SOLUNUM SİSTEMİ VE EGZERSİZ - Hacettepe …yunus.hacettepe.edu.tr/~ayse.kinisler/SBE215-BE?201...SOLUNUM SİSTEMİ VE EGZERSİZ Solunum Sisteminin Temel Anatomisi –Burun veya

SOLUNUM SİSTEMİ VE EGZERSİZ

Solunum Sisteminin Temel Anatomisi

– Burun veya ağız

– Farinks

– Larinks

– Trakea

– Bronşlar

– Bronşioller

– Alveoller

• İletim bölgesi: gaz değişimine katılmayan ağız, burun, larinks, trakea, bronşlar ve bronşioller

• Solunum bölgesi: gaz değişiminin meydana geldiği alveoller

2

3

Akciğerlerin Temel Anatomisi

4

İletim Bölgesi- Solunum Bölgesi

5

Akciğerlerin Temel Anatomisi

VENTİLASYON

• Havanın akciğerlere mekanik olarak girip çıkması işlemine denir

– İnspirasyon (havanın akciğerlere girişi)

– Ekspirasyon (havanın akciğerlerden çıkışı)

6

7

VENTİLASYON

Maksimum Dakika Ventilasyonu

• Bir dakika içerisinde akciğerlere giren veya çıkan hava miktarı (MDV)

• (Solunum Dakika Ventilasyonu, SDV)

• TV: Tidal volüm, bir solukta verilen hava miktarı

• SF: Solunum frekansı, bir dakikadaki solunum sayısı

8

MDV = TV x SF (L/dk) (L/soluk) (soluk/dk)

İstirahat Ventilasyonu

• Cinsiyet ve vücut büyüklüğüne göre farklılık gösterir – Kadınların erkeklerden daha düşük

• Ortalama solunum volümü 0.50 l/soluk

• Ortalama solunum frekansı 12 soluk/dk

• Ortalama MDV: 6 L/dk

9

Egzersiz Ventilasyonu

• Maksimum dakika ventilasyonu artar – Kasların kullandığı O2 ve ürettiği CO2 miktarı artmaktadır

• Uzun süreli dayanıklılık egzersizlerinde – MDV

• Erkeklerde 80-100 L/dk

• Kadınlarda 45-80 L/dk

• Kısa süreli maksimal egzersizlerde – MDV

• 120-140 L/dk ya ulaşmaktadır

10

• Şiddetli egzersizler sırasında – Solunum frekansı 35-45 soluk/dk

• Antrenmansız kişilerin egzersiz sırasında MDV değerleri daha düşük

11

Egzersiz Ventilasyonu

Alveolar Ventilasyon ve Anatomik Ölü Boşluk

• Alveolar Ventilasyon – Alveollere ulaşan ve gaz değişimine uğrayan yani kapiller

damarlardaki kanın oksijenleşmesini ve kandaki CO2’nin akciğerlere geçişini sağlayan hava miktarı

• Anatomik Ölü Boşluk – Ventilasyon sırasında burun, ağız, farinks, trekea,

bronşlar ve bronşiollerde kalan ve gaz değişimine katılmayan hava miktarı

• Erkeklerde 0.15 L

• Kadınlarda 0.10 L

12

Alveolar Ventilasyon • Alveolar ventilasyonun hacmi:

– Solunum derinliği (solunum hacmi)

– Solunum frekansı

– Anatomik ölü boşluk

13

Akciğer Volüm ve Kapasiteleri

• İnspirasyon Yedek Volümü: – normal bir inspirasyonun ötesinde yapılan derin bir

inspirasyon ile akciğerlere alınabilen maksimal hava volümü

• Ekspirasyon Yedek Volümü: – Normal bir ekspirasyonun ötesinde derin bir ekspirasonla

ekspire edilebilen hava volümü

• Rezidüel Volüm: – Maksimal bir ekspirasyondan sonra akciğerlerde kalan hava

miktarı

• Vital Kapasite: – Maksimal bir inspirasyondan sonra akciğerlerden dışarı

verilebilen maksimal hava volümüdür

14

• Total Akciğer Kapasitesi: – Maksimal bir inspirasyondan sonra akciğerlerde bulunan

hava volümüdür

• Fonksiyonel Rezidüel Kapasite: – Normal bir ekspirasyondan sonra akciğerlerde kalan hava

volümü

• Zorlu Vital Kapasite: – Maksimal inspirasyondan sonra süratle ve zorlu olarak

yapılan ekspirasyon ile verilen hava volümü

– Genellikle 1 saniyede yüzde kaçının ekspire edildiği önemlidir

• Solunum yollarında herhangi bir problemin olup olmadığı anlaşılabilir

15

Akciğer Volüm ve Kapasiteleri

Akciğerlerde Gaz Değişimi

• Pulmoner diffüzyon: – Akciğerlerdeki gaz değişimi

– İki temel görev

• Vücutta hücreler tarafından oksidatif enerji üretiminde kullanıldığı için azalan kandaki O2 miktarının tekrar normal seviyeye gelmesini sağlamak

• Venöz kanla gelen CO2’nin akciğerlere geçişini sağlamak

16

• Pulmoner diffüzyon; – Akciğerlere O2 getiren hava (ventilasyon) ve

akciğerlerden O2 alarak CO2 bırakan kan (perfüzyon) olmak üzere iki kısımdan oluşur

17

• Gazların Kısmi Basıncı – Bir gaz karışımı içindeki her bir gaz karışımdaki

konsantrasyonları oranında bir basınç uygular

– Bir gaz karışımı içinde her bir gazın uyguladığı bireysel basınca “kısmi basınç” ya da “parsiyel basınç” denir.

18

• Dalton’un gaz kanunlarına göre: – Bir gaz karışımının toplam basıncı o gaz karışımı içindeki

gazların kısmi basınçlarının toplamına eşittir.

– Örn:

• Solunan havada – % 79.04 N2, %20.93 O2 ve % 0.03 CO2

• Deniz seviyesinde atmosferik basınç: 760 mm Hg – PN2= 760 x % 79.04 = 600.7 mm Hg

– PO2= 760 x % 20.93 = 159 mm Hg

– PCO2= 760 x % 0.03= 0.3 mm Hg

19

• Vücuttaki gazlar sıvı içerisinde çözünürler – Henry’nin gaz kanununa göre

• Gazlar sıvı içerisinde o sıvıdaki çözünebilirlik düzeyleri ve ortamın ısısına bağlı olarak kısmi basınçları oranında çözünürler

• Bir gazın kandaki çözünebilirliği sabittir

• Kanın ısısı da genel olarak aynıdır

• Alveoller ile kan arasındaki gaz değişimi için en önemli faktör iki alan arasındaki basınç farkıdır

20

21

Pulmoner Difüzyon

Kanda Oksijen ve Karbondiyoksitin Taşınması

• Oksijenin Taşınması: – Kanda kırmızı kan hücrelerinde (alyuvar, eritrozit)

bulunan hemoglobine (Hb) bağlı olarak ( % 98)

– Kanın sıvı kısmında çözünmüş olarak (% 2) taşınır

• Plazmada bulunan O2 herhangi bir kimyasal reaksiyona uğramadan plazmada çözünerek fiziksel solüsyon şeklinde taşınır

22

• Vücuttaki yaklaşık 4-6 milyar alyuvar içinde bulunan Hb’nin O2 taşıma kapasitesi plazmada çözünebilen O2’den 70 kat daha fazladır. – Kanın O2 taşıma kapasitesi temel olarak

hemoglobin miktarına bağlıdır

– Her 100 ml kanda • Erkeklerde 14-18 gr Hb

• Kadınlarda 12-16 gr Hb

23

• Hb alyuvarlarda bulunan heme (demir atomu) ve globin (protein)den oluşan kompleks bir moleküldür – Her Hb de 4 heme grubu vardır

– Her bir heme grubu kimyasal olarak 4 oksijen molekülü ile birleşebilir

• Miktar olarak bir gram Hb 1.34 ml oksijen ile birleşir ve bu durumda Hb doymuş olur.

24

• Hemoglobinin oksijen ile birleşmesine oksihemoglobin, oksijenden ayrılmasına ise deoksihemoglobin denir

• Oksijen-Hemoglobin Ayrılma Eğrisi – Hb’nin O2 ile birleşmesini etkileyen çeşitli faktörler

vardır:

• O2 ve CO2’nin kandaki kısmi basınçları

• Kandaki 2,3-difosfogliserat (2,3-DPG) düzeyi

• Kanın ısısı

• pH değeri

25

26

Oksijen-Hemoglobin Ayrılma Eğrisi

27

pH ve Isının Etkisi

28

Myoglobin ve Hemoglobinin Oksijenle Birleşmesi

• Karbondioksitin Kanda Taşınması – 3 değişik şekilde taşınır

• 1. Plazmada çözünmüş olarak

• 2. Karbonik asitten ayrışan bikarbonat iyonu olarak (HCO3)

• 3. Hemoglobine bağlı olarak

29

• Plazmada Çözünmüş CO2: – Dokulardan bırakılan CO2’nin bir kısmı

plazmada çözünmüş olarak bulunur

– % 7-10

30

• Bikarbonat İyonu: – % 60-70 gibi bir kısmı kanda bulunan bikarbonat

iyonu olarak taşınır (HCO3)

– Kanda bulunan CO2 ve su molekülleri birleşerek karbonik asit molekülünü oluşturur (H2CO3)

– Karbonik asit kanda hızlı bir şekilde ayrışır hidrojen iyonu (H+) ve bikarbonat iyonu (HCO3) açığa çıkar

31

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-

– Serbest kalan H+ hemen Hb’ye bağlanır ve Bohr etkisi oluşur

• Bikarbonat iyonunun oluşumu O2’nin Hb’den ayrılmasını ve serbest kalmasını sağlar

• Hb tampon görevi yaparak H+ iyonunu bağlaması ve nötralize etmesi, kandaki asit-baz dengesinde olabilecek önemli değişiklikleri önler

32

• Kan akciğerlere girdiğinde – PO2 düşüktür

– Bu şekilde CO2 tekrar oluşur ve alveollere geçerek solunum yolu ile dışarı atılır

33

H+ + HCO3- H2CO3 CO2 + H2O

34

Akciğerlerden CO2 Çıkışı

• Karbominohemoglobin: – CO2 Hb’nin globin kısmına bağlanarak taşınır

35

36

Karbondioksitin Kanda Taşınması

Kaslardaki Gaz Değişimi

• İnternal Solunum: – Kapiller kan ile dokular arasındaki gaz değişimi ve taşınması

• Oksijen Taşınması ve Dokular Tarafından Alımına Etki Eden Faktörler:

• 1. Kandaki O2 miktarı

• 2. Kan akışının miktarı

• 3. Bölgesel koşullar

37

Egzersiz Sırasında Ventilasyon

• Fiziksel aktivitenin başlamasıyla birlikte solunumda iki aşamalı artış:

– Solunumda ani oluşan hissedilebilir artışı, solunum derinliği

ve frekansında oluşan daha dereceli bir artış izler

– Egzersiz başlarken, herhangi bir kimyasal uyarı oluşmadan önce, serebral motor korteks daha aktif hale gelir ve sinirsel uyarılar solunumdaki artıştan sorumlu olan solunum merkezine iletilir

• Egzersizin psikolojik etkisi

• Çalışan kaslardan ve eklemden gelen proprioseptif girdiler yapılan hareket hakkında ek bilgi sağlar

38

• Solunumdaki artışın ikinci aşaması – Arteryal kanın ısısı ve kimyasal yapısında meydana gelen

değişiklikler sonucu oluşur

• Egzersizin süresi arttıkça ısı, CO2 ve H+ de artar

• Bunlar da kaslardaki O2 kullanımını ve a-v O2 farkının artmasına neden olur

• Kemoreseptörler ve solunum merkezi uyarılır

– Solunum frekansı ve derinliği artar

39

40

Ventilasyonun Kontrolü

• Egzersizin sonunda kasların enerji ihtiyacı istirahat düzeyine çok hızlı bir şekilde geri döner – Pulmoner solunumun normale dönmesi daha uzun

zaman alır • Asit-baz dengesi, PCO2 ve kan ısısı

– Yapılan egzersizin şiddeti ne kadar yüksekse

solunumun normale dönmesi için o kadar uzun süre alır

41

Solunum ve Enerji Metabolizması

• Uzun süreli steady state egzersizlerde solunum, enerji metabolizmasının hızını karşılayabilecek düzeydedir

• Oksijen için Ventilasyon Eşitliği (Solunum Değeri) – Dokularda harcanan oksijen miktarının (VO2) solunan

havanın hacmine (VE) olan oranıdır

• Solunum ekonomisinin bir göstergesidir

• VE/VO2

• Harcanan her bir litre O2 için solunan havanın miktarı (L) ölçülerek belirlenir

42

• Oksijen için Ventilasyon Eşitliği (Solunum Değeri)

• İstirahat sırasında – VE/VO2 tüketilen her litre O2 başına yaklaşık olarak

23-28 L havadır

• Maksimal bir egzersiz sırasında – 30 L hava değerine ulaşabilir

43

Ventilasyon Kırılma Noktası

• Egzersizin şiddeti maksimuma doğru yükselirken belli bir noktada solunumun oksijen tüketimine oranla daha orantısız bir şekilde arttığı nokta

– Dakika başına üretilen CO2 miktarında (VCO2)

olan artışı da yansıtır

– Anaerobik eşik kavramı ile eş anlamı kullanılır

44

• Anaerobik eşik ile ventilasyon kırılma noktası arasındaki ilişki: – Egzersizin şiddeti kişinin maks VO2’sinin %55 inden % 70’ine

doğru yükseldiğinde • Kaslara giden O2 miktarı enerji için gerekli O2 miktarını

daha fazla karşılayamaz

• Anaerobik glikoliz devreye girer

• Laktik asit üretimi ve birikimi artar

• LA tamponlanma üzere sodyum bikarbonat ile birleşerek sodyum laktat, H2O ve CO2 oluşturur

• CO2 deki artış solunum merkezini ve kemoreseptörleri uyarır

• Solunum artar

45

Laktat Eşiği ve Anaerobik Eşik

• Laktak eşiği: – şiddeti dereceli olarak artan egzersiz testlerinde kan laktat

düzeyinin istirahat değerinin üzerinde birikmeye başladığı nokta

• Ventilasyon Kırılma Noktası: – Dakika başına üreliten CO2 miktarındaki artış

46

47 47

OBLA: Sağlıklı antrenmansızlarda VO2 maksın %55-65’inde Antrenmanlılarda VO2 maksın %80’ninde

Ventilatuvar eşik, Laktat eşiği ve OBLA

Asit-Baz Dengesinin Solunum Tarafından Düzenlenmesi

• Asit molekülleri hidrojen iyonu (H+) açığa çıkarır (laktik asit, karbonik asit)

• Alkali maddeler serbest H+ iyonu ile birleşip onu tamponlayan veya nötralize eden maddelerdir – Tampon (buffer) maddeler de denir

48

• H+ konsantrasyonu genellikle pH değeri ile ifade edilir – H+ iyonu konsantrasyonu arttığında pH düşer, azaldığında

artar

– Düşük pH asidik durum veya asidoz

– Yüksek pH bazik durum veya alkaloz

– pH kasta 7.1, kanda 7.4

• Vücutta bulunan en önemli 3 kimyasal tampon: – Bikarbonat iyonu

– Fosfat

– Proteinler

49

H+ + HCO3- H2CO3 CO2 + H2O

50

3 Kimyasal Tampon