Solunum ve Dolaşım Sistemi

• Solunum ve Dolaşım

Solunuma Giriş

• Solunum, organik bileşiklerin ATP şeklinde kimyasal enerji açığa çıkarmak için düzenli bir şekilde oksitlendiği biyokimyasal bir süreçtir.
• Hücresel solunumun iki türü vardır: aerobik (oksijenli) ve anaerobik (oksijensiz) solunum.
• Canlıların yaşam süreçlerini sürdürebilmeleri için sürekli solunum yapmaları gerekir, çünkü solunum yoluyla elde edilen enerji bu süreçleri mümkün kılar.
• Solunum, vücutta depolanmış karmaşık organik bileşiklerdeki potansiyel enerjiyi kullanılabilir enerjiye dönüştürür.
• Hücresel solunumun denklemi: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38 ATP
• Gaz alışverişinin gerçekleştiği yer solunum yüzeyi olarak adlandırılır.
• Solunumun tek bir adımda gerçekleşmesi durumunda, glikozdan elde edilen enerjinin çoğu ışık veya ısı şeklinde kaybolur ve glikoz tamamen oksitlenemez.

Solunum Organları Arası Gaz Alışverişi

• Solunum yüzeyinin ana özellikleri arasında geniş bir yüzey alanı, ince ve geçirgen olması, ayrıca gaz alışverişini kolaylaştırmak için nemli olması yer alır.
• Solunum yüzeyi kuru olmamalı, nemli olmalıdır, bu da gaz alışverişini kolaylaştırır.
• Bitkilerde gaz alışverişi difüzyon yoluyla gerçekleşir.
• Karasal bitkilerin gövde, yaprak ve kök hücreleri arasında birçok hava boşluğu bulunur.
• Oksijen, stomalar yoluyla bu hava boşluklarına yayılırken, karbondioksit ve su buharı dışarı yayılır.
• Aerasyonlu toprakta oksijen, kök dokusu etrafındaki nem veya su filminde çözülür ve difüzyon ile girer.
• Odunsu bitkilerde gaz alışverişi, gövde yüzeyindeki lentisel adı verilen küçük porlar aracılığıyla gerçekleşir.
• Bitkilerde gaz alışverişine yapraklar (stomalar), gövdeler (lentiseller), kabuk ve kök tüyleri yardımcı olur.
• Farklı organizmalar, çeşitli solunum yüzeyleri veya organları gösterir; bu yüzeyler farklı hayvanlarda farklılık gösterir.
• Protistler, süngerler ve sölenteratlar gibi organizmalar plazma zarlarını kullanarak gaz alışverişini gerçekleştirir.
• Planarya gibi yassı solucanlar, halkalı solucanlar (toprak solucanı, Nereis, sülük) ve amfibiler (kurbağa) plazma zarlarını veya genel vücut yüzeylerini (nemli cilt) kullanır.
• Böcekler trake tüplerini ve spiraklleri, örümcekler ve akrepler gibi araknidler kitap akciğerlerini, Limulus türleri ise kitap solungaçlarını kullanır.
• Kurbağa ve semender larvaları gibi amfibi larvaları dış solungaçlara, balıklar ise iç solungaçlara sahiptir.
• Sürüngenler, kuşlar ve memeliler akciğerlere sahiptir, kaplumbağalar ise kloakı kullanır.
• Böceklerdeki solunum, kanın oksijen taşımada doğrudan rol oynamaması ve trake tüplerinin doğrudan oksijeni tüm vücuda taşıması nedeniyle doğrudan solunum olarak adlandırılır.

İnsan Solunum Sistemi

• Solunum sisteminin işlevleri arasında ilham alma, verme ve akciğerlerdeki gazların değişimi yer alır.
• Solunum sisteminin iki ana bölümü, üst solunum sistemi ve alt solunum sistemidir.
• Üst solunum sistemi dış burun delikleri, burun boşlukları, iç burun delikleri, nazofarenks, burun, boğaz ve ilişkili yapıları içerir.
• Alt solunum sistemi ise larinks, trakea, bronş, bronşiol ve akciğerleri içerir.
• İnsan solunum yolu sırasıyla burun, farenks, larinks, trakea, bronş ve akciğerleri içerir.
• Burun, havayı burun boşluğuna almak için yarık benzeri açıklıklara, yani dış burun deliklerine veya burun deliklerine sahiptir.
  • Burun boşluğu, bir mesethmoid kıkırdak ile sağ ve sol burun odalarına ayrılır.
  • Her burun odası üç bölüme ayrılır:
    • Vestibül: Burun deliklerinin yaklaşık kısmı olup, havanın filtrelenmesi ve tozun tutulması için kıl içerir.
    • Solunum kısmı (klima): Solunan havanın ısıtılması ve nemlendirilmesi için ortadaki ince duvarlı, oldukça vasküler kısım.
    • Koku veya duyusal oda: Koku tespiti için koku epiteli ile kaplı en üst kısım.
• Farenks üç kısma ayrılır:
  • Nazofarenks: Burun boşluğundan en üst kısım.
  • Orofarenks: Besin ve su için ortak bir geçit olan nazofarenksin orofarenkse önderlik ettiği kısım.
  • Laringofarenks: Orofarenksin devamı niteliğinde. Nazofarenks ve orofarenks arasında damak kemiği bulunur.
  • Farenksin tonsil adı verilen bir dizi lenfoid organı vardır.
• Larinks, solunum yolunun ses tellerini içeren kısmıdır, bu nedenle aynı zamanda ses kutusu olarak da adlandırılır.
• Trake, yemek borusunun önünde boyundan geçerek göğüs boşluğunun ortasına kadar uzanan 10 ila 12 cm uzunluğunda bir tüptür ve 16-20 adet C şeklinde kıkırdak halkasıyla desteklenir.
• Trake, ciğerlere istenmeyen partiküllerin girişini engelleyen siliyalı, yalancı katmanlı epitel ve mukus bezleri ile döşenmiştir.
• Trake, göğüs boşluğunun ortasına ulaştığında sağ ve sol bronşa ayrılır; bronşlar da 'C' şeklinde tamamlanmamış kıkırdak halkaları ile desteklenir.
  • Bronşlar birincil, ikincil ve üçüncül bronşlara bölünür ve bu bronşlar alveollerde son bulan terminal bronşiolleri oluşturur.
• Akciğerler insanların ana solunum organlarıdır, göğüs boşluğunda bulunan süngerimsi ve elastik organlardır.
  • Her akciğer çift plevra zarı ile çevrili ve korunmaktadır; dış parietal ve iç visseral membrandır.
  • İki plevra (plevra membranı) arasında plevra boşluğu bulunur. Plevra boşluğu, zarlar tarafından salgılanan ve kayganlaştırıcı bir sıvı olan plevra sıvısı ile doludur.
  • Sağ akciğer daha büyüktür ve 3 loba, sol akciğer daha küçüktür ve 2 loba ayrılmıştır.
  • Akciğerde herbiriinde 10-12 alveol bulunan hava kesecikleri ile sonlanan terminal bronşioller bulunmaktadır.

Tonsiller ve Soluk Borusu

• Alveoller duvarları ince, üzüm salkımlarına benzeyen loblu yapılardır, her alveol pulmoner arter ve venlerin kılcalları ile çevrilidir.
• Akciğerlerde yaklaşık 700 milyon alveol bulunur ve alveoller gaz değişimine yüzey alanı sağlar.
• Tonsiller, farenks bölgesindeki küçük lenfatik nodüllerdir; solunan ve yutulan yabancı maddelere karşı savaşırlar.
  • Normalde, solunan ve yutulan yabancı maddelere karşı savaşmak için stratejik olarak konumlandırılmış beş tane bademcik vardır.
  • Bademciklerin iltihaplanmasına tonsillit denir.
  • Viral veya bakteriyel enfeksiyon neden olur.
  • Belirtiler arasında boğaz ağrısı, ateş, şişmiş lenf düğümleri, burun tıkanıklığı, yutma güçlüğü, baş ağrısı vb. bulunur.
  • Viral tonsillit doğal olarak iyileşir, ancak bakteriyel tonsillit antibiyotik tedavisi gerektirir.
• Tonsillektomi, tonsillit tedavisine yanıt vermeyen bazı hastalarda gerçekleştirilir.
• Rinoplasti, çeşitli nedenlerle yapılan cerrahi bir işlemdir (travma veya doğum kusurlarından kaynaklanan şekil bozuklukları, kırık burun veya deviasyonlu burun septumunu onarmak için).
• Rinoplasti burun üzerinde yapılır.
• Tonsillerin vücuttaki rolü, yutulan veya solunan yabancı işgalcilere karşı immünolojik reaksiyonlarda yer almaktır.
  • İnsanlarda iki çift bademcik (palatin ve lingual bademcikler) ve tek bir bademcik (faringeal bademcik) bulunur.
• Epiglottis, yiyeceklerin yemek yerken trakeaya girmesini önler.
• Şiddetli tıkanıklık olması durumunda, tıbbi yardım istenebilir.

Ek Bilgiler

• Trakeanın 'C' şeklinde kıkırdak halkalarına sahip olmasının nedeni, trakeanın çökmesini önlemektir.
• Plevra sıvısı, plevra zarlarının birbirleri üzerinde kolayca kaymasını sağlayarak sürtünmeyi azaltır ve ayrıca iki zarın birbirine yapışmasına neden olur.
• Alveoller tarafından kaplanan toplam yüzey alanı yaklaşık 70m²'dir.
• Diyafram, göğüs ve karın boşluklarını ayıran kubbe şeklinde bir kas bölmesidir.
• Diyaframın ana işlevi kasılarak ve genişleyerek solunuma yardımcı olmaktır.
• Solunum, atmosfer ve akciğerler arasında gaz alışverişini içeren ve ATP oluşumuyla sonuçlanan biyolojik bir işlemdir. Solunum;
• soluma,
• dış solunum,
• iç solunum ve
• hücresel solunumu içerir.
• Soluma, atmosfer ve akciğerler arasında gaz alışverişinin gerçekleştiği fiziksel bir süreçtir, iki adımda gerçekleşir: nefes alma ve nefes verme.
• Soluma sırasında atmosferik hava akciğerlere alınır.
  • Göğüs hacmi artar ve göğüs ve akciğerlerdeki basınç azalır; böylece atmosferden hava akciğerlere hareket eder.
  • Diyafram düzleşerek aşağı doğru hareket eder ve dış interkostal kaslar kasılarak kaburgalar ve göğüs yukarı ve dışarı doğru hareket eder.
• Nefes verme sırasında göğüs kasılır, hava dışarı atılır. Diyafram gevşer ve yukarı itilir.
  • İnterkostal kaslar gevşer ve atmosfer basıncına kıyasla göğüs boşluğunda ve akciğerlerde basıncı artırarak kaburgaları içe ve aşağı doğru çeker.
  • Hava akciğerlerden dışarı çıkar ve bu nefes verme olarak bilinir.

Dış ve İç Solunum

• Dış solunum, alveol seviyesinde gaz değişimi sürecidir.
• Alveoller, bir baz zarında duran basit skuamöz epitel bir tabakasından oluşur ve yoğun bir kılcal damar ağıyla yakından ilişkilidir.
• Kılcal duvar da ince duvarlı ve benzer yapıya sahip basit skuamöz epitelden oluşur. Bu iki tabaka birlikte alveol havası ve kan arasında gaz değişiminin meydana geldiği solunum zarını oluşturur.
• Gazların difüzyonu, yüksek kısmi basınç alanından düşük kısmi basınç alanına doğru, iki bölgedeki kısmi basınç dengeye ulaşana kadar gerçekleşir.
• Pulmoner kılcallara giren kandaki CO2'nin kısmi basıncı 45 mmHg iken alveol havasındaki CO2'nin kısmi basıncı 40 mmHg'dir.
• Bu kısmi basınç farklılığı CO2'nin kılcallardan alveollere yayılmasına neden olur.
• Benzer şekilde pulmoner kılcallardaki kandaki O2'nin kısmi basıncı 40 mmHg iken alveol havasında 104 mmHg'dir.
• Bu farktan dolayı O2 alveollerden kılcallara yayılır.
• İç solunum, doku düzeyinde gaz alışverişini ifade eder.
  • RBC'ler ve kan plazması, solunum gazları olan O2 ve CO2'nin taşınmasında rol oynar.
• İç solunum sırasında, kan tarafından getirilen oksijen hücrelere ve dokulara verilir.
• Benzer şekilde, CO2 hücrelerden ve dokulardan kana geçer.
  • Oksijenin taşınması: Toplam oksijenin %3'ü plazmada çözünmüş halde taşınır, geri kalan %97'si RBC'lerde bulunan hemoglobine (Hb) bağlıdır.
  • Karbondioksit taşınması: Karbondioksit suda kolayca çözünür ve RBC'ler ve plazma tarafından üç farklı biçimde taşınır: plazma çözeltisi, bikarbonat iyonları ve kırmızı kan hücreleri.
  • Doku hücreleri tarafından salınan CO2'nin yaklaşık %70'i plazmaya ve ardından RBC'lere yayılır ve %23'ü kırmızı kan hücreleri tarafından taşınır.

Hücresel Solunum ve Solunumun Önemi

• Hücresel solunum, hücre içinde meydana gelen son adımdır. Besin oksitlendiğinde ATP salınır.
  • Oksidasyon: Karmaşık organik moleküllerin, ısı enerjisi salınımıyla basit inorganik moleküllere parçalanması.
  • Fosforilasyon: Isı enerjisinin ATP molekülünün yüksek enerjili bağı şeklinde tutulmasını içerir.
  • ATP, hayati yaşam süreçlerini yürütmek için kullanılır ve bu nedenle hücrenin enerji para birimi olarak adlandırılır.
• Burnundan nefes almak, havayı filtrelediği ve ısıttığı ve mikropların, tozun ve akciğerlere zarar verebilecek diğer safsızlıkların girişini önlediği için ağızdan nefes almaktan daha avantajlıdır.
• Oksijen taşıma: Solunan O2'nin %3'ü plazmada çözünmüş bir durumda taşınırken, geri kalan %97'si RBC'lerde bulunan hemoglobine (Hb) bağlıdır.
• Hemoglobin, solunum taşıyıcısı olarak işlev görür, oksijen ile yüksek afiniteye sahiptir ve onunla birleşerek oksihemoglobin oluşturur. - Teorik olarak, bir Hb molekülünün, her biri bir oksijen molekülünü (O2) alabilen 4 adet Fe++ iyonu vardır.
• Hemoglobin, oksijenin kolaylıkla serbest bırakıldığı dokulara oksihemoglobin halinde taşınır. - Bununla birlikte, Hb'nin O2 ile doygunluk derecesi, O2 gerginliğine, yani ppO2'ye bağlıdır. - Alveollerde (100 mmHg) ppO2 değerinde %95 ila %97'lik maksimum doygunluk meydana gelir. - Doygunluk derecesi ppO2'deki azalmalarla birlikte azalır ve bu, HbO2'nin ayrışmasına yol açar; ppO2'nin 30 mmHg'ye düşmesi halinde doygunluğun yalnızca %50 oranında korunması mümkündür.

Karbondioksitin Taşınması ve Bohr Etkisi

• Karbondioksit, RBC'ler ve plazma tarafından üç farklı biçimde taşınır. - Plazma formunda (%7); yalnızca %7'si karbonik asit formunda taşınır (bu da CO2 ve H2O'ya ayrışabilir). - Bikarbonat iyonları (%70); doku hücreleri tarafından açığa çıkarılan karbondioksitin yaklaşık %70'i plazmaya ve ardından RBC'lere geçerek RBC'lerde suda çinko içeren karbonik anhidraz enzimi (plazmada bulunmaz) varlığında karbonik asit oluşturur.
• Karbonik asit, RBC'lerin içindeki oluşumu plazmadaki oluşumuna kıyasla çok hızlıdır. - Karbonik asit kararsız olduğu için neredeyse anında HCO3 ve H+'ya ayrışır (bu da enzim karbonik anhidraz (CA) varlığında RBC'lerin içinde büyük miktarda HCO3 birikmesine yol açar).
• Böylece, RBC'lerin hareketi RBC'lerin içindeki yük dengesizliğine neden olur. - RBC'ler ve plazma arasındaki iyonik dengeyi korumak için Cl iyonları RBC'lere difüze olur. - Klorür iyonlarının bu hareketi, klorür kayması veya Hamburger olayı olarak bilinir. - Plazmaya karışan HCO3, kanda pH'ı korumak için Na+/K+ ile birleşerek NaHCO3/KHCO3 bileşiklerini oluşturur (sodyum bikarbonat).
• H+, protein (hemoglobin) tarafından alınır ve oksijeni bağlama eğilimini azaltır.

Bohr ve Haldane Etkisi

• Bohr etkisi, kandaki CO2 kısmi basıncındaki değişmeye bağlı olarak oksihemoglobin ayrışma eğrisindeki kaymadır.

  • CO2 konsantrasyonundaki bir artış oksihemoglobin oluşumunu azaltır.
  • Bohr etkisine göre CO2'nin kısmi basıncı arttığında, hemoglobinin oksijene olan afinitesi azalır ve bu da oksihemoglobinin ayrışmasını destekler. - Başka bir deyişle, daha yüksek bir CO2 konsantrasyonu, HbO2'nin ayrışmasına neden olur ve serbest O2 açığa çıkarır.

• Haldane etkisi, kandaki CO2'nin taşınabilme miktarının hemoglobinin oksijen ile doygunluk yüzdesinden etkilenmesidir. - Oksihemoglobin (Hb-O2) miktarı ne kadar düşükse, kanın CO2 taşıma kapasitesi de o kadar yüksektir.

Dikey Solunum ve Hava Hacimleri

   - Soluk hacimleri ve kapasiteleri:
         - Tidal hacim (TV): Normal solunum sırasında alınıp verilen hava hacmidir (500 mL).
     - Solunum yedek hacmi: Dalgalanma hacmine ek olarak solunan hava miktarıdır (2000–3000 mL).
  - Normalde dışarı çıkarılan hava miktarıdır (1000 ila 1100 ml).
     - Rezidüel hacim: Tamamen hava verme sonrasında akciğerlerde kalan hava hacmi (1100 ila 1200 mL).
     - Toplam akciğer kapasitesi: Akciğerlerin tam bir şekilde nefes alındıktan sonra tutabileceği en büyük hava miktarıdır (5200 ila 5800 mL).

-Vital kapasitesi, azami esinlenmeden sonra çıkarılabilen hava miktarı olup, TV, IRV ve ERV'nin toplam değeridir (4100 ila 4600 ml).

Rezidüel Hacim ve Solunum Düzenlemesi

• Anatomik ölü alan, solunum yolunda (burundan terminal bronşiole kadar) bulunan ancak gaz alışverişi yapmayan hava olan hacmidir (150 ml).

• Normal nefes alma hızı yetişkinlerde 12 kez/dk, yenidoğanlarda 44 kez/dk'dır.

• Solunumun düzenlenmesi hem sinirsel hem de kimyasaldır. - Normal solunum istemsiz bir süreçtir ve düzenli solunum hızı pons ve medulla'da bulunan solunum merkezleri tarafından kontrol edilir. Medendüldeki apnestik ve pnömotaksik bölgeler solunumu kontrol eder.

• Bu merkezler, solunumun hızını ve derinliğini düzenler ve üç gruba ayrılırlar.

• Solunum merkezi (medulla'daki dorsal nöron grubu), solunum ve boşaltım merkezi (medulla'daki ventro-lateral nöron grubu) ve pnömotaksik merkez (pons'da bulunur ve özellikle solunumu sınırlar).

Modifiye Edilmiş Solunum Hareketleri

• Modifiye edilmiş solunum hareketleri, normal hareketlerden farklı olan ve duygunun ifade edilmesine veya hava yollarının temizlenmesine yardımcı olan solunum hareketleridir (örn. esneme ve öksürme).

Öksürme ve Hıçkırık

• Öksürme, esnemenin spazmodik kasılmasıdır ve havanın zorla dışarı verilmesidir; hıçkırık, diyafram kasılması ve sonuç olarak gırtlakın kapatılmasıyladır.

Solunum Bozuklukları

İnsanlardaki solunum hastalıkları:

• Amfizem: Alveol duvarlarının tahribatıyla karakterizedir ve sigara ve hava kirliliğinin artmasına neden olur.
• Kronik bronşit: Sigara kullanımını bırakılmalı, kirli havadan kaçınılmalı ve kuru iklime taşınmalıdır.
• Akut bronşit: Bronşların inflamasyonudur (viral veya bakteriyeldir); belirtiler arasında nefes darlığı ve sarı mukoid madde öksürüğü bulunur, tedaviye antibiyotik kullanımı ve diğer önlemler yardım eder.
• Sinüzit: Sinüslerin inflamasyonudur (viral veya bakteriyeldir); belirtiler arasında mukoz membrandan akıntı bulunur, tedaviye antibiyotik kullanımı ve diğer önlemler yardım eder.
  • Gırtlak iltihabı: Gırtlak iltihabı (viral veya bakteriyeldir) ses telleri hasarına veya ses kaybına neden olur; belirtiler arasında boğaz ağrısı, ses kısıklığı ve kuru öksürük bulunur, tedaviye antibiyotik kullanımı, ses istirahati ve diğer önlemler yardım eder.
• Pnömoni: Hava hacmini etkileyen akciğerlerin inflamasyorunlardır (bakteriyel veya viraldir); belirtiler arasında ateş, şiddetli öksürük ve göğüs gerginliği bulunur, tedaviye antibiyotik kullanımı ve diğer önlemler yardım eder. - Astım: Bronşiollerin engellemesi ve mukus oluşumuyla işaretlenir; tetikleyiciler arasında alerjenler bulunur, tedaviye bronkodilatörler ve diğer önlemler yardım eder.
• Mesleki: Mesleki tozlar (silika ve asbest) nedeniyle fibrozeye ve hasarlanmalara yol açan akciğer inflamasyonu olup korunuklu maskeler kullanılması gerekir.