5 - Fizyoloji Solunum Mekaniği ve Ventilasyon Solunum mekani ğ i ve ventilasyon Prof. Dr. Nazan Dolu Erciyes Ü niversitesi T p Fak ü ltesi Fizyoloji AD dolu@erciyes.edu.trGazlar s k şabilirler. • Bas n ç fark y ö n ü nde akarlar. • Diren ç artarsa ak ş azal r. • Hava ba ğ ms z olarak dif ü ze olan gazlar n • bir kar ş m d r. Her bir gaz n kar ş m i ç inde bir “ k smi • bas nc ” (Pgaz) vard r. Ba şl ca gaz kanunlar“ Boyle ” genel gaz yasas Bir kaptaki sabit say daki gaz molek ü l ü varsa, kab n hacmindeki bir art ş gaz bas nc n d üşü r ü r, kab n hacmindeki bir azalma bas nc art r rSolunum mekanizmas İ nspirasyon (Aktif s ü re ç ) – Hava • AC ’ e girer. Neden? Gazlar y ü ksek bas n ç l – b ö lgeden d üşü k bas n ç l b ö lgeye ge ç erler. İ nspirasyon s ras nda – – Diyafragma a ş a ğ iner ve AC ’ ler geni ş ler. AC ’ ler geni ş ledi ğinde hacim – artar, b ö ylece AC i ç indeki bas n ç azal r. AC bas nc , d ş atmosfer – bas nc ndan azal r, dolay s yla hava i ç eri girer.Ekspirasyon (pasif s ü re ç ) – Hava AC ’ den • ç kar Diyafragma ve inspirasyon kaslar gev ş er – AC ’ ler ve g ö ğü s kafesinde vol ü m azal r, – dolay s yla bas n ç lar artar. Hava d ş ar ç kar. Çü nk ü , AC i ç indeki bas n ç d ş – atmosfer bas nc ndan y ü ksektir. Solunum mekanizmasSolunumun incelenme basamaklar Ventilasyon: Atmosfer ve AC’lerin solunum • b ö l ü mleri aras nda havan n hareketi Dif ü zyon: Pulmoner kapillerler ve alveoller • aras ndaki gaz transferi Perf ü zyon: Pulmoner arterial kan ile ven ö z • kan n AC gaz al şveri ş birimlerine da ğ l m ve pulmoner ven ile uzakla şt r lmalar Solunumun kontrol ü •Ventilasyon Atmosfer ve alveoller aras nda hava • de ğ i şimi olarak tan mlan r. F = P / R • Yani, ak m (F), iki nokta aras ndaki bas n ç • fark ( P) ile do ğ ru ve diren ç (R) ile ters orant l d r. F = P atm – P alv / R • Bu bas n ç de ğ i şimlerinin sa ğ lanmas i ç in • AC’lerin hacimlerinde de ğ i şiklikler olacakt r.Solunum sistemindeki b ü t ü n bas n ç lar • v ü cut ç evresindeki hava bas nc olan (deniz seviyesinde 760 mmHg) atmosferik bas nca g ö re yap l r (1 atm =760 mmHg) 1 mmHg = 1,36 cmH 2 O •A ğ z Bas nc Genelde "havayolu a ç lma bas nc (Pawo • = Airway Opening Pressure) veya "havayolu bas nc (Paw = Airway Pressure)" olarak da adland r lmaktad r. Bu de ğ er ü st havayolu yada proksimal • havayollar na ait bas n ç olarak de ğ erlendirilir ve ü st havayoluna pozitif bas n ç uygulanmad ğ s ü rece “ Paw ” de ğ eri s f rd r. V ü cut y ü zeyi bas nc (Pvy=Pbs = Body Surface Pressure) Hasta hiperbarik oda gibi bas n ç l bir • odada bulunmad ğ veya negatif bas n ç l ventilasyon uygulanmad ğ s ü rece bu de ğ er de atmosferik bas nca e şittir ve s f r kabul edilir. Alveoler Bas n ç (P alv ) Alveol y ü zeyine yans yan bas n ç • de ğ erini ifade eder. Glottis a ç k, AC’lerden i ç eri ve • d şar hava ak m n n olmad ğ durumlarda t ü m solunum yollar nda bas n ç 0 cm H 2 O’dur. Palv (-1) < Patm (0) oldu ğ u zaman • hava ak m AC’lere do ğ rudur (inspirasyon) Palv (+1) > Patm (0) oldu ğ u zaman • hava ak m AC’lerin d ş na do ğ rudur. Palv = Patm oldu ğ unda ise hava • ak m olu şmaz. İ ntraplevral bas n ç (P pl ) Parietal ve visseral plevra • aras ndaki potansiyel bo şlu ğ un bas nc d r Parietal ve visseral • plevran n yap şmas n ö nler. Daima subatmosferiktir • (756 mmHg=-5 cm H 2 O). Diafragma kas l nca • negatiflik artar (-7.5 cmH 2 O) Yakla ş k 2.5 cm H 2 O’luk • de ğ i şiklik 0.5 lt havan n girmesini sa ğ lar. Transmural Bas n ç lar Transpulmoner • bas n ç (PL) : Ptp=PL= PA- Ppl Transtorasik • bas n ç (Pw) : Pw = Ppl - Pbs. Transrespiratuar • bas n ç (Prs): Prs=PA – PbsHavalanma (ventilasyon)- nefes d ö ng ü s ü Palv’deki statik (t = 0, 2 & 4 sn) ve dinamik (t = 1 & 3 sn) fazlar Hava ak m sadece Ppl’da dinamik de ğ i şiklikler oldu ğ u zaman meydana gelir. Patm – Ppl bas n ç fark olmad ğ zaman hava ak m meydana gelmez. Bas n ç De ğ i ş iklikleri Ekspirasyon sonuSolunum sikl ü s ü nde bas n ç de ğ i şiklikleriAC’lerin ş i ş me modeliBalon ç evresindeki bas n ç lar Ptp = Palv - Ppl • Palv = 0, Glottis a ç k, d ş • atmosferden AC ’ lere hava ak ş olmamas gibi) Ppl subatmosferikdir. • Ptp = 0 - (-10cmH 2 O) • Ptp = 10 cmH 2 O •Transpulmoner bas n ç artt k ç a AC hacmi • artar. Ancak 20-30 cmH 2 O’da max. vol ü me eri şir. ACden farkl olarak, g ö ğ ü s duvar , y ü ksek • transtorasik bas n ç da geni şlemeye devam eder.Ventilasyon i ç in gerekli g üç ler Uygulanan g üç ler • Solunum kaslar Kar ş g üç ler • 1. AC- g ö ğü s duvar ndaki elastik g üç leri (%65) Kompliyans-Elastaz 2. Elastik olmayan i ş Doku direnci: Ac ve g ö ğü s ç eperi yap lar n n visk ö zitesi (%7) Hava yolu direnci (%28) ’ nin ü stesinden gelmelidir.Solunum Sikl ü s ü nde Hacim-Bas n ç İ li şkileri Solunum fonksiyonunun mekanik • ö zellikleri, AC hacmi ve Ppl de ğ i şiklikleri bir arada g ö steren e ğ rilerle tan mlan r: 1-Statik bas n ç /hacim e ğ risi 2-Dinamik bas n ç /hacim e ğ risi Statik bas n ç /hacim e ğ risi Bir ki şi bir miktar hava inspire • edip t ü m solunum kaslar n gev şetir, o ş ekilde beklerse dura ğ an durum olur. E ğ ri s f r hava ak m n n • oldu ğ u durumda elde edilir. Bu durumda AC’ler • k üçü lmeye ç al şarak ‘elastik geri tepme kuvveti’ etkisi alt na girer. G ö ğ ü s duvar ise • istedi ğ inden daha k üçü k bir vol ü mdedir. AC elastik geri tepme kuvvetini z t y ö n ü nde, d şa do ğ ru y ö nelen kuvvetin etkisindedir. Etki ortadan kalkt ğ nda ise • Transmural bas n ç ‘0’ olur. Denge durumu ger ç ekle şir . PA= Pel + Ppl PL= PA- Ppl PL= (Pel+ Ppl) – Ppl PL= PelStatik bas n ç /hacim e ğ risi Bu e ğ ri ile; • Tek ba ş na elastik yap lar n katk s (1) Ekspirasyon sonunda AC hacminin s f r (2) de ğ erine kollaps olmas n engelleyen g üç lerin dengesi de ğ erlendirilmi ş olur. Bu t ü r e ğ riler sadece kompliyans • taraf ndan etkilenir.Dinamik bas n ç /hacim e ğ risi Normal soluk al p vermedeki mekanik • ili şkileri g ö sterir. Bu e ğ riler kompliyans ve solunum sistemi • direncinden etkilenir.Kompliyans (C L ) Herhangi bir anda AC ’ in geni ş leme derecesi – transpulmoner bas n ç la orant l d r Kompliyans, transpulmoner bas n ç daki belli bir – de ği ş meyle yarat lan AC hacmindeki de ği ş medir. Transpulmoner bas n ç 1 cm H 2 O art nca AC ’ ler • 200 ml geni ş ler. C L = V/ P (birimi ml (veya L)/cmH2O V = hacim de ği ş imi P = (P alv – P ip )Kompliyans (C L ) Kompliyans artt k ç a, belli bir transpulmoner • bas n ç ta AC ’ lerin ve toraks n geni ş lemesi, daha kolayd r. Kompliyans d üş ü k olunca AC ’ ler ve toraks, • belli bir bas nca kar ş l k daha zor geni ş lerler. Daha b ü y ü k bir transpulmoner bas nca, ba ş ka deyi ş le daha negatif P ip ’ a gerek vard r. Bunun i ç in d üşü k AC kompliyansl ki ş iler • y ü zeyel ve h zl solurlar.Kompliyans Esneklik Kompliyans d üşü k, geni şlemesi zorAC’lerin bas n ç -hacim e ğ risi AC’in kompliyans bas n ç -hacim halkas n n s ö nme kolundaki herhangi iki nokta aras ndaki ç izginin e ğ imidir P-V e ğrisi AC ’ lerin • elastik ö zelli ğini yans t r. Normal insan AC kompliyans 0.2 L/ cmH 2 O’dur.AC’lerin kompliyans E ğrinin dik olmas y ü ksek • kompliyans , yat k olmas d üşü k kompliyans g ö sterir. Dolay s yla AC • kompliyans y ü ksek vol ü mlerde en d üşü k, rezid ü el vol ü m seviyelerinde en y ü ksek noktas ndad r.AC kompliyans n etkileyen fakt ö rler AC’in b ü y ü kl ü ğ ü n ü transpulmoner bas n ç belirler. • Transpulmoner bas n ç fark ne kadar fazla ise • AC’ler o kadar fazla hacme sahip olur. Yer ç ekiminden dolay AC taban nda tepeye g ö re • Ppl’n n negatifli ğ i daha d üşü kt ü r. Palv ise b ü t ü n AC’de ayn d r. • B ö ylece transpulmoner bas n ç apeksde tabana • g ö re daha y ü ksektir (daha ç ok hava bulundurur). Dolay s yla apeksin kompliyans daha azd r. •AC kompliyans n n belirleyicileri AC Kompliyans , – AC elastik maddelerinin (%50) ve (1) Alveol y ü zey geriminin (%50) mekanik bir (2) ö zelli ğidir. (1) AC dokusunun elastik kuvvetleri – AC parankimindeki elastin ve kollajen liflerle sa ğlan r. Kollajen AC ’ leri a ş r geni ş lemekten korur. Kolay gerilemez (y ü ksek elastans) Elastin konnektif dokular n gerilebilirli ğini sa ğlar. Dinlenim uzunlu ğunun 2 kat kadar gerilebilir (y ü ksek kompliyansa sahip)AC kompliyans n n belirleyicileri (2) Alveol i ç i hava-su ara y ü zeyindeki y ü zey – g üç leri (3) Kapiller a ğ n dolulu ğu ve doku hidrasyon – derecesi, hava yollar n n geometrisi di ğer fakt ö rlerdir.Statik AC kompliyans n etkileyen fakt ö rler Normokapnik hipoksi, pulmoner stenoz Mitral darl k, sol vent. yetm. Pulmoner kan ak m Bronkodilatat ö r ila ç lar Histamin, seratonin, Hipoksi Alveol duktus kas tonusu Tbc, asbest, hemotoraks Visseral plevra Ya ş, amfizem AC parankim hast. Fibr ö z yap Akut respiratuar stres S ü rfaktan Havayolu kapanmas İ ri yap l , atlet Ufak yap l birey Alveolar vol ü m Y ü ksek C L D üşü k C LAmfizemde statik kompliyans artm ş, dinamik kompliyans azalm şt r Transpulmoner basynç, cmH 2 O Interstisyel fibrozis normal amfizem V o l ü m , b e k l e n e n T A K ’ n i n % s i 0 10 20 30 40 120 100 80 60 40 20 0Histerezis Esnek bir sistemin • deforme edilmesi ve kuvvet ortadan kald r ld ktan sonra denge durumuna d ö nmesi s ras nda izlenen davran şlar n birbirinden farkl olmas na denir. l u n g v o l u m e i n s p i r a t i o n e x p i r a t i o nHisterezis İ nspirasyonun ba ş nda AC • i ç i bas n ç artarken, hacim de ğ i şiklikleri buna paralel de ğ ildir. Belli bas nc n ü zerinde ili şki do ğ rusal olur. B ü y ü k AC vol ü mlerinde platoya ula ş l r. Ekspirasyonun ba ş nda • bas nc n azalmas na ra ğ men vol ü m azalmaz. Sonra do ğ rusal ili ş ki olur l u n g v o l u m e i n s p i r a t i o n e x p i r a t i o nKompliyansa y ü zey geriminin etkisi AC’ler bedenden ç kar l p serum fizyolojik ile doldurulursa ne olur? Serum fizyolojik ile histeresiz olduk ç a azal r. İ nspirasyon EkspirasyonAlveoldeki hava s v ara y ü zeyi adezyon g ü c ü ile alan n • k üçü ltmeye ç al ş r. AClerin serum fizyolojik ile dolmas y ü zey kuvvetlerini bu • dokunun elastikiyetini etkilemeksizin ortadan kald r r. Serum fizyolojik y ü zey gerilimini s f ra kadar • d üşü rd ü ğ ü nden, bas n ç -hacim e ğ risi sadece dokunun esnekli ğ ini g ö sterir. B ö ylece k üçü k bir bas n ç la AC’ler şi şirilebilir. • Hava ile dolu AC’leri geni şletmek i ç in gerekli • transpulmoner bas n ç , serum fizyolojik ile dolu AC’leri geni şletmek i ç in gerekli bas nc n 3 kat d r.air air air Yüzey gerimi nedir? Su molek ü lleri hava ile temas ettiklerinde aralar nda kimyasal bir ç ekim g ü c ü meydana gelir ( ö r = ya ğ mur damlas n n olu şumu) Epitel ü zerindeki su molek ü llerinin olu şturdu ğ u y ü zey gerimi, alveollere b ü z üş meye (kollabe olmaya) meyilli bir balon niteli ğ i kazand r r. AC’lerde y ü zey gerim elastik kuvveti denilen elastik kas lma kuvveti olu şur.x x P T Bas n ç Y ü zey gerimi Yar ç ap LaPlace Kanunu K ü resel bir hava bo şlu ğ unda bas nc n hesaplanmas yukar daki form ü lledir. B ü t ü n k üçü k alveoller tamamen k üçü lme, b ü y ü kler ise gittik ç e boylar n art rma e ğ ilimdedirler. Bu olaya ALVEOLLER İ N KARARSIZLI Ğ I denir.x x K üçü k alveollerde b ü z üş me bas nc daha b ü y ü kt ü r B ü y ü k alveol K üçü k alveol B ü y ü k alveol i ç ine hava ak m LaPlace kanunu Bas n ç Y ü zey gerimi Yar ç ap K üçü k Alveol’den (P daha k üçü kt ü r)Alveollerde y ü zey gerilimi- S ü rfaktan n etkisi Baz s v lar n y ü zey gerim de ğ erleri; Saf su: 72 din/cm S ü rfaktan i ç ermeyen alveol s v s : 50 din/cm S ü rfaktan i ç eren alveol s v s : 5-30 din/cmOlgun s ü rfaktan bile şimi 3-5 Fosfatidiletanolamin 7-10 Fosfatidilgliserol 45-50 Dipalmitoil fosfatidilkolin 70-80 Fosfatidilkolin Total fosfolipidlerin y ü zdesi 5-10 Glikolipidler 5 N ö tral lipidler 85-90 Fosfolipidler Lipidleri y ü zdesi 10-15 Protein 89-90 Lipid Total a ğ rl ğ n y ü zdesiS ü rfaktan n Bile şimi Dipalmitol fosfatidil kolin (lesitin), y ü zey • gerimini azalt r Fosfatidil gliserol, s ü rfaktan n geni ş y ü zey • alan nda yay l m n sa ğ lar Kolesterol ve kolesterol esterleri; lipid • yap n n korunmas nda yard mc d r.S ü rfaktan n n kayna ğ Tip 2 alveol epitel • h ü crelerinin endoplazmik retikulumunda yap l r. Katmanl cisimlerde ö n • bi ç imlenmi ş olarak depolan r. Buradan eksositoz ile • sal n rlar. Bu sentez fetal hayat n • ge ç d ö nemlerinde ba şlar.S ü rfaktan n g ö revleri Y ü zey gerilini d üşü rerek nefes alma i şini • azaltmak Yap şmay ö nleyici ö zellikleri ile • ekspirasyonda alveol ü n kapanmas n ö nleme S ö nmeye e ğ ilimli alveollerin dengede • kalmas n sa ğ lamaS ü rfaktan sal n m n art ranlar Alfa adrenerjik agonistler • Protein kinaz C aktivat ö rleri • L ö kotrienler • P ü rinerjik agonistler • Tiroid Hormonlar • Glukokortikoidler •S ü rfaktan Azaltanlar İ ns ü lin s ü rfaktan etkinli ğ ini azalt r. • Sigara i ç en anne bebeklerinde de • s ü rfaktan yap m bozulur.G ö ğ ü s duvar kompliyans n etkileyen fakt ö rler G ö ğ ü s geometrisi • G ö ğ ü s duvar yap s • Ki şinin boyu • Solunum kaslar n n inervasyonu • Ş i şmanl k • Abdominal i ç eri ğ in hareketlili ğ i •Transmural (i ç -d ş) • AC’ler i ç in – alveolar – plevral • G ö ğ ü s duvar i ç in – plevral – atm • AC+G ö ğ ü s duvar – alveolar – atm • G ö ğ ü s duvar geni şlemek ister • AC’ler i ç e do ğ ru daralmak ister. • Statik ko şullarda Patm=Palv=0 • FRC’de • PL= Palv- Ppl=0-(-3.5)=3.5 • Pcw=Ppl-Pvy=-3.5-0=-3.5 • Prs=Palv-Pvy=0-0=0 • Vital Kapasite (%) 25 50 75 60Vol ü m = FRC • Denge pozisyonu – İ ç g üç =d ş g üç – Vol ü m < FRC • AClerde daha az vol ü m var ? – Elastik g üç daha az G ö ğ ü s duvar n n geni şleme – g ü c ü hala fazla Sistem geni şlemek ister – Vol ü m > FRC • AClerde vol ü m fazla ? Elastik – g üç artar AClerin geni şleme g ü c ü – azalm ş Sistem kollabe olmak ister –Total Respiratuar Sistem Kompliyans AC ve g ö ğ ü s duvar kompiyanslar ndan olu şur.G ö ğ ü s ve AC’lerin ortak kompliyansELAST İ S İ TE Esnek bir sistemi deforme eden kuvvet • transmural bas n ç t r (Pm=i ç bas n ç -d ş bas n ç ). Solunum sistemi de bir balon gibi Pm ile • deforme olur, bas n ç ortadan kalk nca eski haline gelir. Tan mlanan bu e ğ ilime ELAST İ S İ TE, bu • e ğ ilimi sa ğ layan kuvvete ELAST İ K GER İ TEPME KUVVET İ denir.ELASTAZ Elastaz kompliyans n tersidir. • E= P / V Bir sistemde birim deformasyona yol a ç an • bas n ç de ğ i şikli ğ idir (hacim de ğ i şimine kar ş olu şan bas n ç de ğ i şimidir).Solunum i şi Sakin solunumda solunum kaslar • kas larak i ş yapt ğ ndan, ekspirasyon pasif oldu ğ undan; İ nspirasyon i şi 3 b ö l ü me ayr l r; • - Kompliyans i şi (elastik i ş)(%65) - Doku direnci i şi (esnek olmayan dokular hareket ettirmek= visk ö z diren ç )(%7) - Havayolu direnci i şi (%28)Total AC-toraks sistem kompliyans , tek • ba ş na AC kompliyans n n yakla ş k yar s kadar oldu ğ undan; Total AC-toraks sistemini geni şlemesi • yada daralmas i ç in gerekli enerji AC’lerin geni şlemesi i ç in gerekli enerjinin 2 kat kadard r.