Ventilasyon & Akciğer Mekaniği Doç. Dr. Hakan ÖZTÜRK

Ventilasyon Atmosfer ve alveoller arasındaki havanın değiş tokuşudur. Hava yüksek basınçlı ortamdan düşük basınçlı ortama kütlesel olarak hareket eder. Kütle akımı: F = ΔP / R F = (Palv – Patm) / R F: Akım ΔP: İki ortam arasındaki basınç farkı R: Direnç (Palv = Patm ise F = 0, Palv < Patm ise Palv – Patm negatif olacağından akım içeri doğru yani inspirasyon, tersi durumda akım dışarı doğru yani ekspirasyon olur) 02

Ventilasyon Alveoler basıncı göğüs duvarı ve akciğerlerin boyutlarındaki değişiklikler etkiler. Akciğer boyutlarındaki değişikliğin alveol basıncını değiştirmesi Boyle yasası ile açıklanabilir: P1 x V1 = P2 x V2 Sabit sıcaklıkta belli sayıdaki gaz molekülünün yaptığı basınç (P), bu gazı içeren kabın hacmi (V) ile ters orantılıdır. Yani kapalı bir sistemde kabın hacmi ve basıncı ters orantılıdır. 03

Solunumun basamakları 04

Ventilasyon Akciğerlerin yüzeyine yapışarak onu kendisine çeken yada kapatan bir kas yoktur. Akciğerler balon gibi esnek yapılardır ve hacimleri iki faktöre bağlı olarak değişir: Transpulmoner basınç: Akciğerlerin dışı ve içi arasındaki basınç farkı Akciğerler kompliyansı: Akciğerlerin esnekliği yani gerilebilirliği 05

02 Transpulmoner Basınç Akciğerlerin iç basıncı alveoler basınçtır (Palv). Akciğerlerin dış basıncını ise intrapleural basınç oluşturur (Pip). Bu durumda transpulmoner basınç (Ptp): Ptp = Palv-Pip 06

02 Transpulmoner Basınç İnspirasyon sırasında göğüs duvarındaki kasların ve diyaframın kasılması göğüs kafesini genişletir. Göğüs kafesine yapışmış paryetal pleuranın dışarı çekilmesi Pip basıncını düşürür. Ptp basınç büyür (Ptp = Palv-Pip) Palv basınç Patm basıncına kıyasla daha negatif olur ve alveollere hava akımı şekillenir (inspirasyon). Yani nefes almak için Palv basıncına kıyasla Pip basınç aktif olarak düşürülür, Ptp basınç artırılır. Ekspirasyon (nefes verme) ise pasif bir şekilde gerilen yapıların eski haline dönmesiyle gerçekleşir. 07

02 İntrapleural Basınç Alveolleri açık tutan, yani akciğerlerin kollabe olmasını engelleyen Pip basınç nasıl oluşur? Pleura boşluğunu dolduran birkaç ml sıvı tarafından oluşturulur. Elastik yapıdaki akciğerler büzülmeye, göğüs duvarı ise dışarı doğru genişlemeye meyillidir. İki yapının birbirinden uzaklaşma isteği intrapleural boşluğu genişletir. Ancak sıvılar gazlar gibi genişleyemez ve pleura boşluğunda subatmosferik -4 mmHg’lık bir basınç oluşur. Plural sıvının lenfatiklerle sürekli geri emilmesi de bu negatif basınca katkı sağlar. Göğüs duvarı delindiğinde (Pip basıncı oluşturan kuvvetler ortadan kalkar) atmosfer havası pleural boşluğa dolar, -4 mmHg’lık Pip basıncı sıfır olur ve akciğerler kollabe olur. Göğüs duvarının dışarı yükseldiği de göze çarpar (Pnömotoraks). Normal soluk verme sonunda, yani iki soluk arasında hava akımının olmadığı esnadaki basınçlar 08

02 Pnömotoraks Pnömotorakslı bir hastada kollabe olmuş akciğer tekrar nasıl açılır? 09

Ventilasyon 10

02 İnspirasyon & Ekspirasyon 12 Eksternal interkostal kaslar ve diyaframın kasılması ile göğüs boşluğu yukarı ve dışarı genişler. Göğüs duvarı akciğerlerden uzaklaşır. Pip daha negatif olurken Ptp daha pozitif olur. Alveol boyutları artar, Palv basıncı atmosfer basıncından (Palv) daha küçük olur. Hava düşük basınçlı bölgeye yani alveollere akar. Ekspirasyon ise pasif şekilde elastik yapıların eski haline dönmesiyle şekillenir. Pip basınç Patm’e yaklaşır, akciğerler küçülerek alveollere basınç yapar, Palv > Patm olur ve hava dışarı akar. Zorlu ekspirasyonlarda iç interkostal kaslar ve m. rectus abdominis kasılır! 12

02 İnspirasyon Basamakları 13

02 Solunum Döngüsü Sırasında Basınç Değişiklikleri ve Hava Akımı 14

Akciğer Kompliyansı Ptp basınçtaki herhangi bir derecede olan değişikliğin akciğerleri ne ölçüde genişleteceği akciğerlerin gerilebilirliği yani kompliyansına bağlıdır. Yani akciğer kompliyansı (Ka), Ptp basınçtaki belli bir değişikliğin (ΔPtp) akciğer hacminde oluşan değişikliğin (ΔVa) necicesidir. Ka = Δva / ΔPtp Yani belli bir Ptp basınç değişikliğinde Ka nekadar büyükse akciğerlerin genişlemesi o denli büyük olur. Özetle kompliyans sertliğin zıttıdır. Ka küçük ise akciğerleri genişletmek için daha büyük bir Ptp basınç uygulanmak zorundadır. Bu ise diyafram ve inspiratuvar interkostal kasların daha güçlü kasılmasını gerektirir. Bu durumda da daha fazla enerji harcanır. Ka düşük hastalar yeterli hava almak için daha sık ve yüzeysel solunum yaparlar. 16

Akciğer Kompliyansı 17 Ka belirleyicileri: Doku elastikiyeti (etki payı: 1/3) Yüzey gerilimi (etki payı: 2/3) Bu iki faktör akciğerleri büzmeye çalışır. Alveoller iç yüzeyi sıvıyla kaplı içi hava dolu baloncuklardır. İç yüzeyi kaplayan sıvının yapısındaki su molekülleri arasında yüzey gerilimi denen çekim kuvveti vardır. Akciğerlerin genişleyebilmesi için hem doku elastikiyetini hem de yüzey gerilimini yenmesiyle mümkün olur. 17

Yüzey Gerilimi Saf suyun yüzey gerilimi o kadar büyüktür ki, eğer alveollerin iç yüzeyi saf su ile kaplı olsaydı akciğerleri genişletmek için canlıyı tüketen bir kas çabası geekecekti. Ancak alveollerin yapısındaki tip II hücreler yüzey gerilimini azaltan sürfektan denen bir madde üretir. Alveollerin duvarını döşeyen hücrelerin %90’ı tip I alveoler hücrelerden, %10’u ise tip II alveoler hücrelerden oluşur. 18

Yüzey Gerilimi Tip II alveoler hücrelerin ürettiği sürfektan bir lipoproteindir. Yaklaşık %70 lipit, %30 proteinden oluşur. Kompleks yapısında bir çok fosfolipit, protein ve iyonlar vardır. En önemli içeriği bir fosfolipit olan dipalmitolfosfatidilkolin (dipalmitollesitin)’dir. Sürfektan: Fosfolipit ve proteinlerin bir karışımıdır Tip II hücrelerce salgılanır Alveol yüzeyindeki sıvının yüzey gerilimini azaltır, bu yolla akciğerlerin genişlemesini kolaylaştırır Küçük alveollerde etkisi daha büyüktür. Küçük alveollerdeki yüzey gerilimini iri alveollerdeki değerin altına düşürür. Bu ise alveooleri kararlı hale getirir Derin soluk alma tip II hücreleri gererek sürfektan salınımını artırır. Yüzeysel solunumda ise sürfektan salınımı azalır (Göğüs veya karın ameliyatı olanlar ağrı nedeniyle yüzeysel solunum yapar. Bu kişilere ara sıra derin solunum yapma egzersizleri verilir Fötal akciğerlerde sürfektan üretimi gebeliğin geç dönemlerinde kortizol üretimince uyarılır. Prematüre bebeklerde sürfektan yetersizliğine bağlı yenidoğan solunum güçlüğü hastalığı (hiyalin membran hastalığı, yenidoğan ilerleyici atelektazisi, idiopatik solunum güçlüğü sendromu, sürfaktan yetersizliği sendromu) oluşur 19

Laplace Yasası Basınç (P), yüzey gerilimi (T) ve alveol yarı çapı (r) arasındaki ilişkiyi gösterir. Alveol çapı azalırsa basınç artar. Komşu iki alveolden a olanın çapı b olandan daha büyük ve yüzey gerilimi eşitse Laplace yasası uyarınca b alveolü a alveolünden daha büyük bir iç basınca sahiptir. Bu durumda hava b alveolünden a alveolüne akacaktır. Küçük alveol kararsız hale gelecek ve büyük alveolün içine kollabe olacaktır. Sürfektan yüzey alanına bağlı olarak yüzey gerilimini değiştirir, farklı boyuttaki alveolleri kararlı hale getirir. Küçük alveollerin iç yüzünde daha kalın ve yoğun sürfektan vardır ve bu durum küçük ve büyük alveollerdeki basıncı eşitler. 20

21 Akciğer Hacim ve Kapasiteleri Spirometre adı verilen aletle akciğer hacim ve kapasitelerini belirlemek mümkündür. 21

Akciğer ve Alveoler Ventilasyon 22

Ölü Boşluk 20 cm uzunluk ve 4 cm çapı olan şnorkelle yüzen bir kişide boru içinden solumanın etkisi ne olacaktır? V = 3,14 x 4 x 20 = 251 cm3 Anatomik ölü boşluk 251 cm3 artacaktır. Bu durum yaklaşık 350 cm3 olan alveoler ventilasyonu azaltacağından kişi kompenzasyon için soluk hacmini (tidal volümü) artırmak zorunda kalacaktır. 23

Dinlediğiniz İçin Teşekkürler