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 37C'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 alvPatm) hava içeri girer (inspirasyon), alveoler basınç atmosfer basıncının üstüne çıktığında (PalvPatm) 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) PalvPatm 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. 0C'da su buharı basıncı 5 mmHg, 100C'da 760 mmHg’dır. Normal vücut sıcaklığında (37C) 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) / (dxMW) 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 (22). 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.
