Kan Gazlarının Taşınması 2024-2025 PDF

KAN GAZLARININ TAŞINMASI Bezmialem Vakıf Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı İSTANBUL 1  Öğrenim Hedefleri Gazların hava yollarındaki hareketi ile onların kısmi (pay) basıncı arasındaki...

KAN GAZLARININ TAŞINMASI Bezmialem Vakıf Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı İSTANBUL 1  Öğrenim Hedefleri Gazların hava yollarındaki hareketi ile onların kısmi (pay) basıncı arasındaki ilişkiyi söyler Belirli bir dokuya O2 sunumu ve Kandaki O2 miktarını etkileyen faktörleri sayar Oksijenin arteryel kanda taşınmasını anlatır Oksijen taşınmasında hemoglobinin rolünü ve doku PO2'si üzerine olan tampon etkisini anlatır Oksijenin hemoglobinle geri dönüşümlü bağlanmasının önemini açıklar Sistemik arteryel kan dokulardan geçerken hemoglobinden serbestlenen oksijen miktarını söyler Oksijen hemoglobin disosiyasyon eğrisini kaydıran faktörleri sayar ve oksijen taşınmasındaki önemlerini açıklar Bohr etkisini tarif eder ve oksijen taşınmasındaki önemini açıklar Karbondioksitin kimyasal taşınma şekillerini anlatır CO2 Ayrışma Eğrisini anlatır Solunumsal asidoz ve alkaloz’u anlatır Metabolik asidoz ve alkaloz’u anlatır 2 Gazların hareket yönü yüksek basınçtan düşük basınca doğrudur. Yayılma hızı; iki alan arasındaki derişim farklılığı (gradiyent) ve bu iki arasında bulunan engelin yapısına bağlıdır. Solunum kanalından geçerken (ağız, burun, boğaz, bronşiyal sistem) solunan hava tümüyle su buharına doyar. 3 OKSİJEN TAŞINMASI Vücutta dokulara O2 sunumuna katkıda bulunan sistemler dolaşım ve solunum sistemleridir Belirli bir dokuya O2 sunumu; Akciğere giren O2 miktarına Akciğerlerdeki gaz değişiminin yeterli olup olmamasına Dokunun kan akımına Kanın O2 taşıma kapasitesine bağlıdır Kandaki O2 miktarını; Çözünmüş O2 miktarı, kandaki Hb miktarı ve Hb’nin O2’ye olan ilgisi (afinitesi) belirler. 4  Akciğerden kana geçen oksijenin % 97’si hemoglobine bağlı olarak, % 3 ise plazmada ve hücrede çözünmüş durumda taşınır Oksijenin taşınması esas olarak oksihemoglobin (HbO2) şeklinde olur Oksijenle bağlanmayan Hb, deoksihemoglobin veya indirgenmiş hemoglobin olarak tanımlanır O2’nin Hb’e bağlanması, kanın O2 taşıma kapasitesini yaklaşık olarak 65 kez artırır 5  Plazmaya geçen O2’nin büyük bir bölümü eritrositler içerisine sızarak Hb moleküllerinin hem gruplarına kimyasal olarak bağlanırlar O2’nin Hb’ye kimyasal olarak bağlanması akciğerlerde olur ve bu bağlanma doku seviyesinde geri dönüşümlüdür. Bu nedenle Hb, O2’nini dokuya verir Her bir Hb; 4 hem grubu ve dört demir atomu içerdiğinden Hb4 olarak da simgelenir Hb4; dört molekül O2 ile tepkimeye girerek Hb4O8 oluşturur 6 7 Hb oksijene Bu fenomen, kooperatif bağlanma kinetiği olan ilgisi 500 olarak adlandırılır. Oksijen hemoglobin kat artar ayrışma eğrisinin sigmoid doğasının nedeni budur.  Hemoglobin Çeşitleri Fizyolojik hemoglobinler, erişkin bir şahsın kanındaki eritrositlerde bulunan Hb tipleri; HbA1, HbA2, HbF’dir. HbA1: Globininde 2 ve 2 polipeptit zinciri içeren fizyolojik hemoglobindir. HbA1, erişkin bir şahsın eritrositlerinde bulunan hemoglobinin %97-98’ini oluşturur. HbA2: Globininde 2 ve 2 polipeptit zinciri içeren fizyolojik hemoglobindir. HbA2, erişkin sağlıklı bir şahsın eritrositlerinde bulunan hemoglobinin % 0,5-2,5’ini oluşturur. 9  HbF: Fötal yaşamda ve yeni doğanlarda fazladır. Daha sonra kaybolur. Globininde 2 ve 2 polipeptit zinciri içeren, primitif hemoglobin (HbP) diye de bilinen fizyolojik hemoglobindir. HbS; İki beta zincirinin her birinde bir noktada glutamik asit, valin ile yer değiştirmiştir. Düşük oksijen basıncında kalırsa, eritrosit içinde uzun kristaller halinde çöker. Bu kristaller hücreyi uzatarak orak görünümü verirler. Bu anormal hücreler hemolize uğrayarak orak hücre anemisine neden olur. Met Hb Fe+3  Kanın çeşitli ilaçlar veya oksidan maddelere maruz kalması Hb’deki ferro demiri (Fe+2) ferrik demire (Fe+3) çevirir. O2 taşıyamaz. NADPH-methemoglobin redüktaz ile tekrar Hb’e çevrilir. 10 SİYANOZ Oksijen-hemoglobin Disosiyasyon Eğrisi Hb’e bağlanan O2 moleküllerinin sayısı, O2’nin kandaki kısmi basıncına bağlıdır. Oksijen-hemoglobin ayrışma eğrisi; O2’nin kısmi basıncı ile Hb’nin O2 taşıma gücünün yüzde doygunluk cinsinden ifadesini gösteren eğridir Buna göre O2’nin kısmi basıncı arttıkça Hb’nin doygunluğu artar 12  Oksihemoglobin ayrışma eğrisi doğrusal değildir Eğri; PO2 40 mm-Hg iken bir plato oluşturmaya ve PO2 yaklaşık olarak 70 mm-Hg olduğunda ise düzleşmeye başlar PO2 60 mm-Hg olduğunda, Hb % 90 oranında doymuştur ve PO2 artışı, Hb doygunluğunu çok az etkiler PO2’nin 60 mm-Hg’dan, 100 mm-Hg’ye yükselmesi, Hb doygunluğunu sadece % 7 artırır Ancak PO2’nin 60 mm-Hg’nin altına düşmesi, kanın O2 içeriği Dolayısıyla PO2’nin 100 mm-Hg’dan, 60 ve dolayısıyla dokuya O2 mm-Hg’ye düşmesi; Hb doygunluğunu sağlamasını belirgin şekilde hala % 90’nın üzerinde tutar ve yeterli O2 azaltır taşınmasını sağlar 13  Eğri üzerinde; Hb’nin O2 ile % 50 doygunluğunu gösteren nokta P50 olarak isimlendirilir Yetişkinlerde bu durum PO2 27 mm- Hg olarak ortaya çıkar P50 değeri ne kadar yüksekse; Hb’nin O2’ye olan ilgisi o kadar düşüktür Oksihemoglobin ayrışma eğrisi çeşitli durumlarda sağa veya sola kayabilir 14  Oksijen-Hemoglobin Ayrışma Eğrisini Etkileyen Faktörler Hb’nin O2’ye ilgisi azaldığında eğri sağa kayarken, ilgisi arttığında eğri sola kayar 100 ml kanda 15 g hemoglobin 1 g hemoglobin 1,34 ml oksijen Hemoglobin %100 doyduğunda; 15 x 1,34 = 20,1 ml OKSİJEN (O2 bağlama kapasitesi)  Ancak arter kanında Hb % 97 oranında O2’ye doyduğundan; 100 ml arter kanı 19 ml oksijen taşır. İlaveten 0,3 ml de kanda çözünmüş halde taşınır Venöz kanda ise Hb % 70 oranında O2’ye doyduğundan; 100 ml venöz kan 14 ml oksijen taşır. İlaveten 0,1 ml de kanda çözünmüş halde bulunur Normal koşullarda (dinlenme durumunda) 100 ml kan ile dokulara yaklaşık 5 ml oksijen (19 – 14 = 5 ml) taşınır. Buna arteriyo-venöz oksijen farkı denir 17  100 ml kan ile dinlenme durumunda dokulara 5 ml O2 taşınırken (19-14=5 ml), bu oran egzersiz durumunda 3 katına (15 ml) çıkar (venöz kanda PO2, 15 mm-Hg’ya ve Hb’nin O2’ye olan doygunluğu % 20’nin altına düşebilir. Bu durumda; 19 – 4 = 15 ml O2 dokularca kullanılır) 18 pH (veya [H+]) ve PCO2’in Etkisi (Bohr Etkisi) Hücrede metabolik etkinlik sonucu oluşan CO2’nin kana verilmesi, H+ iyon konsantrasyonunun artmasına (pH’nın azalmasına) neden olur. Kanda pH azalması ve PCO2’nin artması eğriyi sağa kaydırır (oksijenin Hb’den ayrışmasını kolaylaştırır). Kanda pH’nın artması ve PCO2’nin azalması ise eğriyi sola kaydırır (oksijenin Hb’den ayrışmasını zorlaştırır) CO2’nin; Hb’nin O2’ne olan ilgisini etkilemesine Bohr Etkisi adı verilir 19  Oksihemoglobin ayrışma eğrinin sağa kayması, O2’nin Hb’den serbestleşmesi ve dokulara sızması kolaylaştırması yönünden faydalıdır Akciğerlerde ise CO2 solukla atılır ve bunun sonucunda kanda H+ iyonları azalarak pH yükselir Bohr etkisi kısmen CO2 artışına bağlı pH değişmesine, kısmen de CO2’in Hb üzerine olan doğrudan etkisine bağlıdır Bohr etkisi akciğerlerden O2 alınımını ve dokulara O2 bırakılmasını artırır 20 Sıcaklığın Etkisi: Egzersiz sırasında vücut sıcaklığı artar. Buna bağlı olarak oksijen-hemoglobin disosiyasyon eğrisi sağa kayarak ihtiyacı artmış olan dokulara daha fazla O2 salınmasına olanak verir. Soğuk havalarda vücut sıcaklığında bir azalma meydana gelir ve ayrışma eğrisi sola kayar PO2 normal olsa bile; O2’nin Hb’den ayrışması zorlaştığından dudaklar, parmaklar, ayak parmakları ve kulaklar soğuğa maruz kalmaya bağlı olarak mavimsi bir renk alır Egzersiz sırasında; Kaslarda oksijen azlığı, karbondioksit ve hidrojen iyonu konsantrasyonu artışı ve kasın sıcaklığında meydana gelen artış; oksijen- 21 hemoglobin disosiyasyon eğrisini sağa kaydırır 2,3-Difosfogliserat’ın (2,3-DPG) Etkisi: Eritrositlerde anaerobik glikoliz sırasında çok miktarda 2,3-DPG oluşur. 2,3-DPG; eritrositlerde arttıkça Hb’nin O2’e olan ilgisi azalır ve eğri sağa kayar. Hipoksi Hb derişiminin azalması pH’nın artması Yüksek rakım Tiroit hormonları Büyüme hormonu Androjenler HbS taşıyan eritrositlerde 2,3-DPG düzeyi yüksektir. Depolanmış kan örneklerinde 2,3-DPG seviyesi azalır ve bu kanların dokulara oksijen sunma yeteneği azalır. 22 23 Aklimatizasyon Yüksekliğe uyum sağlama anlamına gelir Yüksek rakım; hiperventilasyona neden olarak PCO2 ve H+ iyon konsantrasyonunda azalma (pH’da artış = solunumsal alkaloz) oluşturarak, oksijen-hemoglobin ayrışma eğrisini sola kaydırırken, 2,3-DPG konsantrasyonunda meydana gelen artış ise bu eğriyi sağa kaydırır Oluşan net etki; P50 değerinde küçük bir artışla, Hb’nin O2’ye olan afinitesinde azalma (eğri sağa kayar) şeklinde oluşur 24  Eritropoetin salınımı ve eritrosit sayısı artar Oksidatif reaksiyonların hücrede gerçekleştiği yer olan mitokondrilerin sayısı artar Hücrelerin oksijen kullanma yetenekleri artar Miyoglobin miktarı artar Akciğerlerin damarlanması ve difüzyon kapasitesi artar 25  Fetal Hb’in (HbF) O2’e olan ilgisi yetişkin Hb’inin (HbA) ilgisinden daha fazladır Buna bağlı olarak O2’in anneden fetus’a geçişi kolaylaşır NO; Hb’e O2’den 200.000 kat daha fazla ilgi duyar ve Hb’de O2’nin bağlandığı yere geri dönüşümsüz olarak bağlanır NO zehirlenmesi sık görülen bir durum Daha büyük ilginin nedeni, fetal değildir. Ancak uzun süre NO tedavisi hemoglobinde β zincirlerinin uygulandığında dikkatli olunmalıdır yerini alan γ polipeptit zincirleri tarafından 2,3-DPG'nin zayıf bağlanmasıdır. 26 Karboksihemoglobin CO; CO’nun Hb ile birleşmesi sonucu oluşan COHb (CO, Hb molekülünde O2’nin bağlandığı yere bağlanır); geri kalan Hb’in O2’e ilgisini artırır ve eğriyi sola kaydırır Sağlıklı kişilerde CO, Hb’in bağlanma yerlerinin % 1-2’sini tutmuştur Sigara kullananlarda ve taşıt trafiğinin yoğun olduğu yerlerde yaşayanlarda Hb bağlanma yerindeki yoğunluk % 10’a kadar yükselir CO’nun Hb’ne ilgisi, O2’ye göre 250 kat fazladır Bu nedenle; alveollerdeki sadece 0.4 mm- Hg’lik CO basıncı (PO2=100 mm-Hg, 1/250 = 0.4 mm-Hg), Hb’nin yarısının O2 yerine CO bağlamasına neden olur Alveollerdeki 0.6 mm-Hg’lık bir CO basıncı ölümcül olabilir 27  CO zehirlenmelerinde; PO2 normal olabileceğinden, hipoksiye bağlı geri bildirim mekanizmaları aktifleşmez Beyin O2 eksikliğinden etkilenen ilk organ olduğundan, kişi tehlikeyi fark etmeden bilincini yitirir Saf O2 uygulaması ile tedavi edilebilir Çok yüksek alveoler basınçtaki O2; CO’ni Hb’den ayırır O2 ile birlikte % 5’lik CO2 verilmesi solunum merkezinin kuvvetle uyarılmasına, ventilasyonun artmasına ve CO’in kandan daha çabuk uzaklaştırılmasına yardım eder 28  Miyoglobin: İskelet kasında bulunan, demir içeren, Hb’e benzeyen ancak dört yerine 1 mol O2 bağlayan bir pigmenttir Ayrışma eğrisi dikdörtgensi bir hiperbol şeklindedir Miyoglobin ayrışma eğrisi, Hb eğrisinin solunda olduğundan kandaki Hb’den O2 alır Sadece düşük PO2 değerlerinde O2’i serbestler 29  KARBONDİOKSİT TAŞINMASI CO2; fizyolojik homeostazisin korunmasında önemli bir rol oynar ve vücut dokularında H+ derişimlerini kontrol etmede ana unsurdur CO2; MSS’de ve periferik dolaşımda yer alan kemoreseptörler için önemli bir kimyasal uyarandır. Bu özelliği ile solunumun düzenlenmesinde önemli bir rol oynar Mitokondride glikozun aerobik hücresel metabolizması ve karbonhidratların yağa çevrilmesi CO2 üretiminin ana kaynağıdır H2CO3 hücresel metabolizmanın bir ana ürünüdür ve kolayca CO2 ve H2O’ya metabolize olur Bir glikoz molekülünün metabolizması sonucu; 6 molekül CO2 üretilir ve buna karşılık 6 molekül O2 tüketilir 30  Normal durumda CO2; 200 ml/dk hızla üretilir. Stres ve egzersiz durumunda bu oran 6 katına kadar çıkabilir CO2; vücutta O2’inkinden çok daha fazla depolanma kapasitesine sahiptir. Bir kişi solunumunu 1 dk durdurursa, PCO2 sadece 6-10 mm-Hg artarken, PO2 40-50 mm-Hg azalır O2 pulomoner kılcal damarların arteryel ucunda değiş tokuş edilirken, CO2 venöz uçta değiş tokuş edilir 31  100 ml kanda ortalama 4 ml CO2 dokulardan akciğerlere taşınır Her 100 ml akciğerlerden dokulara taşınan O2 miktarı ise 5 ml’dir. Buna göre; R (solunumsal değişim oranı) = CO2 atılım hızı / O2 alım hızı 4 / 5 = % 80 32 Kanda; plazma ve eritrositler içerisinde karbondioksit 3 (üç) farklı kimyasal şekilde taşınır. Bunlar; 1. Çözünmüş olarak (% 7), 2. Bikarbonat iyonu (HCO3-) şeklinde (% 70), 3. Karbamino protein bileşikleri şeklinde (% 23). Plazmada CO2 çeşitli plazma proteinlerine bağlanırken, eritrositler içerisinde Hb’e bağlanır 33  CO2’nin en ağır basan taşıma şekli HCO3- iyonu şeklinde taşınmasıdır CO2’de hemoglobine bağlanabilir; hem de oksijenden 250 kat daha hızlı bir şekilde Ancak CO2’in kısmi basıncının düşük olması, Hb’e bağlı CO2 miktarını çok sınırlandırır 34  CO2; dokudan sızarak plazmaya ulaştığında hızla çözünür ve bir kısmi basınç oluşturur CO2; plazmadan kolayca kırmızı kan hücrelerine sızar ve iki tarafta bir denge kurulur HCO3- oluşturan esas yol; CO2 ve H2O’nun H2CO3 oluşturmak üzere tepkimeye girmesidir Oluşan H2CO3 daha sonra HCO3- ve serbest H+ iyonları oluşturmak üzere ayrışır 35  CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ Bu tepkime plazmada daha yavaş olmasına (saniyeler içinde) rağmen (karbonik anhidraz plazmada bulunmadığından), kırmızı kan hücrelerinde karbonik anhidraz enzimi ile kolaylaştırılarak hızlandırılır Karbonik anhidraz inhibisyonu; CO2 taşınımını aşırı şekilde azaltarak, doku PCO2’ni 45 mm-Hg’dan, 80 mm-Hg’a çıkarabilir 36  Kırmızı kan hücrelerinde oluşan HCO3-, Cl- ile yer değişerek hücre dışına sızar (bikarbonat-klorür taşıyıcı proteini ile-ATP kullanılmaz). Bu Cl- değişimi, klor kayması olarak bilinir Kırmızı kan hücreleri içerisine geçen Cl-, Hb tarafından salınan K+’a bağlanır Klor kayması hücrelerin elektrostatik homeostazisinin korunmasını sağlar Ayrıca Cl- hareketine su da eşlik ettiği için, osmotik denge de korunur Bu nedenle kırmızı kan hücreleri venöz sistemde arteryel sisteme göre hafifçe daha şişkin görünür 37  CO2’nin; H2CO3 ve HCO3- dönüşümü geri dönüşümlüdür Dokudan kana CO2 girdiği zaman tepkimeler daha çok HCO3- üretmek üzere sağa kayar Akciğerlerde ise atılmak için CO2 üretmek üzere sola kayar Serbest H+ iyonları ise plazma proteinlerine bağlanarak hızla tamponlanır. Kırmızı kan hücrelerinde ise Hb ile birleşerek H.Hb bileşiğini oluşturur Bu H+ kaynağı venöz kanın (pH = 7.35) arteryel kandan (pH = 7.40) daha asidik olmasına neden olur 38  CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ H+ + Hb H.Hb  CO2; O2’ye göre suda 20 kat daha fazla çözünebilir olmasına rağmen, toplam taşınan CO2 içerisinde çözünmüş kısım ancak küçük bir kısmı oluşturur.  Buna rağmen çözünmüş CO2’nin toplam CO2 taşımadaki önemi, çözünmüş O2’nin toplam O2 taşımadaki öneminden daha fazladır. 39 40 41  Hb’nin O2 ile doygunluğu CO2 ayrışma eğrisinde önemlidir O2 ve CO2 Hb’den farklı yerlere bağlansalar da deoksi-Hb’nin CO2’i bağlamaya olan ilgisi, oksi- Hb’den daha fazladır Oksi-Hb doygunluğunun azalması, dokularda CO2 yüklenmesini artırırken, oksi-Hb doygunluğunun artması (akciğerlerde), CO2’nin kandan uzaklaştırılma eğilimini artırır Oksijenini bırakmış Hb daha kolay karbamino bileşikleri oluşturur ve HCO3- oluşumu sırasında salınan serbest H+ iyonlarını daha kolay bağlar Böylece O2’ini bırakmış kan (venöz kan), arteryel kandan daha fazla CO2’i serbestçe alır ve taşır Oksi-Hb doygunluğundaki değişikliklerin CO2 içeriği ile PCO2 arasındaki ilişkiyi etkilemesine Haldane Etkisi adı verilir 42 Özetle: PCO2’nin yükselmesi ve pH’nın azalması, kapillerler boyunca O2’nin bırakılmasını artırır (Bohr Etkisi) Oksi-Hb doygunluğunun artması, CO2’in kandan uzaklaştırılma eğilimini artırır (Haldane Etkisi) 43 PCO2  Hb ile O2 ayrışır Bohr PCO2  Hb ile O2 birleşir Etkisi PO2  Hb ile CO2 ayrışır Hb ile H+ ayrışır Haldane PO2  Hb ile CO2 birleşir Etkisi Hb ile H+ birleşir 44  Normal koşullarda arteryel plazmanın pH’sı 7.40’dır Arteryel pH’nın 7.40’ın altına inmesine asidoz, üstüne çıkmasına ise alkaloz adı verilir Azalmış ventilasyon nedeniyle arteryel PCO2’de artış meydana gelmesi, solunumsal asidoz’a neden olur Tutulan CO2; H2O ile birleşerek H2CO3’e çevrilir Buna bağlı olarak plazma HCO3- ve H+ derişimi artar Daha düşük bir pH’da denge kurulur 45  Bunun tersine ventilasyonda bir artış nedeniyle, arteryel PCO2’de azalma meydana gelmesi, solunumsal alkaloz’a neden olur Azalan arteryel PCO2’ye bağlı olarak; plazma HCO3- ve H+ derişimi de azalır Her iki durumda da solunumsal alkaloz ve asidoz’u telafi ederek pH’yı normale doğru ayarlayacak değişiklikler böbrekler yoluyla olur Böbrekler: Solunum asidozuna; sabit asitleri salgılayıp, filtre edilmiş bikarbonatı tutarak cevap verir Solunum alkalozuna ise; hidrojen salgılanmasını ve filtre edilmiş bikarbonat tutulumunu azaltarak cevap verir 46  Kan pH değişiklikleri, solunumsal olmayan süreçlerle de ortaya çıkabilir Metabolik Asidoz: Kana güçlü asitlerin karışması sonucu (yüksek dozda aspirin alınımı) oluşur Arteryel PCO2 değişmez. Ancak kanda artan H+, HCO3- ile tepkimeye girerek H2CO3 oluşturur. Bu nedenle HCO3- konsantrasyonu azalır Oluşan H2CO3; CO2 ve H2O’ya dönüştürülür. Oluşan CO2 ise artan ventilasyona bağlı olarak hızla akciğerlerden dışarıya atılır 47  Metabolik Alkaloz: Kana güçlü alkalilerin karışması sonucu yada büyük miktarda asit uzaklaştırıldığı durumda (kusma) oluşur Arteryel PCO2 değişmez. Ancak kanda azalan H+, HCO3- konsantrasyonun artmasına neden olur Azalan ventilasyona bağlı olarak H+ ve CO2 seviyeleri artırılmaya çalışılır 48 49 50