5 - Fizyoloji Solunum Kontrolü 01.2013 1 Solunum Kontrol ü Prof. Dr. Nazan Dolu Erciyes Ü niversitesi T p Fak ü ltesi Fizyoloji AD dolu@erciyes.edu.tr01.2013 2 Kontrol sistemleri; üç ana bile şenden olu şur Resept ö r ? İ ntegrasyon merkezi ? Etkilenen yap ? Resept ö r Etkilenen yap İ ntegrasyon merkezi01.2013 3 Resept ö r, integrasyon merkezi, etkilenen yap İ ntegrasyon merkezine Elektriksel aktivite Uyaran t ü r ü Kimyasal Elektriksel Is Resept ö r İ ntegrasyon merkezi Beyin ve beyin sap Salg bezi Kas veya Etkilenen yap01.2013 4 Solunum kontrol sistemi Beyin Beyin Efferent uyar Afferent uyar Resept ö r Kas veya salg bezi01.2013 5 A. Solunum merkezlerinin lokalizasyonu & Kontrol Ü niteleri 1. Meduller Solunum Merkezi a. İ nspirasyon b ö lgesi - D SN - Dorsal solunum grubu n ö ronlar b. V SN - Ventral solunum grubu n ö ronlar 2. Pons Merkezleri: a. Pn ö motaksik Merkez – Ü st Ponsta lokalize b.Apn ö stik merkez - Alt Ponsta lokalize 3. AC resept ö rleri a. AC gerim resept ö rleri (Hering-Breuer refleksi) b. İ rritan resept ö rler, J resept ö rleri B. Solunumun Kontrol ü 1. Santral veya Meduller Kemoresept ö rler 2. Periferik Kemoresept ö rler 3. Santral ve periferik kemoresept ö rler aras ndaki ili ş kiler 4. Kortikal fakt ö rler01.2013 601.2013 7 Solunumun kontrol ü ; Santral merkezler01.2013 8 LOKAL D Ü ZENLEMELER Periferdeki dokunun aktivasyonu ? CO 2 nin d ü z kaslardaki gev şetici etkisi ? Alveol ventilasyonunda de ğ i şme ? Alveol perf ü zyonunda de ğ i şme ?01.2013 9 Meduller merkezler ? Dorsal solunum grubu n ö ronlar ? Ventral solunum grubu n ö ronlar ? Pons ? Apn ö stik ve pn ö motaksik merkez ? Beyindeki solunum merkezleri01.2013 10 SOLUNUM MERKEZ İ Solunum merkezi ? medulla oblangata ve ponsda bilateral yerle şimli n ö ron gruplar ndan olu şur. Talamus Orta beyin Medulla oblangata Spinal kord Kraniyal sinirler Lateral a ç dan beyin sap Optik yol01.2013 11 Medulladaki Solunum Merkezi Dorsal solunum ? n ö ronlar (DSN) Ventral solunum ? n ö ronlar (VSN) DSN VSN01.2013 12 Dorsal solunum n ö ronlar İ nspirasyondan sorumludurlar. ? Hem normal hem zorlu solunumda aktifdirler. ? N ü kleus traktus solitariusda yerle şmi ştir. ? İ nspirasyonun ü st motor n ö ronudur. ? Solunum merkezinde h z ayarlay c olarak g ö rev ? yapar. İ nspiratuar kaslar uyar r ve normal solunumu ? d ü zenler (12-15 soluk/dakika) Ekspirasyonda sessiz kal r. ?01.2013 13 T ü m periferik ? afferentler DSN’a gelir. Periferik ? kemoresept ö rlerden, Baroresept ö rlerden ve ? Vagus ve ? glossofaringeus ile akci ğ erlerden bilgi gelir.01.2013 14 Ventral solunum n ö ronlar DSN’na g ö re anterior lateral olarak ? medullan n her iki taraf nda lokalizedir. Üç h ü cre grubundan olu şur. ? Rostral n ü kleus retrofasiyalis: Ekspirasyon ? Kaudal n ü kleus retroambiguus: Ekspirasyon ? N ü kleus paraambiguus: İ nspirasyon ? Sadece zorlu solunumda g ö rev yaparlar ?01.2013 15 Bu gruptaki baz n ö ronlar n uyar lmas ? inspirasyona di ğ er baz n ö ronlar n uyar lmas ise ekspirasyona neden olur. İ nspiratuar n ö ronlar, eksternal interkostal ve ? inspirasyonun yard mc kaslar na projekte olurlar. Ekspiratuar n ö ronlar, internal interkostal ve ? abdominal kaslara projekte olurlar. Bu n ö ronlar, normal solunumda ate şleme yapmazlar, egzersiz s ras nda aktive olabilirler.01.2013 16 Medullar Solunum Merkezleri01.2013 17 Soluk alma ve soluk verme n ö ronlar aras nda resiprokal inhibisyon olur. Normal solunumda DSN aktivitesi 2sn artar(rampa sinyali). ? DSN aktivitesi 2sn sonra kaybolur, ? 3sn s ü ren sessiz d ö nemde pasif olarak ? soluk verilir.01.2013 18 DSN n ö ronlar n n aktivitesi01.2013 19 Zorlu solunumda ? DSN aktivitesi iyice artar,VSN n ö ronlar da ? uyar l r Soluk alman n sonunda soluk vermeyle ? ilgili yard mc kaslarda uyar l r, aktif soluk verilir.01.2013 20 Ponsda bulunan solunum merkezleri Apn ö stik merkez ? Pn ö m ö taksik merkez ?01.2013 21 Apn ö stik merkez Alt ponsta lokalizedir. Normal solunumda DSN’n devaml uyar rlar, 2 sn s ü reyle soluk ? alma şiddetini art rmaya yard m ederler. 2 sn sonunda pn ö motaksik merkezden gelen ? uyar lar apn ö stik merkezi sustururlar. E ğ er pn ö motaksik merkez apn ö stik ? merkezi inhibe etmezse i nspirasyon sonlanmaz, inspirasyondan ekspirasyona ge ç i ş zorla ş r.01.2013 22 Zorlu solunumda; Vagus yoluyla akci ğ erlerden gelen ve akci ğ erlerin geni şlemesiyle ilgili bilgi ta ş yan uyar larda beyne (apn ö stik merkez) negatif geri-besleme yaparak DSN’n bask lar (Hering-Brener geni şleme refleksi).01.2013 23 Pn ö motaksik merkez Ponsun ü st ö n k sm nda bulunur ? Esas g ö revi, inspirasyonun erken ? sonlanmas n sa ğ lamak i ç in a pn ö stik merkezi susturur. Hem pasif hem de aktif solunumu ? kolayla şt r r. Ayn zamanda ekspirasyonu k salt p, soluk ? hacmini azaltarak s olunum h z n etkiler.01.2013 24 Pn ö motaksik ve apn ö stik merkez aras ndaki ili şki Pn ö motaksik merkez Ekspirasyon n ö ronlar Apn ö stik merkez İ nspirasyon n ö ronlar01.2013 25 B ö ylece ritmik solunum; DSN’dan kaynaklanan s ü rekli (tonik) inspiratuar ? eylem ve Beyin, talamus, kranyal sinirler ile spinal kordun ? ç kan duyu yollar ndan k ö ken alan kesikli (fazik) ekspiratuar girdilere ba ğ l d r.01.2013 26 Medulla oblangatada solunum merkezi Ponsun alt b ö l ü m ü ve ? medulla aras nda kesi a-De ğ i şken solunum h z ve TV b-Kesiden sonra vagus kesilmesi; De ğ i şken solunum h z ve TV Medullan n alt b ö l ü m ü ? ve spinal kord aras nda kesi a,b- apn ö (solunum ekpirasyon sonunda sonlanm ş b a01.2013 27 Solunumun kimyasal kontrol ü01.2013 28 Solunum arteryal kandaki CO 2 , O 2 ve pH ? d ü zeylerine ba ğ l olarak d ü zenlenir. Bunlar n aras nda en ö nemlisi arteryal PCO 2 ’dir. ? PaCO 2 ’ 40 mmHg civar nda tutulacak şekilde ? kontrol edilir. E ğ er arteryal PaCO 2 sadece k üçü k bir miktar ? artacak olursa (5 mmHg gibi), PaO 2 d ü zeyi y ü ksek bile olsa ventilasyon artar. PaO 2 60 mmHg alt na d üş meden ventilasyonda ? uyar lma olu şmaz.01.2013 29 Solunum h z ve derinli ğ i: P CO2 Arteriyal PCO2’de artma Serebrospinal s v PCO2’de artma, pH’da azalma Santral Meduller Kemoresept ö rler (cevab n %70inden sorumlu) Periferik Kemoresept ö rler (cevab n %30undan sorumlu)01.2013 30 Solunumun Kimyasal Kontrol ü Santral kemoresept ö rler Medulla oblangatan n ? ventral y ü zeyinin 1/5mm alt nda bilateral olarak uzanan kan n CO 2 ve H konsantrasyonuna duyarl olan kimosensitif bir alan bulunur. Bu merkez H ve CO 2 ? iyonlar na direk, O 2 ’ne ise indirek olarak duyarl d r. Kimosensitif alan01.2013 31 Kimosensitif alana H iyonlar n n etkisi Direk uyarma etkisine sahiptir. ? Ancak kan-beyin bariyerini H iyonlar ? ge ç emez.01.2013 32 Kimosensitif alana CO 2 ’in etkisi Zay f direkt, ? kuvvetli indirekt (H arac l ğ ile) ve Akut d ö nemde ? kuvvetli, kronik d ö nemde zay f etkiye sahiptir. Kan beyin bariyeri01.2013 33 Santral (meduller) Kemoresept ö rlerin Mekanizmalar H + (CO 2 ) sens ö rleri H + Kan Beyin Serebrospinal s v Solunum kontrol merkezi Santral kemoresept ö r Serebral kapiller Kan-beyin bariyeri Ventilasyon01.2013 34 Kan beyin bariyerinden H ge ç emez, CO 2 ise kolayca ? ge ç er. Kan PCO 2 artt ğ zaman hem interstisyel s v da ki hem ? BOS’da ki PCO 2 miktar artar. CO 2 bu s v larda su ile reaksiyona girer ve a ç ğ a ç kan ? H iyonlar n meydana getirmek ü zere reaksiyona girer. B ö ylece kanda CO 2 artt ğ zaman, kan n H iyon ? konsantrasyonu artt ğ zamankinden daha fazla H iyonu serbestlenir. BOS’daki H + iyonlar Medullar kemoresept ö rleri ? uyarmak ü zere dokuya ge ç er. Sonu ç ; P CO2 seviyesindeki art ş (hiperkapni) ? solunumun h z ve derinli ğ ini artt r r.01.2013 35 PaCO2’deki art ş serebral vazodilatasyona ? da neden olur, CO2’nin BOS’a dif ü zyonu artar.01.2013 36 Ç ok y ü ksek CO2 d ü zeyleri, ventilasyonu ? bask layarak ö l ü mc ü l olabilir. CO2, belli dozlarda anestezik benzeri etki ? ile medullaya do ğ rudan etki ederek solunumsal sinirleri bask lar. Ba şa ğ r s , bilin ç bulan kl ğ ya da kayb ? yapabilir.01.2013 37 Hipoventilasyon – D üşü k P CO2 seviyesinden ? dolay yava ş ve y ü zeyel solunum meydana gelir. Solunum h z ve derinli ğ i : P CO201.2013 38 Santral kemoresept ö rlere adaptasyon KOAH’da devaml CO 2 retansiyonu ile santral kemoresept ö rler adapte olur. Bu durumda solunum d üşü k PO 2 ’ye yan t veren periferik kemoresept ö rler ile d ü zenlenir.01.2013 39 Periferik kemoresept ö rler01.2013 40 Solunum Aktivitesinde Periferik Kimoresept ö r Sistemi: Oksijenin solunum kontrol ü ndeki rol ü Glomus karotikum ? Glomus aortikum ? Karotis cisimci ği Aort cisimci ği01.2013 41 Periferik Kemoresept ö rler Dorsal solunum n ö ronlar01.2013 42 Periferik kemoresept ö rler Karotis cisimcikleri XI ? sinir ile Aort cisimcikleri X ? sinir ile dorsal solunum yollar nda sonlan r. Kimoresept ö rler ? ven ö z kanla de ğ il s ü rekli olarak arteryel kanla temas halindedir Kemoresept ö rler Medulla merkezi Periferal aortik ve karotid cisimcikleri uyaran01.2013 43 D üşü k PaO 2 seviyesine ventilasyonu ? art rarak cevap olu ştururlar. Karotid cisimler: PaO 2, PaCO 2 ve H+’e ? duyarl d rlar. Afferentleri Glossofaringeal sinirdedir. Aortik cisimler: PaO 2, PaCO 2 duyarl d rlar (H+’e ? duyarl de ğ iller). Periferik Kemoresept ö rler01.2013 44 Karotid cisim fonksiyonu Ç ok y ü ksek kan ak m na sahiptirler ? (2L/dk/100g). PaO 2 60-30 mmHg d ü zeylerinde, impuls ? frekanslar artar. Hiperkapni ve asidozda uyar l rlar. ? Alkaloz ve hipokapnide cevaplar azal r. ?01.2013 45 Arteryel oksijenin solunuma etkisi Arteryel PO 2 ? 60mmHg’ya d üş t ü ğ ü nde solunum yakla ş k olarak iki kat artar.01.2013 46 Karotis cisimci ğ i Ventilasyonu art rmak i ç in medulller merkeze sinyal Dopamin i ç eren vezik ü lllerin ekzositozu Duysal n ö rondaki dopamin resept ö rleri Karotid cisimdeki Glomus h ü creleri Voltaj kap l Ca kanallar a ç l r D üş ü k PO2 H ü cre depolarize K kanallar kapan r Kan damarlar Ca giri ş i01.2013 47 PaO2’nin fonksiyonu olarak karotis cisim sinir aktivitesi. Arteryel pH azald ğ nda ve PCO2 artt ğ nda cevap artmaktad r.01.2013 48 Aortik cisim fonksiyonlar PaO 2 ’e cevaplar karotid cisimden daha ? azd r. PaCO 2 ’a da d üşü k duyarl l ktad rlar. ? Bu dokular arterio-ven ö z O 2 farkl l klar na, ? karotid cisimden daha fazla duyarl d rlar.01.2013 49 Periferik Kemoresept ö rler- O 2 Cisimciklere gelen kan ak m , dakikada kendi ? a ğ rl klar n n 20 kat gibi a ş r miktardad r. H ü crelerin ihtiya ç lar çö z ü nm üş O 2 ile kar ş land ğ ? i ç in, kandaki ba ğ l O 2 azalm ş olsa bile, çö z ü nm üş O 2 normal ise resept ö rler uyar lmaz (anemi, CO zehirlenmesi). Nikotin, K inf ü zyonu, kemoresept ö r afferent de şarj n ? artt r r. Egzersizde K d ü zeyi art ş hiperpneye neden olabilir. ?01.2013 50 Karbondioksit ve O 2 seviyeleri normal olsa ? bile, arteriyel pH’ daki de ğ i şiklikler solunum h z n d ü zenleyebilir. D üşü k pH’a artm ş ventilasyon cevab , ? periferik kemoresept ö rler arac l ğ iledir. Solunum h z ve derinli ğ i : Arteriyel pH01.2013 51 Asidozis durumlar ? C O 2 art ş ? Laktik asit birikimi ? Diabetli hastalarda a ş r ya ğ asiti art ş ventilasyon ? artar. V ü cuttan HCL kayb na yol a ç an inat ç ? kusmalarda (metabolik alkaloz) ventilasyon deprese olur, PCO2 artar, H yo ğ unlu ğ u normale d ö ner. Solunum h z ve derinli ğ i : Arteriyel pH01.2013 52 P C O 2 ( k r o n i k ) ( a k u t ) Kan gazlar n n fonksiyonu olarak solunum nas l kontrol edilir? [PCO 2 ve pH] H iyonu PCO2 35-60 mmHgda Alveol ventilasyonda En b ü y ü k art ş 01.2013 53 Düş ük O 2 , CO 2 in etkisini potansiyalize eder. CO 2 etkileri PO 2 daki de ğ i ş ikliklerden etkilenir01.2013 54 Alveoler PO 2 nin alveoler ventilasyona etkileri PCO 2 deki de ğ i ş imlerden etkilenir Hipoksik cevap e ğ risi. PCO2’in 36 mmHg’da oldu ğ u e ğ ride, PO2 50 mmHg’ya d üş ü nceye kadar ventilasyonda art ş g ö r ü lmemektedir.01.2013 55 Kemoresept ö r Reflekslerin ö zeti01.2013 56 Hering-Breuer Refleksi (Yava ş adapte olan gerim resept ö rleri=SARs) Bron ş ve bronsiyollerin duvarlar ndaki kas ? tabakas i ç erisinde olan ve akci ğ erler a ş r gerildi ğ i zaman sinyallerini miyelinize vagus siniri i ç inde dorsal solunum n ö ronlar na g ö nderen gerim resept ö rleridir. SARs’ n uyar lmas inspirasyonu sonland r r . ? Hering-Breuer Refleksi ad n al r. Solunum frekans na etkirler. SARs’ n s ü rekli ve g üç l ü uyar lmas ayn ? zamanda ekspirasyon n ö ronlar n uyar r.01.2013 57 Hering-Breuer Refleksi (Yava ş adapte olan gerim resept ö rleri) Eri şkinlerin normal tidal vol ü mlerinde bu ? resept ö rler inspirasyon sonunda aktive olmazlar ve belkide ö nemli de ğ ildirler. Yenido ğ anlarda inspirasyonun sonlanmas nda yard mc olabilirler. Eri şkinlerde l ml ve zorlu egzersizde, tidal ? vol ü m 1.5 L’den fazla oldu ğ unda ö nemli olabilir.01.2013 58 Havayolu epitel h ü creleri aras nda, ba şl ca ? karinal b ö lge epitelinde lokalizedirler. Mekanik ve kimyasal uyaranlara cevap ? verirler. Respt ö r tipi: miyelinize vagus lifler ? Artm ş hava yolu sekresyonu, ? bronkokonstriksiyon, ö ks ü r ü k ve aks rma ile ili şkilidirler. İ rritan resept ö rler (H zl adapte olan gerim resept ö rleri)01.2013 59 J resept ö rleri (Jukstapulmoner resept ö rler) Alveol duvar nda, pulmoner kapillerlere ? yak n duysal sinir sonlanmalar İ nterstisyel hacimdeki art şa cevap verirler. ? Afferent bilgileri myelinsiz vagal C lifleri ? arac l ğ ile iletirler Pulmoner ö dem ve damar konjesyonunda ? oldu ğ u gibi sol atrium bas nc nda art ş ile ili şkili hiperpn ö de arac l k etti ğ i ve uyar ld ğ d üşü n ü lmektedir.01.2013 60 Periferik resept ö rler Uyar lmalar inspirasyonun artmas na ? neden olur. Deri ve kaslardaki a ğ r resept ö rleri ? Kas tendonlar ve eklemlerdeki propriosept ö rler ? (kas ve tendonlardaki v ü cudun hareket ve pozisyonun duyarl ö zel sinir sonlanmalar ) Diyafragma ve interkostal kaslardaki kas ? i ğ cikleri01.2013 61 Hipotalamik kontroller limbik sistem arac l ğ ? ile solunum h z ve derinli ğ ini koordine ederler. Ö rnek: Bir k zg nl k an nda solunum tutulur V ü cut s cakl ğ n n artmas solunum h z n ? art r r. Kortikal kontroller, Medullar merkeze ? u ğ ramadan serebral motor korteksden gelen direk sinyallerdir. Ö rnek: İ stemli soluk tutmak, derin bir nefes almak Solunum h z ve derinli ğ i : Y ü ksek Beyin Merkezleri01.2013 62 Egzersizde hem solunumun s ü resi hem de ? şiddeti ayarlanmaktad r. Ş iddetli egzersiz s ü resince: ? Ventilasyon 20 kat artabilir. ? Solunum daha şiddetli ve derin olur. Fakat ? solunum h z anlaml de ğ i şmeyebilir. Egzersizle geli ştirilmi ş solunum P CO2 deki ani art ş ? yada P O2 veya pH daki ani azalmadan kaynaklanmamaktad r. Bunlar n seviyeleri s ü rpriz olarak egzersiz ? s ü resince sabit kalmaktad r. Egzersizde solunum01.2013 63 Egzersiz ba şlad ğ nda: ? Ventilasyon aniden artar, yava ş olarak y ü kselir ve ? kararl duruma gelir. Egzersiz sonland ğ nda: ? Ventilasyon aniden durur, sonra yava ş yava ş ? azalarak normale d ö ner. Egzersizde solunum01.2013 64 A şa ğ daki etkenler egzersizdeki de ğ i şiklikleri ? olu şturan n ö ronal fakt ö rlerdir Psi ş ik uyar ? Kortikal motor aktivasyon ? Eklem ve kas propriosept ö rlerinden kalkan ? eksitat ö r impulslar Egzersizde solunum01.2013 65 Egzersizde solunum sistemi cevab01.2013 66 Egzersizde kan gazlar nda de ğ i ş imler t ü ketimi01.2013 67 Egzersizde solunum sisteminin cevab Egzersizde solunum cevabndan sorumlu olan faktör ve teoriler 1. Serebral Korteks etkisi 2. Kol bacak hareketleri – Ekstremite proprioseptörlerinin rolü 3. Artmş vücut scaklğ. 4. Arterial PO 2 & PCO 2 deki küçük osilasyonlar. Ortalama değ erler sabit olmasna rağmen kemoreseptörler bu osilasyonlara duyarl olabilir. Sa ğ a kayar Kardiak output Pulmoner kan ak m Fizyolojik ö l ü bo ş luk PCO2 O2 t ü ketimi artar CO2 ü retimi artar Ventilasyon artar PaO2 normal PaCO2 normal pH d üşü k yada N Arteryel kan Ven ö z kan Pulmoner kan ak m O2-Hb e ğ risi Egzersiz01.2013 68 Egzersizde arter PCO2 neden artmaz? Alveol PCO2, arter PCO2’yi belirler ? Alveol PCO2=CO2 ü retimi/alveoler ? ventilasyon Orta şiddetli egzersizde alveolar PCO2 ? artt ğ i ç in arter PCO2’si artmaz. Ş iddetli egzersizde ventilasyon ç ok ? artarak, alveol ve sistemik arter PCOsi azalabilir.01.2013 69 Koruyucu Refleksler Aks r k, ö ks ü r ü k ? Larinks spazm ?01.2013 70 Amfetamin ve kafein SSS uyaran ? maddeler solunum h z n art r rlar Barbit ü ratlar ve opiyatlar solunum ? merkezlerinde depresyona neden olurlar.01.2013 71 Arteryel kan bas nc nda arrtma Aortik ve karotid sin ü s baroresept ö rlerini ? uyar r Refleks hipoventilasyon ? ya da apne ?01.2013 72 Merkezi kemoresept ö rler Periferal kemoresept ö rler Kas ve eklem resept ö rleri İ rritan maddeler Gerim resept ö rleri Solunum merkezi (pons ve medulla) Y ü ksek beyin merkezleri İ stemli kontrol A ğr gibi di ğer uyaranlar ve emosyenel durum (hipotalamus ba ğlant l )01.2013 73 Solunum kontrol ü ndeki anormallikler Obstr ü ktif uyku apnesi: ? En yayg n d r. ? En s k nedeni obesitedir ? Santral uyku apnesi:Solunum motor n ö ronlar nda ? ventilatuar eylem azalm şt r. Santral alveolar hipoventilasyon (Ondine’in ? Laneti) Uyumad klar s ü rece nefes alabilirler. ? İ ste ğ e ba ğ l soluk alma sa ğ lamd r. ? Otomatisitede anormallik vard r ? Ani ç ocuk ö l ü m ü sendromu: Bebeklerde en s k ? ö l ü m nedeni01.2013 74 Solunum kontrol ü ndeki anormallikler Cheyne-Stokes solunumu ? De ğ i şken soluk hacmi ve ? solunum s kl ğ Apne, bir ka ç soluk boyunca ? soluk hacmi ve s kl ğ nda artma, sonra apne oluncaya kadar giderek azalma Kafa travmas ? K İ BAS (kafa i ç i bas n ç art ş ? send) PCO2’deki de ğ i şikliklere yan t ? olarak beyin kan ak m n n yava şlamas01.2013 75 Solunum kontrol ü ndeki anormallikler Apn ö stik solunum ? K sa soluk vermelerle b ö l ü nen, devaml nefes ? alma d ö nemleriyle karakterizedir.01.2013 7601.2013 7701.2013 7801.2013 7901.2013 8001.2013 8101.2013 82