5 - Fizyoloji Havayolu Rezistansı HAVA YOLU REZ İ STANSI Prof. Dr. Nazan Dolu Erciyes Ü niversitesi T p Fak ü ltesi Fizyoloji AD dolu@erciyes.edu.trSolunum Sistemi Direnci Gaz molek ü llerinin birbiri s ü rt ü nmesi ile ? Gaz molek ü llerinin hava yolu duvar ile ? s ü rt ü nmesi (Raw=Hava yolu direnci) (%80) Dokular n geni şler yada daral rken ? s ü rt ü nmesi sonucu meydana gelir (AC dokusu direnci) (%20)Total pulmoner diren ç Hava yolu direnci (%80) ? A ğ zdan solunumda %20-30 a ğ z, farinks, larinks, trakea Nazal solunumda (% 50 burunda) Total periferik direncin; % 20’si 2mm’den k üçü k periferik hava yollar nda % 80’si 2mm’den b ü y ü k santral hava yollar nda Doku direnci (%20) ? Pulmoner fibrozis İ nterstisyel dokuda art şHava Yolu Direnci (Raw) Ak m n her bir ü nitesine kar ş a ğ z ? (atmosferik bas n ç ) ve alveol bas nc aras ndaki farkt r. Bu bas n ç fark iletici havayollar nda ? bulunan gaz molek ü llerinin s ü rt ü nme etkisi sonucu ortaya ç kar.Hava Ak m Havayollar i ç indeki ak ma diren ç olup ? olmamas - Ak m n ö zelli ğ ine - Havayollar n n boyutlar na - Gazlar n vizkozitesine ba ğ l d r.Havayollar nda ak m 3 ş ekilde olabilir Laminer ak m ? T ü rb ü lan ak m ? Bozulmu ş laminer ak m ?Laminer Ak m D üşü k ak m h zlar nda ? gaz ak ş silindirik bir boruda boru kenar na paraleldir. Borunun merkezinde ? giden gaz en h zl d r. T ü p ü n duvar ile ? do ğ rudan temas eden gaz sabit olarak kal r (h z profili).Jean Louis Marie Poiseuille (1797-1869) Frans z Fizik ç i & Fizyolog Laminer ak m n bas n ç - ? ak m ö zelliklerini tan mlam şt r. Poiseuille KanunuLaminer ak m ö zellikleri Sessiz, yava ş ? Ak ş ç izgisi; parabolik ak m ? profili D ü zg ü n yuvarlak borularda ? ak m h z hesaplamas : V (ak m h z ) = P r 4 / 8 l ? P=s ü r ü c ü bas n ç ? r=borunun ç ap ?=gaz n viskozitesi ? l=borunun uzunlu ğ u ? Poiseuille Kanununa g ö re, ? R = P/ V ? R = 8 L / r 4 ? B ö ylece, R ? 1/ r 4 ? Borunun ç ap direncin ba ş l ca ? belirleyicisidir. Laminer ak mda diren ç d üşü kt ü r.T ü rb ü lan ak m Y ü ksek ak mlarda ortaya ç kar • Ak m hem paralel, hem dikey • y ö ndedir. • G ü r ü lt ü l ü d ü r Bas n ç ak m h z n n karesi ile • orant l d r. • Diren ç , viskoziteden ç ok dansiteye ba ğ l d r. • Enerji harcand ğ i ç in gaz molek ü llerinin h z azalm şt r. T ü rb ü lan ak m devam ettirmek i ç in • gerekli s ü r ü c ü bas n ç , laminer ak m n devam i ç in gerekli olandan daha y ü ksektir.Reynolds say s (Re)= dansite Ve= lineer h z D = ç ap = viskozite Ak m n laminer ya da t ü rb ü lan olmas Re say s na ba ğ l d r. T ü rb ü lan ak m dansite, lineer h z ve t ü p ç ap artt ğ nda meydan gelir. Borular n dalland ğ , boru duvar n n d ü zensizle ş ti ğ i yerlerde t ü rb ü lan ak m olu ş ur. Lineer h z (cm/sn) = ak m h z (L/sn) / t ü p alan (cm 2 ). Burada t ü p alan total kesit alan n ifade eder . Bozulmu ş laminer ak m Laminer ve t ü rb ü lan ak m ? aras ndaki bu ak m n olu şumu i ç in enerji gereklidir. Trakeabron şial a ğ ac n ? ç o ğ unda bu ak m g ö zlenir. Egzersizde ve ö ks ü r ü k ? s ras nda ak m t ü rb ü lan olur. Laminer ve t ü rb ü lan ak m aras ndaki Ak m & Bas n ç ili ş kisi S ü r ü c ü ak m n artmas laminar ak mla sonu ç lan r.Sakin solunumda ? Trakeada ? Ç ap: 3cm ? gaz h z 150 cm/sn ? havan n dansitesi: ? 0.0012 g/ml Havan n viskozitesi ? 1.83x 10 -4 g/(cm/sn) oldu ğ u i ç in Re say s 2000 den ? b ü y ü kt ü r. Sakin solunumda bile ? t ü rb ü lan ak m olu şur. A ğ zdaki gaz ak m 1L/sn ?= dansite Ve= lineer h z D = ç ap = viskoziteK üçü k hava yollar nda laminer ak m Gaz distale giderken ? toplam enine kesit alan artar. Gaz ak m h z azal r. ? B ü y ü k hava yollar nda ? (burun, a ğ z, glottis ve bron şlarda) gaz ak m t ü rb ü lan iken, daha k üçü k hava yollar nda laminerdir.Ekspirasyon s ras nda, periferden santral havayollar na total kesit alan n n azalmas ile ak m h z artar. Ak m Ak m H z H z İ nspirasyon s ü recinde, santral havayollar ndan perifere indik ç e, total kesit alan n n artmas ile havan n ak m h z azalmaktad r.Akci ğer Direnci Hava yollar ak m diren ç leri (Raw) ? B ü y ü k hava yollar (>2mm, ilk 8 dallanma) ? Orta ç apl hava yollar (subsegmental bron ş, yakla ş k ? 2mm olanlar) K üçü k hava yollar (<2mm olan bron şioller) ? Raw= R b ü y ü k + R orta + R k üçü k ? Poiseuille denklemine g ö re ( R ? 1/ r 4) hava yolu ? direncinin ba şl ca yeri k üçü k hava yollar gibi g ö r ü nmekle birlikte, diren ç en az bu b ö lgededir.K üçü k hava yollar nda direncin az olmas n n nedenleri Etkili kesit alan artt ğ i ç in ? hava ak m h z azal r. Hava yollar paralel ? ba ğ lanm şt r. Bu nedenle toplam diren ç , ? tek tek diren ç lerinin toplam n n tersidir. K üçü k hava yollar nda ? toplam diren ç ç ok d üşü kt ü r.Hava yolu ç aplar Hava yolu ç ap n belirleyen, transmural ? bas n ç t r ( İ ç P- D ş P). Pd ş = plevra bas nc ? Transmural P = Transpulmoner P ? İ nspirasyonda Ppl negatifli ğ i artar, ? havayollar geni şler, ak ma diren ç azal r; Ekspirasyonda Ppl> Paw, havayolu ç ap ? azal r, ak ma diren ç artar.Havayolu direnci havayollar n n yar ç aplar ile ters orant l d r Geni ş havayollar sa ğ l kl • ki şilerde en b ü y ü k dirence sahiptir (ileti b ö lgelerindeki total direncin % 80’i) K üçü k havayollar n n • total kesit alanlar geni ş oldu ğ undan total dirence katk lar k üçü kt ü r (%20) yani diren ç azd r.Raw Bir ç ok AC hastal klar nda, ? k üçü k havayollar , hava ak m na direncin en ö nemli b ö lgeleridir. K üçü k hava yollar nda ? diren ç daha ç ok viskoziteye ba ğ l d r.V P P R Alv mouth aw & ? ? O/l/sec H cm 1 ) 2 ( 0 2 ? ? ? aw R Havayolu Direnci (S ü r ü c ü bas n ç ) (ak m)Toplam hava yolu direnci A ğ zda 2 cmH 2 O/L/sn ? Santral 1,6 cmH 2 O/L/sn ? Periferde 0,4 cmH 2 O/L/sn ? Sa ğ l kl ki şilerde AC direnci yakla ş k ? 1 cmH2O/L/snRaw ’ etkileyen fakt ö rler Havayollar n n ç aplar ? Alveollerin ç ap ? Bron ş d ü z kaslar n n tonusu ? AC vol ü m ü ? Hava ak m h z ?AC Dokusu Direnci Raw-AC vol ü m ü ili ş kisi AC vol ü m ü n ü art ş ile havayollar n n uzunluk (I) ? ve ç ap artar. Havayolu direnci, ç aptaki art şa uzunluktaki art şdan daha duyarl d r. AC vol ü m ü artt k ç a diren ç d üş er. ? B ö ylece AC’lerin şi şmesi yada inspirasyondaki ? Bas n ç -ak m ili şkisi AC vol ü m ü n ü n yada havayolu direncinin etkisini yans t r.Ak m kontrol eden ? transpulmoner bas n ç t r. Bu bas n ç AC hacminin bir fonksiyonudur. D üşü k vol ü mlerde ? transmural havayolu bas nc d üşü k, havayolu direnci y ü ksektir. Raw ile vol ü m aras nda ? negatif, k ü rvilineer bir korelasyon vard r. İ letkenlik ise AC ? vol ü m ü ndeki artma ile lineer olarak artar. Raw & İ letimRaw alveol ç ap n d ü zenleyen pasif mekanizmalardan etkilenebilir Alveolar ç ekilme: AClerin şi şmesi sonucu kom şu havayollar na lateral traksiyonun artmas AC geni şledikce havayoluna d ştan ba ğ lanan ba ğ dokusu lifler gerilir, inspirasyonda havayollar n n a ç k kalmas n sa ğ lar. Amfizemde, AC elastik kuvvetleri alveol duvar y k m na ba ğ l azal r, hava yolu daral r, diren ç artar.Havayolu d ü z kaslar Havayolu ç ap n belirleyen en ö nemli fakt ö rd ü r. ? iskelet kas na benzer,ancak ayn uyar ? kar ş s nda daha fazla k salma yetene ğ ine sahiptir. İ skelet kas ndan farkl olarak havayolu d ü z kas ? maksimum k salma d ü zeyine daha ge ç ula ş r , ama k salman n %90’ 3 sn i ç inde ger ç ekle şir.Hava yolu d ü z kas n n kontrol ü NO, VIP İ rritanlar (duman, SO2, toz, sigara) Fiziksel PGE Histamin, LTB4, PGF2 ? , Tromboksan A2 Kimyasal Norepinefrin Asetilkolin N ö roh ü moral Adrenerjik (2) Kolinerjik (M3) Sinirsel Gev şeme Kas lma UyarRaw & Hava ak m h z ili ş kisi Ak m h z , inspiryum ve ekspiryumda e şit pik ? h za ula ş r (0.5 l /sn). R = P/ V ? S ü r ü c ü bas n ç (P=Patm- Palv) ‘da Patm=0 ? oldu ğ undan P= Palv’dur. İ nspiryumda 0.8 cm H 2 O, Ekspiryumda 1.2 cm H 2 O Raw ins = 0.8 / 0.5=1.6 Raw eks = 1.2 / 0.5=2.4 (Diren ç y ü ksek oldu ğ undan ekspiryum s ü resi daha uzun s ü rer.Havayolu Rezistans n n Ö l çü m ü Toplam hava yolu direncinin hesaplanmas nda; Alveoler bas n ç ? V ü cut pletismografisi ? Ö zofageal balona tak lan bas n ç transd ü seri ? Hava ak m ve h z ö l çü lmelidir. ? A ğ zdaki hava ak m flowmetre ile ö l çü lebilir. ?Havayolu Rezistans n n Ö l çü m ü V ü cut pletismografisi ? Ö zofagus balon katater y ö ntemi- invazivdir . ? Zorlu ossilasyon tekni ğ i- de ğ i şik frekanstaki ses ? titre şimlerinin olu şturdu ğ u mekanik de ğ i şikliklerle ö l çü l ü r. Hava ak m kesilme (interrupter y ö ntemi = ? Rint) y ö ntemiV ü cut pletismografisi Direk olarak havayolu direncini ö l ç en tek y ö ntem ? AC vol ü mleri ve iletim de ö l çü l ü r. ? Hastaya shutter a ç k olarak k sa kesik soluma ? yap l rken hava ak m direk pn ö motakograf arac l ğ ile ö l çü l ü r. Ak m ile pletismograf bas nc aras nda S ? bi ç iminde e ğ ri elde edilir. Normal ekspirayon sonunda shutter kapat l r, a ğ z ? bas nc / pletismograf bas nc oran elde edilir.V ü cut pletismografiHava ak m kesilme (interrupter y ö ntemi = Rint) y ö ntemi En basit y ö ntemdir. ? Spontan solunum s ras nda hava ak m ? sistemin okl ü zyonu ile kesilir. Okl ü zyondan hemen ö nce ö l çü len ak m, ? okl ü zyondan sonra ö l çü len a ğ z bas nc arac l ğ ile yans t lan alveol bas nc na oranlanmas esas na dayan r. Hasta ba ş testi olarak kullan labilir. ?Klinik ö zellikler B ü y ü k havayollar obstr ü ksiyonu: Raw ^ , ? solunum i şi ^ , efor dispn ö s ü Ast m: Havayolu d ü z kaslar nda ? proliferasyon, kronik inflamasyon, havayolu lumeninde daralma, Raw ^ , hava ak m h z v . KOAH: Ö dem, AC elastikiyetinde azalma ? Raw ^ , hava ak m h z v .Dinamik testler Zorlu ekspiratuvar vol ü m (FEV T ) ? İ lk saniyedeki zorlu ekspirasyon vol ü m ü ? [Forced Expiratory Volume in first second (FEV 1 )] FEV 1 /FVC (Tiffeneau indeksi) ? Maksimum ekspirasyon ortas ak m de ğ eri ? [FEF 25-75]Maksimum ekspirasyon ortas ak m h z [FEF 25-75] Zorlu ekspirasyon ile vol ü mlerin %25’i ile %75’i at ld ğ ? periyoddaki ak m h z d r. Spirogramdan hesaplan r ? Vital kapasite d ö rde b ö l ü n ü r. İ lk %25 ve %75 noktas ? i şaretlenir ve ç izgi ile birle ştirilir. Olu şan e ğ im ö l çü l ü r. Hacim/zaman ak m h z oldu ğ undan e ğ im de ak m h z d r ? O Spirometreden kolayca tesbit edilebilen tek ger ç ek ak m h z d r. Hacim / zamandan hesaplan r. Orta ve k üçü k havayollar ndan gelen ak m yans t r. ? Obstr ü ktif hastal klar n erken d ö nemlerinde azal r. ?Maksimum ekspirasyon ortas ak m de ğeri [FEF 75-85] Vol ü mlerin %75-85’inin at ld ğ ge ç ? d ö nemdeki ortalama ak m h z Di ğ er parametrelere ek bilgi ? sa ğ lamad ğ ndan s k kullan lmaz.FVC FEV1 FEF 25-75 FEV1/FVC Spirogramda ö l çü len de ğ erlerdir Spirometri ile AC HacimleriAk m-Hacim Halkas FVC manevras n ? g ö stermenin ikinci yoludur. Ak m h z na kar ş l k ? hacim kaydedilir. Hem ekspirasyon hem ? de insprasyon s ras nda anl k ak m kaydedilir. 10 5 5 10 %25 PEFR Volüm, L %75 %50 A k y m H y z y , L / s n Y n s p i r a s y o n E k s p i r a s y o n PIFR %75 TLC %50 %25 RV 100 0 TLC RVAk m-Hacim Halkas Kay t Y ö ntemi Denek a ğ zl ğ a ğ z na al r. ? Ö nce birka ç normal ? solunum yapar. Sonra TLC’ye kadar maksimal nefes al r. Sonra RV’e kadar ? maksimum nefes verir. Sonra olabildi ğ ince h zl ? derin nefes al r. Yatay ç izginin yukar s ? ekspiratuar iken, a şa ğ daki ak m h zlar inspiratuard r. 10 5 5 10 %25 PEFR Volüm, L %75 %50 A k y m H y z y , L / s n Y n s p i r a s y o n E k s p i r a s y o n PIFR %75 TLC %50 %25 RV 100 0 RV TLCAk m-hacim halkas FVC ? PEFR: Manevra s ras nda ? kaydedilen en b ü y ü k ak m h z na ekspiratuar ak m h z piki denir. Vmax25: VC’nin %25’i ? ç kar ld ğ andaki ak m h z . Vmax50 (FEF50): VC’nin ? %50’sinin ç kar ld ğ andaki ak m h z . Vmax75: VC’nin %75’inin ? ç kar ld ğ andaki ak m h z . 10 5 5 10 %25 PEFR Volüm, L %75 %50 A k y m H y z y , L / s n Y n s p i r a s y o n E k s p i r a s y o n PIFR %75 TLC %50 %25 RV 100 0 Vmax25 Vmax50 Vmax75 RV TLCMaksimal inspiratuar ak m n belirleyicileri 1. İ nspiratuar kaslar ? taraf ndan olu şturulan g üç (AC hacmi RV ü zerine ç karken azal r) 2. AC’lerin statik geri ? ç ekilme bas nc (AC hacmi RV ü zerine ç karken artar) 3. AC hacmi artarken ? havayolu direnci azal r, çü nk ü havayolu ç ap artar. Sonu ç : Maksimal ? inspiratuar ak m TLC ve RV’nin ortas nda olu şur. 10 5 5 10 %25 PEFR Volüm, L %75 %50 A k y m H y z y , L / s n Y n s p i r a s y o n E k s p i r a s y o n PIFR %75 TLC %50 %25 RV 100 0 TLC RVMaksimal ekspiratuar ak m n belirleyicileri Ekspirasyon s ras nda ? yap lan efora ba ğ l ak m h z artar. Y ü ksek vol ü mlerde ? (VC’nin ilk % 20’sinde) hava ak m n art rmak i ç in daha fazla efor gereklidir. Efor art nca kas kontraksiyon g ü c ü artar, ak m h z artar. Efor ba ğ ml Efor ba ğ ms z PEF AMaksimal ekspiratuar ak m n belirleyicileri T ü m e ğ riler A noktas nda ? birle şir. D üşü k vol ü mlerde (VC’nin ? % 40-50’sinin alt nda) efor art r lsada hava ak m artmaz. Ak m h z n AC’lerin elastik ? b ü z ü lmesi ve hava yolu direnci belirler Efor ba ğ ml Efor ba ğ ms z PEF AObstr ü ktif Hastal klarda Ast m, KOAH gibi ? FEV 1 , FEF 25-75 , ? FEV 1 /FVC oran (<0.8) azal r.Restriktif AC Hastal ğ TLC, FVC azalm ş ? FEV 1 /FVC oran normal yada artm ş ?Yukar solunum yollar obstr ü ksiyonunda Ak m-Vol ü m E ğrileri Fiks Obstrüksiyon De?i?ken Obstrüksiyon (Yntratorasik) De?i?ken Obstrüksiyon (Ekstratorasik) Y n s p i r a s y o n E k s p i r a s y o nObstr ü ktif akci ğer hastal ğ nda Maksimum Ekspirasyon Ak m-Vol ü m E ğrisi 6 4 2 0 0 50 75 100 Normal FEF 50 Obstrüktif Vital kapasite (%) A k y m h y z y / s n FEF 75İ zovol ü metrik bas n ç -ak m e ğrisi Ç e şitli AC vol ü mlerinde, ? herhangi havayolu bas nc na kar ş l k o andaki ak m h z e ğ risi Y ü ksek AC vol ü mlerinde, ? bas n ç artarken hava ak m da artar. Hava ak m efora ba ğ l d r. D üşü k AC vol ü mlerinde, ? bas n ç ak m h z nda art şa neden olmaz, ak m efordan ba ğ ms zd r.Maksimal istemli ventilasyon (MVV) Amplit ü d ü ve frekans y ü ksek ? solunumla 1 dakikada at lan vol ü md ü r. 15 Saniyede h zl ve derin ? solunumdan sonra ortaya ç kan hacmin 1 dakikal k kar ş l ğ d r. Akci ğ erler ve g ö ğ ü s ? duvar n n mekanik ö zelliklerindeki bozukluklar n t ü m ü n ü n ö l çü m ü olabilecek bir testtir. 70 kg’l k ki şide 150 L/dak. ?Dinamik Bas n ç -Vol ü m İ li ş kileri Solunum d ö ng ü s ü esnas ndaki ? Ppl ve AC vol ü m de ğ i şikliklerini g ö steren e ğ ridir AC elastik ö zellikleri ve hava ? yolu direncinden etkilenir. İ ns. ve eks. sonunda hava ? ak m =0 Eks. bitiminden insp. sonuna ? kadar Ppl de ğ i şimleri AC elastik b ü z ü lmesinin art ş n g ö sterir. Bas n ç -vol ü m halkas nda ? ekspirasyon ve inspirasyon sonu noktalar birle ştiren hatt n e ğ imi dinamik kompliyanst r.Hava ak m h zlar n belirleyen fizyolojik fakt ö rler Normal ko şullarda maksimum ? ekspirasyonda ak m k s tlayan mekanizmalar e şit bas n ç noktas (EPP) teorisi ile a ç klan r.Starling Direnci Maksimal Expiratuar Ak m Limitini belirleyen basit model E ğ er P 2 >P 3 ise s ü r ü c ü bas n ç = P 1 - P 2 ? E ğ er P 3 >P 2 ise s ü r ü c ü bas n ç = P 1 - P 3 ?Pasif sakin ekspirasyon İ nspirasyonun sonunda ak m = 0 PTP= 0-(-10)=10 cm H20 plevral P = AC elastik geri tep. P’ Palv= P el + Ppl Sakin ekspirasyon ba ş nda ak m = 0 S ü r ü c ü bas n ç = 2 cm H20 P TP = 2-(-8)= 10 cm H20 Palv rezistansa kar ş havayolunda giderek azal r ve 0 olur.Zorlu ekspirasyon Ppl > Patm ve Palv daha ? da artar. Havayolunun belli yerinde ? Paw= Pel=Ppl olur. Buradan a ğ za kadar b ö l ü mde Pm negatifdir. Bu noktada havayollar ? dinamik kompresyona u ğ rar (E şit bas n ç noktas ).Y ü ksek vol ü mlerde EPP olu şmad ğ ndan ? havayolu kompresyonu yoktur ve ak mda efor ba ğ ml d r. D üşü k vol ü mlerde EPP olu şur, havayolu ? kompresyonu yoktur ve bundan sonra ak m efordan ba ğ ms zd r. Normalde EPP santral havayollar d ü zeyinde ? olu şur, trakea, ana bron şlar, lob bron şlar kompresyona u ğ rar. Amfizemde periferik hava yollar EPP noktas n n ? ilerisinde kal r, kompresyona u ğ rar.