solunum fİzyolojİsİ
DESCRIPTION
SOLUNUM FİZYOLOJİSİ. Doç. Dr. Elif Şen Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi Göğüs Hastalıkları A.D. Solunum Sistemi Fonksiyonları Solunum Mekanikleri Ventilasyon, Perfüzyon, V / Q Dengesi Diffüzyon Solunum Kontrolü. Solunum sistemi. Dış ortamdan oksijeni alır ve hücrelere sunar. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
SOLUNUM FİZYOLOJİSİ
Doç. Dr. Elif Şen
Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi Göğüs Hastalıkları A.D.
1. Solunum Sistemi Fonksiyonları
2. Solunum Mekanikleri
3. Ventilasyon, Perfüzyon, V/Q Dengesi
4. Diffüzyon
5. Solunum Kontrolü
Solunum sistemi
Dış ortamdan oksijeni alır ve hücrelere sunar.
Hücresel metabolizma sonucu oluşan karbondioksiti vücuttan uzaklaştırır.
Solunum Sisteminin Fonksiyonları
Gaz değişimi Asit- Baz dengesinin sağlanması Fonasyon Savunma mekanizmaları Biyoaktif maddelerin üretimi, metabolizması,
düzenlenmesi
Kalp
Doku kapilleri
Pulmoner kapiller
Alveol
Ekspiryum havası
İnspiryum havası
Alveoler apitel hücreleri
Alveoler kapillere gelen kan
Alveoler kapilleri terk eden kan
Pulmoner arterler
Pulmoner venler
Sistemik venler
Sistemik arterler
Sistemik kapilleri terk eden kan
Sistemik kapillere
gelen kan
Hücreler
Solunum Mekanikleri
Yüksek basınç → Düşük basınç (Boyle Yasası)
İnspiryum: alveol basıncının atmosferik basıncın altına inmesiyle gerçekleşir.
Hava
Atmosfer - Alveol arası basınç gradyenti
İnspiratuar kasların kasılmasıyla alveollerin hacmi artar.
Alveoler basınç azalır.
Alveoler basınç atmosferik basıncın altına iner.
Alveol duvarındaki “Transmural basınç” inspiratuar kasların kasılmasıyla oluşur.
Transmural basınç = Alveoler basınç – intraplevral basınç
Alveol duvarında oluşan artmış basınçla alveoller pasif olarak açılırlar.
Negatif intraplevral basınç
Ekspiryum sonunda;
Akciğerler volümlerini azaltmaya eğilimli, gerilen alveollerin elastik geri çekimi içeri doğru
Göğüs duvarı volümünü arttırmaya eğilimli, elastik geri çekim dışarı doğru
Bu etkileşim sonucu intraplevral basınç negatif, ancak inspiryuma göre daha az negatif
İnspiryum
İnspiratuar kaslara uyarı gider.
Diyafragma (eksternal interkostal kaslar) kasılır.
Göğüs duvarının genişlemesiyle toraksın hacmi artar.
İntraplevral basınç daha da negatifleşir.
Alveoler transmural basınç gradyenti artar.
Alveoller genişler. Bu durumda alveoler geri çekimi artar.
Alveoler basınç, alveol hacminin artmasıyla birlikte atmosferik basıncın
altına düşer ve dışarıdan içeri doğru hava akımı oluşur.
Hava akımı alveoler basınç ile atmosferik basınç arası denge oluşana kadar
devam eder.
Alveoler basınç :
-1 cmH2O
İntraplevral basınç:
- 8 cmH2O
Atmosferik
basınç: 0 cmH2O
Transmural basınç:
-1 cmH2O– (- 8 cmH2O) = + 7 cmH2O
Göğüs duvarı elastik geri çekim (recoil)
Alveollerin içeri geri çekimi
İnspiryum
Ekspiryum
İnspiratuar uyarı sona erer.
İnspiratuar kaslar gevşer.
Toraks hacmi azalır ve intraplevral basınç daha az negatif olur.
Alveoler transmural basınç gradyenti azalır.
Artan alveoler geri çekiminin etkisiyle alveoller inspiryum öncesi durumlarına
geri dönerler.
Alveoler hacim azalınca alveoler basınç atmosferik basınçtan daha yüksek
hale gelir. Bunun sonucunda hava akımı oluşur.
Hava, alveoler basınç ile atmosferik basınç dengelenene kadar dışarı doğru
akar.
Alveoler basınç :
0 cmH2O
İntraplevral basınç:
- 5 cmH2O
Atmosferik
basınç: 0 cmH2O
Transmural basınç:
0 cmH2O– (- 5 cmH2O) = + 5 cmH2O
Ekspiryum sonu
Kompliyans: Basınç volüm eğrisinde 2 nokta arasındaki eğim
Transpulmoner basınç, cmH20
inspiryum
ekspiryum
volüm
Statik kompliyans
Transpulmoner basınç
amfizem
normal
fibrozis
Elastik geri çekim (recoil)
Gerilmeye karşı koyma eğilimi.
Parankimin elastik özelliklerine bağlıdır.
Elastik geri çekimin bir başka komponenti de alveoldeki hava-sıvı ara yüzündeki yüzey gerilimidir.
Laplace Yasası
T =P x r / 2
Alveoler yüzey, yüzey gerilimine bağlı elastik geri çekimi azaltan bir sıvıya sahip! SÜRFAKTAN
Bunun sayesinde akciğerlerin kompliyansı artıyor ve inspiratuar
solunum işi azalıyor.
Yüzey gerilimi değişik boyutlu alveollerde aynı değil. Küçük
alveollerin yüzey gerilimi daha düşük.
Tüm akciğerdeki alveoler basınçların eşitlenmesini ve alveollerin
stabil olmasını sağlar. End-ekspiratuar basınç 0 cmH2O.
Alveoler interdependans
Statik basınç-volüm eğrisi
Havayolu Rezistansı
Pulmoner rezistans = Havayolu rezistansı + parankim rezistansı
%80 %20
Rezistans = basınç farkı (cmH2O) / akım (L / s)
Poiseuille Yasası
R = 8ηl /πr4
η: viskozite
l: tüpün uzunluğu
r: tüpün çapı
Çap yarıya indiğinde rezistans 16 kat artar.
Laminer, türbülan ve tranzisyonel akım
Gerçek laminer akım küçük hava yollarında
Trakea ve bronşlarda türbülan veya tranzisyonel akım
Akciğer volümleri ve Rezistans
Akciğer volümü arttıkça havayolu rezistansı azalır.
Havayollarının dinamik kompresyonu
İzovolümetrik Basınç- Akım eğrisi
Efordan bağımsız
Efor bağımlı
Eğrinin sol tarafı efor bağımlı, sağ taraf ise efordan bağımsız. Değişik ekspiratuar eforlarla yapıldığında da görünüm aynı!
Efordan bağımsız
maksimum
Solunum İşi
Solunum işi zamana bağlı oluşan basınç ve volüm değişiklikleriyle orantılıdır.
Volüm değişikliği = akciğerlere dolan ve çıkan hava volümü ( tidal volüm)
Basınç değişikliği = elastik ve rezistif solunum işini yenmek için gerekli transpulmoner basınç değişikliği
Elastik solunum işi
Göğüs duvarı ve parankimin elastik geri çekimini, alveollerin yüzey gerilimini yenmek için yapılan iş
Restriktif hastalıklarda elastik solunum işi artar.
Rezistif solunum işi
Doku rezistansı ve havayolu rezistansını yenmek için
yapılan iş
Obstrüktif hastalıklarda havayolu rezistansı artar.
Amfizemli hastalarda küçük hava yollarında elastik doku
desteği kaybolduğu için dinamik kompresyona karşı
koyacak güç azalır ve solunum işi artar.
Alveoler Ventilasyon
Alveoller ve dış ortam arasında gaz değişimidir.
Alveoler ventilasyon: dakikada alveollere gelen taze hava volümü
Alveoler ventilasyon: dakikada alveolleri terk eden hava volümü
Anatomik Ölü Boşluk
Dakika volümü: Bir dakikada ağız veya burundan içeri giren ve dışarı çıkan hava volümü
≠ Alveoler volüm: Bir dakikada
alveollere ulaşan ve alveolleri terk eden hava volümü
Alveoler volüm < Dakika volümü
İletici hava yolları – Anatomik ölü boşluk
Alveoler Ölü Boşluk
Her solukta perfüze olmayan alveollere giren
hava volümüdür.
Bu alveollerde gaz değişimi olmaz.
Fizyolojik ölü boşluk = anatomik ölü boşluk + alveoler ölü boşluk
Ekspire edilen gaz karışımında ölçülen karbondioksit hem ventile
hem de perfüze olan alveollerden gelir.
Anatomik ölü boşlukta kalan veya perfüze olmayan alveollere giden
inspire edilen hava aynı şekilde vücudu terk eder. Ekspire edilen
havadaki karbondioksit miktarına etkisi yoktur.
Alveoler oksijen ve karbondioksit düzeyleri
Alveoler ventilasyon Oksijen tüketimi (VO2) Karbondioksit üretimi (VCO2) ile belirlenir.
Her nefesle 350 ml taze hava gelir. %21 oksijen içerir.
%5-6 karbondioksit içeren 350 ml hava ekspiryum ile atılır.
Dakikada 250 ml karbondioksit pulmoner kapillerden alveollere geçer.
Dakikada 300 ml oksijen ise alveollerden pulmoner kapillere geçer.
P gas = % total gas x P tot
Atmosferik havada; PO2 = 0.21 x 760 = 159 mmHg PCO2 =0.0004 x 760 =0.3 mmHg
İnspire edilen havada; PIO2 =FIO2 (PB – PH2O) = 0.21 (760 – 47) =149 mmHg PICO2 =FICO2 (PB – PH2O) = 0.0004 (760 – 47) =0.29 mmHg
Alveoler hava
PAO2 104 mmHg
PACO2 40 mmHg
Mikst venöz kanda PO2 40 mmHg ve PCO2 45 mmHg
İnspiryum sonunda alveoler PO2 2-4 mmHg artar ve diğer inspiryuma kadar hafifçe azalır.
Alveoler PCO2 de her inspiryumda 2-4 mmHg azalır.
Ekspire edilen hava 350 ml alveol havası ve 150 ml ölü boşluk havası içerir.
Ekspire edilen havada PO2 alveol havasından yüksek, inspire edilen havadaki PO2’den düşüktür (120 mmHg).
Ekspire edilen havada pCO2 27 mmHg
Alveoler ventilasyonun dağılımı
Ayakta duran bir kişide alt bölümlerdeki alveoller daha fazla ventile olur.
İntraplevral basınç alt bölgelerde daha az negatif
Derin ekspiryumda akciğer tabanında plevral basınç pozitiftir. Alveoller rezidüel volüm seviyesine kadar boşalır. Apekste ise plevral basınç negatiftir. Buradaki alveollerde daha fazla gaz vardır.
İnspiryumda ise önce apeksteki alveollerde volüm artar, ancak volüm değişikliği azdır. Bunlar zaten gazla kısmen doludur.
Tabanlardaki alveollerde ise volüm değişikliği daha fazla olur.
Perfüzyon
Gaz değişim yüzeyi 60 -100 m²
Pulmoner dolaşım düşük basınçlı bir sistem
Akciğer volümündeki değişiklikler pulmoner vasküler rezistansı etkileyen faktörlerden birisidir.
Kan akımı arttığında pulmoner vasküler rezistans azalır.
Pulmoner kan akımının bölgesel dağılımı
Ventilasyon / Perfüzyon
Ventilasyon
Oksijen akciğerlere gelir.
Karbondioksit akciğerlerden uzaklaştırılır.
Perfüzyon
Mikst venöz kanla karbondioksit akciğerlere gelir.
Alveoler oksijen alınır.
Alveoler pO2 ve pCO2,
alveoler ventilasyon ve perfüzyon arasındaki ilişki ile belirlenir.
Ventilasyon/perfüzyon oranı: V/Q
V/Q değişiklikleri
Alveoler pO2 ve pCO2 değişiklikleri
Alveoler Ventilasyon : 4-6 L/dk
Pulmoner kan akımı = Kardiak output: 4-6 L/dk
V/Q ~ 0.8-1.2
Normal V/QV/Q=0 V/Q =∞
Akciğerlerde bölgesel V/Q farkları ve sonuçları:
Bölgesel V/Q farkları
Fizyolojik şant = Anatomik şant + İntrapulmoner şant
Anatomik şant Pulmoner dolaşıma girmeksizin sol ventriküle geçen sistemik venöz
kan. Sağlıklı bir kişide kardiyak outputun %2-5’i anatomik şant (bronşiyal , thebesian , anterior kardiyak, plevral venler pulmoner kapillere girmeden sol kalbe geçer.
İntrapulmoner şant Mutlak intrapulmoner şantlar (ventile olmayan veya kollabe alveolleri
perfüze eden kapiller) Şant benzeri durumlar(düşük V/Q alanları)
Alveolo-arteriyel oksijen gradyenti
Normalde 5-15 mmHg
Arteriyel pO2 alveoler pO2’den daha düşüktür.
Normal anatomik şantlar, V/Q dengesizliğinden kaynaklanır.
Diffüzyon Gazların kendi parsiyel basınç gradyentlerine göre
hareket etmesidir.
Yüksek parsiyel basınç alanından düşük olana
doğru hareket ederler.
Diffüzyon ısıya bağlıdır, yüksek ısılarda moleküler
hareketler artar.
Oksijen alveolokapiller yüzeyden gaz fazından sıvı
faza geçer.
Diffüzyonla plazmaya geçer. Bir kısmı eriyik halde
kalır, çoğunluğu eritrosite girer ve hemoglobinle
bağlanır.
Fick Yasası V gas = A x D x (P1 – P2) / T Bir doku bariyerinden birim sürede
geçen gaz volümü diffüzyon yüzey alanı, diffüzyon katsayısı gazın parsiyel basınç farkıyla doğru
orantılı bariyerin kalınlığıyla ters orantılıdır.
Alveolokapiller membran kalınlığı 0.2- 0.5 µ
Toplam gaz değişim yüzey alanı ortalama 70 m²
Oksijen karbondioksite oranla 1.2 kat hızlı diffüzyona uğrar. Karbondioksitin sıvı fazda eriyebilirliği oksijene göre 24 kat fazladır.
Buna göre karbondioksit, alveolokapiller membrandan oksijenden çok daha hızlı geçer.
Bu nedenle alveolokapiller membrandaki sorunlarda oksijenin diffüzyonu öncelikle etkilenir.
Oksijen
Kanda eriyik ve hemoglobine bağlanmış olarak bulunur. 100 ml kanda 0.3 ml O2 bulunur. Hemoglobin hızla oksijenle geri dönüşümlü olarak
bağlanır. 1 gr Hb 1.34 ml oksijen bağlar.
15 g Hb /100 ml kan x 1.34 ml O2 / 1 g Hb = 20.1 ml O2 / 100 ml kan
Oksihemoglobin Dissosiasyon Eğrisi
Plazmadaki pO2 hemoglobine bağlanan oksijen miktarını belirler.
Hb’nin oksijen taşıma kapasitesi kandaki Hb miktarına
bağlıdır.
Karbondioksit
Kanda eriyik olarak, kan proteinlerindeki aminoasitlere bağlı(karbamino bileşiği) ve bikarbonat iyonları halinde bulunur.
250 ml /dk karbondioksit doku metabolizması sonucu üretilir.
Karbondioksit plazmada oksijene göre 20 kat fazla çözünür.
Kanda bulunan karbondioksitin %5-10’u eriyik halde bulunur.
2.4 ml CO2 / 100 ml kan %5-10’u karbamino bileşiği olarak bulunur.
Karbondioksitin %80-90’ı kanda bikarbonat iyonları olarak taşınır.
CO2 + H2O H2CO3 H + HCO3 ‾ KARBONİK
ANHİDRAZ
Karbondioksit dissosiasyon eğrisi
Sağa kayma oksiHb değerleri arttığında sola kayma ise deoksiHb arttığında olur.
Haldane etkisi olarak bilinen bu durum dokulardan daha fazla CO2 alınmasını, ve akciğerlerde de daha fazla karbondioksitin verilmesini sağlar.
Düşük pO2 de deoksi Hb artar ve deoksi Hb karbonik asit dissosiasyonundan ortaya çıkan hidrojen iyonlarını kolaylıkla alır.
Böylece Hb’den oksijen salınımı kolaylaşır. Buna da Bohr etkisi denir.
Solunum Kontrolü
Solunum spontan olarak santral sinir sistemi tarafından başlatılır.
İnspiryum ve ekspiryum beyin sapındaki nöronlar tarafından
otomatik oluşturulur.
Solunum siklusu değiştirilebilir, geçici sürelerle baskılanabilir.
Akciğerler, havayolları, kardiyovasküler sistem refleksleri
BOS ile ilişkili reseptörlerden gelen uyaranlar
Hipotalamus, konuşma merkezi veya korteksin diğer alanlarından
gelen komutlar
Spontan ritmin oluşumu
Solunumu başlatan merkezler medullada retiküler formasyonda bulunur.
Bu bölgede iki grup respiratuar nöron var. Dorsal respiratuar grup (inspiratuar)- solunum ritmini oluşturan
primer alan Ventral respiratuar grup (inspiratuar-ekspiratuar)
Pontin respiratuar grup
Pontin respiratuar grup (Pnömotaksik merkez eski adı) apnöstik merkez aktivitesini düzenler.
Solunum paternini ayarlar, “solunumun ince ayarı”
İnspiryumdan ekspiryuma, ekspiryumdan inspiryuma geçişleri düzenler.
Solunum Kontrolünü Sağlayan Refleksler
A.Pulmoner gerim reseptörlerinden kaynaklanan:
1.Hering-Breuer Refleksi
Akciğer gerildiğinde inspiratuar eforun kesilmesi, solunum frekansının azalması
Akciğerlerin sönmesiyle solunum sayısı artışı
2.Head’in paradoksik Refleksi
Derin inspiryum yanıtı olur. Bu yenidoğanın ilk nefesi, kollabe olan akciğerin ekspansiyonu için kullanılabilir.
B. Pulmoner vasküler reseptörlerden (J res)kaynaklanan refleksler
Pulmoner emboli apne veya hızlı yüzeyel solunum yapabilir. Pulmoner vasküler konjesyon takipneye yol açar.
C. Kardiyovasküler sistemden kaynaklanan refleksler
Arteriyel kemoreseptörler (carotis cis. ve aortik cis. )
Düşük arteriyel pO2 ve yüksek pCO2’e duyarlıdırlar. Hiperpne, bronkokonstriksiyon, üst solunum yollarında dilatasyon, kan basıncı artışı
Arteriyel baroreseptörler
Artan kan basıncına duyarlı, apne ve bronkodilatasyon yaparlar.
Arteriyel ve BOS’da pCO2 en önemli uyaran “Karbondioksit”