Alveollerde Gaz Değişimi 2024-2025 PDF

ALVEOLLERDE GAZ DEĞİŞİMİ Bezmialem Vakıf Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı İSTANBUL 1  Öğrenim Hedefleri Ventilasyonu tanımlar ve anlatır Atmosfer havasının bileşimindeki...

ALVEOLLERDE GAZ DEĞİŞİMİ Bezmialem Vakıf Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı İSTANBUL 1  Öğrenim Hedefleri Ventilasyonu tanımlar ve anlatır Atmosfer havasının bileşimindeki gazları miktarlarıyla birlikte söyler Solunum yollarında nemlenmiş havanın içeriğini söyler Alveoler havanın gaz karışımını miktarlarıyla birlikte söyler Akciğerlerde ventilasyonun dağılımını anlatır Alveolar ventilasyonu tanımlar Anatomik ve fizyolojik ölü boşlukları anlatır Gazların, alveol ve pulmonel kılcal kan arasındaki difüzyonunu anlatır ve difüzyona etki eden faktörleri açıklar Solunum membranlarında oksijen ve karbondioksit değişimini anlatır Perfüzyonu tanımlar Pulmoner dolaşımın özelliklerini söyler Pulmoner ödemi anlatır Plevral efüzyonu açıklar Kan akımı açısından, akciğer bölgelerini söyler Ventilasyon-Perfüzyon Oranını açıklar Euler-Liljestrand mekanizmasını söyler Anatomik ve fizyolojik şantları açıklar 2 Parsiyel Basınç  Belirli bir sistemde (atmosfer, kan, doku, akciğer veya deneysel karışım) bir gaz tarafından oluşturulan basınçtır.  Her bir parsiyel basıncın toplamı o sistemdeki total basıncı oluşturur (Dalton Kanunu).  Bu total basınç barometrik basınç adını alır. Deniz seviyesinde atmosferin barometrik basıncı 760 mm-Hg’dir.  Parsiyel basınç; bir gazın karışımdaki yüzdesiyle orantılıdır.  Bir gazın parsiyel basıncını hesaplarken, o gazın karışımdaki yüzdesi ile total basınç çarpılır.  Buna göre genel formül;  Parsiyel Basınç (P) = % gaz X total basınç 3  Atmosfer Havasında Gazların Parsiyel Basınçları Gazın adı Yüzdesi Basıncı Oksijen % 20.8 159 mmHg Nitrojen (azot) % 79 597 mm-Hg Karbondioksit % 0.04 0.3 mm-Hg ve diğerleri Su % 0.50 3.7 mm-Hg Toplam 100 760 4 VENTİLASYON Akciğerlere temiz havanın girişini ve akciğerlerdeki havanın dışarı çıkışını ifade eder Dakika veya toplam ventilasyon (VE); akciğerlere bir dakikada giren veya çıkan havanın hacmidir Dakika Akciğer Hacmi = Solunum Sayısı x Solunum Hacmi 6000 ml veya 6.0 lt = 12 x 500 ml Tidal volüm yetişkin bir kişide ortalama 500 ml iken çocuklarda 6-8 ml/kg’dır 5  İnspirasyon ile atmosferdeki gazlar solunum yollarına getirilir. Gazlar burada nemlendirilerek vücut sıcaklığına kadar ısıtılırlar Su, hava yollarının yüzeyinden buharlaşarak havayı nemlendirir Solunumla alına gazlar su buharıyla doyurulduğundan dolayı, su buharının basıncı artarak alveollerde 47 mm-Hg’ye çıkar Toplam basınç (760 mm-Hg) sabit kaldığı için su buharının basıncında meydana gelen bu artış, diğer gazların basıncını azaltır 6   Akciğerlere ulaşan gazların ve suyun basıncı: Solunum Yollarında Nemlenmiş Alveol Havasının Bileşimi (Kan ve Havanın İçeriği Alveol Arasında Gaz Değişimi Sonrası) PO2 = 149 mm-Hg PO2 = 104 mm-Hg PCO2 = 0.3 mm-Hg PCO2 = 40 mm-Hg PN2 = 564 mm-Hg PN2 = 569 mm-Hg Su = 46.7 mm-Hg Su = 47 mm-Hg 7 Ventilasyonun Dağılımı Ventilasyon; büyük oranda yer çekiminin etkisine bağlıdır ve akciğerin tüm bölgelerine eşit oranda dağılmamıştır Plevral basınç; akciğerin tepesinde (apeks), tabanından (bazis) daha az olduğundan dolayı, dik dururken akciğerlerin tepesindeki alveoller tabanındaki alveollerden daha geniş olurlar Apeks’de plevral basıncın azalması; transpulmoner basıncı (PT = PA –PP) artırarak, alveol hacminde artış meydana getirir 8 9 Derin ekspirasyonda Akciğer tabanında plevral basınç pozitiftir. Alveoller rezidüel volüm seviyesine kadar boşalır Apekste ise plevral basınç negatiftir. Buradaki alveollerde daha fazla gaz vardır İnspirasyonda Önce apeksteki alveollerde volüm artar, ancak volüm değişikliği azdır. Bunlar zaten gazla kısmen doludur. Tabanlardaki alveollerde ise volüm değişikliği daha fazla olur 10 11  Akciğer tabanındaki alveoller; basınç-hacim eğrisinin dik kısmında bulunurlar ve burada ventilasyon daha fazladır (daha büyük bir kompliyansa sahiptirler) Tam tersine, akciğerin tepesinde yer alan genişlemiş alveoller; basınç-hacim eğrisinin üst kısmına daha yakındırlar. Bu nedenle kompliyansları daha düşüktür ve orantılı olarak soluk hacminin daha azını alırlar Yerçekiminin olmadığı durumlarda, bu dağılım ortadan kalkar Sırtüstü yatar konumda bu dağılım daha az belirgindir Yerçekimine bağlı olarak, tek taraflı akciğer hastalığı bulunan kişiler sağlam akciğerleri üzerine yan yattıklarında arteriyel oksijenlenmeleri iyileşir 12  Alveoler Ventilasyon Solunum sisteminde, gaz değişimi sadece hava yollarının son kısımlarında (solunum bölgesi) gerçekleşir İletim bölgesinde gaz değişimi şekillenmez. İletim bölgesinde gaz değişimine katılmayan hava hacmine anatomik ölü boşluk adı verilir Dinlenme sırasında solunan her 500 ml havanın ancak 350 ml’si alveollere geçer. Öte yandan her bir soluk vermeyle dışarı atılan 500 ml havanın, 150 ml’si anatomik ölü boşluktan, 350 ml’si ise alveollerden gelir Buna göre alveoler ventilasyon; dakika ventilasyonunun % 70-80’i kadardır 13 14  Alveoler ventilasyon = Solunum Sayısı x (Solunum – Ölü Boşluk) Hacmi Hacmi 4.200 ml veya 4.2 lt = 12 x (500 - 150 ml) Su altında bir boru sayesinde soluk almak mümkün olsa bile, bu boru ölü alanın bir uzantısı olur Dolayısıyla bu borunun hacminin büyük olması, solunumu güçleştirir Kişi içinde bulunduğu suyun basıncına karşı göğsünü genişletebilmek için ek bir çaba sarf eder 15  Ölü boşluktan dolayı; hızlı fakat derinliği az (yüzeysel) solunumlar, yavaş fakat derinliği fazla solunumdan daha az alveoler ventilasyon sağlarlar 16  Anatomik ölü boşluktan başka fizyolojik ölü boşluk da vardır. Bu ikisi birbirinden farklı olabilir Her soluktaki, gaz değişimine katılmayan toplam gaz hacmine fizyolojik ölü boşluk ventilasyonu adı verilir Sağlıklı bireylerde anatomik ve fizyolojik ölü alan birbirine eşittir 17  Bazı durumlarda alveollerde havalanma olabilir, ancak kanlanma olmayabilir. Bu durumda bu alveoller de gaz değişimine katılmaz Fizyolojik ölü alan; iletim bölgesine ilaveten, solunuma katılmayan alveolleri de içerir Bu nedenle fizyolojik ölü alan, hastalık durumunda anatomik ölü alandan belirgin bir şekilde büyük olur 18  Akciğerlerde Gaz Değişimi Solunum Membranının Tabakaları Sürfaktan Alveol epitel hücreleri (Tip I hücreler) Alveol epiteli bazal membranı İnterstisyel aralık Pulmoner kapiller bazal membranı Pulmoner kapiller endoteli 19  Solunum membranlarında Oksijen ve Karbondioksit Değişimi Gaz değişimi basınç/konsantrasyon farkına ve gazların eriyebilirlik derecelerine göre difüzyon ile gerçekleşir Atmosfer havasından alveollere O2, alveollerden atmosfere ise CO2 geçer Solunum yollarına giren kuru hava, alveollere ulaşmadan önce nemlendirilir 37 oC de su buharı basıncı 47 mm-Hg’dır Alveollerdeki basınç 760 mm-Hg dan daha yüksek olamayacağı için su buharı, inspirasyon yollarındaki diğer tüm gazları seyreltir. 20 21  Gaz Difüzyonu ile İlgili Yasalar Henry Yasası: Alveoler hava içindeki gazın difüzyona uğrayabilmesi için önce gaz halden sıvı hale geçmesi gerekir. Fick Yasası: Bir gazın doku tabakasından difüzyon hızı; dokunun yüzey alanı, yüzeyin iki tarafındaki gazın parsiyel basınç farkı ve difüzyon sabiti ile doğru, dokunun kalınlığı ile ters orantılıdır. Graham Yasası: Gazların difüzyon yetenekleri molekül ağırlıklarının kare kökleri ile ters orantılıdır. Bu durumda, hafif moleküller daha hızlı hareket etmeleri nedeni ile daha hızlı difüze olacaklardır. 22  Gazların Difüzyonu yolun enine kesiti basınç farkı alan (A) Difüzyon (D) = x D x P kalınlık (d) difüzyon mesafesi Çözünürlük  Diffüzyon sabiti Molekül ağırlığı © Aysu KILIÇ/ İzinsiz iktibas edilemez ve çoğaltılamaz. 24  OKSİJEN KARBONDİOKSİT  0.024 0.57 ДP (mm-Hg) 104-40=64 46-40=6 mn 32 44 Yukarıdaki değerlere göre; karbondioksidin membranlar arasındaki basınç gradyanı oksijene göre çok düşük olmasına rağmen, eriyebilirliği fazla olduğu için oksijene göre iki kat daha fazla itici güçle (driving force) difüze olur Egzersiz durumunda; oksijenin difüzyon kapasitesi yaklaşık üç kat artar. Buna neden olan faktörler; Aktif olmayan kapillerlerin de egzersiz durumunda aktif hale gelerek difüzyona katılması, Akciğerin üst kısmında egzersiz durumunda ventilasyon perfüzyon oranının ideale yaklaşmasıdır 25 26  Gaz Değişiminin Sınırlanması 1) Difüzyon sabiti, 2) Alveolo-kapiller zarın alanı ve kalınlığı, 3) Bariyerden geçecek gazın, bariyerin iki tarafı arasındaki parsiyel basınç farkı 27  Difüzyon ile Sınırlı Gaz Değişimi Alveole-kapiller zardan geçecek gazın hareketinin alveole-kapiller zarın yapısına ve fonksiyonuna bağlı olmasıdır. Bariyerden taşınacak gazın parsiyel basınç farkı devam ettiği sürece difüzyon devam eder. Bu süre, pulmoner kapiller kan hacminin, pulmoner kapiller kan akımına bölünmesi ile bulunur. 28  Perfüzyon ile Sınırlı Gaz Değişimi Gaz değişiminin perfüzyon ile sınırlanması, alveolo-kapiller zardan değişime uğrayacak gaz miktarının pulmoner kapiller kan akımına bağlı olması anlamına gelir. Bu tür gaz değişiminde bariyerin iki tarafındaki gazın parsiyel basıncı çok hızlı dengelenir. Bariyerden taşınacak gaz miktarını arttırmanın tek yolu pulmoner kapiller kan akımını artırmaktır. 29  Anestetik bir gaz olan nitroz oksit (N2O); kanda herhangi bir madde ile tepkimeye girmediğinden, yaklaşık 0.1 sn’de dengelenmeye uğrar Vücuda giren N2O miktarı; difüzyonla değil, kapiller kan akımı (perfüzyonla) sınırlıdır CO; Hb ile yüksek afiniteyle bağlanır, kapillerlerdeki kısmi basıncı çok düşüktür ve bu nedenle 0.75 sn içerisinde kanda dengeye ulaşamaz Dolayısıyla CO’in alınımı difüzyon sınırlıdır O2; N2O ve CO arasında yer alır. Hb’nin O2’ye olan afinitesi, CO’ya olan afinitesi kadar değildir. Bu nedenle O2 yaklaşık 0.3 sn’de dengelenmeye uğrar O2’nin alınımı da perfüzyonla sınırlıdır 30  Bir eritrositin akciğer kapillerlerinden geçişi dinlenim sırasında yaklaşık 0.75 sn, egzersizde ise 0.3 sn veya daha az bir zaman alır Bu oksijen ve karbondioksit değişimi için yeterli bir süredir 31  PERFÜZYON Perfüzyon; oksijensiz kanın akciğerlerden geçerek oksijenlenmesi sürecidir Pulmoner dolaşım; düşük basınç (sistolik 25 mm-Hg, diyastolik 8 mm-Hg, ortalama 15 mm-Hg) ve düşük direnç (0.14 PRU) sistemini oluşturur. Yaklaşık 3 cm çapında olan pulmoner arter; sağ ventrikülden çıktıktan sonra (5 cm sonra) sağ ve sol ana pulmoner artere ayrılır Pulmoner arterler; oksijensiz kan taşıyan tek arterdir Pulmoner arterler; az düz kaslı ve ince duvarlıdırlar. Sistemik arterlerden çok daha fazla esnektirler ve kolaylıkla genişleyebilirler (kompliyansı diğer arterlere göre fazla) 32  Pulmoner arterler; dallara ayrılarak pulmoner arteriyolleri oluşturur Akciğer kapillerleri geniş olup çok sayıda ağızlaşma yaptıklarından, her alveol kapillerlerden yapılmış bir sepet içerisine oturmuş durumdadır Egzersiz durumunda, inaktif kapillerlerin devreye girmesine bağlı olarak alveoler-kapiller ağ içerisine gönderilen kan miktarı oldukça artırılır Akciğerlerde gaz değişimi sonucu oksijenlenen kan alveolleri küçük pulmoner venül şebekesi ve venler ile terk eder Bu küçük venler de birleşerek kanı kalbin sol atriyumuna döken daha büyük venleri oluştururlar 33 Pulmoner ödem; vücudun herhangi bir yerinde oluşan ödemle aynı şekilde meydana gelir Nedenleri; Pulmoner venöz basınç ve pulmoner kapiller basıncın artması Sol kalp yetmezliği Pnömoni gibi enfeksiyonlar nedeniyle veya zehirli maddelerin solunmasıyla pulmoner kılcal membranının haraplanması sonucu plazma proteinlerinin hızla kapiller dışına sızması Pulmoner kılcal basınç en az iki hafta yüksek kaldığında; lenf damarları genişleyerek sıvı taşıma kapasiteleri 10 kat artar. Bu nedenle akciğerler pulmoner ödeme dirençlidirler 34  Kronik mitral stenozlu hastalarda; pulmoner ödem gelişmeksizin, 40- 50 mm-Hg’lık bir pulmoner kapiller basınç ölçülebilir Ancak pulmoner kapiller basınç, güvenlik faktör düzeyinin hafifçe üstüne bile çıksa öldürücü pulmoner ödem saatler içinde gelişebilir 35 Plevral Efüzyon Plevral boşlukta çok miktarda sıvı toplanması demektir Plevral boşluğun ödemi olarak da isimlendirilir Nedenleri: Plevral boşlukta lenfatik drenajın bloke olması Kalp yetmezliği Plazma kolloid basıncın azalması, Plevral yüzeyin herhangi bir nedenle inflamasyonu veya enfeksiyonu 36  Akciğerlerde Kan Akımının Dağılımı Yerçekimi; akciğerlerdeki kan akımının değişken dağılımına etki eder Dinlenme durumunda dik duran kişilerde ; akciğerin tepesinden akciğerin tabanına doğru gidildikçe kan akımı artar Sırt üstü yatan kişilerde kan akımı akciğerin taban ve tepe kısmında farklı değildir Egzersiz ve stres durumunda da ihtiyacın artmasına bağlı olarak, dik pozisyonda duran kişilerde tepe ve taban bölgelerindeki kan akımı farklılığı azalır 37  Yükseklikte 1 cm’lik bir değişim, hidrostatik basınçta 0.74 mm-Hg’lik bir değişime karşılık gelir Kalbin 10 cm üzerinde olan pulmoner arterin bir segmentindeki basınç, kalp seviyesindeki pulmoner arterin bir segmentindeki basınçtan 7.4 mm-Hg daha az olur (15 – 7.4 = 7.6 mm-Hg) Tam tersine kalbin 5 cm aşağısında olan pulmoner arterin bir segmentindeki basınç, kalp seviyesindeki pulmoner arterin bir segmentindeki basınçtan 3.7 mm-Hg daha fazla olur (15 + 3.7 = 18.7 mm-Hg) 38  Dik duran normal bir erişkinde; akciğerlerin en alt noktası ile en üst noktası arası 30 cm’dir Bu durum; kalbin üst tarafında 15 mm-Hg ve kalbin alt tarafında ise 8 mm-Hg olmak üzere, toplam 23 mm-Hg’lık bir basınç farkı oluşturur Kan akımı açısından; akciğerler klasik olarak 3 bölgeye ayrılır 1. Bölge: Tepe bölge 2. Bölge: Orta bölge 3. Bölge: Taban (alt) bölgesi 39 1. bölge: Kan akımının olmayabileceği akciğerlerin tepe bölgesini gösterir Bu bölgede Pa (arteryel basınç); hem sistol ve hem de diyastol döneminde yerçekiminin etkisine bağlı olarak azalır ve PA’nin (alveoler basınç) altına iner Arteryel basıncın azaldığı durumlarda, kan akışı sadece arteryel ve alveoler basınçların eşit olduğu seviyeye kadar yükselir. Bu seviyenin üzerinde kan akışı olmaz Normal şartlar altında dik duran bir kişide akciğer fonksiyonlarının çoğunun 2. ve 3. bölgede olduğu kabul edilir 40 2. bölge: Pa; PA ve PV’den (venöz basınç) büyük, PA ise Pv’den büyüktür (yani sistolik basınç alveoler hava basıncından fazlayken, diyastolik basınç ise alveoler hava basıncından düşüktür) Bu nedenle sadece sistol döneminde pulmoner arteryel basınç zirveye ulaştığında alveollere kan akışı vardır (şelale etkisi, aralıklı kan akımı) 41 3. bölge: Pa; PV’den daha büyük ve her ikisi de PA’dan daha büyüktür. Yani alveoler kapiller basınç; tüm kalp döngüsü boyunca, alveoler hava basıncından fazladır. Buna bağlı olarak sürekli bir kan akımı şekillenir 42 43  Ventilasyon-Perfüzyon Oranı Ventilasyon ve akciğer perfüzyonu akciğerin normal fonksiyonundaki temel bileşenler olmalarına rağmen, tek başlarına normal gaz değişimini sağlamada yetersizdirler Ventilasyonun olup, perfüzyonun olmadığı veya perfüzyonun olup, ventilasyonun olmadığı durumlarda kanda oksijenlenme olmaz Ventilasyon perüzyon oranı; ventilasyonun kan akımına oranı olarak kabul edilir Tek bir alveol, bir grup alveol veya tüm akciğer için tarif edilebilir Tek bir alveol için oran; tek bir alveoler ventilasyonun kapiller kan akımına oranıdır 44  Akciğer için oran ise; akciğer ventilasyonunun (4.2 lt/dk), kalp debisine (5.5 lt/dk) oranıdır Akciğer ventilasyon/perfüzyon oranı; 4.2 lt / 5.5 lt = 0.8’dir Ventilasyon/perfüzyon oranı akciğerin tüm bölgelerinde aynı değildir Özellikle vücudun duruşu; yerel perfüzyona kuvvetle etkilidir Hidrostatik basınç akciğerin daha aşağı kısmında bulunan bölgelerinin daha iyi kanlanmasını sağlar Ayakta duran bir insanda (yer çekimine bağlı olarak) diyaframa yakın akciğer bölgeleri daha iyi kanlandırılır 45  Dik duran bir kişide akciğerin tepesinden tabanına doğru ventilasyon ve kan akışı ölçülürse, ventilasyonun kan akışına oranla daha az arttığı görülür Buna bağlı olarak ventilasyon-perfüzyon oranı akciğerlerin taban kısmında daha düşüktür Normal akciğer ventilasyon-perfüzyon oranı 0.8 olmasına rağmen, akciğerin değişik bölgelerinde bu oran artar yada azalır 46  Solunum gazlarının akciğerler içerisindeki dağılımına bağlı olarak, akciğer perfüzyonu her yerde aynı değildir. Kötü havalandırılan akciğer kısımları, refleks yolla daha az perfüze olur (Euler-Liljestrand mekanizması) Alveolar PO2 azalır ve PCO2 artarsa, buradaki alveolleri besleyen arterioller daralır “Hipoksik Vazokonstriktör Düzenleyici Mekanizma”. Böylece kötü şekilde havalandırılan alveollerin gereksiz şekilde kanlandırılması önlenmiş olur Daha iyi oksijenlenen bölgelerin ise kan akımı ve ventilasyonu artırılarak daha iyi gaz değişimi sağlanmış olur 47 48 49 50  Anatomik Şant: Akciğer atardamarları yoluyla akciğerlere gelen kanın, pulmoner kılcal damarlardan geçmeden, pulmoner venler yoluyla geri döndürülmesiyle oluşur; böylece alveoler gaz değişimi atlanır. Sağ atriyum veya ventriküldeki oksijenden fakir kanın septumu geçerek sol atriyum veya ventrikül kanı ile karışması sonucu oluşur Fizyolojik Şant: Oksijenden fakir kanın; bir gaz değişim birimini atlayarak arteryel kan ile karışmasıdır Ventilasyonun olmadığı fakat perfüzyonun olduğu akciğer biriminden kan geçerken oksijenlenmediği için arteryel hipoksemi oluşur (atelektazi-kollaps, hava yolunda ödem, mukus tıkacı, yabancı cisim ve hava yolu tümörleri) 51 52