Solunum Sistemi Bölüm Değerlendirmesi
Solunum Sistemi Organları ve Yapıları
Solunum sistemi, oksijen elde etmek ve karbondioksitten kurtulmak, konuşma üretimine yardımcı olmak ve kokuları algılamaktan sorumludur. İşlevsel bir bakış açısıyla, solunum sistemi iki ana alana ayrılabilir: iletim bölgesi ve solunum bölgesi. İletim bölgesi, havanın akciğerlere girip çıkması için geçiş yolları sağlayan tüm yapılardan oluşur: burun boşluğu, yutak, soluk borusu, bronşlar ve çoğu bronşiyol. Burun kanalları, boşluğun yüzey alanını genişleten konkalar ve meatuslar içerir, bu da gelen havayı ısıtmaya ve nemlendirmeye yardımcı olurken kalıntıları ve patojenleri de uzaklaştırır. Yutak üç ana bölümden oluşur: burun boşluğu ile devamlılık gösteren nazofarenks; nazofarenks ve ağız boşluğunu sınırlayan orofarenks; ve orofarenks, trakea ve özofagusu sınırlayan laringofarenks. Solunum bölgesi, akciğerin gaz değişimine doğrudan katılan yapılarını içerir: terminal bronşiyoller ve alveoller.
İletken bölgenin astarı çoğunlukla goblet hücreleri içeren yalancı çok katlı silli silindirik epitelden oluşur. Mukus patojenleri ve döküntüleri hapsederken, çırpıcı siller mukusu yutulacağı boğaza doğru yukarı doğru hareket ettirir. Bronşiyoller gittikçe küçüldükçe ve alveollere yaklaştıkça epitel incelir ve alveollerde tek katlı yassı epitele dönüşür. Çevredeki kılcal damarların endoteli, alveolar epitel ile birlikte solunum zarını oluşturur. Bu, gaz değişiminin basit difüzyonla gerçekleştiği bir kan-hava bariyeridir.
Akciğerler
Akciğerler solunum sisteminin ana organlarıdır ve gaz alışverişinin gerçekleştirilmesinden sorumludurlar. Akciğerler çifttir ve loblara ayrılmıştır; sol akciğer iki lobdan, sağ akciğer ise üç lobdan oluşur. Kan dolaşımı çok önemlidir, çünkü oksijenin akciğerlerden vücuttaki diğer dokulara taşınması için kan gereklidir. Pulmoner dolaşımın işlevi gaz değişimine yardımcı olmaktır. Pulmoner atardamar, alveollerle solunum zarlarını oluşturan kılcal damarlara oksijeni giderilmiş kan sağlar ve pulmoner toplardamarlar yeni oksijenlenmiş kanı vücutta daha fazla taşınması için kalbe geri gönderir. Akciğerler, hava yollarının bronkodilatasyonunu ve bronkokonstriksiyonunu koordine eden parasempatik ve sempatik sinir sistemleri tarafından innerve edilir. Akciğerler, visseral ve parietal plevral tabakalardan oluşan bir zar olan plevra ile çevrilidir. Bu iki tabaka arasındaki boşluğa plevral boşluk denir. Plevral zarın mezotel hücreleri, hem kayganlaştırıcı (solunum sırasında sürtünmeyi azaltmak için) hem de akciğerleri göğüs duvarına yapıştırmak için (ventilasyon sırasında akciğerlerin hareketini kolaylaştırmak için) bir yapıştırıcı görevi gören plevral sıvı oluşturur.
Nefes Alma Süreci
Pulmoner solunum, akciğerler ve atmosfer arasındaki basınç farkları tarafından yönlendirilen solunum sürecidir. Atmosferik basınç, atmosferde bulunan gazların uyguladığı kuvvettir. Alveoller içindeki gazların uyguladığı kuvvete intra-alveolar (intrapulmoner) basınç, plevral boşluktaki gazların uyguladığı kuvvete ise intraplevral basınç denir. Tipik olarak, intraplevral basınç intra-alveolar basınçtan daha düşük veya negatiftir. İntraplevral ve intra-alveolar basınçlar arasındaki basınç farkına transpulmoner basınç denir. Ayrıca, alveol içi basınç atmosferik basınçla eşitlenecektir. Basınç, bir gazın kapladığı alanın hacmi tarafından belirlenir ve dirençten etkilenir. Hava, daha yüksek basınçlı bir alandan daha düşük basınçlı bir alana doğru bir basınç gradyanı oluşturulduğunda akar. Boyle yasası hacim ve basınç arasındaki ilişkiyi tanımlar. Bir gaz daha büyük bir hacimde daha düşük basınçtadır çünkü gaz moleküllerinin hareket edebilecekleri daha fazla alan vardır. Aynı miktarda gazın daha küçük bir hacimde bulunması, gaz moleküllerinin bir araya gelmesine ve basıncın artmasına neden olur.
Direnç, elastik olmayan yüzeylerin yanı sıra hava yollarının çapı tarafından oluşturulur. Direnç gaz akışını azaltır. Alveollerin yüzey gerilimi, alveollerin genişlemesine karşı çıktığından basınca da etki eder. Bununla birlikte, pulmoner sürfaktan yüzey gerilimini azaltmaya yardımcı olur, böylece alveoller ekspirasyon sırasında çökmez. Akciğer kompliyansı olarak adlandırılan akciğerlerin esneme kabiliyeti de gaz akışında rol oynar. Akciğerler ne kadar esneyebilirse, akciğerlerin potansiyel hacmi de o kadar artar. Akciğerlerin hacmi ne kadar büyük olursa, akciğerler içindeki hava basıncı da o kadar düşük olur.
Pulmoner solunum, havanın akciğerlere girdiği inspirasyon (veya inhalasyon) ve havanın akciğerlerden çıktığı ekspirasyon (veya ekshalasyon) süreçlerinden oluşur. İnspirasyon sırasında diyafram ve dış interkostal kaslar kasılarak göğüs kafesinin genişlemesine ve dışa doğru hareket etmesine neden olur ve göğüs boşluğunu ve akciğer hacmini genişletir. Bu, akciğer içinde atmosferdekinden daha düşük bir basınç yaratarak havanın akciğerlere çekilmesine neden olur. Ekspirasyon sırasında diyafram ve interkostallar gevşeyerek toraks ve akciğerlerin geri tepmesine neden olur. Akciğerler içindeki hava basıncı atmosfer basıncının üzerine çıkarak havanın akciğerlerden dışarı itilmesine neden olur. Bununla birlikte, zorla nefes verme sırasında, iç interkostallar ve karın kasları havanın akciğerlerden dışarı itilmesinde rol oynayabilir.
Solunum hacmi, akciğerler içinde belirli bir alanda bulunan veya akciğer tarafından hareket ettirilebilen hava miktarını tanımlar ve çeşitli faktörlere bağlıdır. Gelgit hacmi; sessiz solunum sırasında akciğerlere giren hava miktarını ifade ederken, inspiratuar rezerv hacmi; bir kişi gelgit hacmini geçerek nefes aldığında akciğerlere giren hava miktarıdır. Ekspirasyon rezerv hacmi, tidal ekspirasyonu takiben kuvvetli ekspirasyonla çıkabilen ekstra hava miktarıdır. Rezidüel hacim, ekspiratuar rezerv hacmi dışarı atıldıktan sonra akciğerlerde kalan hava miktarıdır. Solunum kapasitesi iki veya daha fazla hacmin birleşimidir. Anatomik ölü boşluk, fonksiyonel alveollere ulaşmadığı için gaz değişimine asla katılmayan solunum yapıları içindeki havayı ifade eder. Solunum hızı, dakikada alınan nefes sayısıdır ve belirli hastalıklar veya durumlar sırasında değişebilir.
Hem solunum hızı hem de derinliği, kandaki kimyasal ve pH değişiklikleri gibi faktörler tarafından uyarılan beynin solunum merkezleri tarafından kontrol edilir. Bu değişiklikler beyinde bulunan merkezi kemoreseptörler ve aortik ark ve karotid atardamarlarda bulunan periferik kemoreseptörler tarafından algılanır. Kandaki karbondioksit seviyesinin yükselmesi veya oksijen seviyesinin düşmesi solunum hızının ve derinliğinin artmasına neden olur.
Gaz Alışverişi
Gazların davranışı, her ikisi de gaz alışverişinin yönlerini tanımlayan Dalton yasası ve Henry yasası ilkeleriyle açıklanabilir. Dalton yasası, bir gaz karışımındaki her bir gazın, karışımdaki diğer gazlardan bağımsız olarak kuvvet (kısmi basıncı) uyguladığını belirtir. Henry yasası, bir sıvıda çözünen belirli bir gaz miktarının kısmi basıncının bir işlevi olduğunu belirtir. Bir gazın kısmi basıncı ne kadar yüksekse, gaz dengeye doğru ilerledikçe o gazın sıvı içinde çözünme miktarı da o kadar fazla olacaktır. Gaz molekülleri bir basınç gradyanında hareket eder; başka bir deyişle, gaz yüksek basınçlı bir bölgeden düşük basınçlı bir bölgeye doğru hareket eder. Oksijenin kısmi basıncı alveollerde yüksek, pulmoner kılcal damarlardaki kanda ise düşüktür. Sonuç olarak, oksijen solunum membranı boyunca alveollerden kana difüze olur. Buna karşılık, karbondioksitin kısmi basıncı pulmoner kılcal damarlarda yüksek ve alveollerde düşüktür. Bu nedenle, karbondioksit solunum zarı boyunca kandan alveollere difüze olur. Solunum zarı boyunca difüze olan oksijen ve karbondioksit miktarı benzerdir.
Ventilasyon havayı alveollerin içine ve dışına taşıyan süreçtir ve perfüzyon kılcal damarlardaki kan akışını etkiler. Alveollerde yüksek bir kısmi oksijen basıncı oluşturmak için ventilasyonun yeterli olması gerektiğinden, ventilasyonun ve perfüzyonun her ikisi de gaz değişiminde önemlidir. Ventilasyon yetersizse ve alveolar havadaki kısmi oksijen basıncı düşerse, kılcal damar daralır ve kan akışı yeterli ventilasyona sahip alveollere yönlendirilir. Dış solunum alveollerde gerçekleşen gaz değişimini ifade ederken, iç solunum dokuda gerçekleşen gaz değişimini ifade eder. Her ikisi de kısmi basınç farklılıkları tarafından yönlendirilir.
Gazların Taşınması
Oksijen öncelikle eritrositler tarafından kan yoluyla taşınır. Bu hücreler, halka benzeri bir yapıya sahip dört alt birimden oluşan hemoglobin adı verilen bir metaloprotein içerir. Her alt birim, bir hem molekülüne bağlı bir demir atomu içerir. Heme oksijeni bağlar, böylece her hemoglobin molekülü dört oksijen molekülüne kadar bağlanabilir. Kandaki hem birimlerinin tamamı oksijene bağlandığında, hemoglobinin doymuş olduğu kabul edilir. Hemoglobin, sadece bazı hem birimleri oksijene bağlandığında kısmen doymuş olur. Oksijen-hemoglobin doygunluk/ayrışma eğrisi, oksijenin kısmi basıncının bir işlevi olarak oksijenin hemoglobine ne kadar kolay bağlandığı veya hemoglobinden ne kadar kolay ayrıştığı ilişkisini tasvir etmenin yaygın bir yoludur. Kısmi oksijen basıncı arttıkça, hemoglobin oksijene daha kolay bağlanır. Aynı zamanda, bir oksijen molekülü hemoglobin tarafından bağlandığında, ilave oksijen molekülleri hemoglobine daha kolay bağlanır. Sıcaklık, pH, kısmi karbondioksit basıncı ve 2,3-bisfosfogliserat konsantrasyonu gibi diğer faktörler de hemoglobin ve oksijenin bağlanmasını artırabilir veya engelleyebilir. Fetal hemoglobin yetişkin hemoglobininden farklı bir yapıya sahiptir, bu da fetal hemoglobinin oksijen için yetişkin hemoglobininden daha büyük bir afiniteye sahip olmasına neden olur.
Karbondioksit kanda üç farklı mekanizma ile taşınır: çözünmüş karbondioksit olarak, bikarbonat olarak veya karbaminohemoglobin olarak. Karbondioksitin küçük bir kısmı kalır. Taşınan karbondioksitin en büyük miktarı eritrositlerde oluşan bikarbonat şeklindedir. Bu dönüşüm için karbondioksit, karbonik anhidraz adı verilen bir enzim yardımıyla su ile birleştirilir. Bu kombinasyon, kendiliğinden bikarbonat ve hidrojen iyonlarına ayrışan karbonik asidi oluşturur. Eritrositlerde bikarbonat biriktikçe, klorür kayması adı verilen bir mekanizma ile klorür iyonları karşılığında zar boyunca plazmaya taşınır. Pulmoner kılcal damarlarda bikarbonat, klorür iyonları karşılığında eritrositlere yeniden girer ve karbonik anhidraz ile reaksiyon tersine dönerek karbondioksit ve suyu yeniden oluşturur. Karbondioksit daha sonra eritrositten dışarı ve solunum zarı boyunca havaya difüze olur. Orta miktarda karbondioksit doğrudan hemoglobine bağlanarak karbaminohemoglobin oluşturur. Karbondioksit ve oksijenin kısmi basınçları ve hemoglobinin oksijen satürasyonu, hemoglobinin karbondioksiti ne kadar kolay bağlayacağını etkiler. Hemoglobin ne kadar az doymuşsa ve kandaki kısmi oksijen basıncı ne kadar düşükse, hemoglobin karbondioksite o kadar kolay bağlanır. Bu, Haldane etkisinin bir örneğidir.
Solunum Fonksiyonlarında Değişiklikler
Normalde, beynin solunum merkezleri tutarlı, ritmik bir solunum döngüsünü sürdürür. Ancak bazı durumlarda solunum sisteminin vücuda yeterli oksijen sağlayabilmek için durumsal değişikliklere uyum sağlaması gerekir. Örneğin, egzersiz ventilasyonun artmasına neden olur ve kronik olarak yüksek irtifaya maruz kalmak dolaşımdaki eritrosit sayısının artmasına yol açar. Ventilasyon hızında ve derinliğinde bir artış olan hiperpne, psikolojik bir uyaran, iskelet kaslarının motor nöron aktivasyonu ve kaslar, eklemler ve tendonlardaki proprioseptörlerin aktivasyonunu içeren üç nöral mekanizmanın bir fonksiyonu gibi görünmektedir. Sonuç olarak, egzersize bağlı hiperpne, doku oksijen ihtiyacının gerçekten arttığı zamanın aksine, egzersiz başladığında başlatılır.
Buna karşılık, özellikle fiziksel efor sarf edilen zamanlarda yüksek irtifaya akut olarak maruz kalmak, düşük kan ve doku oksijen seviyelerine neden olur. Bu değişim havadaki düşük kısmi oksijen basıncından kaynaklanır, çünkü yüksek rakımlardaki atmosferik basınç deniz seviyesindeki atmosferik basınçtan daha düşüktür. Bu durum akut dağ hastalığı (AMS) adı verilen ve baş ağrısı, oryantasyon bozukluğu, yorgunluk, mide bulantısı ve sersemlik gibi semptomları olan bir duruma yol açabilir. Uzun bir süre boyunca, kişinin vücudu aklimatizasyon adı verilen bir süreçle yüksek irtifaya uyum sağlayacaktır. Aklimatizasyon sırasında, düşük doku oksijen seviyeleri böbreklerin eritrosit üretimini uyaran eritropoietin hormonunu daha fazla miktarda üretmesine neden olacaktır. Dolaşımdaki eritrositlerin artan seviyeleri, daha fazla oksijen sağlayan artan miktarda hemoglobin sunarak bir bireye daha fazla oksijen temin etmeye yardımcı olur ve AMS belirtilerini önler.
Solunum Sisteminin Embriyonik Gelişimi
Fetüste solunum sisteminin gelişimi yaklaşık 4 haftada başlar ve çocukluk çağına kadar devam eder. Baş bölgesinin ön kısmındaki ektodermal doku posteriora doğru invajine olarak koku alma çukurları oluşturur ve bu çukurlar nihayetinde erken farinksin endodermal dokusuyla birleşir. Yaklaşık aynı zamanda, endodermal dokunun bir çıkıntısı ön bağırsaktan öne doğru uzanarak bir akciğer tomurcuğu oluşturur ve bu tomurcuk laringotrakeal tomurcuğu oluşturana kadar uzamaya devam eder. Bu yapının proksimal kısmı olgunlaşarak trakeaya dönüşürken, soğansı uç iki bronş tomurcuğu oluşturmak üzere dallanır. Bu tomurcuklar daha sonra tekrar tekrar dallanır, böylece yaklaşık 16. haftada tüm ana hava yolu yapıları mevcut olur. Gelişim 16. haftadan sonra solunum bronşiyolleri ve alveolar kanallar oluştukça ilerler ve geniş damarlanma meydana gelir. Alveolar tip I hücreler de şekillenmeye başlar. Tip II pulmoner hücreler gelişir ve az miktarda sürfaktan üretmeye başlar. Fetüs büyüdükçe, daha fazla alveol geliştikçe ve daha fazla yüzey aktif madde üretildikçe solunum sistemi genişlemeye devam eder. Yaklaşık 36. haftadan başlayarak ve çocukluk çağına kadar süren alveolar öncüler, tamamen işlevsel alveoller haline gelmek üzere olgunlaşır. Doğumda, göğüs boşluğunun sıkışması akciğerlerdeki sıvının çoğunu dışarı atmaya zorlar. İlk soluma akciğerleri şişirir. Fetal solunum hareketleri 20. veya 21. hafta civarında başlar ve solunum kaslarının kasılmaları fetüsün amniyotik sıvıyı solumasına ve dışarı vermesine neden olduğunda ortaya çıkar. Bu hareketler doğuma kadar devam eder ve doğumdan sonra nefes almaya hazırlanmak için kasların tonlanmasına yardımcı olabilir ve iyi bir sağlık belirtisidir.
Önceki Ders: Solunum Sisteminin Embriyonik Gelişimi
Sonraki Ders: Solunum Sistemi Değerlendirme Soruları
Yorumlar
Yorum Gönder