Gaz Alışverişi
Solunum sisteminin amacı gaz alışverişini gerçekleştirmektir. Akciğer solunumu bu gaz değişim işlemi için alveollere hava sağlar. Alveolar ve kılcal damar duvarlarının birleştiği solunum zarında, gazlar zarlar boyunca hareket eder, oksijen kan dolaşımına girer ve karbondioksit dışarı çıkar. Bu mekanizma sayesinde kan oksijenlenir ve hücresel solunumun atık ürünü olan karbondioksit vücuttan uzaklaştırılır.
Gaz Alışverişi
Akciğerdeki gaz değişim mekanizmalarını anlamak için, gazların ve davranışlarının altında yatan ilkeleri anlamak önemlidir. Boyle yasasına ek olarak, diğer birkaç gaz yasası da gazların davranışını tanımlamaya yardımcı olur.
Gaz Kanunları ve Havanın Bileşimi
Gaz molekülleri temas ettikleri yüzeylere kuvvet uygular; bu kuvvete basınç denir. Doğal sistemlerde gazlar normalde farklı molekül türlerinin bir karışımı olarak bulunur. Örneğin, atmosfer oksijen, azot, karbondioksit ve diğer gaz moleküllerinden oluşur ve bu gaz karışımı atmosferik basınç olarak adlandırılan belirli bir basınç uygular (aşağıdaki tablo). Kısmi basınç (Px), bir gaz karışımındaki tek bir gaz türünün basıncıdır. Örneğin, atmosferde oksijen bir kısmi basınç uygular ve azot oksijenin kısmi basıncından bağımsız olarak başka bir kısmi basınç uygular (aşağıdaki şekil). Toplam basınç, gaz halindeki bir karışımın tüm kısmi basınçlarının toplamıdır. Dalton yasası, gazlı bir karışımdaki reaktif olmayan gazların davranışını tanımlar ve bir karışımdaki belirli bir gaz türünün kendi basıncını uyguladığını belirtir; bu nedenle, bir gaz karışımı tarafından uygulanan toplam basınç, karışımdaki gazların kısmi basınçlarının toplamıdır.
| Gaz | Toplam bileşimin yüzdesi | Kısmi basınç (mm Hg) |
| Azot (N2) | 78.6 | 597.4 |
| Oksijen (O2) | 20.9 | 158.8 |
| Su (H2O) | 0.4 | 3.0 |
| Karbondioksit (CO2) | 0.04 | 0.3 |
| Diğerleri | 0.06 | 0.5 |
| Toplam bileşim/toplam atmosferik basınç | %100 | 760.0 |
Kısmi basınç, gazların hareketini tahmin etmede son derece önemlidir. Gazların birbirine bağlı iki bölgede basınçlarını eşitleme eğiliminde olduğunu hatırlayın. Bir gaz, kısmi basıncının daha yüksek olduğu bir alandan kısmi basıncının daha düşük olduğu bir alana doğru hareket edecektir. Ayrıca, iki alan arasındaki kısmi basınç farkı ne kadar büyük olursa, gazların hareketi de o kadar hızlı olur.
Gazların Sıvılarda Çözünürlüğü
Henry yasası, gazların kan gibi bir sıvı ile temas ettiklerinde gösterdikleri davranışı tanımlar. Henry yasası, bir sıvıdaki gaz konsantrasyonunun, o gazın çözünürlüğü ve kısmi basıncı ile doğru orantılı olduğunu belirtir. Gazın kısmi basıncı ne kadar yüksek olursa, sıvı içinde çözünecek gaz molekülü sayısı da o kadar fazla olur. Bir sıvıdaki gaz konsantrasyonu aynı zamanda gazın sıvıdaki çözünürlüğüne de bağlıdır. Örneğin, atmosferde azot bulunmasına rağmen, azotun kandaki çözünürlüğü çok düşük olduğu için kanda çok az azot çözünür. Bunun istisnası tüplü dalgıçlarda görülür; dalgıçların soluduğu basınçlı havanın bileşimi azotun normalden daha yüksek bir kısmi basınca sahip olmasına ve kanda normalden daha fazla miktarda çözünmesine neden olur. Kan dolaşımında çok fazla azot bulunması, düzeltilmediği takdirde ölümcül olabilecek ciddi bir duruma yol açar. Gaz molekülleri, sıvı içinde çözünmüş moleküller ile havadakiler arasında bir denge kurar.
Atmosferdeki ve alveollerdeki havanın bileşimi farklıdır. Her iki durumda da gazların göreceli konsantrasyonu azot > oksijen > su buharı > karbondioksit şeklindedir. Alveolar havada bulunan su buharı miktarı atmosferik havadakinden daha fazladır (aşağıdaki tablo). Solunum sisteminin gelen havayı nemlendirmek için çalıştığını ve böylece alveollerde bulunan havanın atmosferik havadan daha fazla miktarda su buharına sahip olmasına neden olduğunu hatırlayın. Ayrıca alveolar hava, atmosferik havaya göre daha fazla miktarda karbondioksit ve daha az oksijen içerir. Gaz değişimi alveolar havadan oksijeni uzaklaştırıp karbondioksiti eklediğinden bu durum şaşırtıcı değildir. Hem derin hem de zorlu solunum, alveolar hava bileşiminin sessiz solunumdan daha hızlı değişmesine neden olur. Sonuç olarak, oksijen ve karbondioksitin kısmi basınçları değişerek bu maddeleri zar boyunca hareket ettiren difüzyon sürecini etkiler. Bu da kana daha hızlı oksijen girmesine ve karbondioksit çıkmasına neden olacaktır.
| Gaz | Toplam bileşimin yüzdesi | Kısmi basınç (mm Hg) |
| Azot (N2) | 74.9 | 569 |
| Oksijen (O2) | 13.7 | 104 |
| Su (H2O) | 6.2 | 40 |
| Karbondioksit (Co2) | 5.2 | 47 |
| Toplam bileşim/total alveolar basınç | %100 | 760.0 |
Ventilasyon ve Perfüzyon
Akciğerdeki gaz değişiminin iki önemli yönü ventilasyon ve perfüzyondur. Ventilasyon havanın akciğerlere girip çıkması, perfüzyon ise pulmoner kılcal damarlardaki kan akışıdır. Gaz değişiminin verimli olabilmesi için ventilasyon ve perfüzyon hacimlerinin uyumlu olması gerekir. Bununla birlikte, kan üzerindeki bölgesel yerçekimi etkileri, tıkalı alveolar kanallar veya hastalık gibi faktörler ventilasyon ve perfüzyonun dengesiz olmasına neden olabilir.
Alveolar havadaki kısmi oksijen basıncı yaklaşık 104 mm Hg iken, pulmoner venlerdeki oksijenli kanın kısmi basıncı yaklaşık 100 mm Hg'dir. Ventilasyon yeterli olduğunda, oksijen alveollere yüksek oranda girer ve alveollerdeki kısmi oksijen basıncı yüksek kalır. Buna karşılık, ventilasyon yetersiz olduğunda, alveollerdeki kısmi oksijen basıncı düşer. Alveoller ve kan arasındaki kısmi basınçta büyük fark olmadan, oksijen solunum zarı boyunca verimli bir şekilde difüze olmaz. Vücudun bu soruna karşı koyan mekanizmaları vardır. Ventilasyonun bir alveol için yeterli olmadığı durumlarda, vücut kan akışını yeterli ventilasyon alan alveollere yönlendirir. Bu, yeterli ventilasyona sahip diğer alveollere kanı yönlendiren, işlevsel olmayan alveolü besleyen pulmoner arteriyollerin daraltılmasıyla gerçekleştirilir. Aynı zamanda, yeterli ventilasyon alan alveollere hizmet eden pulmoner arteriyoller vazodilatasyon yapar ve bu da daha fazla kan akışı sağlar. Karbondioksit, oksijen ve pH seviyeleri gibi faktörlerin tümü, alveollerle ilişkili kılcal damar ağlarındaki kan akışını ayarlamak için uyarıcı olarak hizmet edebilir.
Ventilasyon hava yollarının çapına göre düzenlenirken, perfüzyon kan damarlarının çapına göre düzenlenir. Bronşiyollerin çapı, alveollerdeki kısmi karbondioksit basıncına duyarlıdır. Alveollerdeki kısmi karbondioksit basıncının artması bronşiyollerin çapının artmasına neden olurken, kan akışındaki oksijen seviyesinin azalması da karbondioksitin vücuttan daha büyük bir hızla dışarı atılmasını sağlar. Yukarıda belirtildiği gibi, alveollerdeki daha yüksek kısmi oksijen basıncı pulmoner arteriyollerin genişlemesine neden olarak kan akışını artırır.
Gaz Alışverişi
Gaz değişimi vücutta iki bölgede gerçekleşir: oksijenin toplandığı ve karbondioksitin solunum zarında salındığı akciğerlerde ve oksijenin salındığı ve karbondioksitin toplandığı dokularda. Dış solunum, dış ortamla gaz alışverişidir ve akciğerlerin alveollerinde gerçekleşir. İç solunum, iç ortamla gaz alışverişidir ve dokularda gerçekleşir. Gazların gerçek değişimi basit difüzyon yoluyla gerçekleşir. Oksijen veya karbondioksiti zarlar arasında taşımak için enerji gerekmez. Bunun yerine, bu gazlar yayılmalarını sağlayan basınç gradyanlarını takip ederler. Akciğer anatomisi gazların difüzyonunu en üst düzeye çıkarır: Solunum zarı gazlara karşı oldukça geçirgendir; solunum ve kan kapiller zarları çok incedir ve akciğerler boyunca geniş bir yüzey alanı vardır.
Dış Solunum
Pulmoner atardamar oksijeni alınmış kanı kalpten akciğerlere taşır ve burada dallanarak sonunda pulmoner kılcal damarlardan oluşan kılcal damar ağına dönüşür. Bu pulmoner kılcal damarlar alveollerle birlikte solunum zarını oluşturur (aşağıdaki şekil). Kan bu kılcal damar ağından pompalandıkça gaz değişimi gerçekleşir. Oksijenin küçük bir miktarı alveollerden doğrudan plazmaya geçebilse de, oksijenin çoğu eritrositler (kırmızı kan hücreleri) tarafından alınır ve hemoglobin adı verilen bir proteine bağlanır, bu süreç bu bölümün ilerleyen kısımlarında açıklanmaktadır. Oksijenli hemoglobin kırmızıdır ve genel olarak parlak kırmızı oksijenli kan görünümüne neden olur, bu da pulmoner venler yoluyla kalbe geri döner. Karbondioksit oksijenin tersi yönde, kandan alveollere doğru salınır. Karbondioksitin bir kısmı hemoglobin üzerinde geri döner, ancak plazmada çözünebilir veya bu bölümün ilerleyen kısımlarında daha ayrıntılı olarak açıklanan dönüştürülmüş bir form olarak da bulunabilir.
Dış solunum, alveoller ve pulmoner kılcal damarlardaki kan arasındaki oksijen ve karbondioksit kısmi basınç farklarının bir işlevi olarak gerçekleşir.
Oksijenin kandaki çözünürlüğü yüksek olmasa da, alveollerdeki kısmi oksijen basıncı ile pulmoner kılcal damarlardaki kandaki kısmi oksijen basıncı arasında ciddi bir fark vardır. Bu fark yaklaşık 64 mm Hg'dir: Alveollerdeki kısmi oksijen basıncı yaklaşık 104 mm Hg iken, kılcal damarlardaki kandaki kısmi basıncı yaklaşık 40 mm Hg'dir. Kısmi basınçtaki bu büyük fark, oksijenin alveollerden kana solunum zarını hızla geçmesine neden olan çok güçlü bir basınç gradyanı oluşturur.
Karbondioksitin kısmi basıncı da alveolar hava ile kılcal damarlardaki kan arasında farklıdır. Bununla birlikte, kısmi basınç farkı oksijenden daha azdır, yaklaşık 5 mm Hg. Kılcal damarlardaki kanda karbondioksitin kısmi basıncı yaklaşık 45 mm Hg iken, alveollerdeki kısmi basıncı yaklaşık 40 mm Hg'dir. Bununla birlikte, karbondioksitin çözünürlüğü hem kan hem de alveolar sıvılarda oksijenden çok daha fazladır (yaklaşık 20 kat). Sonuç olarak, solunum zarı boyunca difüze olan oksijen ve karbondioksitin göreceli konsantrasyonları benzerdir.
İç Solunum
İç solunum, vücut dokuları düzeyinde gerçekleşen gaz değişimidir (aşağıdaki şekil). Dış solunuma benzer şekilde, iç solunum da kısmi basınç gradyanı nedeniyle basit difüzyon şeklinde gerçekleşir. Bununla birlikte, kısmi basınç gradyanları solunum zarında mevcut olanların tersidir. Dokulardaki kısmi oksijen basıncı düşüktür, yaklaşık 40 mm Hg, çünkü oksijen sürekli olarak hücresel solunum için kullanılır. Buna karşılık, kandaki kısmi oksijen basıncı yaklaşık 100 mm Hg'dir. Bu, oksijenin hemoglobinden ayrışmasına, kandan dışarı difüze olmasına, interstisyel boşluğu geçmesine ve dokuya girmesine neden olan bir basınç gradyanı oluşturur. Kendisine çok az oksijen bağlı olan hemoglobin parlaklığının çoğunu kaybeder, böylece kalbe dönen kan daha bordo renkli olur.
Hücresel solunumun sürekli olarak karbondioksit ürettiği düşünüldüğünde, karbondioksitin kısmi basıncı kanda dokuda olduğundan daha düşüktür ve bu da karbondioksitin dokudan dışarı difüze olmasına, interstisyel sıvıyı geçmesine ve kana karışmasına neden olur. Daha sonra ya hemoglobine bağlı olarak, ya plazmada çözünmüş olarak ya da dönüştürülmüş bir biçimde akciğerlere geri taşınır. Kan kalbe geri döndüğünde, kısmi oksijen basıncı yaklaşık 40 mm Hg'ye ve kısmi karbondioksit basıncı yaklaşık 45 mm Hg'ye dönmüştür. Kan daha sonra dış solunum sırasında bir kez daha oksijenlenmek üzere akciğerlere geri pompalanır.
| GÜNDELİK BAĞLANTI Hiperbarik Oda Tedavisi Tıbbın bazı alanlarında kullanılan ve gazların davranışından yararlanan bir cihaz türü de hiperbarik oda tedavisidir. Hiperbarik oda, mühürlenebilen ve hastayı yüksek basınçla yüzde 100 oksijene veya normal atmosferik havadan daha yüksek konsantrasyonda oksijen içeren ve yine atmosferden daha yüksek kısmi basınçta bir gaz karışımına maruz bırakan bir ünitedir. İki ana tip oda vardır: tek odalı ve çok odalı. Tek kişilik odalar tipik olarak tek bir hasta içindir ve hastayla ilgilenen personel hastayı odanın dışından gözlemler (aşağıdaki şekil). Bazı tesislerde, izolasyon veya klostrofobi duygularını hafifletmeye yardımcı olmak için, genellikle oturma veya uzanma pozisyonunda birden fazla hastanın aynı anda tedavi edilmesine olanak tanıyan özel tek kişilik hiperbarik odalar bulunmaktadır. Çok bölmeli odalar aynı anda birden fazla hastanın tedavi edilebileceği kadar büyüktür ve bu hastalarla ilgilenen personel odanın içinde bulunur. Çok bölmeli bir odada hastalara genellikle bir maske veya başlık aracılığıyla hava verilir ve oda basınçlandırılır. Hiperbarik oda tedavisi gazların davranışına dayanır. Hatırlayacağınız gibi, gazlar daha yüksek kısmi basınç bölgesinden daha düşük kısmi basınç bölgesine doğru hareket eder. Hiperbarik odada atmosferik basınç artırılarak normalden daha fazla miktarda oksijenin hastanın kan dolaşımına karışması sağlanır. Hiperbarik oda tedavisi, yara ve greft iyileşmesi, anaerobik bakteriyel enfeksiyonlar ve karbon monoksit zehirlenmesi gibi çeşitli tıbbi sorunları tedavi etmek için kullanılır. Karbon monoksite maruz kalma ve karbon monoksit zehirlenmesinin geri döndürülmesi zordur, çünkü hemoglobinin karbon monoksite olan ilgisi oksijene olan ilgisinden çok daha güçlüdür ve bu da karbon monoksitin kandaki oksijenin yerini almasına neden olur. Hiperbarik oda tedavisi karbon monoksit zehirlenmesini tedavi edebilir, çünkü artan atmosferik basınç kan dolaşımına daha fazla oksijen yayılmasına neden olur. Bu artan basınç ve artan oksijen konsantrasyonunda, karbon monoksit hemoglobinden uzaklaşır. Bir başka örnek de oksijen varlığında yaşayamayan veya yaşamayı tercih etmeyen bakteriler tarafından oluşturulan anaerobik bakteriyel enfeksiyonların tedavisidir. Oksijen anaerobik bakteriler için toksik olduğundan, kan ve doku oksijen seviyelerindeki artış enfeksiyondan sorumlu anaerobik bakterilerin öldürülmesine yardımcı olur. Yara ve greftler için oda, onarım için gereken enerji üretimini artırarak iyileşme sürecini uyarır. Oksijen taşınımının artırılması, hücrelerin hücresel solunumu ve dolayısıyla yeni yapılar inşa etmek için gereken enerji olan ATP üretimini artırmasını sağlar. |
Yorumlar
Yorum Gönder