kasların
inervasyonu omuriliğin T1-T11 segmentlerinden çıkan interkostal sinirlerle
(nervi intercostales) sağlanır. Diğer solunum kasları güçlü (derin)
inspirasyonda (egzersiz gibi) veya hava yollarının belirgin tıkanıklıklarında
etkili olur. Bunlardan en önemlileri musculus sternocleidomastoideus
(sternumu yukarı kaldırır), musculus serratus anterior (kaburgaların
çoğunu yukarı kaldırır) ve musculus scaleni’dir (ilk iki kaburgayı yukarı
kaldırır). Bu kasların kasılması, eksternal interkostal kaslar daha etkili olacak
şekilde, göğüs kafesinin ön-arka çapını artırır.
İnspirasyon sırasında toraks genişlerken, toraks duvarı akciğer yüzeyinden
uzaklaşır, sıvı dolu intraplevral aralık genişler. Fakat sıvı artmaz ve
intraplevral basınç daha negatif olur. Bu, akciğeri açık tutan güç olan
transpulmoner basıncı artırır. Böylece, inspirasyon kasları toraks hacmini
artırdığında, akciğerler intraplevral basınçdaki değişmeden dolayı aynı
derecede genişler. Normal, sakin bir inspirasyonda intraplevral basınç -6
mmHg’ya düşer. Güçlü-derin inspirasyonda ise –30 mmHg’ya kadar
düşebilir. Şekil 2.6'da, inspirasyon ve ekspirasyon sırasında transpulmoner
basınçdaki değişiklikler ve soluk hacmi ilişkisi görülmektedir. İnspirasyonda
gelişen olayları şöyle sıralayabiliriz: (1) Diyafram ve eksternal interkostal
kaslar kasılır. (2) Göğüs kafesi genişler. (3) İntraplevral basınç (Pip) daha
subatmosferik olur. (4) Transpulmoner basınç artar. (5) Akciğerler genişler.
(6) Alveoler basınç (Palv) subatmosferik olur. (7) Hava alveollere akar.
Solunum basınçları (mmHg)
2
Alveoler basınç
0
Atmosfer basıncı
-2
Transpulmoner basınç
-4
Intraplevral basınç
Soluk hacmi (L)
-6
0,5
0
Inspirasyon Ekspirasyon
12
Solunum sistemi
Şekil 2.6 İnspirasyon ve ekspirasyon sırasında basınç değişiklikleri ve soluk
hacmi.
Ekspirasyon
Ekspirasyon pasif bir işlemdir. Diyafram ve toraks kaslarının kasılması ile
genişleyen toraks ve akciğerler, solunum kasları gevşerken elastik
gerilimlerinin bir sonucu olarak büzülürler (elastik büzülme). Genişleme
esnasında gerilen esnek lifler kısalma eğilimi gösterirler. Böylece akciğer
hacmi azalır. Akciğer hacmindeki azalma alveollerdeki basıncı atmosfer
basıncının üzerine çıkartır ve havayı dışarı iter.
Güçlü ekspirasyon sırasında internal interkostal kaslar kasılır ve göğüs
kafesi düşer. Abdominal kaslar (musculus rektus abdominis, musculus
obliquus ext. abdominis, musculus obliquus int. abdominis, musculus
transversus abdominis) kasıldıklarında alt kaburgaları aşağı doğru çekerek
toraks hacmini azaltır ve abdominal organları yukarı doğru iterek diyaframa
basınç yaptıklarından ekspirasyona yardımcı olurlar. Bu şekilde
intrapulmoner basınç atmosfer basıncının 20–30 mmHg üstüne çıkarılabilir.
Yardımcı solunum kaslarının kasılması güçlü inspirasyon ve ekspirasyon
sağlar.
Ekspirasyonda gelişen olayları şöyle sıralayabiliriz: (1) Diyafram ve
eksternal interkostal kasların kasılması durur. (2) Göğüs duvarı içe doğru
hareket eder. (3) İntraplevral basınç (Pip) inspirasyon öncesi değerine döner.
(4) Transpulmoner basınç inspirasyon öncesi değerine döner. (5) Alveoller
kasılma öncesi boyutlarına geri çekilir. (6) Akciğerlerdeki hava sıkıştırılır.
(7) PalvPatm hale gelir. (8) Hava akciğerlerden dışarı çıkar. Şekil 2.7'de
inspirasyon ve ekspirasyon sırasında basınç değişiklikleri görülmektedir.
KLİNİK
Poliomyelitli hastalarda solunum kasları oldukça zayıflar ve
yardımcı solunum kasları hipertrofiye olur. Çünkü göğüs kafesinin
genişlemesinden sorumlu olurlar. Myastenia gravis ve Guillain
Barre sendromu’nda solunum kaslarının ve yardımcı kasların
zayıflığı nedeniyle solunum yetmezliği görülür. Bu durum akciğer
fonksiyonlarının normal olmasına rağmen ölüme yol açabilir.
Myastenia gravis kas zayıflığı ve kasların çabuk yorulması ile
karekterize, ciddi ve bazen öldürücü olan bir hastalıktır. Asetilkolin
reseptörlerinin immun sistem tarafından salınan antikorlarca bloke ve
harap edilmesine bağlıdır. Sinir liflerinden kas liflerine uyarı iletisinin
kalkmasıyla paralizi gelişir. Hastalık şiddetli ise hasta paraliziden,
özellikle solunum kasları paralizisinden ölür.
Solunum sistemi
Istirahat
13
Inspirasyon
Intrapulmoner
basinç (760 mmHg)
758 mmHg
754 mmHg
Intraplevral
basinç
(756 mmHg)
Diyafram
Ekspirasyon
763 mmHg
756 mmHg
Şekil 2.7 Pulmoner ventilasyon mekaniği. İnspirasyondan önce, inspirasyon ve
ekspirasyon sırasında basınçlar.
Solunum tipleri
İnspirasyon diyafram ve eksternal interkostal kasların kasılması ile
gerçekleşir. İnspirasyon başlıca diyaframın kasılması ile gerçekleşiyorsa, bu
tip solunuma karın tipi solunum (abdominal solunum) adı verilir. Bunun
aksine, inspirasyon başlıca eksternal interkostal kasların kasılması ve
kaburgaların hareketi ile gerçekleşiyorsa, bu tip solunuma da göğüs tipi
solunum (torakal solunum) adı verilir. Kadınlar diyaframdan ziyade
kaburgaların hareketi ile (göğüs tipi) solunum yaparlar. Erkekler ise hem
göğüs, hem de karın tipi solunum yapmakla birlikte, asıl olarak karın tipi
solunum yaparlar. Bebekler ve küçük çocuklar karın tipi solunum yaparlar.
Bebeklerde ve küçük çocuklarda kaburgaların eğimi yatay düzleme yakındır.
Bu nedenle, inspirasyonda toraks hacmini artırmak için dikey uzunluk
değişmelidir. Bu değişiklik için diyaframın kasılması gerekir. İki yaşından
sonra kaburgalar daha oblik hale geldiğinden, bu yaşla birlikte yetişkin tipi
solunum gelişir.
Ventilasyonu açıklamada kullanılan bazı terimler Tablo 2.2'de verilmiştir.
Tablo 2.2 Ventilasyonu açıklamada kullanılan terimler.
Terim
Tanım
14
Solunum sistemi
Havayı ağız ve burundan respiratuvar bronşiollere ileten
yapılar.
Alveoler ventilasyon Alveollerde gaz değişimine katılan hava hacmi. (Soluk
hacmi-Ölü boşluk) x Solunum sayısı'na eşittir.
Anatomik ölü boşluk Gaz değişiminin olduğu bölgeye kadar ileti yollarının
hacmi.
Fizyolojik ölü boşluk Anatomik ölü boşlukla birlikte gaz değişimine katılmayan
alveollerin birleşimi.
Solunumun durması.
Apnea
İstirahatteki normal, rahat solunum.
Eupnea
Solunumun hız ve/veya derinliğinde artma.
Hiperpnea
Solunumun hız ve/veya derinliğinde azalma.
Hipopnea
Zor ve ağrılı solunum.
Dyspnea
Hızlı solunum
Takipne
Metabolik hıza bağlı olarak artmış alveoler ventilasyon;
Hiperventilasyon
alveoler karbondioksitin anormal düşüklüğüne neden olur.
Metabolik hıza bağlı olarak düşük alveoler ventilasyon;
Hipoventilasyon
alveoler karbondioksitin anormal yüksekliğine neden olur.
Hava yolları
Heimlich manevrası
Solunum yoluna yutulan yabancı maddeyi çıkarmak amacıyla kullanılır.
Heimlich manevrasında hasta arkasından kucaklanır, bir el yumruk yapılarak
sternumun altına ve göbeğin üstüne yerleştirilir, diğer elle yumruk sıkıca
kavranır (Şekil 2.8). Ani hareketle karnın üst bölümüne, aşağıdan yukarıya
doğru basınç uygulanır. Artan abdominal basınç diyaframı toraks içine iter.
Toraks hacmi azalır ve Boyle kanununa göre alveoler basınç artar. Güçlü
alveoler basınçla oluşturulan güçlü ekspirasyon solunum yolundaki yabancı
maddeyi çıkartır.
Şekil 2.8 Heimlich manevrası (Vander’den)
AKCİĞERLERİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ
Akciğer hacmindeki değişiklikler toraksın hacim değişiklikleri sonucu oluşur.
Bu yüzden ventilasyon akciğerin kompliyans, elastisite ve yüzey gerilimini
içeren fiziksel özelliklerinden etkilenir.
Solunum sistemi
15
Kompliyans
Akciğerler ve toraksın genişleme yeteneğine kompliyans denir. Akciğer
kompliyansı, değişen transpulmoner basınç başına değişen akciğer hacmi
olarak tanımlanır. CL=VL/(Palv-Pip)’dir. (Akciğer kompliyansı =
Hacimdeki değişme / Transpulmoner basınçdaki değişme) Normalde
akciğerler ve toraksın birlikte kompliyansı her cmH 2O basıncı için 110
mL'dir. Transpulmoner basınç 1 cmH 2O (0,736 mmHg, 1 mmHg = 13,6
mmH2O = 1,36 cmH2O) arttığı zaman akciğerler 110 mL genişler. Toraks
dışında ise akciğerlerin kompliyansı her cmH2O için 200 mL'dir. Vücut
içinde akciğerler gerilirken göğüs kafesinin de birlikte gerilmesi
gerektiğinden genişleme kısıtlanır.
Kompliyans arttıkça, belli bir transpulmoner basınçda akciğerlerin
genişlemesi daha kolaydır. Aksine, kompliyansın azalması, akciğerde belli
bir miktar genişleme için daha büyük bir transpulmoner basınç gerektirir.
Başka bir deyişle, akciğer kompliyansı azaldığında, intraplevral basınç
normal inspirasyon sırasındakinden daha subatmosferik olmalıdır. Bunun için
diyafram ve eksternal interkostal kasların daha güçlü kasılmaları gerekir. Bu
nedenle, düşük kompliyanslı akciğerde, belli bir genişleme için daha fazla
enerjiye ihtiyaç vardır. Bunun için düşük akciğer kompliyanslı kişiler
yüzeyel ve hızlı solumaya eğilimlidirler.
Kompliyans, gerilmeye karşı direnç oluşturan faktörler tarafından azaltılır.
Akciğer kompliyansının iki temel belirleyicisi elastik direnç ve yüzey
gerilimi’dir. Akciğer kompliyansı kısmen akciğerin yapısına bağlıdır.
Sağlıklı bir akiğerde terminal hava yolları ve alveollerde çok az bağ dokusu
vardır. Ancak bazı hastalılarda bağ dokusu artar; akciğer dokusunda
kalınlaşma akciğer kompliyansını azaltır. Akciğer dokusunun bağ dokusu
proteinleri ile infiltrasyonunda (pulmoner fibrozis) kompliyans azalmıştır;
eğri aşağı ve sağa kayar (Şekil 2.9). Amfizem’de ise kompliyans artmıştır;
eğri yukarı ve sola kayar. Astım’da ise bronşiol obstrüksiyonun derecesine
bağlı olarak genellikle sola doğru bir kayma izlenir.
Kompliyans esas olarak akciğer katılığının bir ölçümüdür ve akciğer elastik
geri çekilmesi ile ters ilişkilidir. Kompliyans ne kadar düşükse elastik geri
çekilme o kadar yüksektir, kompliyans ne kadar yüksekse elastik geri çekilme
o kadar düşüktür. Kompliyans değişiklikleri akciğerin elastik geri çekilmesini
etkiler ve bu durum fonksiyonel rezidüel kapasiteye (FRC) yansır.
Sürfaktan yokluğu ve fibrozisde görüldüğü gibi kompliyans azaldığında FRC
azalır, amfizemde olduğu gibi kompliyans arttığında ise FRC artar.
16
Solunum sistemi
Amfizem
Akciğer hacmi (L)
Astım
Normal
Fibrozis
Transpulmoner basınç (mmHg)
Şekil 2.9 Normalde ve üç yaygın kronik akciğer hastalığında basınç-hacim
eğrileri.
KLİNİK
Amfizem, akciğerlerin dejeneratif bir hastalığıdır. Esnek dokunun
parçalanması nedeniyle akciğerler elastisitelerini kaybeder ve
alveoller arasındaki duvarların yıkılması nedeniyle alveoller yerlerini
geniş hava keselerine bırakır. Akciğerler gerilmeye daha az dirençlidir
ve daha büyük bir kompliyansa sahiptir. Yüksek kompliyans
nedeniyle amfizemli bir kişi kolaylıkla hava alabilir. Bununla birlikte
alveollerin kaybı akciğer elastisitesinin azalmasına neden olduğundan
hava çıkartılması çok daha zordur. Göğüs genişler ve fıçı şeklini alır.
Üç tip amfizem vardır. En yaygın görülen tip hemen daima yıllarca
ağır sigara içen kişilerde görülür. Sigara dumanının bir komponenti
makrofaj ve lökositlerden akciğer dokusunu yok eden proteolitik bir
enzim salınımını uyarır. Daha az görülen tip ise alfa–1-antitripsin
(plazma proteini) yapımındaki genetik yetersizlikten kaynaklanır. Bu
protein normalde tripsin gibi proteolitik enzimleri inhibe eder ve
böylece alveoler makrofajlardan salınan enzimlerin etkilerine karşı
akciğerleri korur.
Elastisite
Elastisite; bir yapının gerilmeden sonra başlangıçtaki haline dönme eğilimine
karşılık gelir. Akciğerler yüksek konsantrasyonda elastin ve kollagen lifleri
içerir. Bu nedenle çok esnek ve genişlemeye (kompliyans) dirençlidirler Bu
direnç; elastik direnç olarak adlandırılır. Kompliyans ve elastik direnç
arasında ters bir ilişki vardır: Kompliyans = 1 / Elastik direnç. Kompliyans
ne kadar düşükse elastik geri çekilme o kadar yüksektir, kompliyans ne kadar
yüksekse elastik geri çekilme o kadar düşüktür. Akciğerler genişlediği zaman
elastin ve kollagen lifleri açılır ve gerilirler. Boyları uzar ve eski durumlarına
dönmek için elastik bir kuvvet oluştururlar. Akciğerler normalde göğüs
duvarına yapışmış olduklarından daima elastik bir gerilimdedirler. Bu gerilim
inspirasyon sırasında akciğerler genişlediğinde artar ve ekspirasyon sırasında
elastik büzülme nedeniyle azalır. Akciğerlerin ve diğer toraks yapılarının
elastisitesi ekspirasyon sırasında havanın dışarı hareketine yardım eder.
Yüzey gerilimi
Solunum sistemi
17
Alveol sıvısı, fonksiyonu yüzey gerilimini düşürmek olan bir bileşik içerir.
Bu bileşik surfaktan olarak adlandırılır. Surfaktan çok sayıda fosfolipit,
protein ve iyon içeren bir karışımdır. Surfaktanın en önemli bileşenleri
dipalmitolfosfatidilkolin (DPPC veya dipalmitolesitin), fosfatidilgliserol
(PG),
surfaktan
apoproteinleri
ve
kalsiyum
iyonlarıdır.
Dipalmitolfosfatidilkolin, surfaktanın %65’ini oluşturur ve yüzey geriliminin
düşürülmesinden sorumludur. Fosfatidilgliserol ise surfaktanın alveol yüzey
alanı boyunca yayılmasını sağlar. Surfaktan Tip II alveoler hücrelerde
sentezlenir ve stoplazmada depolanır. Daha sonra ekzositoz yoluyla salınır.
Surfaktanın akciğerlerden temizlenmesinde ana yol tip II hücrelere geri
alınmasıdır. Ancak, lenfatiklere emilim ve makrofajlarca temizleme buna
katkıda bulunur. Surfaktan başlıca şu fonksiyonlara sahiptir: (1)
Akciğerlerde kollabe edici yüzey gerilimini azaltır; alveollerin kollapsını
önler. (2) Alveolleri stabilize eder; alveollerin eşit büyüklükte olmasını
sağlar. (3) Alveollerde ödem sıvısının birikimini önler.
Yüzey gerilimi bir sıvı özelliğidir ve her sıvı-gaz yüzeyinde gelişir. Alveoller
normalde çok ince bir sıvı tabakası içerirler. Alveol sıvı tabakasının
yüzeyindeki su molekülleri, hava moleküllerinden çok diğer su moleküllerini
çekerler. Su-hava yüzeyindeki su molekülleri arasındaki bu çekim yüzey
gerilimi olarak adlandırılır. Yüzey gerilimi doğrudan alveolun içine doğru,
alveolleri kollabe edecek bir basınç oluşturur. Yüzey gerilimi nedeniyle
oluşan basınç LaPlace kanununda tanımlandığı gibi; yüzey gerilimi ile
doğru, alveolun yarıçapı ile ters orantılıdır (P=2.T/r P; basınç, T; yüzey
gerilimi, r; alveol yarıçapı). Bu kanuna göre, her ikisinde de yüzey
geriliminin aynı olması durumunda küçük alveollerdeki basınç büyük
alveollerdekinden daha büyük olacaktır (Şekil 2.10). Bu durum küçük
alveollerdeki havanın büyük alveollere geçmesine neden olur. Bu yüzden,
teorik olarak küçük alveoller tamamen büzülürken, büyük alveoller giderek
büyüyecektir. Bu durum alveollerin kararsızlığı (instabilizasyonu) olarak
adlandırılır.
Bu durum normalde görülmez. Çünkü alveolun çapı azalırken alveol
yüzeyindeki surfaktan molekülleri birbirine yaklaşarak miktarı artırır ve bu
durum yüzey gerilimini düşürür. Azalmış yüzey gerilimi alveollerin
kollapsını önler. Aksine, alveoller genişledikçe yüzeydeki surfaktan miktarı
azalır ve yüzey gerilimi artar. Surfaktanın yüzey gerilimini azaltma
miktarının yüzey alanı ile ters orantılı olması onun eşsiz bir özelliğidir ve
onu basit bir deterjandan ayırır. 100 mikron () yarıçaplı ve normal
surfaktanla kaplanmış ortalama boyutta bir alveol içinde oluşan basınç 3
mmHg’dır. Surfaktan olmasaydı alveollerde yüzey geriliminin 20 mmHg’lık
bir basınç oluşturacağı hesaplanmış olup, bu basınç sıvının kılcal
damarlardan (kandan) alveole geçmesini sağlayacaktı. Surfaktan, yüzey
gerilimini azaltır ve akciğer kompliyansını artırır. Surfaktanın olmadığı
durumlarda yüzey gerilimi ve elastik geri çekilme çok artar.
KLİNİK
Surfaktan fetal hayatın geç dönemlerinde tip II alveoler hücrelerde
sentezlenir. Alveoller içine salgısı gebeliğin 6–7. aylarına kadar, hatta
bazı bebeklerde bundan daha sonra bile başlamadığından prematüre
bebekler yetersiz surfaktanla doğarlar. Bunun sonucu olarak alveolleri
kollabedir. Bu durum solunum zorluğu sendromu (Respiratory
Distress Syndrome - RDS) olarak adlandırılır. RDS, bebek
ölümlerinin önde gelen nedenlerinden biridir. Düşük akciğer
Aşağıdakilerden hangisi
alveol boşluklarının
basınçla büzüşmesini
(kollaps) önleyen en
önemli faktördür? (Nisan
2008)
A) Tip II alveolar
hücrelerden salgılanan
surfaktan
B) Alveollerin iç kısmının
sıvıyla kaplı olması
C) Akciğer dokusunda yer
alan elastin ve kollajenler
D) Alveolar basıncın
interplevral basınçtan daha
fazla olması
E) Göğüs kafesinin elastik
yapısı
(Cevap A)
Lesitin/ sfingomyelin
Surfaktanın yapısındaki
maddeleri tekrar incele.
Yüzey geriliminin
varlığını göstermek: A4
kâğıdı için bir ebru teknesi
al. Biraz kitre koy. (a) 1
damla boya damlat. Biraz
açılan boyanın ortasına 1
damla safra koy. Boyanın
kenara doğru açıldığını
göreceksin. (b) 1 damla
boya damlat. Sonra boyaya
safra ilave et. Başka bir
noktaya yine 1 damla boya
damlat. İkinci damlanın
daha fazla yayıldığını A4
kâğıdına çıkartarak göster.
18
Solunum sistemi
kompliyansı nedeniyle bebek çok güç sarfederek inspirasyon yapar.
Bu da soluyamamaya, alveollerin içe çökmesine-kollapsına
(atelektazi) ve ölüme neden olabilir.
Bu durum bütün prematürelerde görülmez. Çünkü akciğerlerin
gelişim hızı hormonal (başlıca tiroksin ve hidrokortizon) ve genetik
faktörlere bağlıdır. Surfaktan sentezleyen sistemin normal gelişimi
hamileliğin ileri döneminde salgısı artan kortizol hormonuyla
kolaylaşır. Glukokortikoidler tip II alveoler hücrelerde surfaktan
yapımını uyarırlar. Bu nedenle, prematüre doğum yapma olasılığı
bulunan gebe kadınlara hastalığı önlemek için kortizol verilebilir.
Solunum zorluğu sendromu ile doğan bebekler ise sentetik surfaktan
ile tedavi edilir.
LaPlace kanunu
P=2xT/2
r=1
r=2
P=2xT/2
P=T
P=2xT/1
P = 2T
Şekil 2.10 LaPlace kanununa göre küçük alveollerdeki basınç büyük
alveollerdekinden daha büyüktür.
Surfaktan gebeliğin 24. haftasından itibaren salgılanmaya başlar, 35–36.
haftada
yeterli
düzeye
ulaşır.
Fetüsün
akciğer
gelişiminin
değerlendirilmesinde dipalmitolfosfatidilkolin’in sfingomyeline oranı
(lesitin/sfingomyelin oranı) kullanılır. Bu oran, amniyon sıvısında fosfolipit
ölçümü ile bulunur. Lesitin alveoler ventilasyon için en önemli madde olup
surfaktanın yapısında bulunur. Sürfaktan yetersiz olduğunda solunum
sırasında alveoller söner. Bu durum solunum zorluğu sendromu (RDS) ile
sonuçlanabilir. Gelişmemiş (immatür) fetus akciğerinde, amniyon sıvısında
sfingomelin konsantrasyonu lesitin konsantrasyonundan daha yüksektir.
Solunum sistemi
19
Gebeliğin 35. haftasında lesitin konsantrasyonu hızla artar, sfingomyelin
konsantrasyonu düşer. Fetüs akciğerinin matür oluşunun en uygun göstergesi
lesitin/sfingomyelin oranıdır ve bu oran 2:1’dir. Lesitin/sfingomyelin oranı
düşerse (˂ 2 ise) solunum zorluğu sendromu riski artar.
Havayolu direnci
Solunum yolları aracılığıyla hava akımı, damarlar aracılığıyla kan akımında
olduğu gibi basınç farkıyla doğru, dirençle ters orantılıdır. Poiseuille
kanunu’na göre; Kan akımı (Q) = ΔP.. r4 / 8..l ‘dir. Eşitlikteki 8..L/.
r4 dirence (R) eşittir. R’yi eşitlikte yerine koyacak olursak; Q=ΔP/R yani;
Kan akımı = Basınç / Direnç bulunur. Poiseuille kanunu’nu solunum
sistemine uygulayacak olursak Hava akımı (F) =ΔP..r4/8..l olur. (F; hava
akımı, ΔP; basınç farkı, ; havanın viskozitesi, l; hava yolu uzunluğu, r; hava
yolu yarıçapı). R’yi eşitlikte yerine koyacak olursak; F=ΔP/R olur. Burada
ΔP; atmosfer ve alveoller arasındaki basınç farkına (Patm-Palv) eşittir. Bunu
formülde yerine koyacak olursak F=Patm-Palv/R bulunur. Yani; birim
zamanda alveollere giren-çıkan hava hacmi, atmosfer ve alveoller arasındaki
basınç farkıyla doğru, hava yollarının akıma karşı direnci (R=8..L/.r4) ile
ters orantılıdır. Hava yolu direnci ise; (1) havanın viskozitesi ile doğru, (2)
hava yolunun uzunluğu ile doğru, (3) hava yolu yarıçapının dördüncü kuvveti
ile ters orantılıdır (R=8..L/.r4). Bu denklemden çıkarılacak sonuç şudur:
Hava yollarının uzunluğu 2 kat artarsa, direnç yalnızca 2 kat artar (Kaldı ki,
hava yollarının uzunluğunu değiştirme imkânı yoktur). Oysa hava yollarının
yarıçapı yarıya inerse, direnç 16 kat artar. Böylece hava yollarında direncin
başlıca belirleyicisi hava yollarının yarıçapıdır. Havayolu direncinin ana
bölgesi orta büyüklükte bronşlardır.
Dolaşım sisteminde olduğu gibi solunum sisteminde de direnç büyük ölçüde
hava yollarının yarıçapı ile kontrol edilir. Normalde hava yolu direnci
(Raw) çok küçüktür (1,5 cmH2O/L/sn) ve küçük basınç farkları büyük
hacimde havanın akışını sağlar. Normal sakin solunum sırasında atmosfer ve
alveoler basınç farkı 1 mmHg'dan azdır. Yaklaşık 500 mL'lik hava (soluk
hacmi) bu az farkla hareket ettirilir. Bununla birlikte bazı akciğer
hastalıklarında (örneğin astım) hava yolu direnci çok önemli olur. Havayolu
direncinin ölçülmesi klinikte karşılaştırma testi olarak faydalı olabilir ve
birçok bronkodilatatör ilacın seçiminde kullanılır. Havayolu direnci özel
olarak ölçülebildiği gibi (vücut pletismografi, ossilator metod) spirometre ile
de ölçülebilmektedir.
Hava yolu yarıçapını ve dolayısıyla direnci etkileyen sinirsel ve kimyasal
faktörler Tablo 2.1'de verilmiştir. Direnci etkileyen fiziksel faktörler ise
transpulmoner basınç ve lateral traksiyon’dur. İnspirasyon sırasında
transpulmoner basınç artar ve akciğerler genişler. Bu durumda hava yolu
yarıçapı daha büyük, hava yolu direnci ise daha düşüktür. Yani;
transpulmoner basınç inspirasyon sırasında hava yollarını açıcı bir etki
gösterir. Alveollerde olduğu gibi havayollarında da gerici bir güç oluşturan
transpulmoner basınç; küçük hava yollarını kollabe olmaktan koruyan
başlıca faktördür. Aynı zamanda, hava yoluna dıştan bağlanan bağ dokusu
lifleri yerleşimleri nedeniyle hava yollarını yanlardan dışa doğru sürekli
olarak çekerler. Akciğerler genişledikçe bu lifler gerilir, inspirasyonda
havayollarının açık kalmasını sağlar. Bu durum lateral traksiyon olarak
adlandırılır.
20
Solunum sistemi
KLİNİK
Astım; havayolu direncinin arttığı aralıklı krizlerle karekterize bir
hastalıktır. Ekspirasyon sırasında bronşiollerden hava akımı
engellenir. Bu durum bonşiollerdeki düz kasların kasılması sonucu
ortaya çıkar. Aşırı mukus salgısı ikinci bir havayolu direnci artışına
yol açar. Astımda temel bozukluk allerji ve virüs infeksiyonu dahil
havayollarının enflamasyonudur. Bronşioler düz kasların kasılması
lökotrienler (prostoglandinlerle ilgili moleküller) ve histamin
(lökosit ve mast hücrelerinden salınır) tarafından uyarılır. Bu durum
allerjik bir reaksiyon veya asetilkolinin parasempatik sinir sonlarından
salınımı ile artırılabilir. Önemli nokta enflamasyonun düz kas
hipersensitivitesine ve güçlü bir şekilde kasılmasına neden olmasıdır.
Bu durum, egzersize bağlı olarak emosyonel stress altındayken,
soğuk hava, sigara dumanı, irritanlar ve bazı ilaçlara maruz
kalındığında ortaya çıkar. Tedavide enflamasyonu ortadan kaldırmak
için antienflamatuar ilaçlar (glukokortikoidler gibi) ve düz kas
kasılmasını ortadan kaldırmak için bronkodilatatör ilaçlar kullanılır.
Solunum işi
Soluk alma solunum kaslarının kasılmasını gerektirir. Dolayısıyla, her
aldığımız solukla belli bir miktar enerji harcanır. İnspirasyon aktif,
ekspirasyon ise pasif bir işlemdir. Bu nedenle solunum kasları normalde
ekspirasyonda değil, sadece inspirasyonu gerçekleştirmek için iş yapar.
İnspirasyon sırasında, akciğerlerin ve göğüs kafesinin esnek dokusunu
germek, esnek olmayan dokuları hareket ettirmek ve havanın solunum
yollarında hareketini sağlamak için iş yapılır. Akciğer ve göğsün elastik
kuvvetlerine karşı akciğerlerin genişlemesi için gereken iş kompliyans işi
(elastik iş), akciğer ve göğüs çeperi yapılarının viskozitesini yenmek için
yapılan iş doku direnci işi (visköz direnç işi), akciğerlere hava akışı
sırasında hava yolu direncini yenmek için gereken iş ise havayolu direnci işi
olarak adlandırılır. Sakin soluk alma sırasında solunum işinin %75’inden
kompliyans işi, %15’inden havayolu direnci işi ve %10’undan doku direnci
işi sorumludur. Akciğer hastalıklarında solunum işinin üç çeşidi de çok artar.
Akciğer fibrozisine neden olan hastalıklarda (tüberküloz, kistik fibroz gibi)
özellikle kompliyans işi ve doku direnci işi, havayolu tıkanıklığına neden
olan hastalıklarda ise (astım, amfizem gibi) özellikle havayolu direnci işi
artar.
AKCİĞERLERDE GAZ DEĞİŞİMİNİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ
Atmosfer havası ve basıncı
Atmosfer, içinde bulunan bütün varlıklara basınç uygulayan bir gaz
karışımıdır. Deniz seviyesinde atmosfer basıncı 760 mmHg'dır (1 atmosfer).
Yükseğe çıkıldıkça atmosfer basıncı ve herbir gazın parsiyel basıncı düşer.
Örneğin, Everest tepesinde (8848 metre) atmosfer basıncı 253 mmHg,
oksijen parsiyel basıncı (PO2) ise 42 mmHg'dır. Bunun tersine, deniz
seviyesinden aşağılara inildikçe, atmosfer basıncı her 10 metrede 1 atmosfer
yükselir. Bu yüzden 10 metrede basınç 2x760=1520 mmHg'ya eşittir.
Atmosfer havası hemen hemen tamamen nitrojen (N2) ve oksijenden (O2)
oluşur. Normalde karbondioksit (CO2) ve su buharı (H2O) çok azdır (Tablo
Solunum sistemi
21
2.3). Bununla birlikte, atmosferde karbondioksit artışının neden olduğu
küresel ısınma günümüzün temel sorunlarındandır.
Tablo 2.3 Atmosfer havası ve nemli havanın bileşimi
Atmosfer havası
%
mmHg
78.62
597.0
N2
20.84
159.0
O2
0.04
0.3
CO2
0.50
3.7
H2O
100
760
TOPLAM
Nemli hava
%
mmHg
74.09
563.4
19.67
149.3
0.04
0.3
6.20
47.0
100
760
Bir gazın bir yüzeye yaptığı basıncın nedeni; kinetik olarak hareket eden
moleküllerin sürekli bir şekilde yüzeye çarpmalarıdır. Gaz karışımının toplam
basıncı, gaz moleküllerinin konsantrasyonu ile doğru orantılıdır. Dalton
kanunu’na göre; bir gaz karışımının toplam basıncı; karışımdaki gazların
ayrı ayrı basınçları toplamına eşittir (P=P1+P2+...). Karışımdaki herbir gazın
uyguladığı basınç (parsiyel basınç); toplam basınç x gazın karışımdaki
yüzdesine eşittir. Oksijen atmosferin %21'ini kapsadığından, parsiyel basıncı
0.21x760=159 mmHg'dır. Nitrojenin parsiyel basıncı ise 0.78x760=593
mmHg'dır. Görüldüğü gibi 760 mmHg'lık atmosfer basıncının yaklaşık %99'u
nitrojen ve oksijene bağlıdır.
İnspirasyon havası değişik miktarlarda nem içerir. Bununla birlikte, hava
solunum bölgesine ulaştığı anda su buharı ile doyurulmuş olur. Su, hava
yollarının yüzeyinden buharlaşarak havayı nemlendirir. Bu durum su
moleküllerinin gaz fazına geçme eğiliminden kaynaklanır. Su moleküllerinin
yüzeyden kaçmak için gösterdikleri basınca su buharı basıncı denir. Buhar
basıncı suyun ısısına bağlıdır. Isı arttıkça moleküllerin kinetik enerjisi artar
ve böylece yüzeye yakın su moleküllerinin yüzeyden gaz fazına geçme
eğilimleri de artar. 0C'da su buharı basıncı 5 mmHg, 100C'da 760
mmHg’dır. Normal vücut sıcaklığında (37C) ise su buharı basıncı 47
mmHg’dır. Solunum bölgesinin ısısı sabit olduğundan, su buharı basıncı da
sabittir. Diğer gazlar gibi su buharı da atmosfer basıncına parsiyel basıncı ile
katkıda bulunur ve diğer gazları seyreltir. Su buharı basıncının etkisi dikkate
alındığında, inspirasyon havasındaki oksijenin parsiyel basıncı deniz
seviyesinde; PO2=0.21x(760–47)=150 mmHg'dır. Alveoler hava ile kan
(alveol-pulmoner kılcal damar) arasındaki gaz değişimi neticesinde alveoler
havanın oksijen parsiyel basıncı yaklaşık 104 mmHg'ya düşürülür. Alveol
havasında gazların parsiyel basınçları Tablo 2.4’de verilmiştir.
Görüldüğü gibi, alveol havasının bileşimi ile atmosfer havasının bileşimi aynı
değildir. Bu farklılığın çeşitli nedenleri vardır: (1) Alveol havası her solukta
atmosfer havası ile kısmen değişir. Normalde ekspirasyon sonunda
akciğerlerde kalan hava hacmi (fonksiyonel rezidüel kapasite) 2300
mililitredir. Oysa inspirasyonla alınan ve alveollerde gaz değişimine katılan
yeni hava hacmi 350 mililitredir. Bundan dolayı her bir solukla alınan
atmosfer havası ile yenilenen alveol havasının hacmi, toplamın sadece yedide
biridir (1/7). (2) Oksijen sürekli olarak alveol havasından kana absorbe edilir.
(3) Karbondioksit sürekli olarak pulmoner kandan alveollere difüze olur. (4)
Solunum yollarına giren kuru atmosfer havası, alveollere ulaşmadan önce
nemlendirilir.
Tablo 2.4 Alveol havasının bileşimi.
Alveol havası (mmHg)
22
Solunum sistemi
N2
O2
CO2
H2O
TOPLAM
569
104
40
47
760
Difüzyon
Alveol havası ile pulmoner kılcal damarlardaki kan arasındaki gaz
değişiminin temel mekanizması difüzyon'dur. Difüzyon; moleküllerin kendi
kinetik hareketleri ile solunum membranlarından her iki yönde geçişinden
ibaret basit bir olaydır. Net difüzyon daima yüksek konsantrasyondan düşük
konsantrasyona doğrudur ve herbir gazın difüzyon hızı o gazın parsiyel
basıncı ile doğru orantılıdır. Akciğerlerde oksijen alveollerden kana,
karbondioksit ise ters yönde; kandan alveollere doğru difüzyona uğrar.
Alveol havası ile pulmoner kan arasındaki gaz değişimi sonucunda
akciğerleri terkeden kanda oksijen konsantrasyonu artar, karbondioksit
konsantrasyonu azalır.
Solunum membranı
Alveol havası ile pulmoner kan arasındaki gazdeğişimi akciğerlerin terminal
bölümündeki membranlarda olur. Bu membranların hepsine birden solunum
membranı (pulmoner membran, hava-kan bariyeri, alveolokapiller
duvar-arayüz) denir. Başka bir deyişle solunum membranı; oksijen ve
karbondioksitin difüzyona uğrarken geçmek zorunda oldukları yapıları ifade
eder (Şekil 2.11). Solunum membranını oluşturan yapılar alveolden dışarı
doğru şöyle sıralanabilir: (1) Alveolü kaplayan sıvı tabakası ve surfaktan.
(2) Alveol epiteli. (3) Alveol epiteli bazal membranı. (4) İnterstisyel
aralık. (5) Kılcal damar bazal membranı. (6) Kılcal damar endoteli.
Çok sayıda tabaka bulunmasına rağmen solunum membranının kalınlığı
ortalama 0,6 mikrondur (). Ancak, bazı yerlerde interstisyel aralık kaybolur,
kılcal damar endoteli ile alveol epiteli kaynaşır ve solunum membranı 0,2
mikrona kadar iner. Bu durum alveol havasıyla eritrositler arasında difüzyon
hızını artırır. Ayrıca, pulmoner kılcal damarların çapı 5 mikrondan küçüktür.
Oysa eritrositlerin çapı 7–8 mikron kadardır. Bu nedenle eritrositler pulmoner
kılcal damarlardan sıkışarak geçerler. Eritrosit membranı genellikle kılcal
damar duvarına değdiğinden oksijen ve karbondioksitin plazmadan geçmesi
gerekmez. Bu olay da difüzyon hızını artırır. Normal erişkinde solunum
membranının toplam yüzey alanı 70 m2'dir. Alveollerin etrafında çok sayıda
kılcal damar vardır. Bu kılcal damarlarda her an bulunan kan miktarı ise 60–
140 mililitre kadardır. Bu kadar az miktarda kanın 70 m2'lik bir yüzeye
yayıldığı düşünülürse, gaz değişiminin ne kadar hızlı olabileceği kolayca
anlaşılır. Egzersiz sırasında kılcal damarlardaki kan miktarı artar ve yaklaşık
200 mililitreye yaklaşır. Bu artış, artan kalp debisinin pulmoner damar
basıncını yükseltmesi sayesinde kapalı olan veya sıkıştırılmış bulunan
pulmoner kılcal damarların açılması ile meydana gelir.
Hava-Kan bariyerinde
aşağıdakilerden hangisi
bulunmaz? (Nisan-96)
A) Alveol epiteli
sitoplazması
B) Endotel sitoplazması
C) Alveol epitel bazal
laminası
D) Endotel bazal laminası
E) Septal hücre
sitoplazması
(Cevap E)
Aşağıdakilerden hangisi
solunum membranını
(hava-kan bariyeri)
oluşturan yapılardan biri
değildir? (Nisan 2008)
A) Tip I pnömosit
sitoplazması
B) Kapiller endoteli
C) Ortak bazal membran
D) Pinositoz vezikülleri
E) Tip II pnömosit
sitoplazması
(Cevap E)
Solunum sistemi
İnterstisyel aralık
23
Kapiller endoteli
bazal membranı
Alveol epiteli
Kapiller endoteli
O2
CO 2
Alveol
Eritrosit
Alveol epiteli
bazal membranı
Şekil 2.11 Solunum membranının şematik görünümü.
KLİNİK
Pnömoni, alveollerin bir kısmı ya da tamamının sıvı ile doluşuyla
sonuçlanan durumları ifade eden genel bir terimdir. Birçok faktör
(bakteri, virüs, protozoa, mantar veya kimyasal maddeler) tarafından
oluşturulur. En yaygın tip çoğunlukla pnömokokların neden olduğu
bakteriyel pnömonidir. Pnömoni atağı çok hızlı gelişir. Hastalık
alveollerde infeksiyonla başlar; solunum membranı iltihaplanarak
porlar genişler. Sıvı, hatta eritrosit ve lökositler kandan alveollere
geçer. Böylece enfekte alveoller giderek sıvı ve hücrelerle dolar.
Bakterilerin alveolden alveole geçmesiyle infeksiyon yayılır.
Pnömonide akciğerlerin solunum fonksiyonu hastalığın çeşitli
aşamalarında değişir. Başlangıçta pnömoni yalnız bir akciğeri tutar.
Bu akciğerde kan akımı normal olarak devam ederken ventilasyon
azalır. Bu, akciğerde iki önemli anormalliğe neden olur. (1) Solunum
membranının toplam yüzey alanı azalır. (2) Ventilasyon/perfüzyon
oranı düşer. Bu iki etki difüzyon kapasitesini düşürerek hipoksemi
(kanda oksijenin azalması) ve hiperkapniye (kanda karbondioksitin
artması) yol açar.
Solunum membranından difüzyon hızını etkileyen faktörler
Solunum membranından gazların difüzyon hızını şu faktörler etkiler: (1)
Membranın kalınlığı. (2) Membranın yüzeyi. (3) Membranın iki tarafı
arasındaki basınç farkı. (4) Membranın içinde veya suda gazın difüzyon
katsayısı. Solunum membranı kalınlığının artması (interstisyel aralıkda ve
alveolde ödem, fibrozis gibi) veya yüzeyinin azalması durumunda (bir
akciğerin tamamen veya kısmen çıkarılması, amfizem gibi) difüzyon hızı
azalır. Solunum membranından geçiş için basınç farkı, gazın alveollerdeki
parsiyel basıncı ile kandaki parsiyel basıncı arasındaki farktır.
Su veya vücut dokularında erimiş olan gazlar da basınç uygular. Erimiş gaz
moleküllerinin hücre membranı gibi bir yüzeye yaptığı basınç; aynen gaz
24
Solunum sistemi
fazındaki gazın kendi öz parsiyel basıncı gibi konsantrasyonu ile doğru
orantılıdır. Bir gazın eriyikteki konsantrasyonunu belirleyen sadece basıncı
değil, aynı zamanda gazın erime katsayısıdır. Bazı moleküller (özellikle
karbondioksit) su molekülleri tarafından çekilirken diğer moleküller itilir.
Moleküllerin bu şekilde çekimi ile basınç fazla artmadan plazmada daha çok
molekül eriyebilir. Henry kanunu olarak bilinen bu durum şu formülle ifade
edilir: Erimiş gaz konsantrasyonu = Erime katsayısı x Basınç. (
[Gaz]çözünen = α x Pgaz. α; erime katsayısı) Solunum bakımından önemli olan
gazların erime ve difüzyon katsayıları Tablo 2.5'de verilmiştir.
Karbondioksit, oksijenden 20 kat daha kolay erir. Erirlilik derecesi
arttıkça difüzyona uğrayan molekül sayısı da artar.
Tablo 2.5 Solunum gazlarının erime ve difüzyon katsayıları.
Erime katsayısı
Difüzyon katsayısı
0.024
1.0
O2
0.57
20.3
CO2
0.018
0.81
CO
0.012
0.53
N2
Gazların difüzyon hızını etkileyen faktörler tek bir formülle şu şekilde ifade
edilebilir: D  (PxAxS) / (dxMW) Bu formülde D; difüzyon hızı, P;
difüzyon yolunun iki ucu arasındaki basınç farkı, A; difüzyon yolunun enine
kesit alanı, S; gazın erime katsayısı=gazın çözünürlüğü, d; difüzyon mesafesi,
MW: molekül ağırlığı gösterir. Basınç farkı, difüzyon yolunun enine kesit
alanı ve gazın çözünürlüğü ne kadar büyükse, gazın difüzyon hızı da o kadar
büyük olur. Aksine, difüzyon mesafesi ve gazın molekül ağırlığı ne kadar
büyükse, gazın difüzyon hızı o kadar küçük olur. Formüldeki iki faktörü
gazın özellikleri belirler: Çözünürlük (S) ve molekül ağırlığı (MW). Bu
nedenle S/MW'e difüzyon katsayısı denir. Oksijenin difüzyon katsayısı 1
olarak kabul edilirse, karbondioksitin difüzyon katsayısı 20.3’tür. Görüldüğü
gibi, bir sıvıdan bir gazın difüzyon hızı; çözünürlüğü (S) ile doğru, molekül
ağırlığının karekökü (MW) ile ters orantılıdır (D  S/MW). Bu durum
Graham kanunu olarak bilinir.
Ventilasyon ve gaz değişiminde önemli fizik kanunlar Tablo 2.6'da
özetlenmiştir.
Tablo 2.6 Ventilasyon ve gaz değişiminde önemli fizik kanunlar.
Kanun
Tanım
Bir gazın hacmi, ısı ve kitlesi sabit olduğunda basıncı ile
Boyle kanunu
ters orantılıdır. (PxV = Sabit veya P= 1/V)
Bir gaz karışımının toplam basıncı karışımı oluşturan
Dalton kanunu
gazların parsiyel basınçları toplamına eşittir.
(P=P1+P2+...)
Graham kanunu
Henry kanunu
LaPlace kanunu
Difüzyon kapasitesi
Bir sıvıdan bir gazın difüzyon hızı; çözünürlüğü ile
doğru, molekül ağırlığının karekökü ile ters orantılıdır.
(D  S/MW)
Belli bir ısıda, bir sıvıda çözünen gaz konsantrasyonu
parsiyel basıncı ile orantılıdır. ([Gaz]çözünen = α x Pgaz)
Bir alveolü kollabe etmeye çalışan içe yönelik basınç; 2
X yüzey gerilimi/yarıçap'a eşittir. (P= 2xT/r)
Solunum sistemi
25
Solunum membranının alveoller ile pulmoner kan arasında gaz değişimini
sağlama yeteneği difüzyon kapasitesi olarak adlandırılır. Difüzyon
kapasitesi; 1 mmHg basınç farkıyla bir dakikada solunum
membranından difüzyona uğrayan gaz hacmini gösterir. Oksijen için
difüzyon kapasitesi 21 mL/dk/mmHg’dır. Egzersizde 65 mL/dk/mmHg’ya
çıkar. Normal sakin solunum esnasında solunum membranının iki tarafı
arasında ortalama 11 mmHg oksijen basınç farkı vardır. Bu basıncın difüzyon
kapasitesi ile çarpımı solunum membranından bir dakikada difüzyona
uğrayan oksijen hacmini (230 mL) verir ki; bu da vücudun oksijen kullanma
hızına eşittir. Karbondioksit difüzyon katsayısı oksijenin 20 katı olduğundan
difüzyon kapasitesi 400–450 mL/dk/mmHg’dır. Egzersizde 1200–1300
mL/dk/mmHg’ya kadar çıkar.
HEMOGLOBİN VE OKSİJEN TAŞINMASI
Ventilasyondan sonra solunum sürecindeki ikinci basamak; oksijen ve
karbondioksitin alveollerle kan arasında değişimi, kan ile oksijenin hücrelere
ulaştırılması ve hücrelerde oluşan karbondioksitin uzaklaştırılmasıdır. Alveol
düzeyinde; oksijen alveollerden kana, karbondioksit ise ters yönde; alveollere
doğru difüzyona uğrar. Dokularda ise oksijen kandan hücrelere,
karbondioksit ise hücrelerden kana doğru difüzyona uğrar.
Pulmoner kılcal damarlara gelen venöz kanda oksijen parsiyel basıncı 40
mmHg kadardır (Şekil 2.12). Çünkü vücuttaki dolaşım sırasında çok
miktarda oksijen kandan ayrılmıştır. Alveolde oksijen parsiyel basıncı 104
mmHg olduğundan, oksijen 104–40=64 mmHg basınç farkıyla pulmoner
kılcal damarlara geçer. Solunum membranının yüzey alanı geniş ve son
derece incedir. Bu nedenle oksijenin alveolden pulmoner kılcal damara
alınması çok hızlı olur. Kan daha pulmoner kılcal damarların 1/3’üne
ulaşmadan oksijen parsiyel basıncı 104 mmHg'ya yükselir. Bu nedenle,
egzersizde, kanın kılcal damarlarda kalma süresi kısalsa dahi, kanın
oksijenlenmesi tamdır.
Pulmoner kılcal damarları terk eden kanın oksijen parsiyel basıncı 104
mmHg’dır. Ancak, sol ventrikül tarafından pompalanan kanın oksijen
parsiyel basıncı 95 mmHg’dır. Çünkü sol atriyuma gelen kanın %98’i
akciğerlerde oksijenlenmiştir, %2’si ise akciğer dokularını besleyen bronşial
dolaşımdan gelir. Normalde, bronşial venler vena azygos ve vena
hemiazygos’a açılır. Ancak, akciğerlerin periferinde, göğüs duvarına yakın
bulunan bronşial venler doğrudan pulmoner venlere açılır. Bu venlerle gelen
kanın oksijen parsiyel basıncı 40 mmHg’dır. Bu kan, pulmoner venlerde,
alveol kılcal damarlarından gelen oksijenlenmiş kanla karışır. Buna kanın
venöz karışımı denir. Ayrıca, koroner kanın küçük bir miktarı da thebesian
venler aracılığıyla sol kalbe akar. Bu nedenle, sol ventrikül tarafından
pompalanan kanın oksijen parsiyel basıncı 95 mmHg’ya düşer.
Solunum sistemi
26
PO 2 =104 mmHg
Arteryel uç
Venöz uç
PO 2 =40 mmHg
PO2 =104 mmHg
PO2 ( mmHg)
104
40
Şekil 2.12 Oksijenin pulmoner kılcal damarlar tarafından alınması.
Arteryel kan dokulara ulaştığı zaman oksijen parsiyel basıncı 95 mmHg'dır.
İnterstisyel sıvıda oksijen parsiyel basıncı ise ortalama olarak 40 mmHg’dır
(Şekil 2.13). Basınç farkı nedeniyle oksijen hızla dokulara geçer ve kılcal
damarın venöz ucunda oksijen parsiyel basıncı interstisyel sıvıdaki gibi 40
mmHg'ya iner. Hücre içi oksijen basıncı ise 23 mmHg'dır. Oksijen,
interstisyel aralıktan hücrelere difüze olur. Hücrenin bütün metabolik
ihtiyaçlarını karşılamak için normalde 3 mmHg'lık bir oksijen basıncı
yeterlidir. Bununla birlikte, hücre içi oksijen basıncı 23 mmHg'dır. Bu durum
önemli bir güvenlik faktörü oluşturur; kan akımının kesilmesi durumunda
hemen hücre nekrozu görülmez.
Arteryel uç
95 mmHg
40 mmHg
23 mmHg
Venöz uç
40 mmHg
Şekil 2.13 Doku kılcal damarlarından hücrelere oksijen difüzyonu.
Akciğerlerden dokulara taşınan oksijenin; %97'si eritrositlerde hemoglobine
bağlı olarak, %3'ü ise plazma ve hücre sıvısında çözünmüş olarak taşınır.
Solunum sistemi
27
Hemoglobin
Hemoglobin molekülü; 4 polipeptid zincirinden oluşmuş bir protein olan
globulin ve 4 tane hem adı verilen molekülden oluşur. Hem; porfirin ve 1
ferrus demirden (Fe++) oluşmuş bir kompleksdir. Hemoglobinin protein
parçası 141 amino asit uzunluğunda 2  zinciri ve 146 amino asit
uzunluğunda 2  zincirinden ibarettir (2 2). 4 polipeptid zincirinin herbiri
bir hem grubu ile birleşmiştir. Her hem grubunun merkezinde 1 molekül
oksijen ile geridönüşümlü olarak birleşebilen 1 demir atomu bulunur.
Bu yüzden 1 hemoglobin molekülü 4 molekül oksijen (8 atom oksijen) ile
birleşebilir. Her eritrositte 280 milyon hemoglobin molekülü bulunduğundan,
her eritrosit 1 milyarın üzerinde oksijen molekülü taşıyabilir.
Normal hemoglobin indirgenmiş formda (Fe++, ferrus) demir içerir. Bu
formda demir, elektronları paylaşabilir ve oksihemoglobin oluşturmak için
oksijeni bağlayabilir. Dokulara oksijen bırakmak için oksihemoglobin
dissosiye olduğu zaman hem demiri yine indirgenmiş formdadır ve
deoksihemoglobin (reduced hemoglobin) olarak adlandırılır. Bu yüzden
oksihemoglobin terimi okside (oxidized) hemoglobin ile eş anlamlı değildir.
Hemoblobin, oksijen ile birleşince elektron kaybetmez. Demir ferrus formda
kaldığından reaksiyon oksidasyon değil, oksijenasyondur. Okside
hemoglobin veya methemoglobin okside olmuş (Fe+++, ferrik) demir içerir.
Bu yüzden methemoglobin oksijen ile birleşme için elektron gerektirir ve
oksijen taşınmasına katılamaz. Kan normalde çok küçük miktarlarda
methemoglobin içerir.
Oksijen, hemoglobin molekülündeki demirin iki pozitif bağı ile birleşmez.
Bunun yerine demir atomunun koordinasyon bağlarından bir tanesi ile
gevşekçe bağlanır. Bu son derece zayıf bir bağdır ve oksijen hemoglobinden
kolayca ayrılabilir. Ayrıca oksijen iyonik oksijen değildir, moleküler oksijen
(iki oksijen atomundan oluşur) halinde taşınır. Yani oksijen dokulara
moleküler oksijen halinde geçer.
Birleşme ve ayrılma reaksiyonları
Dokularda oksijenini bırakmış hemoglobin deoksihemoglobin olarak
adlandırılır. Akciğerlerde deoksihemoglobin ve oksijen oksihemoglobin
oluşturmak için birleşir. Buna birleşme reaksiyonu adı verilir. Dokularda ise
oksihemoglobin, deoksihemoglobin ve oksijene ayrılır. Buna ise ayrılma
reaksiyonu adı verilir. Birleşme ve ayrılma reaksiyonları geridönüşümlü bir
reaksiyon olarak gösterilebilir:
(Akciğerler)
Deoksihemoglobin+Oksijen
Oksihemoglobin
(Dokular)
Her yönde oluşacak reaksiyonun içeriği iki faktöre bağlıdır: (1) Hemoglobin
ve oksijen arasındaki bağ gücü (afinite): Oksijenin hemoglobinden ayrılması
bu gücün azalması durumunda kolaylaşır, artması durumunda zorlaşır. (2)
Çevrenin oksijen parsiyel basıncı: Pulmoner kılcal damarlarda olduğu gibi
yüksek oksijen parsiyel basıncında deoksihemoglobin molekülleri oksijenle
birleşir. Yüksek oksijen parsiyel basıncı dengeyi sağa doğru çalıştırır. Fakat
doku kılcal damarlarında olduğu gibi düşük oksijen parsiyel basıncında
oksijen hemoglobinden ayrılır. Düşük oksijen parsiyel basıncı dengeyi sola
doğru çalıştırır. Ayrılma miktarı oksijen parsiyel basıncının ne kadar
olduğuna bağlıdır.
28
Solunum sistemi
Oksijen-hemoglobin disosiyasyon eğrisi
Farklı oksijen parsiyel basıncı değerlerinde oksijenle birleşen hemoglobin
yüzdesini gösteren eğri oksijen-hemoglobin (veya oksihemoglobin)
disosiyasyon eğrisi olarak adlandırılır (Şekil 2.14). Bu eğri kan örneklerini
vücut dışında (in vitro) farklı oksijen basınçlarına maruz bırakmak suretiyle
elde edilmiştir. Arteryel ve venöz kan oksijen değerleri arasındaki fark,
dokulara bırakılan oksijeni verir.
Oksijen-hemoglobin disosiyasyon eğrisi, oksijen basıncı yükselirken,
oksijenle birleşen hemoglobin yüzdesinin gittikçe arttığını gösterir. Oksijenle
birleşen hemoglobin yüzdesine hemoglobinin yüzde saturasyonu denir.
Arteryel kanda oksijen parsiyel basıncı 95 mmHg olduğu için, disosiyasyon
eğrisinde görüldüğü gibi hemoglobinin yüzde saturasyonu %97’dir. Bunun
anlamı; hemoglobinin %97'si oksihemoglobin şeklindedir. Bu kan sistemik
kılcal damarlara bırakılır. Oksijen sistemik kılcal damarlardan dokulara
difüze olur ve aerobik solunumda tüketilir. Bu yüzden sistemik venlerle
dokulardan ayrılan kanın oksijeni azalmıştır. Venöz kan yaklaşık 40 mmHg
oksijen parsiyel basıncına ve %75 hemoglobin saturasyonuna sahiptir.
Arteryel ve venöz yüzde arasındaki fark ayrılma yüzdesini verir ki; bu fark
%97-%75=%22 'dir.
100
20
15
60
10
40
% Hacim
% Saturasyonu
80
5
20
0
0
20
40
60
80
100
120
Oksijen basıncı (mmHg)
Şekil 2.14 Oksijen-hemoglobin disosiyasyon eğrisi.
Oksijen-hemoglobin disosiyasyon eğrisi sigmoidaldır. 70–80 mmHg'nın
üzerindeki oksijen basıncı değerlerinde, eğrinin relatif olarak düz olması
nedeniyle, oksijen parsiyel basıncındaki oldukça belirgin değişikliklere
rağmen hemoglobinin yüzde saturasyonu çok az değişir. Bu nedenle oksijen
parsiyel basıncındaki büyük değişiklikler hemoglobinden çok az oksijen
kaybı ile sonuçlanır. Bununla birlikte, eğrinin dik olan kısmında oksijen
parsiyel basıncındaki küçük değişmeler yüzde saturasyonunda büyük
değişikliklere neden olur. Hafif egzersizde görülebileceği gibi, venöz kanda
oksijen parsiyel basıncının 40 mmHg'dan 30 mmHg'ya inmesi yüzde
saturasyonunu %75'den %58'e düşürür. Egzersiz sırasında arteryel kanda
Solunum sistemi
29
yüzde saturasyonu genellikle %97 olduğundan, venöz kan yüzde
saturasyonundaki bu değişme daha çok oksijenin dokulara bırakıldığını
gösterir. Bu durumda ayrılma yüzdesi %97-%58=%39'dur. Görüldüğü gibi,
oksijen parsiyel basıncındaki düşme ile orantısız, daha fazla oksijen
hemoglobinden ayrılır. Ağır egzersiz sırasında venöz kanda oksijen parsiyel
basıncı 20 mmHg veya daha aşağılara düşer ve ayrılma yüzdesi %70-85’lere
çıkar.
Oksijen-hemoglobin disosiyasyon eğrisi hemoglobinin yüzde saturasyonu
ile olduğu gibi, yüzde oksijen hacmine göre de hazırlanır. Normal bir
şahısta, 100 mililitre kanda ortalama 15 gram hemoglobin bulunur.
(Kadınlarda 14 g/dL, erkeklerde 16 g/dL.) 1 gram hemoglobin 1,34 mililitre
oksijen bağlar. Bu nedenle, kandaki hemoglobinin %100 satüre olması
durumunda 100 mililitre kan hemoglobine bağlı olarak 1,34x15 x(%100/100)
= 20,1 mililitre oksijen içerir. Bu değer genellikle %20 hacim olarak ifade
edilir. Bu miktara, kanda fiziksel olarak çözünen oksijen miktarı eklendiğinde
kanın oksijen taşıma kapasitesini verir.
Arteryel kanda hemoglobinin %97'si satüredir ve arteryel kan hemoglobine
bağlı olarak 19,5 mL/dL oksijen içerir 1.34x15x(%97/100)=19.5.
Plazmada da çözünmüş olarak 0.29 mililitre oksijen bulunduğundan, 100
mililitre arteryel kandaki toplam oksijen miktarı 19,8 mililitredir. Venöz
kanda hemoglobinin %75’i saturedir ve toplam oksijen miktarı 15,2
mL/dL’dir. Arteryel ve venöz kan oksijen miktarları arasındaki fark dokulara
bırakılan oksijen miktarını verir. 100 mililitre kanla 19,8–15,2=4,6 mililitre
oksijen dokulara bırakılmış demektir. Bunun 0.17 mililitresi plazmada
çözünmüş olarak, geriye kalan ise hemoglobine bağlı olarak taşınan
oksijendir (Tablo 2.7). Kanın oksijen taşıma kapasitesinin, hemoglobin
konsantrasyonunun bir fonksiyonu olduğu açıktır.
Tablo 2.7 Arteryel ve venöz kanın oksijen ve karbondioksit içerikleri.
15 g Hb içeren kandaki mL/dL
Arteryel kan
Venöz kan
(PO2=95mmHg, PCO2=40
(PO2=40mmHg, PCO2=45
mmHg, %97 Hb satüre)
mmHg, %75 Hb satüre.)
Gaz
Çözünmüş
Hb’e bağlı
Çözünmüş
Hb’e bağlı
O2
0.29
19.5
0.12
15.1
CO2
2.40
46.4
2.70
49.7
Oksijen-hemoglobin disosiyasyon eğrisinde kayma ve
önemi
Birçok faktör oksijen-hemoglobin disosiyasyon eğrisini sağa veya sola
kaydırır. Sağa kayma oksihemoglobinden daha fazla oksijenin serbest
kalması ile sonuçlanır. Başka bir deyişle sağa kayma hemoglobinin
oksijene afinitesini azaltır. Bunun tersine sola kayma hemoglobinin
oksijene afinitesini artırır; hemoglobinden oksijenin serbest kalışını azaltır.
Oksijen-hemoglobin disosiyasyon eğrisini sağa kaydıran başlıca 4 faktör
vardır: (1) Hidrojen iyonu artışı (pH'da düşme), (2) Karbondioksit basıncı
artışı, (3) Isı artışı, (4) Eritrositlerde 2,3 DPG (difosfogliserat)
konsantrasyonunun artması. Bu faktörlerin ilk üçü, dokularda oksijen
ihtiyacının arttığı durumlarda ortaya çıkar. Eritrosit DPG konsantrasyonu
artışı ise, atmosfer basıncının azalması (yükseğe çıkma) ve anemi
koşullarında ortaya çıkar. Oksijen-hemoglobin disosiyasyon eğrisini sola
kaydıran faktörler ise şunlardır: (1) Hidrojen iyon konsantrasyonunun
30
Solunum sistemi
azalması. (2) Fetal hemoglobin (Hb F).
Oksijen taşınmasına pH ve ısının etkisi
Farklı pH değerlerinde hemoglobinin yüzde saturasyonu oksijen parsiyel
basıncının bir fonksiyonu olarak çizildiği zaman disosiyasyon eğrisinin
pH'daki düşmeyle sağa ve pH'daki yükselme ile sola kaydığı görülür (Şekil
2.15). Kanda pH’nın normal 7,4 değerinden 7,2’ye düşmesi disosiyasyon
eğrisini %15 sağa kaydırır. Diğer yandan pH'nın 7,6’ya çıkması eğriyi aynı
oranda sola kaydırır.
100
pH=7.6
% Saturasyonu
80
60
40
20
0
0
20
40
60
80
100
120
Oksijen basıncı (mmHg)
Şekil 2.15 Oksijen-hemoglobin disosiyasyon eğrisine pH’nın etkisi.
pH düştüğünde hemoglobinle oksijen arasındaki bağ gücü (afinite) azalır,
yükseldiğinde ise artar. pH’daki azalma ve karbondioksit parsiyel
basıncındaki artışa paralel olarak oksijen-hemoglobin disosiyasyon
eğrisinin sağa kayması Bohr etkisi olarak bilinir. Hemoglobinin oksijene
afinitesi azaldığında akciğerlerde kanın oksijenle birleşmesi daha az, fakat
dokularda oksijenin ayrılması daha fazladır. Bununla birlikte hemoglobin ve
oksijen arasındaki afinitede azalma akciğerlerdeki yüksek oksijen parsiyel
basıncı değerlerinde, dokulardaki düşük oksijen parsiyel basıncı
değerlerinden daha az etkiye sahiptir. Bu nedenle kan pH'sı düştüğü zaman
net etki; dokuların daha çok oksijen almalarıdır. Tablo 2.8’de görüldüğü
gibi pH=7,4 iken dokulara 4,6 mL oksijen bırakılırken, pH’nın 7,2 olması
durumunda dokulara 6,6 mL oksijen bırakılır.
Tablo 2.8 pH’nın afinite ve dokulara bırakılan oksijen üzerine etkisi.
pH
Afinite
Arteryel O2
Venöz O2
Dokulara
(100 mL’de)
(100 mL’de)
bırakılan
oksijen
7.4
Normal
19.8 mL
15.2 mL
4.6 mL
7.6
Artma
20.0 mL
17.0 mL
3.0 mL
7.2
Azalma
19.2 mL
12.6 mL
6.6 mL
Solunum sistemi
31
pH, karbondioksit tarafından karbonik asit oluşumu ile düştüğünden,
dokularda karbondioksit üretiminin artması durumunda Bohr etkisi
dokulara daha fazla oksijen sağlar. Dokularda kana giren karbondioksit
oksijenin hemoglobinden kolayca ayrılmasını ve dokulara oksijenin daha
yüksek basınçda verilmesini sağlar. Yani, disosiyasyon eğrisi dokularda
sağa kayar. Diğer yandan, kan akciğerlerden geçerken karbondioksit kandan
alveollere difüze olur. Bu olay kanda karbondioksit parsiyel basıncını
düşürerek pH'yı yükseltir, çünkü kanda karbonik asit azalır. Bu etkiler sonucu
disosiyasyon eğrisi akciğerlerde sola kayar. Böylece hemoglobine
bağlanan oksijen miktarı artarak, dokulara daha fazla oksijen taşınması
sağlanır.
Oksijen-hemoglobin disosiyasyon eğrisi sabit pH, farklı ısı değerlerinde
oluşturulduğu zaman hemoglobinin oksijene afinitesinin ısıdaki yükselme ile
azaldığı görülür. Isıdaki artış hemoglobin ve oksijen arasındaki bağı
zayıflatır ve bu yüzden pH'daki düşme ile aynı etkiye sahiptir; oksijenhemoglobin disosiyasyon eğrisi sağa kayar. Yüksek ısılarda dokulara daha
fazla oksijen bırakılır. Bu etki egzersiz sırasında ısınan kaslara sağlanan
oksijeni artırır.
2,3-DPG'ın oksijen taşınmasına etkisi
Eritrositlerde çekirdek ve mitokondri yoktur. Bu yüzden aerobik solunum
yapamazlar. Vücutta oksijeni taşıyan, ama onu kullanamayan tek hücre
eritrositlerdir. Eritrositler enerjiyi glikozun anaerobik yıkımı ile elde
ederler. 2,3 DPG, eritrositlerde Embden-Meyerhof yoluyla glikolizin
(glikozun piruvata kadar yıkımı) bir ürünü olan 3-fosfogliseraldehitten
oluşur. 2,3-DPG oluşumu oksihemoglobin tarafından inhibe edilir.
(Oksihemoglobin muhtemelen 2,3-DPG oluşumunu sağlayan 2,3-DPG
mutaz enzimini inhibe eder.) Bu nedenle oksihemoglobin konsantrasyonu
azaldığında 2,3-DPG artar. 2,3-DPG deoksihemoglobinin  zincirlerine
bağlanan, fakat oksihemoglobine bağlanmayan bir anyondur. Bir mol
deoksihemoglobin 1 mol 2,3-DPG bağlar.
HbO2 + 2,3-DPG
Hb-2,3-DPG + O2
2,3-DPG konsantrasyonundaki artma reaksiyonu sağa kaydırır ve böylece
oksijenin açığa çıkmasına yol açar. 2,3-DPG deoksihemoglobinle birleşir ve
onu daha stabil yapar. Bu nedenle doku kılcal damarlarındaki oksijen parsiyel
basıncında oksihemoglobinin büyük bir yüzdesi oksijeninden ayrılarak
deoksihemoglobine dönüşebilecektir. Eritrositlerde 2,3-DPG'ın artması ve bu
yüzden oksijen ayrılmasının artması durumunda oksijen-hemoglobin
disosiyasyon eğrisi sağa kayar.
2,3-DPG artışı hipoksi ile birliktedir. 2,3-DPG artışı; hemoglobin
konsantrasyonu düştüğü zaman (anemide) ve oksijen parsiyel basıncı
düştüğü zaman (yükseklerde) görülür. Anemide, hemoglobin
konsantrasyonu normalin altına düştüğü zaman eritrositlerde 2,3-DPG
üretimi artar. Önceden tartışıldığı gibi istirahatte 100 mililitre kandaki normal
15 gram hemoglobin dokulara 4,6 mL oksijen bırakır. Hemoglobin
konsantrasyonu yarı yarıya düşürülürse dokuların normalin yarısı kadar; 2,3
mililitre oksijen alacağı beklenir. Oysa bu şartlar altında dokulara 100
mililitre kanla 3,3 mililitre oksijen bırakıldığı gösterilmiştir. Bu durum
hemoglobinin oksijene afinitesinde bir azalma meydana getiren 2,3-DPG
artışı nedeniyle oluşur. Yükseğe çıkılması, eritrosit 2,3-DPG'ında artmanın
bir sonucu olarak P50'de artma ve dokular için elverişli oksijen miktarında
32
Solunum sistemi
artışa neden olur. (P50: hemoglobinin %50’sinin oksijenle satüre olduğu
oksijen parsiyel basıncı değeri; 26 mmHg.) Bununla birlikte hipoksik
koşullara uyum göstermede DPG konsantrasyonundaki artışın önemi
tartışmalıdır. Çünkü DPG konsantrasyonundaki artış aynı zamanda
akciğerlerde hemoglobinin oksijene afinitesini de azaltır.
Hemoglobin F
2,3-DPG'ın etkileri ayrıca anne kanından fetal kana oksijen taşınmasında da
önemlidir. Yetişkin hemoglobini (HbA) 2 ve 2 zinciri içermesine karşılık,
fetal hemoglobin (HbF) 2  zinciri ile  zincirlerinin yerine geçen 2
zincirine sahiptir (22).  zincirleri  zincirlerinden 37 amino asit farklıdır.
Oksijene afinite artışı HbF için karakteristiktir. Bu durum, HbA ile
kıyaslandığında HbF'in DPG'a afinitesinin az olmasından kaynaklanır.
2,3-DPG, HbF’de  zincirlerinin yerine geçen  zincirlerine zayıf bağlanır.
Annedeki normal yetişkin hemogobini 2,3-DPG'a bağlanabilir. Fetal
hemoglobin ise bağlanamaz. Bu yüzden HbF, belli bir oksijen parsiyel
basıncında oksijene HbA'dan daha çok afiniteye sahiptir. Belli bir oksijen
parsiyel basıncında HbF, HbA'dan daha yüksek yüzde saturasyonuna sahip
olabileceğinden plasentada oksijen anne kanından fetal kana geçer.
Hemoglobinin karbonmonoksitle birleşmesi
Karbonmonoksit, çok toksiktir ve hemoglobinle reaksiyona girerek
karbonmonoksihemoglobin (karboksihemoglobin, COHb) oluşturur.
Karbonmonoksit, hemoglobin molekülünde oksijenin bağlandığı aynı
noktaya bağlanır. Bundan dolayı oksijen taşıyan hemoglobin
saturasyonunda düşüşe neden olur. Karbonmonoksit bu şekilde kanın oksijen
taşıma kapasitesini azaltır. Dahası, oksijene göre karbonmonoksitin
hemoglobine afinitesi 250 kat daha fazladır. Bu nedenle, alveollerdeki
karbonmonoksit basıncının, normal alveoler oksijen basıncının (100 mmHg)
1/250’si olması (0,4 mmHg), oksijenle eşit olarak yarışmaya yeterlidir. Bu
durumda hemoglobinin yarısı oksijen yerine karbonmonoksite bağlanabilir.
Bu nedenle sadece 0,6 mmHg’lık karbonmonoksit basıncı ölümcül olabilir.
Karbonmonoksit disosiyasyon eğrisi aynen oksijen-hemoglobin disosiyasyon
eğrisine benzer, ancak karbonmonoksitin hemoglobine afinitesi 250 kat daha
fazla olduğundan, yatay eksende gösterilen karbonmonoksit basıncı değerleri,
oksijen-hemoglobin disosiyasyon eğrisindekinin 1/250’si kadardır.
Karbonmonoksit zehirlenmesinde sebebin karbonmonoksitin hemoglobin için
oksijenle yarışması olduğu düşünülürse de, esas mekanizma doku
hipoksisidir. Karbonmonoksit zehirlenmesi anemik hipoksinin bir şekli
olarak nitelendirilir; kanın toplam hemoglobin içeriği karbonmonoksitten
etkilenmez ama oksijeni taşıyabilecek hemoglobinde bir eksiklik vardır.
Diğer yandan karbonmonoksit oksihemoglobin disosiyasyon eğrisini doku
düzeyinde sola kaydırır. Karbonmonoksit sadece hemoglobin üzerindeki
oksijenin yerine geçmekle kalmaz, aynı zamanda oksijenin doku düzeyinde
hemoglobinden ayrılmasını güçleştirir ve serbestlenen oksijen miktarını
azaltır. Karbonmonoksit zehirlenmesinde kanın oksijen içeriği çok azalmış
olsa bile arteryel kan PO2 düzeyi normal kalabilir. Karbonmonoksit, oksijen
parsiyel basıncında bir azalma yapmaksızın arteriyel kanın oksijen
doygunluğunda bir azalmaya neden olur. Arteryel kan PO2 normal kaldığı
ve periferik (aortik ve karotid cisimler) kemoreseptörler uyarılmadığı için
solunum çok az uyarılır. Bu nedenle karbonmonoksite maruz kalmak
tehlikelidir. Çünkü beyin oksijen eksikliğinden ilk etkilenen organlardan biri
olduğu için kişi tehlikeyi fark etmeden önce oryantasyonu bozulur ve
bilincini yitirir. Karboksihemoglobinin (COHb) kiraz kırmızısı rengi deri,
Solunum sistemi
33
tırnak yatağı ve mükoz zarlarda gözle görülür, siyanoz (parmak ve
dudaklarda mavimtrak renk) gibi hipokseminin açık bir belirtisi yoktur.
Karbonmonoksit tatsız, renksiz, kokusuz olması ve tahriş etme özelliğinin
olmaması nedeni ile fark edilmediği için sessiz katil olarak bilinir.
Karbonmonoksit zehirlenmeleri %100 oksijen uygulamaları ile tedavi
edilebilir. Çünkü yüksek basınçlardaki oksijen karbonmonoksiti
hemoglobinden çok daha hızlı ayırır. Oksijenle birlikte %5’lik
karbondioksit uygulaması, solunum merkezini uyarır. Böylece alveoler
ventilasyon artar; alveoler karbonmonoksit konsantrasyonu azalır ve kandan
karbonmonoksit daha çabuk uzaklaştırılır. Böylece, yoğun oksijen ve
karbondioksit tedavisi ile tedavisiz duruma göre karbonmonoksit 10 kat daha
hızlı uzaklaştırılabilir.
KARBONDİOKSİT TAŞINMASI
Oksijen hücreler tarafından kullanıldığından büyük kısmı karbondiokside
dönüşerek hücre içi karbondioksit parsiyel basıncını yükseltir. Karbondioksit
hücrelerden doku kılcal damarlarına difüzyona uğrar ve sonra kanla
akciğerlere taşınarak pulmoner kılcal damarlardan alveollere geçer. Taşınma
zincirinin her noktasında karbondioksit, oksijene tamamen zıt yönde
difüzyona uğrar. Ancak, karbondioksit oksijenden 20 kat daha hızlı
difüzyona uğrar. Bu nedenle karbondioksit difüzyonu için gerekli basınç
farkı, oksijen difüzyonu için gerekli olandan daha azdır.
(1) Hücre içi karbondioksit parsiyel basıncı 46 mmHg, interstisyel sıvı
karbondioksit parsiyel basıncı ise 45 mmHg kadardır. Şekil 2.16'da
görüldüğü gibi basınç farkı sadece 1 mmHg kadardır. (2) Dokulara gelen
arteryel kanda karbondioksit parsiyel basıncı 40 mmHg’dır. Doku kılcal
damarlarında kan interstisyel karbondioksit parsiyel basıncı ile hemen hemen
tam denge durumuna gelerek dokulardan ayrılan venöz kanda 45 mmHg
olur. (3) Pulmoner kılcal damarlara gelen venöz kanda karbondioksit parsiyel
basıncı 45 mmHg, alveol havasında 40 mmHg’dır. 5 mmHg'lık basınç farkı
ile karbondioksit pulmoner kılcal damarlardan alveollere difüze olur. Ayrıca,
oksijen difüzyonunda gözlendiği gibi, kılcal damarların 1/3’ünü geçmeden
pulmoner kan karbondioksit basıncı, alveol havası karbondioksit basıncına
eşit olur (Şekil 2.17).
Karbondioksit kanda başlıca 3 şekilde taşınır: (1) Bikarbonat iyonu şeklinde,
(2) Hemoglobin ve plazma proteinlerine bağlı olarak, (3) Erimiş halde.
Arteryel uç
40 mmHg
45 mmHg
46 mmHg
Venöz uç
45 mmHg
Şekil 2.16 Kılcal damarlarda kan tarafından karbondioksit alınması.
Solunum sistemi
34
PCO2 = 40 mmHg
Arteryel uç
PCO 2 =45 mmHg
Venöz uç
PCO2 =40 mmHg
2
PCO ( mmHg)
45
40
Şekil 2.17 Pulmoner kandan alveole karbondioksit difüzyonu.
Karbondioksitin bikarbonat iyonu şeklinde taşınması
Kanda erimiş karbondioksit (CO2), su (H2O) ile reaksiyona girerek karbonik
asit (H2CO3) oluşturur. Eritrositlerde bulunan karbonik anhidraz enzimi
karbondioksit ile su arasındaki bu reaksiyonu 5000 kat hızlandırır. Kan, doku
kılcal damarlarını terketmeden önce çok miktarda karbondioksit eritrositlerde
su ile reaksiyona girer. Karbondioksit ve sudan karbonik asit oluşumu doku
kılcal damarlarında bulunan yüksek oksijen parsiyel basıncı tarafından
desteklenir. Eritrositlerde oluşan karbonik asit kısa sürede hidrojen (H+) ve
bikarbonat (HCO3-) iyonlarına ayrışır. Bu reaksiyon da eritrositler içerisinde
oluşur. Hemoglobin kuvvetli bir asit-baz tamponu olduğundan hidrojen
iyonlarının büyük kısmı hemoglobinle birleşir. Hidrojen iyonları
hemoglobinin yapısında bulunan histidin amino asidinin imidazol grubuna
bağlanır. Bu nedenle venöz kanın hidrojen konsantrasyonu arteryel kandan
sadece biraz yüksektir. Venöz kanda pH=7.35, arteryel kanda 7.45'dir.
(Karbonik anhidraz)
CO2+H2O
H2CO3
H++HCO-3
(yüksek PO2)
Eritrositler bikarbonat için geçirgendir. Bikarbonat eritrositten plazmaya
difüze olur ve eritrosit membranının iki tarafındaki elektriksel nötraliteyi
sürdürmek için bir diğer anyon; klor eritrosite girer. Buna klor kayması
denir. Eritrosit membranındaki bikarbonat-klor taşıyıcı proteini yardımıyla
bu iki iyon zıt yönde taşınır. Bu nedenle venöz eritrositlerin klor içeriği,
arteryel eritrositlere göre daha fazladır. Karbondioksitin karbonik asit yolu ile
bikarbonata dönüşümü, karbondioksit taşınmasının yaklaşık %70'inden
sorumludur. Karbonik anhidraz aktivitesi inhibe edildiğinde (örneğin
Solunum sistemi
35
asetazolamid ile), dokulardan karbondioksit taşınması inhibe edilir. Bunun
bir sonucu olarak karbondioksit parsiyel basıncı 45 mmHg'dan 70–80
mmHg’ya çıkar.
Karbondioksitin hemoglobine ve plazma proteinlerine bağlı
olarak taşınması - Karbaminohemoglobin
Karbondioksit, sudan başka hemoglobinle de reaksiyona girerek
karbaminohemoglobin (HbCO2) bileşiğini oluşturur. Karbondioksit,
hemoglobin molekülünün tüm 4 zincirinin N-terminalinde bulunan valin'in
-amino grupları ile birleşir. Bu birleşme çok zayıf kovalan bağlarla
gerçekleşen, geridönüşümlü bir reaksiyondur. Bu nedenle karbondioksit,
karbondioksit parsiyel basıncının daha düşük olduğu alveollere serbestlenir.
Az miktarda karbondioksit plazma proteinleriyle de birleşir. Fakat bu yolla
taşınan karbondioksit miktarı önemsizdir. Dokulardan akciğerlere
hemoglobin ve plazma proteinlerine bağlı olarak taşınan karbondioksit
miktarı, toplam miktarın %23 'ü (100 mL kanda 1.5 mL) kadardır.
Sistemik venöz kan akciğer kılcal damarlarından geçerken bu olaylar tersine
döner. Kan karbondioksit parsiyel basıncı alveoler karbondioksit parsiyel
basıncından yüksek olduğudan, kandan alveollere net bir karbondioksit
difüzyonu olur. Kandan karbondioksitin bu kaybı, kan karbondioksit parsiyel
basıncını düşürür ve reaksiyonları sola kaydırır. Bikarbonat ve hidrojen,
karbonik asit oluşturmak için birleşir, sonra karbondioksit ve suya ayrışır.
Benzer şekilde karbaminohemoglobin, hemoglobin ve serbest karbondioksit
oluşturur. Oluşan karbondioksit alveollere difüze olur. Bu şekilde dokulardan
kana geçen bütün karbondioksit alveollere geçer, buradan da ekspirasyonla
vücuttan uzaklaştırılır.
Hipoventilasyon
veya
karbondioksitin
vücuttan
atılmasının
gerçekleştirilemediği akciğer hastalıklarında, sadece arteryel kanda
karbondioksit parsiyel basıncı yükselmekle kalmaz, aynı zamanda arteryel
kanda hidrojen konsantrasyonu da artar. Karbondioksit birikiminden dolayı
hidrojen konsantrasyonunun artmasına solunumsal (respiratuvar) asidoz
denir. Tersine, hiperventilasyon hem karbondioksit parsiyel basıncını, hem de
hidrojen konsantrasyonunu arteryel kanda düşürür ki; buna da solunumsal
(respiratuvar) alkoloz denir.
Karbondioksitin erimiş halde taşınması
Karbondioksit suda oksijenden 20 kez daha kolay eridiğinden, kandaki
toplam karbondioksitin yaklaşık 1/10'u suda çözünür. Karbondioksit parsiyel
basıncı 45 mmHg olduğu zaman (venöz kanda) erimiş karbondioksit %2,7
hacim, karbondioksit parsiyel basıncı 40 mmHg olduğu zaman (arteryel
kanda) %2,4 hacim olduğundan, fark 0,3 mL’dir. Yani; 100 mL kanda 0,3
mL karbondioksit erimiş halde taşınır. Bu da toplamın %7’sini oluşturur.
Karbondioksit disosiyasyon eğrisi
Şekil 2.18'de, kanda bulunan toplam karbondioksit miktarının karbondioksit
parsiyel basıncına bağlı olduğunu gösteren karbondioksit disosiyasyon
eğrisi verilmiştir. Görüldüğü gibi, kan dokulardan geçerken karbondioksit
konsantrasyonu %52 hacme çıkar. Akciğerlerden geçerken %48 hacme iner.
%4 hacim dokulardan akciğerlere karbondioksit taşınmasında değişim
olayına katılmaktadır.
36
Solunum sistemi
80
60
40
20
Normal sinirlar
Kanda CO2 (% hacim)
100
0
PCO2 (mmHg)
Şekil 2.18 Karbondioksit disosiyasyon eğrisi.
Haldane etkisi
Kanda karbondioksitin artması oksijenin hemoglobinden ayrılmasına
neden olur (Bohr etkisi). Bunun tersi de doğrudur: Oksijenin hemoglobine
bağlanması karbondioksiti kandan uzaklaştırıcı bir etki gösterir. Bu
olaya Haldane etkisi adı verilir. Bohr etkisi dokularda görülürken, Haldane
etkisi akciğerlerde görülür. Haldane etkisinin karbondioksit taşınmasındaki
önemi, Bohr etkisinin oksijen taşınmasındaki öneminden daha büyüktür.
Haldane etkisi oksijenle birleşen hemoglobinin daha kuvvetli bir asit
olmasından kaynaklanır. Bu reaksiyon 2 yoldan karbondioksitin kandan
uzaklaşmasını sağlar. (1) Oksijenle bağlanarak daha asit olan hemoglobin,
daha az karbondioksitle birleşerek karbaminohemoglobin oluşturma eğilimi
gösterir, böylece kandan uzaklaşan karbondioksit miktarı artar. (2)
Hemoglobinin asiditesinin artması ile hidrojen iyon salınımı artar. Artan
hidrojen iyonları bikarbonat iyonları ile birleşerek karbonik asit oluşturur.
Karbonik asit de karbondioksit ve suya ayrışarak karbondioksitin kandan
uzaklaşmasını sağlar.
Şekil 2.19'da farklı iki karbondioksit disosiyasyon eğrisi ve karbondioksitin
dokulardan akciğerlere taşınmasında Haldane etkisinin önemi görülmektedir.
Düz çizgili olanı oksijen parsiyel basıncının akciğerlerdeki gibi 100 mmHg,
kesik çizgili olanı ise doku kılcal damarlarındaki gibi 40 mmHg olduğu
durumu temsil etmektedir. Dokularda karbondioksit parsiyel basıncı 45
mmHg'dır ve kanda %52 hacim karbondioksit bulunur (A noktası). Kan
akciğerlere girince karbondioksit parsiyel basıncı 40 mmHg'ya düşerken,
oksijen parsiyel basıncı 100 mmHg'ya yükselir. Eğer karbondioksit
disosiyasyon eğrisi akciğerlerde değişmeseydi, kandaki karbondioksit %50
hacme inecekti (C noktası). Kandan atılan karbondioksit hacmi ise sadece %2
olacaktı. Hâlbuki akciğerlerde oksijen parsiyel basıncının artması
karbondioksit disosiyasyon eğrisini düz çizgili eğri haline çevirdiğinden,
kanın karbondioksit içeriği %48 hacme iner (B noktası). Böylece %2 hacim
daha fazla karbondioksit atılır. Görüldüğü gibi Haldane etkisi akciğerlerden
karbondioksit atılmasını 2 kat artırır. Aynı zamanda, dokulardan
karbondioksit alınmasını da 2 kat artırır.
Solunum sistemi
37
Kanda CO2 (% hacim)
55
PO2= 40 mmHg
A
C
50
PO2= 100 mmHg
B
45
35
40
45
50
PCO2 (mmHg)
Şekil 2.19. Oksijen parsiyel basıncının 100 mmHg ve 40 mmHg değerlerinde
karbondioksit disosiyasyon eğrisi ve Haldane etkisi.
Solunumda gaz değişimi oranı
Normalde 100 mL kan dokulara 4,6 mL oksijen bırakır. Dokulardan
akciğerlere taşınan karbondioksit miktarı ise 4 mL kadardır. Atılan
karbondioksitin alınan oksijene oranına solunumda gaz değişimi oranı
(solunum katsayısı - R) denir. R = Atılan CO2 miktarı / Alınan O2
miktarı’dır. Gaz değişimi oranı metabolik koşullara göre değişir. Bir kişi
vücut metabolizması için yalnız karbonhidratları tüketirse gaz değişim oranı
1'e çıkar, yalnız yağları kullanırsa bu değer 0,7’ye iner. Bu farkın nedeni,
karbonhidratlar metabolize olduğu zaman tüketilen her oksijen molekülü için
1 molekül karbondioksitin oluşması, hâlbuki yağlar tüketilirken oksijenin
büyük bir bölümünün hidrojen ile birleşerek suya dönüşmesidir. Proteinler
için bu oran 0.83’dür. Ancak, vücutta besin maddelerinin oksidasyonu bu
kadar basit değildir. Çeşitli metabolik durumlarda bu maddeler birbirine
dönüştürülmekte ve çeşitli fizyolojk durumlar okside olan besin maddesinin
türüne bağlı olmadan solunum katsayısını etkilemektedir. Örneğin, bir
infeksiyon ya da kana asit girmesi durumunda solunum artar. Vücutta oksijen
kullanımı artmadığı halde akciğerlerden fazla karbondioksit çıkarılır, oran
1’den büyük olur, Kana fazla asit değil de, aksine fazla alkali girerse solunum
yavaşlar, karbondioksit kanda kalır ve akciğerlerden az karbondioksit
çıkarılır. Karbonhidrat, yağ ve proteinle dengeli beslenen bir şahısta gaz
değişimi oranı 0,8’dir.
Myoglobin
Myoglobin çizgili kas liflerinde bulunan kırmızı bir pigmenttir. Özellikle
yavaş kasılan, aerobik olarak solunum yapan iskelet kası lifleri ile kalp kas
lifleri myoglobince zengindir. Myoglobin hemoglobine benzer, fakat 4 hem
yerine 1 hem'e sahiptir ve bu yüzden sadece 1 molekül oksijenle birleşebilir.
Myoglobin oksijene hemoglobinden daha çok afiniteye sahiptir ve
disosiyasyon eğrisi bu yüzden oksijen-hemoglobin disosiyasyon eğrisinin
solundadır (Şekil 2.20). Disosiyasyon eğrisi sigmoidal değil, hiperbol
şeklindedir. Hemoglobinin bir hem grubu oksijen ile birleştiği zaman diğer
hem gruplarının oksijenle daha kolay birleşmesini sağlayan bir biçim
değişikliği oluşur. Hemoglobinin 4 subuniti arasındaki aynı etkileşim
hemoglobinin myoglobine göre daha yüksek PO2 değerlerinde oksijenini
bırakmasını sağlar. Myoglobin, sadece düşük PO2 değerlerinde oksijen
Solunum sistemi
38
serbestler.
Mitokondrideki oksijen parsiyel basıncı çok düşük olduğundan (çünkü
oksijen burada su ile birleştirilmiştir) kas hücrelerinde myoglobin oksijenin
kandan mitokondriye transferinde bir aracı olarak rol oynar. Ayrıca
myoglobin özellikle kalpte önemli olan oksijen depolama fonksiyonuna
sahiptir. Diyastol esnasında koroner kan akımı arttığında myoglobin oksijen
ile birleşir. Sistol sırasında koroner arterler miyokardın kasılmasıyla sıkışarak
kapandığı zaman bu depo oksijen serbestlenir.
100
% Saturasyonu
80
60
40
20
0
0
20
40
60
80
100
120
Oksijen basıncı (mmHg)
Şekil 2.20 Hemoglobin ve myoglobin disosiyasyon eğrilerinin karşılaştırılması.
PULMONER KAN AKIMI VE VENTİLASYON/PERFÜZYON ORANI
Pulmoner dolaşım
Akciğerlerde kan akımı kalp debisine eşittir. Yetişkinlerde sağ ventrikül,
sol ventrikül gibi dakikada 5–6 litre debiye sahiptir. Bu nedenle kalp debisini
kontrol eden faktörler pulmoner kan akımını da kontrol ederler. Pulmoner
dolaşımda kan akımı sistemik dolaşımdakinin aynıdır, ancak basınç
düşüktür. Pulmoner arterde sistolik basınç 25 mmHg, diyastolik basınç ise
10 mmHg’dır.
Kan akımı; damarın iki ucu arasındaki basınç farkı ile doğru, damar
direnci ile ters orantılıdır (Q=ΔP/R). Kan akımını damarın iki ucu
arasındaki basınç farkı saptar; kan, sistemin başlangıcı ile sonu arasındaki
basınç farkıyla akar. Sistemik dolaşımda sistemin başlangıcı aort, sonu ise
vena cava'nın sağ atriyumla birleştiği noktadır. Sistemik dolaşımda ortalama
arteryel basınç 100 mmHg, sağ atriyum basıncı 0 mmHg; dolayısıyla basınç
farkı 100–0=100 mmHg'dır. Sistemik dolaşımda kan 100 mmHg’lık bir
basınç farkıyla akar. Buna karşılık pulmoner arterin ortalama basıncı sadece
15 mmHg ve sol atriyum basıncı 5 mmHg'dır. Bu yüzden pulmoner
dolaşımda etkili basınç 15–5=10 mmHg'dır. Yani; pulmoner dolaşımda etkili
basınç, sistemik dolaşımda etkili basıncın 1/10’u kadardır. Pulmoner
dolaşımdaki etkili basınç sistemik dolaşımdakinin 1/10'u olduğundan ve akım
oranları eşit olduğundan, pulmoner damar direnci sistemik direncin 1/10'u
Solunum sistemi
39
olmalıdır. Başka bir deyişle pulmoner dolaşım düşük dirençli, düşük
basınçlı bir yoldur.
Düşük pulmoner basınç pulmoner kılcal damarlarda daha az filtrasyon
basıncına neden olur. Bu durum pulmoner ödem oluşumunu önlemeye
yardım eder. Pulmoner ödem ventilasyon ve gaz değişimini engelleyen
tehlikeli bir durum olup, pulmoner hipertansiyon oluştuğunda (sol kalp
yetersizliği gibi) görülür.
Pulmoner kan akımının otomatik kontrolü
Yeterli oksijenlenmenin sağlanabilmesi için kanın, alveollerin iyi havalandığı
akciğer bölgelerine dağıtılması gerekir. Oksijen konsantrasyonunun
azalması halinde sistemik damarlarda dilatasyon görülürken, pulmoner
damarlarda kasılma görülür. Alveollerdeki oksijen parsiyel basıncı 70
mmHg’nın altına düştüğünde pulmoner kan damarları 3–10 dakika içinde
kasılır. Bu sayede kan akımı havalanmanın iyi olduğu bölgelere
yönlendirilir. Böylece havalanma derecesiyle orantılı bir şekilde kan akımını
akciğer alanlarına dağıtmak için otokontrol sistemi oluşturulur. Buna neden
olan kimyasal aracı madde bilinmemektedir. Düşük oksijen
konsantrasyonlarında, alveol epitel hücreleri tarafından henüz
keşfedilmemiş vazokonstriktör bir maddenin salgılandığına inanılmaktadır.
Akciğer dokularını inerve etmelerine rağmen sinirlerin pulmoner kan
akımının kontrolünde önemli bir fonksiyona sahip oldukları şüphelidir.
Normal olarak, akciğerlere gelen parasempatik sinirlerin (nervus vagus)
uyarılması pulmoner vasküler dirençde azalmaya (vazodilatasyon), sempatik
sinirlerin uyarılması ise artışa (vazokonstrüksiyon) neden olur:
Parasempatikler akciğerlerde kan damarlarının genişlemesine yol açar,
sempatikler ise daralmasına neden olur. Ancak her iki etki de çok düşüktür.
Ventilasyon/perfüzyon oranı (VA/Q)
Birçok hastalıkta akciğerlerin bazı bölgeleri iyi havalandığı halde kan akımı
bulunmaz. Diğer bölgelerde ise kan akımı mükemmel olduğu halde
ventilasyon çok az veya hiç olmaz. Her iki durumda da solunum
membranlarından gaz değişimi bozulur. Toplam ventilasyon ve toplam kan
akımının normal olmasına rağmen, ventilasyon ve kan akımı akciğerlerin
farklı bölgelerinde yer aldığından şahıs ağır solunum güçlüğü içinde olabilir.
Böyle durumlarda gaz değişimini anlamamıza yardım eden ve ventilasyonperfüzyon oranı (VA/Q - VA; alveoler ventilasyon, Q; perfüzyon) adı verilen
bir kavram geliştirilmiştir. Ventilasyon havalanma, perfüzyon ise kan
akımına karşılık gelir. VA/Q oranı şu formülle hesaplanır: VA/Q = (Soluk
hacmi–Anatomik ölü boşluk) x Solunum hızı / Q ‘dur. (İleti bölgesini
dolduran ve gaz değişimine katılmayan hava hacmi anatomik ölü boşluk
olarak adlandırılır. Bu miktar yaklaşık 150 mL’dir.) Normal VA/Q oranını
hesaplayacak olursak; VA/Q = (500 mL – 150 mL)x12/dk / 5000 mL/dk =
(4200 mL/dk) / (5000 mL/dk) = 0,8 bulunur.
Alveoler oksijen parsiyel basıncı düşük olduğu zaman pulmoner damarların
kasılması ve yüksek olduğu zaman dilatasyonu, ventilasyon-perfüzyon
oranını eşitlemeye yardım eder. Kan akımının bu otoregülasyonu olmasaydı,
az havalanan alveollerden gelen kanla çok havalanan alveollerden gelen kan
karışacak ve bu nedenle akciğerleri terkeden kan düşük oksijen parsiyel
basıncına sahip olacaktı. Pulmoner kan akımının otoregülasyonuna rağmen,
normalde pulmoner ven kanı oksijen parsiyel basıncı farklılıklar gösterir:
Akciğerlerin üst bölgelerinde yüksek, alt bölgelerinde ise düşüktür.
40
Solunum sistemi
Normal bir şahısta ayakta dururken, akciğerlerin alt bölgelerinde (bazal)
kan akımı üst bölgelerine (apeks) göre 5 kat fazladır. Bu durum şöyle
açıklanır: Akciğerlerin en üst noktası ile en alt noktası arasında 30 santimetre
mesafe vardır. Yerçekimi nedeniyle akciğerlerin üst bölgelerinde arteryel
basınç kalp seviyesindeki ortalama pulmoner arter basıncından 15 mmHg
daha düşük, alt bölgelerinde ise 8 mmHg daha yüksektir. Akciğerlerin üst
bölgelerinde arteryel basınç daha düşük olduğundan, kalp düzeyinin 10
santimetre üzerinden apekse kadar olan akciğer alanlarında kan akımı
diyastolde sıfır olmak üzere kesintilidir; sadece sistolde mevcuttur. Diğer
akciğer alanlarında ise kan akımı süreklidir. Egzersiz sırasında akciğerlerin
bütün bölgelerinde kan akımı artar. Egzersiz sırasında pulmoner damar
basıncı yükselir ve akciğerlerin bütün bölgelerinde kan akımını devamlı hale
getirir.
Akciğerlerin üst bölgelerinde hem kan akımı hem de alveoler ventilasyon
daha azdır. Ancak, kan akımı ventilasyondan belirgin olarak daha
azalmıştır. (Şekil 2.21). Bu nedenle apeksde VA/Q oranı yüksektir; 3,4’e
çıkar. VA/Q oranı 3,4’e çıktığından, akciğerlerin üst bölgelerinde
ventilasyonun bir kısmı boşuna tüketilir. Yani; akciğerlerin üst bölgelerinde
orta derecede bir fizyolojik ölü boşluk vardır. Akciğerlerin üst
bölgelerindeki yüksek VA/Q oranı nedeniyle tüberküloz bu bölgeyi tercih
eder. Çünkü mycobacterium tuberculosis zorunlu aerop bir bakteridir ve
alveollerdeki yüksek oksijen parsiyel basıncı üremesi için uygun bir ortam
oluşturur. Akciğerlerin alt bölgelerinde ise buna zıt bir durum vardır;
akciğerlerin alt bölgeleri iyi kanlandığı halde, iyi havalanmaz. VA/Q oranı
düşüktür ve 0,6’ya eşittir. Bu nedenle akciğer kılcal damarlarından geçen
venöz kanın bir bölümü oksijenlenemez. Kanın oksijenlenemeyen kısmına
şant kanı denir. Yani; akciğerlerin üst bölgelerinde fizyolojik ölü boşluk
varken, alt bölgelerinde fizyolojik şant vardır.
Ventilasyon
(L/dk)
Kan akımı
(L/dk)
Oran
Apeks
0,24
0,07
3,4
Bazal
0,82
1,29
0,63
Şekil 2.21 Akciğerin alt ve üst bölgelerinde ventilasyon, kan akımı ve VA/Q
oranları.
KLİNİK
Tüberküloz, mycobacterium tuberculosis tarafından oluşturulur.
Solunum sistemi
41
Vücudun herhangi bir yerinde görülürse de, sıklıkla akciğerleri tutar.
Bakteri genellikle solunum yoluyla alınır. Tüberküloz basili
akciğerlerde kendine özgü bir doku reaksiyonuna neden olur. Bu
reaksiyonda; enfekte bölge makrofajlar tarafından işgal edilir ve
lezyon fibröz doku ile çevrilerek tüberkül oluşturulur. Bu durum,
basilin akciğerde yayılmasını sınırlandırır ve infeksiyona karşı
koruyucudur. Ancak, tüberkülozla temas eden kişiler tedavi
edilmezlerse, %3 kadarında sınırlama olayı başarısız olur ve
tüberküloz basili bütün akciğere yayılarak, büyük apse kaviteleri ile
akciğer dokusunda ileri derecede harabiyet yapar.
İleri dönemlerinde akciğeri kaplayan fibröz doku, akciğer
dokusunun fonksiyon gören toplam alanını küçültür. Bu etkilerle; (1)
Pulmoner ventilasyon için solunum kaslarının yapması gereken iş
artar, vital kapasite düşer. (2) Solunum alanının azalması ve membran
kalınlığının artması nedeniyle difüzyon kapasitesi azalır. (3) Anormal
VA/Q oranı difüzyon kapasitesini daha da azaltır.
PULMONER KAPİLLER DİNAMİK
Akciğerlerde sıvı değişiminin dinamiği periferik dokulardakine benzer.
Ancak, nicelik (sayısal) olarak farklılıklar vardır (Şekil 2.22). (1) Pulmoner
kılcal damar basıncı yaklaşık 7 mmHg’dır. Periferik dokulardaki 17
mmHg’lık fonksiyonel kılcal damar basıncıyla kıyaslandığında düşüktür. (2)
Akciğerlerdeki interstisyel sıvı basıncı periferik dokulardakinden biraz daha
negatifdir; -8 mmHg’dır. Alveol duvarları ince ve alveol epiteli o kadar
zayıftır ki, atmosfer basıncından daha büyük (0 mmHg’dan fazla) bir
interstisyel basınç ile yırtılır, interstisyel boşluklardan alveoller içine sıvı
boşalmasına neden olur. (3) Pulmoner kılcal damarlar protein moleküllerini
relatif olarak sızdırdıklarından, pulmoner interstisyel sıvının kolloid osmotik
basıncı yaklaşık 14 mmHg’dır. (4) Plazma kolloid osmoik basıncı sistemik
kılcal damarlarda olduğu gibi 28 mmHg’dır.
Pulmoner kılcal damar
Kapiller basınç
(7 mmHg)
Plazma kolloid ozmotik
basıncı (28 mmHg)
İnterstisyel s ıvı basıncı İnterstisyel sıvı kolloid
(-8 mmHg)
ozmotik bas ıncı (14 mmHg)
İnterstisyel sıvı
Şekil 2.22 Pulmoner kılcal damarlar ve interstisyel sıvıda hidrostatik ve osmotik
basınçlar.
Bu güçler Starling güçleri olarak bilinir ve solunum (alveolekapiller)
42
Solunum sistemi
membranındaki sıvı hareketi Starling güçlerinin etkisi altındadır. Pulmoner
kılcal damarlar içindeki sıvı da diğer kılcal damarlardaki gibi Starling
yasasına göre hareket eder. Kılcal damarlardan çıkan net sıvı Q= Kf . [(Pc +
i) - (Pi + p)]’ye eşittir.
Kılcal damarlardan pulmoner interstisyuma sıvı hareketine yol açan
kuvvetler:
Kılcal damar basıncı
7 mmHg
İnterstisyel sıvı kolloid osmotik basıncı 14 mmHg
İnterstisyel sıvı basıncı
8 mmHg
Toplam
29 mmHg
Kılcal damar içine sıvı emilimine yol açan kuvvetler:
Plazma kolloid osmotik basıncı
28 mmHg
Net filtrasyon basıncı
29–28 = 1 mmHg
Bu net filtrasyon basıncı pulmoner kılcal damarlardan interstisyel aralığa
sıvının devamlı olarak hafifçe akışına neden olur. Böylece pulmoner kılcal
damarlardan saatte yaklaşık 10–20 mililitre sıvı çıkar. Alveollerde buharlaşan
küçük bir miktar dışında bu sıvı pulmoner lenfatiklere alınır ve venöz sistem
yoluyla dolaşıma geri döner.
Akciğer ödemi (Alveoler ödem)
Akciğer ödemi; alveoller, bronşioller ve bronşlar içerisinde seröz sıvı
toplanmasıdır. Alveoller içine sıvı sızması; interstisyel ödemle başlayıp,
interstisyel sıvıda basınç ve hacim artması ile süren olaylar dizisinin son
aşamasını belirler.
İnterstisyel aralık ve alveol içindeki sıvıya birlikte ekstravasküler akciğer
sıvısı denir. Normalde miktarı 500 mililitrenin altındadır. Tanım olarak bu
miktardan fazla sıvı toplanması ödem olarak kabul edilirse de, genellikle
bulgular ve fizyolojik fonksiyonların bozulması, ekstravasküler sıvı miktarı
normalin %75-100'ü kadar artışında ortaya çıkar. Bu fizyolojik rezerv orta
derecede ekstravasküler sıvı artışlarını gaz değişimi ve akciğer mekaniğini
fazla bozmadan barındırabilen interstisyum tarafından sağlanır. İnterstisyel
sıvı; pulmoner lenfatikler, alveol yüzeyinden buharlaşma (evaporasyon),
pulmoner ve bronşial kılcal damarlara rezorpsiyon ve plevral aralığa
geçerek uzaklaştırılır. Daha fazla sıvı birikimi ise alveoler ödeme ve klinik
bakımdan önemli etkilere yol açar. Bu durum pulmoner ödemin, sıvının
toplanma yerine göre interstisyel veya alveoler şeklinde sınıflandırılmasının
da temelini oluşturur. Pulmoner ödem, nedenlerine göre; hemodinamik
ödem, permeabilite ödemi vb. şeklinde de sınıflandırılır. Sol kalpteki yapısal
veya fonksiyonel bozukluklar (mitral stenozu veya sol kalp yetmezliği)
akciğer kılcal damar basıncının ani yükselmesiyle akciğerde (intertisyum ve
alveoller) hızla sıvı toplanmasına yol açar. Pulmoner ödem patofizyolojisinde
hidrostatik basınçta artış, onkotik basınçta azalma, akciğer kılcal damar
geçirgenliğinde artma, lenfatik akımın azalması bulunur.
Akciğer ödeminin 4 aşamada geliştiği kabul edilir: 1. Aşama: Sadece
interstisiyel ödem vardır. Akciğer kompliyansının azalması ile takipne olur.
2. Aşama: Sıvı interstisyumu doldurur ve alveollere geçmeye başlar, önce
alveol içinde septalar arasındaki açılarda toplanır. Gaz değişimi korunabilir.
3. Aşama: Alveollere sıvı dolmaya devam eder ve alveollerin bir kısmı
özellikle altta kalan alveoller tamamen dolarak içlerinde hiç hava kalmaz. Bu,
intrapulmoner şantları büyük ölçüde artırır, hipoksi gelişir, dispne ve
hiperventilasyon hipokapniye neden olur. 4. Aşama: Alveolerden taşan sıvı
Solunum sistemi
43
havayollarına dolar ve köpük oluşumuna neden olur. Şant ve havayolu
obstrüksiyonuna bağlı olarak gaz değişimi ciddi şekilde bozulur. İlerleyici
hiperkapni ve ciddi hipoksi gelişir.
Pulmoner ödem hipoksiye yol açar: Kılcal damarların dışında aşırı sıvı
birkimi ventilasyon ve perfüzyon değişikliklerine yol açarak gaz değişimini
etkisiz hale getirir. Pulmoner ödem, ventilasyon-perfüzyon eşitsizliğine ve
oksijen difüzyonunda azalmaya neden olarak oksijen taşınmasında ve arteryel
oksijen parsiyel basıncında azalmaya yol açar. Ödem sıvısı alveolleri
doldurarak ventilasyon ve gaz değişimini bozar. Özetle; (1) Solunum
membranının toplam yüzey alanı azalır ve membran kalınlığı artar. (2)
Ventilasyon/perfüzyon oranı düşer. Bu iki etki difüzyon kapasitesini
düşürerek hipoksemi (kanda oksijenin azalması) ve hiperkapniye (kanda
karbondioksitin artması) yol açar.
Akciğer ödemi, ödemin vücutta herhangi bir yerde oluştuğu şekilde oluşur.
Aşağıdaki faktörlerden bir veya birkaçının bir arada bulunmasıyla meydana
gelir.
(1) Pulmoner kılcal damar hidrostatik basıncının artması: Pulmoner
ödemin en sık nedeni yüksek sol kalp basınçlarına bağlı olarak gelişen kılcal
damar hidrostatik basıncında artmadır. Bu durum hidrostatik pulmoner
ödem veya hemodinamik ödem diye de adlandırılır. Kanın akciğerlerden sol
kalbe akışına karşı bir engel bulunursa (klasik örnek: mitral stenozu veya sol
kalp yetmezliği) pulmoner kılcal damar hidrostatik basıncı artar. Sol atriyum
basıncının her yükselişi, pulmoner kılcal damar basıncını sol atriyum
basıncından 1–2 mmHg daha fazla yükseltir. Hayvan (köpek) deneylerinde
belirgin pulmoner ödem oluşmadan önce, pulmoner kılcal damar basıncının
en azından plazma kolloid osmotik basıncına eşit bir düzeye yükseltilmesi
gerektiği bulunmuştur. Bu nedenle pulmoner kılcal damar basıncının 7
mmHg’lık normal düzeyinden 28 mmHg’dan daha yükseğe çıkartılması
gerekir. Bu da pulmoner ödeme karşı 21 mmHg’lık bir güvenlik faktörüdür.
Sol atriyum basıncı (zorlu bir egzersiz sırasında bile asla 6 mmHg’nın
üzerine çıkmaz) 23 mmHg’nın üstüne çıkar çıkmaz (pulmoner kapiller basınç
25 mmHg’nın üzerine çıkar) plazma alveollere geçmeye başlar ve ödem
görülür. Yer çekimi nedeniyle ödem önce akciğerlerin alt bölgelerinde başlar
ve hızla bütün alanlara yayılır. Pulmoner ödemde ölüm hızlı gelişir. Kılcal
damar hidrostatik basıncı güvenlik faktör düzeyinin 25–30 mmHg üstüne
çıktığında öldürücü ödem 20–30 dakika içinde oluşabilir.
Pulmoner kılcal damar basıncı kronik olarak yüksek kaldığında (kronik mitral
stenozu - en az 2 hafta süreyle) lenf damarları oldukça genişleyebilmeleri
nedeniyle interstisyel aralıklardan sıvı taşıma kapasitelerini 10 kat daha
artırırlar. Yani akciğerler pulmoner ödeme karşı daha dirençli olurlar. Bu
durumda ödem gelişmeksizin kılcal damar basıncı 40–45 mmHg’ya
yükselebilir. Yani kronik pulmoner ödemde güvenlik faktörü 30–35
mmHg’ya yükselebilir.
(2) Plazma kolloid osmotik basıncının azalması: Plazma proteinleri
(özellikle albumin) azalınca sıvıyı kılcal damar içinde tutan kuvvet
küçüldüğünden, alveoller içine sıvı geçerek ödem oluşur. Gebelik toksemisi,
siroz, malnütrisyon ve nefrotik sendromda görülebilir. Hızlı intravenöz sıvı
infüzyonu (hemodilüsyon) da kolloid osmotik basıncı düşürerek ödeme yol
açabilir.
(3) Pulmoner kılcal damar geçirgenliğinin artması: Bakteriyel, kimyasal,
termik veya mekanik etkilerle kılcal damar membranının geçirgenliği artarsa
44
Solunum sistemi
ödem oluşabilir. Bu durum permeabilite pulmoner ödem diye de
adlandırılır. Geçirgenlik arttığı zaman, normalde damar dışına çıkmayan
proteinler doku aralıklarına geçerler ve dokuda sıvıyı dışarı çeken kuvvet
artar. Hem plazma proteinleri hem de sıvı hızla kılcal damar dışına sızar,
akciğer interstisyel boşluklarına ve oradan da alveollere geçer. Klorin veya
kükürt dioksit gibi zararlı maddeleri soluma, akciğerin aniden ekspanse
olması (reekspansiyon), asit aspirasyonu, allerjik reaksiyon, şok, sepsis, eroin
ile pnömoni gibi infeksiyonlar nedeniyle kılcal damar membranının
haraplanması benzer şekilde ödeme neden olur. Etyolojik faktör değişik olsa
da patoloji aynıdır. Permeabilite artışı ile ilgili durumlar ARDS (Akut
Respiratory Distres Sendrom) içinde değerlendirilmektedir. Hemodinamik
ödem ile permeabilite ödemi arasındaki ayırım ödem sıvısının protein içeriği
ile yapılabilir. Hemodinamik ödem sıvısının protein içeriği düşük,
permeabilite ödeminin yüksektir. Ancak birçok olguda iki neden birlikte
bulunur.
(4) Lenfatik blokaj: Akciğer kılcal damarlarından alveollere çıkan sıvı ve
protein ya toplayıcı lenf kanallarına emilerek lenf akımına verilir ya da
bronşiollere kadar giderek oradan öksürükle dışarı atılır. Akciğer lenf
damarları, terminal bronşiolleri çevreleyen bağ dokusu boşlukları içinde
başlar, akciğer hilusuna doğru yönlenir ve oradan da esas olarak ductus
lymphaticus dexter’e gider. Alveollere çıkan sıvı ve proteinleri
uzaklaştırarak akciğer ödemini önlemede yardımcı olurlar. Alveollere çıkan
sıvı miktarı lenf akımının taşıyabileceğinden fazla olursa ödem meydana
gelir. Bu nedenle lenf kanallarına emilimi engelleyen veya lenf yollarını
tıkayan her faktör ödeme neden olur.
Akciğer lenf kanalları genel dolaşıma dökülür. Bu nedenle venlerde basıncın
yükselmesi boşalmaya engel olarak lenf akımını yavaşlatır (lenf stazı), bu da
alveollerde sıvının emilmesini geciktirir. Konjestif kalp yetmezliğinde
böyle bir durum söz konusudur. Hasta ayakta dururken akciğerlerde ödem
yoktur; yer çekimi etkisiyle ven kanı aşağıda toplanır, ödem alt taraflarda
gelişir. Gece, hasta yatağa yattığı zaman periferde biriken ödem sıvısı kan
akımına geri döner; akciğerlere gelen kan çoğalır. Sonuçta akciğer kılcal
damarlarında hidrostatik basınç artar ve dokuya sıvı geçerek ödem oluşur.
Uyku sırasında hipoksi nedeniyle geçirgenlik artar; ödem sıvısının miktarı
artar. Bir yandan alveollere sıvı akarken, diğer yandan ven basıncı yüksekliği
nedeniyle boşalma olmaz; gerçek akciğer ödemi oluşur.
KLİNİK
Plevral efüzyon; plevral boşlukta çok miktarda serbest sıvı
toplanmasıdır. Efüzyonun sebepleri diğer dokulardaki ödem sebepleri
ile aynıdır.
SOLUNUMUN DÜZENLENMESİ
İnspirasyon ve ekspirasyon işlemi solunum kaslarının kasılması ve gevşemesi
ile gerçekleşir. Solunum kasları medulla spinalisdeki somatik motor
nöronların aktivitesine cevap olarak kasılır ya da gevşerler. Solunum
kaslarını inerve eden motor nöronların aktivitesi iki inen yolla kontrol edilir:
(1) Serebral korteks’den inen ve istemli solunumu kontrol eden yol. (2)
Solunum sistemi
45
Medulla oblongata’dan inen ve istemsiz solunumu kontrol eden yol (Şekil
2.23). Medulla oblongatadaki nöronların kendiliğinden aktivitesi
solunumun ritmik kontrolünü sağlar. Ancak bu nöronlar, ponsdaki
nöronlar ile arteryel kanın karbondioksit parsiyel basıncı (PCO2), hidrojen
iyon konsantrasyonu (pH) ve oksijen parsiyel basıncına (PO2) duyarlı
reseptörlerden gelen duysal uyarılardan etkilenirler. Bu uyarılar kan
karbondioksit parsiyel basıncının yükseldiği veya kan pH'sının düştüğü
durumlarda ventilasyonun artırılmasında çok etkilidir.
Serebral korteks
Apnöstik
merkez
Pnömotaksik
merkez
Pons
Kemoreseptörler
(Aortik ve karotid
cisimler)
Istemsiz kontrol
Istemli kontrol
Medulla oblangata
Kemoreseptörler
(Medulla oblangata)
Medulla spinalis
Solunum kasları motor nöronları
Şekil 2.23 Solunumun istemli ve istemsiz kontrolü
Solunum merkezi
Medulla oblongatada iki taraflı olarak bulunan ve otonomik solunumu
kontrol eden nöronlar klasik olarak solunum merkezi diye adlandırılır.
Bununla birlikte ponsta apnöstik merkez ve pnömotaksik merkez olmak
üzere iki merkez daha tanımlanmıştır. Solunum merkezi inspirasyonda (I
nöronları) ve ekspirasyonda (E nöronları) rol oynayan nöronların bir
topluluğudur. I nöronları solunum kaslarını inerve eden spinal motor
nöronları uyarırlar. Ekspirasyon; I nöronlarının E nöronlarınca inhibisyonu
sonucu oluşan pasif bir olaydır. I ve E nöronlarının çapraz aktivitesi sonucu
solunum gerçekleştirilir. Medulladaki solunum merkezi, dorsal solunum
grubu ve ventral solunum grubu olmak üzere ikiye ayrılır (Şekil 2.24).
Dorsal solunum grubu nöronları nucleus traktus solitariusda yerleşmiştir.
Nucleus traktus solitarius; aynı zamanda periferik kemoreseptörlerden,
baroreseptörlerden ve akciğerlerde bulunan reseptörlerden duysal uyarıları
taşıyan nervus vagus ve nervus glossofaringeusun duysal sonlanma yeridir.
Bu nedenle, bu reseptörlerden kaynaklanan uyarılar solunumun
düzenlenmesine yardımcı olur. Dorsal solunum grubu nöronlarının
uyarılması daima inspirasyona neden olur. Solunumun temel ritmini
dorsal solunum grubu nöronları saptar. Diyafram ve eksternal interkostal
kaslara uyarılar gönderirler. Dorsal solunum grubundan çıkan uyarılar nervus
phrenicus’lar yoluyla diyaframa, nervi intercostales’ler (torakal spinal
46
Solunum sistemi
sinirlerden çıkarlar) yoluyla da eksternal interkostal kaslara iletilir.
Pnömotaksik merkez
Apnöstik merkez
Ventral solunum grubu
(Ekspirasyon + İnspirasyon)
Dorsal solunum grubu
(İnspirasyon)
Nervus vagus ve
nervus glossofaringeus
Şekil 2.24 Solunum merkezlerinin organizasyonu
İnspirasyon kaslarına iletilen sinir uyarıları, normal solunumda ilk önce zayıf
olarak başlar ve bir rampadaki gibi 2 saniye içinde giderek yükselir
(inspirasyon), sonra bunu izleyen 3 saniye içinde ani olarak kesilir
(ekspirasyon). Daha sonra yeni bir siklus başlar. Bu nedenle solunum
uyarısına rampa sinyali denir. Yani, inspirasyonda akciğerler yavaş yavaş
genişler. Oysa ekspirasyonda hacim değişiklikleri ani olur. İnspirasyon iki
yolla kontrol edilir: (1) Rampa sinyalinin yükselme hızının kontrolü ile: Çok
aktif bir solunum sırasında rampa hızlanarak akciğerlerin hızlı dolması
sağlanır. (2) Rampanın ani olarak kesildiği sınır noktasının (kapanma
düğmesi) kontrolü ile: Bu, solunum hızının kontrolünde esas yöntemdir.
Yani; rampa ne kadar erken biterse inspirasyon süresi o kadar kısa olur. Bu
durumda henüz bilinmeyen bir nedenle ekspirasyon süresi de kısalır. Böylece
solunum hızlanır.
Ventral solunum grubu nöronları nucleus ambigius ve nucleus
retroambigiusda bulunur. Ventral solunum grubu nöronları; (1) Normal
sakin solunum sırasında inaktifdir. (2) Aktif solunum sırasında, yüksek
düzeyde ventilasyon gerektiği zaman, solunum uyarıları dorsal solunum
grubundan ventral solunum grubu nöronlarına kayar. Böylece ventral
solunum grubu nöronları solunumun yönlendirilmesine katılmış olur. (3)
Ventral solunum grubu nöronlarından bazılarının uyarılması
inspirasyon oluştururken, diğerlerinin uyarılması ekspirasyon oluşturur.
Bununla beraber özellikle ekspirasyonda, güçlü ekspirasyon
yaptırmaları bakımından önem taşırlar.
Ponsda iki solunum kontrol merkezi daha tanımlanmıştır (Şekil 2.24).
Apnöstik merkez medulladaki I nöronlarını uyararak inspirasyonda rol
oynar. Apnöstik merkezin yeri anatomik olarak iyi tanımlanamamıştır.
Ponsun üst bölümünde nucleus parabrachialis'de bulunan pnömotaksik
merkez ise apnöstik merkezi antagonize eder; inspirasyonun
Solunum sistemi
47
engellenmesinde rol oynar. Apnostik merkezin, periyodik olarak
pnömotaksik merkez aktivitesi ile inhibe edilen devamlı uyarılar
oluşturduğuna inanılır. Pnömotaksik merkez, inspirasyon alanına sürekli
uyarılar göndererek solunum rampasının kapanma düğmesini kontrol eder.
Bu nedenle pnömotaksik merkezin esas fonksiyonu inspirasyonu
sınırlandırmasıdır. İnspirasyonun sınırlandırılması aynı zamanda solunum
süresini kısaltır. Böylece solunum hızı artar. Güçlü bir pnömotaksik uyarı
solunum hızını dakikada 30–40 soluk alacak şekilde artırır, zayıf
pnömotaksik uyarı ise solunum hızını dakikada birkaç soluğa indirir.
Solunumun kimyasal kontrolü
Solunumun amacı vücut sıvılarında oksijen, karbondioksit ve hidrojen iyon
konsantrasyonlarını uygun düzeyde devam ettirmektir. Bu nedenle
solunumun otonom kontrolü kanın kimyasal kompozisyonuna duyarlı
reseptörlerden doğan uyarılarca etkilenir. Karbondioksit ve hidrojen
iyonlarının artması solunum merkezini uyararak solunum kaslarına
gönderilen inspirasyon ve ekspirasyon uyarılarını artırır. Ventilasyonun
artması kandan karbondioksitin atılmasını artırır. Bu da kanda karbonik asiti
azaltarak hidrojen iyonlarını bertaraf eder. Diğer yandan oksijen, solunum
merkezleri üzerine önemli doğrudan bir etkiye sahip değildir. Bunun
yerine periferik kemoreseptörler üzerine etki eder. Kandaki PCO 2, pH ve
PO2'ye duyarlı iki grup kemoreseptör vardır: Santral kemoreptörler ve
periferik kemoreseptörler.
Santral kemoreseptörler
Solunum merkezlerinden hiçbirisi kandaki karbondioksit ve hidrojen iyon
konsantrasyonu ile doğrudan uyarılmaz. Medulla oblongatanın ön yüzünde,
nervus vagus ve nervus glossofaringeus’un medullaya girdikleri bölgede,
kandaki karbondioksit ve hidrojen iyon konsantrasyonundaki değişikliklere
çok duyarlı bir kimoduyar alan bulunur (Şekil 2.25). Bu kemoreseptör
nöronlar, medulladaki solunum merkezi nöronları ile sinaptik ilişkidedir.
Kimoduyar alandaki nöronlar doğrudan sadece hidrojen iyonları ile
uyarılır. Ancak, hidrojen iyonları kan-beyin bariyeri veya kanserebrospinal sıvı bariyerini kolayca geçemez. Bu nedenle kandaki hidrojen
iyon değişikliklerinin kemoreseptör nöronları uyarıcı etkisi karbondioksite
oranla küçük kalır. Karbondioksit bu nöronları dolaylı olarak uyarır.
Kanda karbondioksit konsantrasyonu arttığı zaman hem medulla oblongata,
hem de serebrospinal sıvıda PCO2 artar. Çünkü karbondioksit kan-beyin
bariyerini geçer. Her iki sıvıda da karbondioksit su ile reaksiyona girerek
karbonik asit (H2CO3) oluşturur (CO2 + H2O
H2CO3). Karbonik asit de
hidrojen ve bikarbonat iyonlarına ayrışır (H2CO3
HCO3- + H+).
Hidrojen iyonları kimoduyar alanda kuvvetli bir doğrudan uyarıcı
etkiye sahiptir. Görüldüğü gibi, solunum merkezleri üzerine oksijen
konsantrasyonundaki değişikliklerin doğrudan bir etkisi yoktur.
48
Solunum sistemi
HCO-3 + H+
İnspirasyon alanı
H CO3
2
CO2 + H2O
Şekil 2.25 İnspirasyon merkezinin kimoduyar alan tarafından uyarılması.
Solunum merkezinin karbondioksit ile uyarılması ilk birkaç saattte yüksektir,
fakat etki giderek azalır ve birkaç gün içinde başlangıçtaki etkinin 1/5’ine
kadar düşer. Bunun nedeni; böbreklerin artan hidrojen iyonlarını bertaraf
etmek için kanda bikarbonatı (HCO3-) artırmalarıdır. Bikarbonat iyonları
hidrojen konsantrasyonunu azaltmak için kanda ve serebrospinal sıvıda
hidrojenle birleşir. Aynı zamanda saatler süren bir dönem sonunda kan-beyin
ve kan-serebrospinal sıvı bariyerlerini yavaş yavaş difüzyonla geçerek
solunum merkezlerine ulaşır ve oradaki hidrojenle birleşerek
konsantrasyonunu normal veya normale yakın bir değere indirir. Bu nedenle
solunumun
kontrolünde
karbondioksit
konsantrasyonundaki
değişiklikler kuvvetli bir akut etkiye sahiptir, ancak birkaç günlük
adaptasyondan sonra zayıf kronik etkiye sahiptir.
Hipoventilasyon PCO2'de artışa neden olur (hiperkapni). Hipoventilasyon
oluştuğunda PCO2 hızla artar ve pH düşer. pH'nın düşmesi;
karbondioksitin karbonik asit oluşturmak için su ile birleşmesinden
kaynaklanır. Kan oksijen miktarı daha yavaş düşer. Çünkü hemoglobine bağlı
büyük bir oksijen deposu vardır. Hiperventilasyon ise buna zıt olarak
PCO2'de düşüşe neden olur (hipokapni). Hiperventilasyonda kan PCO2'si
hızla düşer ve karbonik asidin eliminasyonuna bağlı olarak pH yükselir.
Diğer yandan kan oksijen miktarı hiperventilasyonda anlamlı olarak
yükselmez. Zaten normal ventilasyonda arteryel kandaki hemoglobinin
%97'si oksijenle satüredir. Solunumun hız ve derinliği normal olarak arteryel
PCO2'yi 40 mmHg'ya düşürmek için ayarlanır.
Periferik kemoreseptörler
Periferik kemoreseptörler en çok aort arkında bulunan aortik cisimler
(glomus aorticum) ile karotid arterin internal ve eksternal karotid arterlere
ayrılma noktasında bulunan karotid cisimlerde (glomus caroticum) bulunur
(Şekil 2.26). Bunların dışında, toraks ve abdominal bölgelerdeki diğer
arterlerle ilişkili olarak bulunurlar. Aortik ve karotid cisimler, buralarda
bulunan ve basınç reseptörü içeren aortik ve karotid sinus'lerle
karıştırılmamalıdır.
Solunum sistemi
49
Aortik ve karotid cisimler kan oksijen, karbondioksit ve hidrojen iyon
konsantrasyonundaki değişikliklere duyarlıdır. Aortik ve karotid cisimlerde
kan akımı, bütün vücut dokularına göre en yüksek düzeydedir; kendi
ağırlıklarının 20 katı kadardır. Bu cisimler, yakınında bulunan arter
gövdesinden ayrılan küçük bir arter yoluyla özel bir kan akımına sahiptir.
Arter-ven oksijen farkı %1’den küçüktür; aortik ve karotid cisimlerde doku
oksijen parsiyel basıncı (PO2) her zaman arteryel kanınkine eşit
düzeylerde kalır. Bu nedenle, bu reseptörlerin uyarılma derecesini
başlıca arteryel kandaki oksijen parsiyel basıncı belirler.
Aortik ve karotid cisimler 2 tip hücre (tip I ve tip II) içerir. Tip I hücreler
(glomus hücreleri) afferent sinirlerin sonlanmaları ile içiçedir. Hipoksi ile
uyarılırlar ve salgıladıkları dopamin aracılığıyla sinir uçlarını uyarırlar. Tip
II hücreler ise destek hücreleridir. Periferik kemoreseptörler, medulla
oblongataya giden duysal sinir lifleri aracılığıyla solunumu dolaylı olarak
kontrol ederler. Aortik cisimler nervus vagus, karotid cisimler ise Hering
siniri ve sonra nervus glossofaringeus yoluyla medulla oblongataya duysal
lifler gönderirler.
Nervus
Glossofaringeus
Karotid
cisimler
Nervus Vagus
Aortik cisimler
Aort
Şekil 2.26 Periferik kemoreseptörler. (Fox’dan)
Aortik ve karotid cisimler kan karbondioksit ve hidrojen iyon
konsantrasyonundaki artışla da uyarılırlar. Karbondioksit ve hidrojen
iyonlarındaki artma periferik kemoreseptörleri uyararak solunum faaliyetini
dolaylı olarak artırır. Ancak, her iki faktörün solunum merkezine
doğrudan etkisi bu yolla olan etkiye göre yaklaşık 7 kat daha kuvvetlidir.
Bu nedenle kemoreseptörler üzerinden olan dolaylı etkisi pratik olarak ihmal
edilebilir. Bununla beraber, karbondioksitin periferik kemoreseptörleri
uyarması santral kemoreseptörlerden 5 kat daha hızlıdır. Bu nedenle
periferik kemoreseptörler egzersizin başlangıcında karbondioksite karşı
50
Solunum sistemi
cevap hızını artırabilirler. Karbondioksit parsiyel basıncındaki artışa cevap
olarak solunumun kemoreseptörlerce düzenlenişi Şekil 2.27’de gösterilmiştir.
Ventilasyonda azalma
Arteryel PCO
Plazma PCO
2
2
H
+
Kan pH
Kemoreseptörler
(Medulla oblangata)
Solunum merkezi
(Medulla oblangata)
Motor nöronlar
(Medulla spinalis)
-
Kemoreseptörler
(Aortik ve karotid
cisimler)
Solunum kasları
Ventilasyonda artma
Şekil 2.27 Ventilasyonun negatif geribildirim ile düzenlenmesi.
PO2, PCO2 ve pH’nın ventilasyon üzerine ayrı ayrı ve birlikte etkilerini
inceleyelim.
PO2 ile ventilasyonun kontrolü
Normal şartlar altında kan oksijen parsiyel basıncı (PO2) solunumu sadece
dolaylı olarak etkiler. Arteryel kan oksijen konsantrasyonundaki
değişikliklerin solunum merkezi üzerine doğrudan etkisi yoktur. Düşük
arteryel oksijen parsiyel basıncı periferik reseptörlerin uyarı hızını artırır.
Sonuç olarak ventilasyon artar ve bu durum alveollere daha fazla oksijen
sağlar. Ancak, arteryel oksijen parsiyel basıncı 70 mmHg’nın altına
ininceye kadar ventilasyon fazla artmaz (Şekil 2.28). Bunun nedeni; kanda
taşınan oksijen miktarının oksijen parsiyel basıncı 70 mmHg’nın altına
ininceye kadar çok düşmemesidir (Bkz. Oksijen-hemoglobin disosiyasyon
eğrisi). Fakat arteryel kanda oksijen konsantrasyonu normalin altına indiği
zaman periferik kemoreseptörler kuvvetle uyarılırlar.
Ventilasyon (L/dk)
Solunum sistemi
51
30
20
10
0
40
80
120
Arteryel PO (mmHg)
2
Şekil 2.28 Arteryel PO2’deki azalmanın ventilasyon üzerine etkisi. (Arteryel PCO2
sabit=40 mmHg)
PCO2 ile ventilasyonun kontrolü
Arteryel karbondioksit parsiyal basıncındaki (PCO2) değişikliklerin
ventilasyonu refleks kontrolü büyük ölçüde hidrojen konsantrasyonundaki
değişmelere bağlıdır. Periferik kemoreseptörler, PCO2’de artma ile oluşan
artmış hidrojen konsantrasyonuyla uyarılır. Aynı zamanda karbondioksit kanbeyin bariyerinden hızla difüze olduğundan, arteryel kanda PCO 2 artışı beyin
ekstrasellüler sıvısında aynı hızda PCO2 artışına neden olur. Artan PCO2,
santral kemoreseptörleri uyaran hidrojen iyon konsantrasyonunu artırır. Hem
periferik, hem de santral kemoreseptörlerden gelen uyarılar artan
karbondioksitin atılmasını sağlamak için ventilasyonu uyarır (Şekil 2.29). Bu
reflekslerde santral kemoreseptörler ventilasyona %70 uyarı
sağladığından daha önemlidir. Tersine, PCO2 normalin altına inecek olursa,
ventilasyon azalır ve metabolizmanın oluşturduğu karbondioksit birikir. Bu
şekilde arteryel PCO2 40 mmHg'lık normal değerinde tutulur.
Ventilasyon (L/dk)
15
10
5
0
40
44
48
Arteryel PCO2 (mmHg)
Şekil 2.29 Arteryel PCO2 artışının ventilasyon üzerine etkisi.
pH ile ventilasyonun kontrolü
Karbondioksit artışına bağlı olmadan hidrojen iyon konsantrasyonunda
artma (metabolik asidoz) veya azalma (metabolik alkoloz) durumlarında
periferik kemoreseptörler büyük rol oynar. Örneğin; şiddetli egzersizde
Solunum sistemi
52
olduğu gibi kana laktik asit eklenmesi, periferik kemoreseptörlerin
uyarılmasıyla hiperventilasyona neden olur (Şekil 2.30). Bu durumda santral
kemoreseptörler çok az uyarılır. Çünkü laktik asitten oluşan hidrojen iyonları
kan-beyin bariyerini geçemezler. Bunun aksine, hidrojen iyon
konsantrasyonu PCO2’deki azalmanın dışında başka bir yolla azaldığında
(örneğin kusma ile mideden hidrojen iyonu –hidroklorik asit- kaybı) periferik
kemoreseptörlerden uyarı çıkışının azalması nedeniyle ventilasyon refleks
olarak baskılanır.
Ventilasyon (L/dk)
15
10
5
2,5
44
40
42
46
+
Plazma H konsantrasyonu (nmol/L)
7.4
7.33
Şekil 2.30 Arteryel pH’nın ventilasyon üzerine etkisi.
Ventilasyon üzerine PO2, PCO2 ve pH’nın etkisi
Artan PCO2 ve azalan PO2’nin etkileri sadece medullaya gelen bağımsız
uyarılar şeklinde değildir. Aynı zamanda sinerjik etkiler de gösterirler. Düşük
PO2 ve yüksek PCO2’ye verilen akut solunum cevabı, tek tek cevapların
toplamından daha büyüktür.
Hering-Breuer refleksi
Akciğerler, nervus vagus duysal lifleri aracılığıyla medulla oblongatadaki
solunum merkezini etkileyen reseptörler içerir. Bronş ve bronşiol çeperinde
bulunan gerilme reseptörleri akciğerlerin aşırı gerilmesinde uyarılırlar ve
nervus vagus yoluyla dorsal solunum grubu nöronlarına uyarılar gönderirler.
Bu uyarılar pnömotaksik merkezden gelen uyarılarla aynı etkiye
sahiptirler, yani inspirasyon süresini kısaltırlar. Akciğerler aşırı
genişlediği zaman gerilme reseptörleri bir feedback mekanizma ile
inspirasyon rampasını sona erdirir. Buna Hering-Breuer refleksi denir. Bu
refleks aynı zamanda pnömotaksik merkez gibi inspirasyon periyodunu
kısaltıp solunum frekansını artırır.
Bununla birlikte Hering-Breuer refleksi solunumun normal kontrolünde
önem taşımaz. Akciğerlerin aşırı genişlemesi sırasında koruyucu bir
mekanizmadan ibarettir. Çünkü yetişkinlerde normal soluk hacimlerinde aktif
değildir ve soluk hacmi 1 litreye yükselinceye kadar da aktif olmaz. Ancak,
egzersiz gibi yüksek soluk hacimlerinde solunumun kontrolüne katkıda
bulunabilir. Ayrıca, Hering-Breuer refleksi yenidoğanlarda normal
ventilasyonun kontrolünde ve akciğerlerin daha fazla genişlediği kronik
obtrüktif akciğer hastalıklarında önemli olabilir.
Solunum sistemi
53
SOLUNUM FONKSİYON TESTLERİ
Akciğer fonksiyonları spirometre (spiro; ruh, nefes, metre; ölçüm)
aracılığıyla ölçülebilir. Spirometre iç içe geçmiş iki silindirden ibarettir (Şekil
2.31). Alttaki silindirde su bulunur ve bu sayede üstteki silindir rahatça
hareket eder. Bu işlemde kişi üstteki silindirin içinde bulunan havayı kapalı
bir sistemden solur. Silindir, kişi nefes alırken aşağı, verirken yukarı hareket
eder. Silindirin hareketi, dönen bir kaydedicide yazdırılır. Yazdırıcının
kalemi tam ters yönde; kişi nefes alırken yukarı, verirken aşağı hareket eder.
Bu tip sulu spirometreler eğitim açısından önemlidir. Günümüzde akım
duyarlı spirometreler kullanılmaktadır. Bu cihazlar taşınabilir ve bilgisayarlı
olup doğrudan akımı ölçerler. Hacim, akımın zaman ile çarpımından
hesaplanır.
Yüzen silindir
Hava
Su
Kimograf
Ağızlık
Şekil 2.31 Spirometre.
Ölü boşluk ve alveoler ventilasyon
Sakin solunum sırasında, her solukta alınan hava hacmi 500 mL'dir. Buna
soluk hacmi (tidal volüm) adı verilir. İstirahatteki soluk hacmini dakika
solunum sayısı (12/dk) ile çarparsak; 500x12=6 L olan solunum dakika
hacmi bulunur. (Dakika solunum sayısı genç erişkinlerde yaklaşık 12/dk’dır.
Yaşın artışıyla 14-16’ya yükselir.) Bununla birlikte ileti bölgesini dolduran
hava gaz değişimine katılmaz. İleti bölgesini dolduran ve gaz değişimine
katılmayan hava hacmi anatomik ölü boşluk olarak adlandırılır. Bu miktar
yaklaşık 150 mL’dir. Bu nedenle bir dakikada alveollere ulaşan ve gaz
değişimine katılan hava hacmi (500–150)x12=4200 mL’dir. Bir dakikada
alveollerde gaz değişimine katılan hava hacmi alveoler ventilasyon olarak
adlandırılır.
Alveol havası her solukta atmosfer havası ile kısmen değişir. Normalde
ekspirasyon sonunda akciğerlerde kalan hava hacmi (fonksiyonel rezidüel
kapasite) 2300 mililitredir. Oysa inspirasyonla alınan ve alveollerde gaz
değişimine katılan yeni hava hacmi 350 mililitredir. Bundan dolayı her bir
solukla alınan atmosfer havası ile yenilenen alveol havasının hacmi, toplamın
sadece yedide biridir. Başka bir deyişle; her solunum hareketi ile fonksiyonel
rezidüel kapasitenin (FRC=2300 mL) 0,15 kadarı yenilenir (350/2300=0,15)
Bu orana ventilasyon katsayısı denir. Alveol havasının böyle yavaş
54
Solunum sistemi
değişmesi, dokularda gaz değişiminin nisbeten sabit bir ortamdan yapılmasını
sağlar.
Anatomik ölü boşluk nedeniyle hızlı ve yüzeyel solunum, dakika hacmi aynı
olsa da normal sakin ve derin solunuma göre alveoler ventilasyonun daha az
olmasına neden olur. Örneğin, soluk hacminin 200 mL, solunum sayısının
30/dk olması durumunda da solunum dakika hacmi 6 L’dir (200x30=6 L).
Fakat alveoler ventilasyon (200–150)x30=1500 mL’dir. Görüldüğü gibi
alveoler ventilasyon önemli ölçüde azalmıştır. Bazı anormal durumlarda gaz
değişimine katılmayan alveoller bulunur. Bu durumda anatomik ölü boşlukla
birlikte gaz değişimine katılmayan alveollerin birleşimine fizyolojik ölü
boşluk adı verilir. Sağlıklı kişilerde anatomik ölü boşlukla fizyolojik ölü
boşluk hemen hemen birbirine eşittir. Fakat ventilasyon ve perfüzyondaki
uygunsuzlukla fizyolojik ölü boşluk büyür.
Hacim ve kapasiteler
Akciğerlerde 4 tane hacim tanımlanmıştır: Soluk hacmi, inspirasyon yedek
hacmi, ekspirasyon yedek hacmi ve rezidüel hacim. İstirahat halinde
akciğer hacim ve kapasitelerini gösteren bir spirogram Şekil 2.32'de
gösterilmiştir. (1) Soluk hacmi (TV - Tidal Volume): Normal solunum
sırasında alınan veya çıkarılan hava hacmidir. Bu hacim yaklaşık 500 mL’dir.
Soluk hacmi, vital kapasitenin yaklaşık %12'sidir. Egzersiz sırasında soluk
hacmi vital kapasitenin %50’sine kadar çıkabilir. (2) İnspirasyon yedek
hacmi (IRV –Inspiratory Reserve Volume): Normal bir inspirasyondan sonra
maksimum bir inspirasyonla alınabilen hava hacmidir. Bu hacim yaklaşık
3000 mL’dir. (3) Ekspirasyon yedek hacmi (ERV - Expiratory Reserve
Volume): Normal bir ekspirasyondan sonra maksimum bir ekspirasyonla
çıkarılabilen hava hacmidir. Bu hacim yaklaşık 1100 mL’dir. (4) Rezidüel
hacim (RV – Residual Volume): Tortu hacmi diye de adlandırılır.
Maksimum bir ekspirasyondan sonra akciğerlerde kalan hava hacmidir. Bu
hacim yaklaşık 1200 mL’dir. Rezidüel hacim, kendimizi ne kadar zorlarsak
zorlayalım, akciğerlerden çıkaramadığımız hava hacmidir. Rezidüel hacim,
akciğerlerde gaz değişiminin devamlı olmasını sağlar. Aynı zamanda, sıradan
spirometrelerle ölçülemeyen tek akciğer hacmidir. Pratikte, önce helyum
dilüsyon yöntemi ile fonksiyonel rezidüel kapasite (FRC) ölçülür, sonra
rezidüel hacim hesaplanır: Rezidüel hacim = Fonksiyonel rezidüel kapasite
(FRC) – Ekspirasyon yedek hacmi (ERV)’dir.
Helyum dilüsyon yönteminde belirli hacimdeki bir spirometre, belirli
konsantrasyonda hava-helyum karışımı ile doldurulur. Spirometreden
solumadan önce kişi normal bir ekspirasyon yapar. Bu ekspirasyonun
sonunda akciğerlerde kalan hacim FRC’ye eşittir. Bu anda kişi spirometreden
solumaya başlar ve spirometredeki gazlar akciğerlerdeki gazlarla karışır.
Sonuçta helyum FRC ile dilüe olur. FRC, helyumun seyrelme oranından
hesaplanır. FRC; helyumun spirometredeki başlangıç konsantrasyonu,
helyumun spirometredeki son konsantrasyonu ve spirometenin başlangıç
hacmi kullanılarak şu denklemle hesaplanır: FRC=(CHE(Başlangıç)/CHE(Son) -1) x
V(Başlangıç)
Akciğerlerde 4 tane de kapasite tanımlanmıştır: İnspirasyon kapasitesi,
fonksiyonel rezidüel kapasite, vital kapasite ve total akciğer kapasitesi.
Kapasiteler iki veya daha fazla akciğer hacminin toplamıdır. (1) İnspirasyon
kapasitesi (IC –Inspiratory Capacity): Normal bir ekspirasyondan sonra
maksimum
bir
inspirasyonla
alınabilen
hava
hacmidir.
(TV+IRV=500+3000=3500 mL) (2) Fonksiyonel rezidüel kapasite (FRC –
Functional Residual Capacity): Normal bir ekspirasyondan sonra
Solunum sistemi
55
Akciğer hacmi (mL)
akciğerlerde kalan hava hacmidir. (ERV+RV=1100+1200= 2300 mL) (3)
Vital kapasite (VC –Vital Capacity): Maksimum bir inspirasyondan sonra
maksimum bir ekspirasyonla çıkarılabilen hava hacmidir (IRV+TV+ERV =
3000+500+1100 = 4600 mL). Vital kapasite spirometre ile ölçülen en büyük
hava hacmidir ve klinikte çok önemlidir. (4) Total akciğer kapasitesi (TLC
–Total Lung Capacity): Maksimum bir inspirasyondan sonra akciğerlerde
bulunan toplam hava hacmidir. (IRV+TV+ERV+RV = 3000+500+1100
+1200= 5800 mL)
IRV
IC
VC
TV
ERV
RV
FRC
Şekil 2.32 Akciğer hacim ve kapasitelerini gösteren bir spirogram. TV: Soluk
hacmi. IRV: İnspirasyon yedek hacmi. ERV: Ekspirasyon yedek hacmi. RV: Rezidüel
hacim. IC: İnspirasyon kapasitesi. VC: Vital kapasite. FRC: Fonksiyonel rezidüel
kapasite. TLC: Total akciğer kapasitesi.
RV/TLC oranı akciğer hastalıklarının farklı tiplerinin ayırt edilmesinde
kullanılır. Normal kişilerde oran sıklıkla 0,25’den küçüktür. TLC artmadan
RV’deki bir artış nedeniyle RV/TLC oranının yükselmesi, hava yolu
tıkanıklığına bağlıdır. Bu durum obstrüktif akciğer hastalıklarında oluşur.
TLC’deki azalmaya bağlı olarak RV/TLC oranının yükselmesi, restriktif
akciğer hastalıklarında meydana gelir.
Tüm akciğer hacim ve kapasiteleri kadınlarda erkeklere göre yaklaşık %20–
25 daha düşüktür. İri ve atletik yapılı kişilerde de, küçük ve zayıf
kişilerdekine göre daha yüksektir.
Dinamik hacim ve kapasiteler
Zorlu vital kapasite (FVC) ve zorlu ekspirasyon hacmi (FEV)
Zorlu vital kapasite (FVC – Forced Expiratory Vital Capacity); maksimum
bir inspirasyondan sonra, mümkün olduğu kadar zorlu ve hızlı bir
ekspirasyonla (mümkün olan en büyük güçle) çıkarılabilen hava hacmini
tanımlar. Zorlu vital kapasite, sağlıklı kişilerde vital kapasiteye eşittir. İleri
derecede hava yolu obstrüksiyonu olan kişilerde vital kapasiteden düşüktür.
56
Solunum sistemi
Zorlu ekspirasyon hacmi (FEV -Forced Expiratory Volume) ise; zorlu vital
kapasite uygulaması sırasında belirli zamanlarda dışarı atılan hava hacmidir
(Şekil 2.33). Genellikle 1 ve 3 saniyelik zorlu ekspirasyon hacimleri (FEV 1
ve FEV3) tayin edilir. FEV1; ekspirasyonun başlangıcından itibaren ilk saniye
içinde, FEV3 ise ilk üç saniye içinde atılan hava hacmini tanımlar. Normal
şahıslarda birinci saniyede çıkarılan hava hacminin (FEV1) zorlu vital
kapasiteye (FVC) oranı (FEV1/FVC) %83’dür. (Örnek: FEV1= 4 L, FVC= 5
L ise FEV1/FVC= 4/5 = %80’dir.) (Normal kişilerde birinci saniyede vital
kapasitenin en az %72’si çıkarılır, dolayısıyla normal kişilerde FEV1/FVC
oranı %72’den büyüktür.) Benzer şekilde FEV2/FVC = %94, FEV3/FVC =
%97’dir. FEV1/FVC oranı klinikte Tiffeneau indeksi olarak bilinir ve çok
önemlidir. FEV1; akciğerlerin tam genişleme durumunda, yani akciğerlerin
en yüksek hacimdeki akım hızını yansıtır. FEV 3 ise, akciğerlerin düşük
hacimdeki akım hızını yansıtır. Bu nedenle FEV testi, küçük hava yolları
(r<2 milimetre) hastalıklarını değerlendirmede ve obstrüksiyonu ortaya
çıkarmada en duyarlı testlerden biridir.
Bir de zorlu ekspirasyon akımı; FEF25–75 (Forced Expiratory Flow - vital
kapasitenin %25-75’inde zorlu ekspiratuar akım) vardır. Bu test MMEF
(orta maksimal ekspiratuar akım) olarak da bilinir. Zorlu ekspirasyon
akımı, zorlu vital kapasite eğrisinin orta yarısındaki (%25–75 arası) ortalama
akım hızını tanımlar. Bunun için zorlu vital kapasite, eğri üzerinde 4 eşit
parçaya bölünür. Zorlu vital kapasitenin %25 ve %75’lik kısımları işaretlenir
ve sonra bir çizgi ile birleştirilir. (Hacim/zaman bir akım hızıdır, bu nedenle
eğim de akım hızıdır.) Bu noktalar arasındaki hacim, zorlu vital kapasitenin
orta yarısındaki hacmi verir. Yatay eksende bu noktalara karşılık gelen zaman
aralığı belirlenir. Bu süre içinde atılan hava hacminin (L) geçen zamana
(saniye) oranlaması ile FEF25–75 bulunur (L/sn). Örneğin, vital kapasitenin
orta yarısındaki hacim 2.6 litre, süre 0.8 saniye ise FEF25–75 = 2.6L/0.8 sn =
3.25 L/sn bulunur.
Solunum fonksiyon testlerine dayanarak akciğer hastalıkları obstrüktif
(astım, amfizem, kronik bronşit) ve restriktif (pulmoner fibrozis, tüberküloz,
silikozis gibi akciğerlerin fibrötik hastalıkları ve kifoz, skolyoz, fibrötik
plörezi gibi göğüs kafesini daraltan hastalıklar) olarak sınıflandırılabilir.
Obstrüktif hastalıklarda ekpirasyon sırasında tıkanma ve bu nedenle
akciğerlerden hava çıkışında zorluk vardır. Restriktif hastalıklarda ise
inspirasyon sınırlandırılır ve bu nedenle akciğerlere hava akımında zorluk
vardır.
Obstrüktif hastalıklarda vital kapasite normal veya azalmıştır. Ancak,
obstrüktif hastalıklarda bronşioller daralır (bronkokonstriksiyon) ve bu
daralma hava akımına karşı direnci artırır. Artmış hava yolu direnci
ekspirasyonu güçleştirir ve süresini uzatır. Bu yüzden obstrüktif hastalıklar
hava akım hızını ölçen testlerle teşhis edilir: FEV1/FVC'in belirgin bir
şekilde %80'den daha az olması obstrüktif bir hastalığın varlığını gösterir.
Aynı zamanda FEF25–75 azalmıştır. Şekil 2.33’de obstrüktif durumda hem
FEV1/FVC oranının azaldığına, hem de FEF25-75’in azaldığına dikkat ediniz.
Restriktif hastalıklarda da vital kapasite normalin altına düşer. Restriktif
hastalıklar, alveollerin genişleme yeteneklerini kaybetmiş olmaları veya
kullanamamaları nedeniyle vital kapasite düşüklüğü ile karakterizedir.
Bununla birlikte vital kapasitenin zorlu olarak verilebilme hızı normaldir:
FEV1/FVC oranı %80 veya üzerindedir, FEF25–75 normal veya normale
yakındır.
Solunum sistemi
57
Hacim (L)
4
3
FEV1
FVC
FEV1/FVC = %80
2
1
0
1
2
3
4
5
Zaman (sn)
Normal
Hacim (L)
4
FEV1
3
FVC
2
1
0
1
2
3
4
5
4
5
Zaman (sn)
Obstrüksiyon
Hacim (L)
4
3
FEV1
FVC
2
1
0
Restrüksiyon
1
2
3
Zaman (sn)
Şekil 2.33 Normal, obstrüksiyon ve restrüksiyon durumunda zorlu vital kapasite
(FVC) ve zorlu ekspirasyon hacmi (FEV).
Maksimum ekspirasyon akım-volüm eğrisi (MEFV)
Solunum sisteminin bazı hastalıklarında, özellikle astımda hava akımına karşı
direnç ekspirasyon sırasında çok artarak önemli solunum güçlüğü yaratır. Bu
nedenle havayı akciğerlerden çıkarma yeteneğini sınırlayan faktörleri
anlamamıza yarayan maksimum ekspirasyon akımı adı verilen bir kavram
geliştirilmiştir. Maksimum ekspirasyon akım-volüm eğrisi; zorlu vital
Solunum sistemi
58
kapasite uygulaması sırasında hava hacmi ile hava akım hızının yazdırılması
sonucu elde edilir (Şekil 2.34). Yatay eksende vital kapasite, dikey eksende
ise hava akım hızı yer alır. Böylece vital kapasite ile akım hızı arasındaki
ilişkiyi değerlendirmek mümkün olur. Ekspirasyon total akciğer kapasitesi
(TLC) düzeyinde başlar ve rezidüel hacim (RV) düzeyinde sona erer.
Şekilde görüldüğü gibi eğrinin bir çıkan, bir de inen bölümü vardır.
Ekspirasyon başında akım hızla yükselerek bir doruk noktaya ulaşır ve sonra
azalır. Ekspirasyon akımının doruğundaki akım hızı peak ekspiratory flow
(PEF; tepe akım hızı) olarak adlandırılır ve yetişkinde 6–8 L/sn’dir (veya
400 L/dk.). PEF; büyük havayolları fonksiyonunu gösterir. Özellikle astımlı
olguların takibinde önemlidir: PEF:%80–100 ise tedaviye devam önerilirken,
PEF:%50–80 olması atak başlangıcı olabilir, PEF<%50 ise acil tedavi
gerekebilir. Ayrıca FEV1/PEF oranı KOAH’ın erken tanısında kullanılır.
Şekilde görüldüğü gibi maksimum ekspirasyon akım-volüm eğrisi ile
birlikte maksimum inspirasyon akım-volüm eğrisi (MIFV) de çizdirilir.
İnspirasyon rezidüel hacim düzeyinde başlar ve total akciğer kapasitesi
düzeyinde sona erer.
Ekspirasyon
PEF
Vmax75
Vmax50
Vmax25
0
TLC
RV
Inspirasyon
Akım (L/sn)
Maksimum ekspirasyon akım-volüm eğrisinde, eğrinin inen bölümünün
orta ve son kısımları küçük hava yollarındaki akımı yansıtır. Obstrüktif
hastalıklarda akım-volüm eğrisinin inen bölümünün son kısmı uzamış,
özellikle orta ve son kısımlarda akım hızı azalmıştır. İlerlemiş obstrüktif
hastalıklarda inen bölümün orta kısmı çöker; eğri çanak şeklini alır.
Restriktif hastalıklarda ise çıkan ve inen bölümler birbirinin simetriği
görünümündedir; eğri çan şeklini alır. Akım-volüm eğrisinin diğer bir
değerlendirmesi de, vital kapasitenin bir bölümündeki akım hızının
ölçülmesidir. Zorlu vital kapasite hacmi 4 eşit parçaya bölünerek, bunlardan
vital kapasitenin %75, 50 ve 25’lik bölümlerindeki akım hızı bu eğriden
kolayca saptanabilir. Obstrüktif hastalıklarda vital kapasitenin %50 ve 25’lik
hacimlerinde (Vmax 50–25) akım hızları düşüktür. Restriktif hastalıklarda
normal veya normalden daha yüksek bulunabilir.
100
50
0
Vital kapasite (%)
Şekil 2.34 Maksimum ekspirasyon akım-volüm (MEFV) eğrisi.
Solunum sistemi
59
Obstrüktif hastalıklarda total akciğer kapasitesi ve rezidüel hacim artar.
Obstrüktif hastalıklarda inspirasyon sırasında negatif intraplevral basınç
solunum yollarını açıcı etki gösterdiğinden, aynı zamanda alveolleri de açar.
Bu nedenle hava kolayca alveollere girer, fakat orada hapsolur. Çünkü
genellikle solunum yollarının kapanma eğilimi fazla olduğundan, ekspirasyon
inspirasyondan daha zordur. Bu nedenle, zaman içinde hem total akciğer
kapasitesi, hem de rezidüel hacim artar. Fonksiyonel rezidüel kapasite,
akciğer kompliyansının (V/P) tahmin edilmesinde kullanılabilir.
Obstrüktif hastalıklarda fonksiyonel rezidüel kapasite artar. Restriktif
hastalıklarda
ise
akciğerler
genişleyerek
normal
hacimlerini
kazanamadıklarından, maksimum ekspirasyon akımı normal eğriye eşit bir
yükselme gösteremez; hem total akciğer kapasitesi hem de rezidüel hacim
azalır (Şekil 2.35) Restriktif hastalıklarda fonksiyonel rezidüel kapasite de
azalır. Restriktif akciğer hastalıklarında bütün hacim ve kapasiteler azalır.
Spirogram adeta normal spirogramın minyatürü gibidir.
IRV
5800
VC
TV
IRV
ERV
VC
IRV
TV
ERV
FRC
FRC
VC
TV
ERV
RV
RV
FRC
RV
0
Normal
Obstrüktif
Restriktif
Şekil 2.35. Obstrüktif ve restriktif akciğer hastalıklarında hacim ve kapasiteler.
KLİNİK
Kronik bronşit ve amfizem en sık olarak solunum yetersizliğine
neden olur ve birlikte kronik obstruktif akciğer hastalığı (KOAH)
olarak isimlendirilir. Obstrüktif ve restriktif özelliklerine ek olarak bu
durumlarda diğer patolojik değişiklikler görülebilir. Bunlar; ödem,
inflamasyon, pulmoner fibrozisde hiperplazi (hücre sayısında artma)
bölgeleri, pnömoni, pulmoner emboli ve kalp yetmezliğini içerir.
Şiddetli amfizemli hastalarda sonuçta cor pulmonale gelişebilirhipertrofi ile pulmoner hipertansiyon ve sonuç olarak sağ kalp
yetmezliği.
Download
Random flashcards
canlılar ve enrji ilişkileri

2 Cards oauth2_google_d3979ca9-59f8-451c-9cf7-08c5056d5753

Merhaba

2 Cards oauth2_google_861773e1-0890-4522-834a-6a5babb58e76

En Mimar Architecture LTD ŞTİ XD

2 Cards asilyasar069

KIRIHAN GÜMÜŞ DEDEKTÖR

6 Cards oauth2_google_49cd8e53-7096-4be6-ba73-4ff7e4195b4b

Create flashcards