Solunum Mekaniği ve Ventilasyon 2024-2025 PDF

SOLUNUM MEKANİĞİ VE VENTİLASYON Dr. Öğr. Üyesi Aysu KILIÇ Bezmialem Vakıf Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı İSTANBUL 1  Öğrenim Hedefleri İnspirasyon ve ek...

SOLUNUM MEKANİĞİ VE VENTİLASYON Dr. Öğr. Üyesi Aysu KILIÇ Bezmialem Vakıf Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı İSTANBUL 1  Öğrenim Hedefleri İnspirasyon ve ekspirasyonu açıklar İnspirasyonda ve Ekspirasyonda görev alan kasları fonksiyonlarıyla birlikte söyler Akciğerlerde havanın içe ve dışa doğru hareketine neden olan basınçları söyler Transpulmoner basıncı açıklar Pnömotoraksı tanımlar Akciğer hacim ve kapasitelerini söyler Zorlu Vital Kapasite (FVC) ve Zorlu Ekspirasyon Hacmini (FEV) açıklar Maksimum Ekspirasyon Akım – Volüm Eğrisini (MEFV) anlatır Maksimum İnspirasyon Akım-Volüm (MIFV) eğrisi açıklar Solunum tiplerini sayar ve her birini açıklar Kompliyansı tanımlar ve kompliyansı etkileyen faktörleri sayar Kompliyansta meydana gelen artma ve azalmanın ne anlama geldiğini anlatır Yüzey gerilimini tarif eder ve sürfaktanın görevini söyler Sürfaktan ve yüzey gerilimi arasındaki ilişkiyi anlatır ve sürfaktan salınımını artıran ve azaltan etmenleri sayar Yüzey gerilimini Laplace eşitliği ile açıklar Solunum yolu direnci üzerine etkili faktörleri söyler 2  Akciğerler, havayolları ve göğüs duvarının özellikleri, akciğerlere havanın alınması ve atmosfere verilmesi ve bu sırada yapılar arasındaki ilişkilerin belirlenmesi akciğer ventilasyon mekaniğini oluşturur. Hava akımının olmadığı koşullardaki mekanik özellikler statik özellikleri oluşturur. Buna karşı akciğerlere hava girişi ve çıkışının olduğu koşullarda hacim değişiklikleri de meydana geliyorsa, gelişen mekanik özellikler dinamik özellikleri gösterir. 3  Boyle Yasası: Bir kabın içindeki gaz moleküllerinin sayısı değişmeden kabın hacmi artarsa, gaz basıncı azalır; kabın hacmi azalırsa, gaz basıncı artar. Hava diğer akışkanlar gibi yüksek basınç bölgesinden düşük basınç bölgesine doğru hareket eder. Atmosfer havasının akciğerlere dolup boşalması, atmosfer ile alveoller arasında oluşan basınç farkı ile sağlanır. 4  Solunum ile İlgili Basınçlar Ağız Basıncı: Yukarı havayollarındaki basınçtır. Glottis kapalı iken hava akımı olmadığı için sıfırdır ve alveoler basınca eşittir. Vücut Yüzey Basıncı: Atmosfer basıncına eşittir, sıfır olarak kabul edilir. İntraplevral (intratorasik) basınç; akciğerlerin dışında, plevral aralıktaki basınçtır (-4 mmHg). Lenfatik drenaj nedeniyle oluşur Ekspiratuar kasların da kullanıldığı zorlu solunum sırasında plevral basınç ekspirasyon döneminde pozitif değer alabilir Şiddetli bir inspirasyonda ise, intraplevral basınç – 30 mmHg’ya kadar düşer 5  Solunum ile İlgili Basınçlar İntrapulmoner basınç (Alveoler basınç); Akciğer alveolleri içerisindeki basınca verilen addır (0 mmHg, 760 mmHg) Ventilasyonu sağlayan güç; atmosfer havasıyla alveoller içerisindeki basınç arasındaki farktır Transpulmoner basınç; alveolar basınç ile intraplevral basınç arasındaki farktır. Pw=Palv-Pip - Transpulmoner basınç akciğerleri açık tutar. 6 7 8  Solunum Kasları İnspirasyon ve ekspirasyon sırasında solunum kasları görev yaparlar. Solunum kasları iskelet kaslarıdır. -İnspirasyon Kasları Diyafram: Göğüs boşluğu ile karın boşluğunu ayıran, kubbe şeklinde çizgili bir kas olup, göğüs hacmini arttıran en önemli inspirasyon kasıdır. Eupneik solunumda diyafram kasıldığında, şeklini değiştirmeden kubbesi 1-2 cm kadar aşağı batına doğru yer değiştirir ve göğüs boşluğunun dikey çapını arttırır. Ayrıca kaburga kenarlarını yana doğru iterek toraksın enine çapında da artışa neden olur. 9 Sakin soluk alma durumlarında, toraks içinde meydana gelen hacim değişikliklerinin % 75’i diyafram tarafından oluşturulur Bu kas toraks kafesinin alt ucuna yapışır ve kasıldığı zaman bir piston gibi aşağıya doğru (1.5 - 7 cm uzaklığa kadar) hareket eder 10 İnspirasyon Kasları Eksternal interkostal kaslar Skalen kaslar Diyafram Zorlu İnspirasyon Kasları Sternokleidomastoid Pektoral ve lateral serratus 11  Diyafram omiriliğin C3-C5 segmentlerinden kaynaklanan sağ ve sol frenik sinirler (nervus phrenicus) ile uyarılır. Bu nedenle C3 üzerindeki omurilik yaralanmalarında kişi tamamen solunum cihazına (ventilatör) bağımlı olur Eksternal interkostal kasların inervasyonu ise omiriliğin T1-T11 segmentlerinden çıkan interkostal sinirler (nervi intercostales) sağlanır İnspirasyon sırasında toraks genişler, toraks duvarı akciğerlerden uzaklaştığından intraplevral aralık genişler. Ancak içindeki sıvı artmadığından intraplevral basınç azalır 12 dışa ve yukarı aşağı ve içe doğru 13  Ekspirasyon Kasları Soluk verme kasları; internal interkostal kaslar ve abdominal kaslardır Bu kaslar, zorlu soluk verme sırasında göğüs kafesini aşağı ve içe çekerek ve hem de diyaframı yukarı iterek soluk vermeye yardımcı olurlar 14  İnspirasyon; göğüs kafesi ve akciğerlerin genişlemesi sonucu atmosfer havasının alveollere akmasıdır Göğüs kafesinin genişlemesine neden olan her şey, inspirasyon oluşturabilir. İnspirasyonda; başlıca diyaframın (ve ayrıca eksternal interkostal kasların) kasılması ve kostaların hareketi rol oynar Soluk alma aktif bir olaydır İnspirasyon kaslarının kasılması toraks içi hacmini artırır. Bu da plevra içi basıncın azalmasına (-4 mmHg’dan - 7 mmHg’a düşer) neden olur. Bu şekilde akciğerler daha da genişlemiş olur 15  Ekspirasyon; Göğüs kafesi ve akciğer hacimlerinin azalması sonucu akciğerlerden havanın dışarıya çıkması olayıdır. Ekspirasyonda; diyafram ve ekternal interkostal kasların kasılması durur Sakin solunum anında soluk verme pasif bir olaydır. Toraks içi hacmini azaltmak için hiçbir kas kasılmaz İntraplevral basınç artarak eski durumuna gelirken, intrapulmoner basınç hafif pozitif (+1) olur. Ventilasyonun arttığı durumlarda (güçlü ekspirasyon) ise toraks içi hacmini azaltan ekspirasyon kasları (internal interkostal ve abdominal kaslar) etkin hal alır. Bu durumda intrapulmoner basınç 20-30mm-Hg olabilir Ekspirasyonda hava, akciğerlerden dışarı çıkar 16  İnspirasyon sırasında; alveolar basınç, atmosfer basıncının altına (- 1), ekspirasyon sırasında ise atmosfer basıncının üstüne (+ 1) çıkarak hava akımını şekillendirir Bu basınç farklılıkları; göğüs kafesi ve diyaframın hareketiyle inspirasyon sırasında akciğer hacminin artması, ekspirasyon sırasında ise azalmasıyla sağlanır 17  Akciğerlerin genişlemesine bağlı olarak , pulmoner (alveoler) basınç hafifçe negatif olur (-1) ve hava akciğerlere dolar 18  Transpulmoner Basınç Alveoler basınçla, plevral basınç arasındaki farktır Ptp = Palv – Ppl Ptp = 0 – (-5) = 5 cmH2O Akciğerlerin içi (alveol) ile dışı arasındaki basınç farkını ifade eder İnspirasyonda yüksek, ekspirasyonda ise düşüktür 19 20  Heimlich Manevrası Solunum yoluna kaçan yabancı maddeyi çıkarmak için kullanılır Hasta arkasından kucaklanır, bir el yumruk yapılarak sternumun altına ve göbeğin üstüne yerleştirilir, diğer elle yumruk sıkıca kavranır Ani hareketle karnın üst bölümüne, aşağıdan yukarıya doğru basınç uygulanır Artan abdominal basınç, diyaframı toraks içine iterek torakal hacmi azaltır ve alveolar basıncı artırır 21  Göğüs duvarının yaralanması sonucu plevral boşluğa hava girmesine pnömotoraks adı verilir 22 Pnömotoraks iki şekilde oluşur. Açık Pnömotoraks: Göğüs duvarı delinir ve açık taraftaki akciğer elastik özelliği nedeniyle büzülerek solunuma katılamaz Hastanın her nefes alış verişinde daha fazla hava plevra boşluğuna girip çıkar. Böylece yaralı taraftaki plevral boşluğun basıncı artar Kapalı Pnömotoraks Hava, plevral boşluğa yırtılan alveol ya da bronşlardan geçer Açık veya kapalı olsun toraks içine giren havanın tekrar dışarı çıkamaması (bir drenaj sistemi ile), basıncı artırarak akciğerin total kollabe olmasına neden olabilir 23  Solunum Tipleri Eupnea: İstirahat durumundaki normal solunum Hiperpne: Solunumun frekansının ve derinliğinin artması Polipne: Hızlı ve yüzeysel solunum Apne: Solunumun geçici süre durması Dispne: Solunum güçlüğü; ventilasyonun hava isteğini karşılayamaması - Hava açlığı 24  Pulmoner Kompliyans (Gerilebilirlik) Basınç ile hacim arasındaki ilişkidir Başka bir deyişle havayolu basıncında meydana gelen değişikliğe karşı, akciğer hacminde meydana gelen değişikliği gösterir (akciğer ve toraksın genişleme yeteneği) Akciğerlerin gerilebilirliği hakkında bilgi verir Basınçta meydana gelen küçük artışların akciğer hacmini fazlaca artırması kompliyansın arttığını, büyük basınç değişikliğinin hacmi fazla artırmaması ise azaldığını gösterir 25  Ekspirasyon İnspirasyon Kompliyans = dV / dP = 200 ml/cm-H2O (transpulmoner basıncın 1 cm-H2O artması; akciğerleri 10-20 sn içinde 200 ml genişletir. 1 mm-Hg = 1.3 cm-H2O 26 Büzüştürücü Faktörler 1. Dokunun elastik komponentleri büzüştürücü genişletici 2. Yüzey gerilimi faktörler faktörler Genişletici Faktörler 1. Sürfaktan 2. Birbirine bağımlılık (interdependence ) 3.Toraks içi negatif basınç P=+1 P=0 P=-1 P= -4 mmHg P= -6 mmHg 27 28  Pulmoner Kompliyans Üzerine Etkili Faktörler Akciğer hacmi Solunum sayısı Yaşlanma Bronşiyal düz kas tonusu Hastalıklar Amfizem: ↑ kompliyans (esnek doku yıkımlanarak, doku elastikiyeti azalır) Fibrozis: ↓ kompliyans (bağ doku artar) ↓ kompliyans → ↓ fonksiyonel rezidüel kapasite 29  Akciğer kompliyansının azalması; akciğerlerde genişleme sağlanması için daha fazla enerji harcanmasına neden olur (inspirasyon kasları daha güçlü kasılır) Bu nedenle akciğer kompliyansı düşük kişiler, hızlı ve yüzeysel solurlar 30 Akciğer kompliyansı iki faktör tarafından oluşturulur Akciğer dokusunun kendisinde bulunan elastik güçler (doku elastikiyeti-elastik direnç) tarafından (elastik ve kollogen fibriller), Kompliyans: 1/elastik direnç Yüzey gerilimi (sürfaktan) 31  Yüzey gerilimi; bir sıvı ve bir gaz arasındaki sınırdan kaynaklanır Alveollerde; yaklaşık 70-100 m2’lik bir gaz değişim alanı üzerinde yüzey gerilim etkili olur Alveollerdeki düşük yüzey gerilimi, alveollerin içini kaplayarak yüzey gerilimini azaltan fosfolipit yapısındaki sürfaktan’a bağlıdır Sürfaktan; alveol hücresinde bulunan Tip II epitel hücreleri tarafından sentezlenir ve eksositozla salgılanır Sürfaktan eksikliği; kompliyansı azaltarak, alveollerin kollapsına yol açar ve akciğer ödeminin oluşmasına neden olabilir 32  Sürfaktan, doğumda önemlidir (sürfaktan; gebeliğin 24. haftasından itibaren salgılanmaya başlar, 35-36. haftada yeterli düzeye ulaşır) Fetus; uterus içerisinde solunum hareketleri yapsa da akciğerler doğuma kadar kapalı halde kalır Doğumdan sonra bebek çok sayıda güçlü soluk alma hareketleri yapar ve akciğerler genişler Sürfaktan, genişlemiş olan akciğerlerin tekrar kapanmasını önler Bu nedenle sürfaktan eksikliği, bebek solunum zorluğu sendromuna (Infantile Respiratory Distress Syndrome «IRDS», hiyalin membran hastalığı) neden olur Bu bebeklerin akciğerinde yüzey gerilimi yüksektir ve akciğerin birçok bölümünde alveoller kollabe olur 33  Glukokortikoit hormonlar (kortizol) akciğerlerde sürfaktan oluşumunu artırır ve yüzey gerilimini azaltır Sigara kullanımı, sürfaktan miktarını azaltarak alveollerin yüzey gerilimini artırır Alveol yüzey gerilimi, sürfaktan konsantrasyonu ile ters orantılıdır İnspirasyon sırasında alveollerin genişlemesine bağlı olarak sürfaktanlar birbirinden uzaklaşır ve yüzey gerilimi artar Ekspirasyon sırasında ise sürfaktanlar birbirine yaklaşır ve yüzey gerilimi azalır 34  Eğer akciğerler hava yerine fizyolojik tuzlu su ile şişirilirse; yüzey gerilimi ortadan kalkacağı için, transmural basınçta meydana gelen az bir değişim çok kısa sürede akciğer hacmini artırır. Fizyolojik tuzlu suyla elde edilen hacim- basınç eğrisi sadece doku elastikiyetine bağlı olarak oluşurken, hava ile elde edilen hacim-basınç eğrisi hem doku elastikiyeti ve hem de yüzey gerilimine bağlı olarak oluşur. 35  Yüzey gerilimi Laplace eşitliği ile belirlenir P = 2T / r Buna göre alveol çapı azalınca, içerisindeki basıncı sabit tutabilmek için yüzey geriliminin de azalması gerekir. Bunu sağlayan sürfaktan’dır Bu durumda alveol içerisindeki basınç sabit tutulduğundan hava her iki alveole doğru da akar Ancak sürfaktan’ın olmadığı durumda alveol çapı azalınca, yüzey gerilimi değişmez ve buna bağlı olarak basınç artar Dar çaplı alveolde basınç fazla olduğundan, hava buradan geniş çaplı alveole doğru akar 36 37  Solunum Yolu Direnci Solunum yollarında hava akımına karşı oluşan dirençtir Solunum yollarında oluşan direncin büyük bir bölümü, iletim bölgesinde oluşur Solunum yollarında direnci belirleyen başlıca faktör, yarı çaptır Bronş ağacı boyunca direncin başlıca yerleşim yeri, orta büyüklükteki bronşlardır Hava yolları dallara ayrıldıkça, paralel olarak bağlanır ve bu da küçük hava yollarında toplam direnci düşürür 38 F (akım hızı) = ΔP (Pağız-Palveol) / R 39  Normal solunum sırasında; hava akımına karşı oluşan direncin yaklaşık olarak % 80’i çapı 2 mm’den daha büyük hava yollarında oluşur Küçük hava yollarının ise toplam akciğer direncine çok az etkisi vardır Bu nedenle hava yolu direnci ölçümü; küçük hava yolu tıkanmasını saptamada zayıf bir testtir Ancak hastalık koşullarında durum değişir Bu durumda küçük bronşiyoller; 1) bronkokonstriksiyon, 2) duvarlarında ödem oluşması, 3) lümenlerinde mukus birikmesi sonucu tıkanmalarıyla hava akımına direnci belirlemede çok daha büyük rol oynarlar 40  Akciğer hacminin artması; hava akımına karşı direnci azaltır Bu nedenle hava yolu direnci artmış hastalar, daha yüksek hacimlerde solurlar Hava yolunda mukus ve ödem oluşması veya bronşiyal düz kasların kasılması hava yolu direncini artırır Bronşiyal düz kasların gevşemesi ise hava yolu direncini azaltır 41 42 AKCİĞER HACİM VE KAPASİTELERİ 43 Solunum Hacimleri Normal Solunum Hacmi (Tidal Volüm): Normal bir inspirasyonla solunum sistemine giren (veya normal bir ekspirasyonla solunum sisteminden çıkan) hava miktarıdır (500 ml) İnspirasyon Yedek Hacmi: Normal bir inspirasyondan sonra yapılan en zorlu inspirasyonla akciğerlere giren hava hacmidir (3.300 ml) Ekspirasyon Yedek Hacmi: Normal bir ekspirasyondan sonra yapılan en zorlu ekspirasyonla akciğerlerden çıkarılan hava hacmidir (1.000 ml) Rezidüel Hacim: En zorlu bir ekspirasyondan sonra bile akciğerlerde kalan hava hacmidir (1.200 ml) 44  Rezidüel hava iki bölümden oluşur; Kollaps Havası: Pneumotoraks oluşturularak rezidüel havanın bir kısmı (800 ml) akciğerlerin dışına çıkarılabilir. Buna kollaps havası adı verilir Minimal Hava: Kollaps sonun da bile akciğerlerde hava kalır (400 ml). Buna minimal hava denir Minimal havadan adli tıpta yararlanılır Ölü doğan bir yavru hiç nefes almadığından, akciğerin tamamı veya bir parçası suya bırakılınca dibe çöker Bir tek kere bile nefes almışsa; akciğer suya atıldığında içerdiği minimal havadan dolayı batmaz ve yüzer 45 Akciğer Kapasiteleri İnspirasyon Kapasitesi: Normal bir inspirasyondan sonra en zorlu bir inspirasyonla akciğerlere alınan hava hacmidir (3.800 ml). Fonksiyonel Rezidüel Kapasite: Normal bir ekspirasyondan sonra akciğerlerde kalan hava hacmidir (2.200 ml). Vital Kapasite: En zorlu inspirasyondan sonra, en zorlu ekspirasyonla dışarıya çıkarılan hava hacmidir (4.800 ml). Kronik bronşit, astım, amfizem (akciğer elastikiyetinin azalması) ve tüberküloz göğüs kafesinin genişleme yeteneğini azaltarak vital kapasiteyi azaltır. Toplam Akciğer Kapasitesi: En zorlu bir inspirasyondan sonra akciğerlerde bulunan hava hacmidir (6.000 ml). Vital kapasite ve rezidüel havanın toplamına eşittir. 46 47  http://images1.girodmedical.eu/media/catalog/product/cache/15/image/9df78eab33525d08d6e5fb8d27136e95/9/1/915_Spirometre_electronique_nSpire_big_2.jpg http://www.gobeklioglu.com/Files/Product/16042012-184232spm-300buyuk.jpg SPİROMETRE 48 49  Tüm akciğer hacim ve kapasiteleri; kadınlarda erkeklere oranla % 20-25 daha düşüktür İri ve atletik yapılı kişilerde ise küçük ve zayıf yapılı kişilerden daha yüksektir 50  Zorlu Vital Kapasite (FVC) ve Zorlu Ekspirasyon Hacmi (FEV) Dinamik akciğer volümleridir Akciğer fonksiyonlarının değerlendirilmesinde kullanılan testlerden birisidir Zamana karşı akciğerlerden çıkartılan hava miktarını tanımlamak için kullanılır Bunun için zorlu ekspirasyonun birinci saniyesinde çıkartılan hava miktarı ölçülür ve buna FEV1 denir FEV1 in zorlu vital kapasiteye oranı (FEV1/FVC=Tiffeneau indeksi) yaklaşık % 80 kadardır (FEV2/FVC=%94, FEV3/FVC=%97) Solunum yolunda herhangi bir obstrüksiyon (tıkanıklık) olduğunda bu değer düşer 51 FVC : Zorlu vital kapasite (Forced Vital Capacity) FEV1 : Bir saniyedeki zorlu ekspirasyon volümü (Forced Expratory Volume 1). FVC’nin bir saniyede çıkarılabilen bölümü. Normalde % 80 FVC ölçümü sırasında hızlı ekspirasyon yapıldığından bir miktar hava akciğerde hapis kalır. Yani rezidüel volüm daha büyük olur. Bu nedenle FVC değeri; istirahat vital kapasite (VC) değerinden her zaman daha düşüktür 52  Maksimum Ekspirasyon Akım – Volüm Eğrisi (MEFV) Maksimum Ekspirasyon Akımı (MEF), havayı akciğerlerden çıkarma yeteneğini azaltan faktörleri (özellikle astım) tespit etmemize yarayan bir kavramdır Zorlu vital kapasite (FVC) uygulaması sırasında; hava hacmi ile hava akım hızının yazdırılması sonucu oluşur TAK: Total akciğer kapasitesi RV: Rezidüel hacim PEF: Peak expiratory flow, Tepe ekspirasyon akımı PIF: Peak inspiratory flow, Tepe inspirasyon akımı 53  Ekspirasyonun başında akım hızla artarak doruk noktasına ulaşır ve sonra daha yavaş bir şekilde azalır Ekspirasyon akımının doruğundaki akım hızı PEF (peak expiratory flow, tepe ekspirasyon akımı) olarak isimlendirilir Yetişkinlerde PEF değeri 400 L/dk’dır (6-8 L/sn) PEF; geniş havayollarının fonksiyonu hakkında bize bilgi verir ve özellikle astım hastalığının takibinde önemlidir Geniş havayollarında hava akımına karşı direnci artıran hastalıklarda (astım), PEF değeri önemli ölçüde azalır 54  MEFV eğrisi ile birlikte maksimum inspirasyon akım-volüm (MIFV) eğrisi de kaydedilir İnspirasyon akımının doruğundaki akım hızı PIF (peak inspiratory flow, tepe inspirasyon akımı) olarak isimlendirilir (eğrinin inen bölümünün orta kısmına denk gelir) PIF; küçük hava yollarındaki akım hakkında bilgi verir Obstrüktif hastalıklarda eğrinin inen bölümünün son kısmı uzamış, özellikle orta ve son kısmında akım hızı azalmıştır Restriktif hastalıklarda ise; çıkan ve inen kısımlar birbirinin simetriği gibidir (çan şekli) 55 56  Obstrüktif hastalıklarda (astım): Hem FVC hem de FEV1 azalır. Ancak FEV1 deki azalma daha çoktur. FEV1 / FVC oranı % 45’e kadar düşer. Hatta akut astımda % 20’ye kadar düşebilir Obstrüktif hastalıkların en belirgin özelliği rezidüel hacmin çok artmış olmasıdır. Bunun nedeni havanın akciğerde hapis kalması ve ekspirasyonla çıkarılamamasıdır Obstrüktif hastalıklar; hava yolu direncini artırarak, rezidüel volüm değerinin artışına neden olur 57  Restriktif hastalıklarda (fibrozis= akciğerlerin ilerleyici olarak yara dokusuna dönüşmesi): FVC azalır. Ancak FEV1 /FVC oranı aynı kalır ya da artar Restriktif hastalıkların önemli bir özelliği, akciğer kompliyansının düşük olması ve yeterince genişleyememesi nedeniyle total akciğer kapasitesinin çok azalmış olmasıdır Restriktif hastalıklar; akciğer kompliyansında azalmaya neden olarak, total akciğer kapasitesini azaltır 58 59