AKCİĞER ve SOLUNUM BİYOMEKANİĞİ Prof. Dr. Süleyman DAŞDAĞ

... konulu sunumlar: "AKCİĞER ve SOLUNUM BİYOMEKANİĞİ Prof. Dr. Süleyman DAŞDAĞ"— Sunum transkripti:

1 AKCİĞER ve SOLUNUM BİYOMEKANİĞİ Prof. Dr. Süleyman DAŞDAĞ
D.Ü. Tıp Fakültesi Biyofizik Anabilim Dalı, Diyarbakır 21280

2 Bu sunum, Prof. Dr. Ferit Pehlivan’ın Biyofizik Kitabından, sunumda belirtilen kaynaklardan ve diğer internet kaynaklarından yararlanılarak hazırlanmıştır.

3 İngiltere'de yayınlanan "Derinin Altından Büyülü Görüntüler" kitabı, insan vücudunun
derin gerçeğini fotoğraflarla anlatıyor. kandaki alyuvarlar

4 bezelye tanesine benzeyen cisim,
beyindeki kararları ileten bir sinir hücresi.

5 halı kıvrımına benzeyen fotoğraf
besinlerin hazmedildiği ince bağırsağın bir kesiti

6 dilin yüzeyini kaplayan tad alma hücreleri

7 Bir yılan derisini hatırlatan fotoğraf
miğde yüzeyini kaplayan ve gastrik asite karşı miğdeyi koruyan mukoza tabakası var.

8 Bu fotoğraflar "Cassell Illustrated" yayınevinin
"Science Photo Library"den aldığı "Inside The Body: Fantastic Images from Beneath the Skin" kitabından alınmıştır.

9 SOLUNUMLA İLGİLİ GAZ YASALARI

10 Aynı sıcaklık, basınç ve hacim altında
gazlar, aynı sayıda molekül içerirler. (Avogadro hipotezi)

11 Sabit sıcaklıkta tutulan belirli bir
miktar gazın, hacmi ile basıncının çarpımı sabittir. (Boyle yasası)

12 Sabit basınç altında tutulan belirli bir
miktar gazın, hacmi sıcaklıkla doğru orantılı olarak artar. Sabit hacim altında tutulan bir gazın basıncı da, sıcaklıkla doğru orantılı olarak artar (Gay-Lussac yasası)

13 Belirli bir miktar gazın (n mol) basıncı, hacmi ve sıcaklığı arasında,
P V = n R T ilişkisi vardır. (ideal gaz yasası)

14 Bir gaz karışımı içinde bulunan gazlardan
her bir cinsi, kap içinde yalnız başına bulunuyormuş gibi davranır ve kabın çeperine, diğer gazların varlığından etkilenmeyen, bir kısmi basınç uygular. (Dalton yasası) P =P02 + PCO2 + PN2 + PH20 (Atmosfer basıncı; oksijen, karbondioksit, azot ve su buharının kısmi basınçları toplamına eşittir.)

15

16 Gazların kinetik teorisine göre, gaz moleküllerinin birbirilerine uzaktan kuvvet etkimeleri önemsizdir. Gaz molekülleri, gelişi güzel hareketleri sırasında birbirileriyle esnek olarak çarpışarak momentum alışverişinde bulunurlar. Gazın mutlak sıcaklığı moleküllerinin ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür. Bir gazın basıncı moleküllerin rastgele hareketinden kaynaklanır ve n birim hacimdeki molekül sayısı olmak üzere P =2/3 n (1/2 mv2) Not: (v2 ortalama olacak) Gaz basıncı, moleküllerin gazı sınırlayan kap çeperlerine rast gele esnek çarpışmalarından kaynaklanır.

17 SOLUNUM SİSTEMİ ELEMANLARI
Ağız ve Bölümleri Akciğerler Kalp (Dolaşım sistemi) Gaz değişimi Trake Bronşlar Bronşiyoller Alveoller Kapiller

18 SOLUNUM SİSTEMİ İşlevleri: Çevre ile gaz alışverişi
Oksijen ile Karbondioksit Değişimi Değişim gazların kısmi basınçlarına bağlıdır.

19 Madde, yüksek basınç bölgesinden düşük basınç bölgesine hareket eder.
İntratorasic basınç düşük olduğunda, hava (atmosfer basıncında) akciğerlere girer. İntratorasic basınç yüksek olduğunda, hava akciğerlerden dışarı çıkar. den alınmıştır.

20 Soluk alıp verme sürecinde toraks hareketi
SOLUK ALMA SOLUK VERME Diyafram kasılır Diyafram eski haline döner Göğüs kafesi yükselir ve/veya genişler Göğüs kafesi iner ve/veya küçülür İntratorasik hacimde artış İntratorasik hacimde düşüş İntratorasik basınçta düşüş İntratorasik basınçta artış Yüksek basınç dışardaki havanın akciğerlere girmesini sağlar Akciğerlerdeki yüksek basınçlı hava, düşük basınçlı dış ortama çıkar den alınmıştır.

21 SOLUNUMDA KASLAR SOLUK ALMA SOLUK VERME
SOLUK ALMA SOLUK VERME Ana kaslar (Normal solunum) Diyafram Kaburgalar arası dış kaslarda biriken geri çağırıcı kuvvet Esneklik kuvvetlerinden ötürü akciğer dokularının eski konumuna dönmesi Yüzey gerilim kuvveti Kaburgalarda biriken geri çağırıcı kuvvet Kaburgalar arası iç kaslarda biriken geri çağırıcı kuvvet İkincil Kaslar (Derin nefes alındığında) sternocleidomastoideus scalenes pectoralis major pectoralis minor serratus anterior serratus posterior Superior upper iliocostalis abdominals external oblique internal oblique rectus abdominus lower iliocostalis lower longissimus serratus posterior inferior

22 SOLUNUMDA KASLAR Ana kaslar (Normal solunum) SOLUK ALMA SOLUK VERME Diyafram Esneklik kuvvetlerinden ötürü akciğer dokularının eski konumuna dönmesi Yüzey gerilim kuvveti Kaburgalar arası dış kaslarda biriken geri çağırıcı kuvvet Kaburgalarda biriken geri çağırıcı kuvvet Kaburgalar arası iç kaslarda biriken geri çağırıcı kuvvet

23 SOLUNUMDA KASLAR İkincil Kaslar (Derin nefes alındığında) SOLUK ALMA SOLUK VERME sternocleidomastoideus scalenes pectoralis major pectoralis minor abdominals external oblique internal oblique rectus abdominus serratus anterior serratus posterior Superior lower iliocostalis lower longissimus serratus posterior inferior upper iliocostalis

24 Kan pH sının sabit tutulması
Akciğerler ve solunum sisteminin görevleri Oksijen ve karbondioksit değiş-tokuşu Kan pH sının sabit tutulması Isı aktarımı

25 Solunum sistemi; konuşma, aksırma, öksürme, hıçkırma, gülme, koklama esneme için gerekli olan kontrollü havayı sağlar.

26 Kusma sırasında hava yolları bloke edilir ve iç hava basıncı yükselir.

27 Anlamlı sesler, akciğerlerden kontrollü olarak hava çıkartılırken oluşturulur.

28 atmosfer havası ile kan arasındaki gaz
Akciğerlerde, atmosfer havası ile kan arasındaki gaz alışverişine solunum adı verilir.

29

30

31

32 Diffüzyon akciğer havası ile akciğer
kılcal damarları arasındaki gaz alış veriş sürecidir ve dış solunumun ikinci evresidir.

33 Perfüzyon, kanın akciğerlerdeki kılcal damarlara giriş sürecidir ve dış solunumun üçüncü evresi olarak adlandırılır.

34 Atmosfer havasının akciğerlere giriş
çıkış süreçleri ventilasyon olarak adlandırılır.

35

36

37 Normal solunumda zamana bağlı, akciğer hacim ve basınç değişimi

38

39

40 Alveollerin toplam dış yüzey alanları 50-100 m2 arasında değişir.
İnsanda toplam deri yüzeyi yaklaşık 1.75 m2 kadardır. Akciğer havası ile kan arasındaki gaz alışverişi deri yüzeyinden yaklaşık 50 kat daha büyük yüzeyde gerçekleşmektedir.

41

42 Vücudumuzu oluşturan hücrelerin, işlevlerini
(solunum vb) yerine getirmeleri sırasında oluşan deformasyonlar genelde tolere edilirler.

43 Hücreler güvenlik sınırlarını aşacak düzeyde
deforme olduğunda, yapı ve işlevleri bozulur.

44 sağlıklı ve hasar görmüş dokuların mekaniksel
Bu yüzden, sağlıklı ve hasar görmüş dokuların mekaniksel özelliklerinin bilinmesi son derece önemlidir.

45 bir travma ile karşılaşmış bir doku üç tür hücre içerir. Bunlar;
Örneğin, bir travma ile karşılaşmış bir doku üç tür hücre içerir. Bunlar; zarar görmemiş, hasarı tolere edilebilir düzeyde olan hücreler, özellik ve işlevini yitirmiş hücrelerdir.

46 akciğer hücrelerinin hem fenotipini hem de fonksiyonların etkiler.
Mekanik kuvvetler, akciğer hücrelerinin hem fenotipini hem de fonksiyonların etkiler. CHRISTOPHER M., Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 283: L503–L509, 2002

47 Yapılan son çalışmalarda,
akciğer hücrelerinin biyomekaniksel özellikleri ile, hastalıklar arasında bir ilişki olduğu öne sürülmektedir. CHRISTOPHER M., Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 283: L503–L509, 2002

48 Hava yollarında oluşan yaraların iyileşmesi ve
hücrelerin tekrar sağlıklı durumlarına dönmesi, peryodik mekanik deformasyona uğrayan bir katman üzerine, epiteliyal hücre yayılımı ve göçüyle sağlanır. CHRISTOPHER M., Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 283: L503–L509, 2002

49 Akciğerler mekanik açıdan dinamik bir organdır.
Akciğerlerdeki hücreler, farklı türlerdeki fiziksel kuvvetlerin etkisinde kalırlar. Örneğin, Solunum çevrimi süresince; Endotelyal hücreler, sıvı akışına bağlı olarak, kesme kuvvetleri (makaslama) etkisinde kalırlar. Hava yolları ve alveoller boyunca uzanan epitelyal Hücreler, çekme ve basınç kuvvetleri etkisinde kalırlar. CHRISTOPHER M., Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 283: L503–L509, 2002

50 Son on yılda yapılan çalışmalar,
vücudu oluşturan hücrelerin çoğunun, mekaniksel ortamı algıladıklarını ve buna uygun yanıtlar verdiğini açık bir şekilde ortaya koymuştur. Bu yanıtların bazıları; hücre içi iyon konsantrasyon değişimleri, hücre iskeletinin yeniden düzenlenmesi ve gen ekspresyonundaki değişikliklerdir. CHRISTOPHER M., Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 283: L503–L509, 2002

51 Akciğerlerdeki hangi hücrelerin, mekanik
sinyalleri biyolojik sinyallere dönüştürdüğüne ilişkin mekanizma, henüz tam olarak anlaşılamamıştır. CHRISTOPHER M., Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 283: L503–L509, 2002

52 Ventilatörden kaynaklanan yaralanmalar,
hava yolu epitelyum hücreleri zarar görmüş hastalar açısından, önemli bir problemdir. CHRISTOPHER M., Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 283: L503–L509, 2002

53 mekanik sinyal dönüştürücü olduğu, çeşitli
Hücre iskeletinin; mekanik sinyal dönüştürücü olduğu, çeşitli deneylerle ortaya konmuştur. CHRISTOPHER M., Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 283: L503–L509, 2002

54 Endotelyal hücrelerin mekanik uyarılarının,
reaktif oksijen radikalleri (ROS) oluşumuna neden olduğu, gösterilmiştir.

55 Akciğerlerdeki mekanik kuvvetler;
mekanik ventilasyon, egzersiz süresince ve astım, anfizem, sistik fibrozis gibi hastalıklarda önemli bir şekilde değişir.

56 Akciğerin Biyomekanik Modeli;
V: Akciğer hacmi, Po: Atmosfer Basıncı,Pa: Alveol Basıncı, Pp: Plevra Basıncı, R: Hava yollarında akışa karşı gösterilen Direnç, Pel = V/C (C: akciğer Kompliyansı), T: Alveol duvarındaki çekme gerilimi

57 Havayolu duvarında bulunan hücrelerin,
Hava yolunun solunum sürecinde şişmesi ve dolayısıyla genişlemesi, havayolu duvarında bulunan hücrelerde mekanik bir gerilimin oluşmasına neden olmaktadır.

58 Son yıllarda araştırıcıların çoğu,
akciğerlerin yanı sıra, havayolunda bulunan değişik hücrelerin işlevleri üzerine, mekanik gerilimin etkilerini araştırmaktadır.

59 Bu çalışmaların hemen, hemen tümü
fibroblastlar, düz kas hücreleri, endotelyal hücreler, epitelyal hücreler, akciğer hücreleri ve parenkimal hava yolları üzerine odaklanmışlar.

60 Akciğerlerdeki hücreler, mekanik kuvvetleri ne
tür bir mekanizma ile algılar? Bu kuvvetler, hücrelerin fenotipini veya işlevini nasıl değiştirir? Patofizyolojik bir durumun oluşumuna nasıl bir potansiyel oluşturur? gibi soruların cevapları henüz tam olarak aydınlatılmamıştır.

61 Bu sorulara karşın, mekanik faktörlerin akciğerlerde bulunan inflamator hücreler üzerine etkisine ise dikkat edilmemiştir.

62 Son zamanlarda ise, peryodik mekanik gerilimin, yapışkan insan eozinofilleri tarafından salgılanan, sisteinli lökotiren sentezini [C4(LTC4) ] değiştirme yeteneği araştırılmaktadır.

63 Lökotirenler arakinoik asitten elde edilen
ve uyarı sonrası eozinofillerden salınan ve hızlı bir şekilde sentezlenen lipid aracılardır.

64 LTC4 ve LTD4 ve LTE4 gibi türevleri,
astım patogenezinde önemli rol oynayan güçlü bronş daraltıcılar (bronchoconstrictors) ve astım gelişimini hızlandırıcı (proinflammator) aracılardır.

65 Mekanik uyarının, hava yollarındaki
inflamator hücre fonksiyonları üzerine büyük etkileri olabilir. Peryodik gerilim özellikle, hücre iskeleti ve hücre içi oksidan üretimi aracılığıyla, yapışkan eozinofillerin LTC4 sentezini engeller.

66

67

68

69 Su yüzeyi ile değmede bulunan bir gaz ortam, buharlaşma ile yoğunlaşma arasında bir denge kurulacak şekilde, bir miktar su buharı içerir.

70

71 Akciğerler, solunum işlevine aktif olarak katılmazlar, esneklik ve direnç özellikleri ile pasif yanıtlarda bulunurlar.

72 Göğüs kafesi iç yüzeyi ile akciğerlerin dışını çevreleyen plevra
Göğüs kafesi iç yüzeyi ile akciğerlerin dışını çevreleyen plevra zarları arasında bulunan plevra sıvısı, statik sürtünmeleri ortadan kaldırır ve akciğerler göğüs kafesi içinde serbestçe kayabilirler.

73 Kaburgalar arası dış kaslar (intercostalis externi), kaburga kemiklerine net dönme kuvvetleri uygulayarak, göğüs kafesinin öne ve yukarı doğru hareket etmesine ve böylece genişlemesine neden olur.

74 Diyaframın kasılması da göğüs kafesinin
genişlemesine yol açar.

75 Göğüs boşluğu genişlerken toraks içi ve plevra içi basınçlar düşer ve akciğerler de pasif olarak çekilir, dolayısıyla alveol hacimleri genişler (alveol içi basınç düşer).

76 Soluk alma sırasında kasların uyguladığı kuvvet
Akciğer ve toraksın esnek olarak şeklini değiştirir. Akciğer ve toraks dokularının sürtünmelerinin yenilmesini sağlar. Hareketli kütlelere ivme kazandırır.

77 Solunum sırasında, Sürtünmelere karşı yapılan iş ısı şeklinde kaybolur.

78 Esneklik kuvvetlerine karşı yapılan iş, göğüs ve akciğer dokularında potansiyel enerji şeklinde depolanır.

79 Normal bir soluk verme pasiftir ve soluk alma sırasında depolanmış potansiyel enerji ile sürdürülür.

80 Soluk verme sırasında, alveol hacimleri küçülür ve iç basınçları yükselir.

81 Yüksek tempoda soluk verirken, kaburgalar arası iç kaslar (intercostalis interni) ve karın kasları kasılarak aktif bir iş yapılır.

82

83 Alveollerin kapanma eğiliminde oluşları;
1. Kısmen çeperlerinin esnekliğinden kaynaklanır. 2. Kısmen de alveollerin içini sıvayan doku akışkanının yüzey gerilim kuvvetinden kaynaklanır.

84 Alveollerin kapanma eğilimleri, plevra boşluğunun atmosfere göre negatif olan
ölçü basıncı ile dengelenmeye çalışılır.

85 Sıvı bir ortam içindeki bir moleküle diğer moleküllerin uyguladıkları kuvvetlerin bileşkesi sıfırdır. Sıvı yüzeyinde bulunan moleküller sıvı yüzeyine dik, içeri yönelik bir kuvvet etkisinde kalırlar. Sıvılar dış yüzey alanlarını minimuma indirecek bir biçim almaya çalışırlar.

86

87 Yüzey gerilimi, sıvı yüzeyine teğet,
yüzeyde düşünülen herhangi bir çizgiye dik, birim uzunluk başına kuvvet boyutundadır. γ = F / 2b [N/m] yüzey gerilimi (surface tension)

88

89 Bir sıvının içinde yabancı maddelerin
bulunması, yüzey gerilimini değiştirebilir.

90 Suya NH40H eklenmesi yüzey gerilimini arttırır,
KOH eklenmesi azaltır.

91 Sabun köpüğü gibi iki yüzü de gaz fazı ile temasta bulunan bir kabarcıkta, yüzey gerilim kuvvetleri kabarcık hacmini küçültmeye çalışır. Kabarcık içi trasmüral basınç (Pt =Piç-Pdış) artarak denge kurulur.

92 Denge durumu için, r küresel kabarcığın yarıçapı olmak üzere Pt = 4 γ/ r olduğu gösterilmiştir.
Gaz ortam içindeki bir sıvı damlası veya sıvı ortam içinde bir gaz kabarcığı olduğunda sıvı veya gaz kabarcığının temas ettiği bir yüzü bulunduğundan ötürü yukarıda ki bağıntı Pt = 2 γ / r olur.

93 Yüzey gerilimi ve yüzey gerilimi katsayısı
bir sıvı için karakteristiktir.

94 Yarıçapları aynı olan iki kabarcık düşünelim;
Transmüral basınç bağıntılarına göre, yüzey gerilimi büyük olanı dengelemek için daha büyük trasmüral basınç gerekecektir. Şimdi de, yüzey gerilimi aynı, yarıçapları farklı iki kabarcık düşünelim; Bu durumda, yarıçapı küçük olanda dengeyi sağlamak için daha büyük transmüral basınç gerekecektir.

95 Eğer sabun köpüğü kabarcıkları aşağıda gösterildiği gibi
paralel bağlanırsa; yüzey gerilimleri aynı olan bu iki kabarcıktan yarıçapı küçük olanda dengeyi sağlamak için gerekli transmüral basınç daha büyük olacaktır. Yukarıda görüldüğü gibi yüzey geriliminden ötürü küçük kabarcık büzülmeye başlayınca küçük yarıçaplıdan büyük olana doğru bir gaz akışı gerçekleşir ve küçük yarıçaplı tamamen büzülür.

96 Alveollerin iç yüzeyini sıvayan mukoz doku
akışkanının yüzey gerilimi 0,050 N/m dir.

97 Normal soluk alma sırasında alveol içi ölçü basıncı Palv= -0,4 kPa
Soluk alma sırasında bir alveol çapının 50 µm den 100 µm ye çıktığını düşünelim. Yüzey gerilimine rağmen bu alveolün genişleyebilmesi için, alveol çeperlerine ait transmüral basıncın en az, Pt=Palv-Ppl = 2 γ /r = / = 2000Pa = 2kPa(15mmHg) olması gerekir. Normal soluk alma sırasında alveol içi ölçü basıncı Palv= -0,4 kPa ( -3 mm Hg) dir. Plevra boşluğuna ait ölçü basıncı P pl = Palv - Pt = -2.4 kPa (-18 mm Hg) olmalıdır. Plevra boşluğundaki ölçü basıncı gerçekten negatiftir, ancak rahat soluk almada deneysel olarak P pl = kPa ( -4 mm Hg) olarak ölçülmektedir. dolayısıyla, Pt = Palv -P pl = (-0.5) = kPa ( 1 mm Hg) kadardır. elde edilen 0. 1 kPa veya 1mmHg lik değer yüzey gerilim tartışmasına göre gerekenin (2kPa) çok altındadır.

98 Alveollerin birbirilerine paralel bağlı,
yarıçaplarının genellikle farklı ve alveollerin içini sıvayan doku akışkanının yüzey geriliminin de aynı olduğu düşünülürse, yukarıdaki tartışmaya göre küçük alveollerin tümünün kapanması gerekir. Fakat gerçekte böyle bir durum, söz konusu değildir.

99 Alveoller surfactant adı verilen lipoprotein
yapısında bir madde salgılar ve soğurur.

100 Surfactant’ın etkisi, alveol yüzey genişliğine bağlıdır.
Surfactant, alveol yarıçapı küçük iken alveol yüzeyinde daha yoğun bulunur ve bundan ötürü doku akışkanının yüzey gerilimi küçülür. Alveol çapı büyüdüğünde, yüzeydeki surfactant konsantrasyonu azalır ve surfactant‘ın yüzey gerilimini küçültücü etkisi azalır.

101 Bütün bunların sonucu olarak,
farklı yarıçaplı alveoller kararlı olarak kalabilmektedirler.

102

103 Fuy= FeyI+ Fsür+ Fesn= m d2x /dt2 + dx/dt + kx
Eylemsizlik, sürtünme ve esneklik gibi öğeler içeren bir sistem bir Fuy kuvveti etkisinde kaldığında, sistemde bu kuvvete eşit tepki kuvvetleri doğar. Fuy= FeyI+ Fsür+ Fesn= m d2x /dt2 + dx/dt + kx

104 Dış solunum sistemine karşılık yukarıdaki mekanik modelde yürütücü etki olarak pompaların ortaya çıkardığı basınç farkını (Puy=Pağız -Pplevra), yanıt olarak da alveollerin hacim değişimlerini alabiliriz.

105 Puy =Peyl + Psür + P esn= I . d2V/dt2 + R . dV/dt + 1/C . V
I = Hareket eden kütlelere bağlı bir eylemsizlik parametresi. R = Dokular arası sürtünmeler, dokuların iç sürtünmelerinden ve hava yollarındaki sürtünmelerden kaynaklanan dirençlerin toplamı. C =Akciğer -göğüs kompliyansı

106 Sisteme uygulanan yürütücü etki,
Pağız ve Pplevra basınçları ölçülerek belirlenebilir.

107 Plevra içi basıncın ölçülmesi için plevra zarları arasına çok küçük hacimde bir miktar hava veya sıvı enjekte edilerek, manometreye bağlı bir iğneyle bu bölgeye girilir.

108 Yemek borusu (özofagus) iç basıncı plevra içi basınca her zaman eşittir.
Bundan ötürü balonlu bir kateter aracılığıyla özofagus içi basıncın ölçülmesi ile de plevra içi basınç belirlenebilir.

109 Uygulanan sabit bir etkinin süresi uzatılırsa, zamanla değişimlerin önemsiz1eştiği, gaz akışının olmadığı ve Puy= 1 / C .V şeklinde yazılabilen kararlı bir duruma ulaşılabilir.

110 Kararlı durumda yürütücü etki olan uygulanan basınç (Puy), akciğer-göğüs sisteminin o hacim de iken oluşturdukları geri çağırıcı kuvvetlere eşittir.

111 Kompliyansı deneysel olarak belirlemek için,
hacim istemli ve basamaklı olarak arttırılır ve ölçülür. Sırasıyla; Hava giriş yolları kapatılarak kaslar gevşetilir. Bu durumda ölçülen Palv ve Ppl arasındaki fark(Pt), bu yeni hacme ulaşmak için gerekli etkiye (Puy) karşılık gelir. Kararlı durumlar arasındaki hacim farkları basınç farklarına oranlanarak, C =∆V / ∆P den akciğer-göğüs sisteminin kompliyansı belirlenir.

112 Akciğer - göğüs kompliyansı normalde 1.8-2.7 cm3/Pa arasındadır.
Kompliyansla ilgili işlemler, elektrikteki kondansatörlerle ilgili işlemlere benzer.

113 İki akciğer paralel bağlı olduklarından ötürü, akciğerlerin eşdeğer kompliyansı, iki akciğerin kompliyansları toplamına eşittir. Göğüs (Cg) ve akciğer (Ca) kompliyansları seri bağlı olduklarından, tüm solunum sisteminin eşdeğer kompliyansı; 1 / C = 1 / Ca + 1 / Cg olur.

114 Solunum sisteminde yürütücü etki (Puy) içinde ivme verici bileşenin (Peyl) payının % 5 den küçük olduğu saptanmıştır. Bu yüzden Puy bağıntısında Peyl ihmal edilebilir.Bu durumda; Puy= R dV/dt + 1 / C .V olur.

115 Solunum sisteminde direncin % 20 si doku direncinden, % 80 i ise hava yolları direncinden kaynaklanır. Solunum yollarındaki silindirik bir akış yolu için, girdapsız ve düzgün akış koşullarında Poiseuille yasası geçerlidir. Yani debi, basınç düşmesi ile orantılıdır.

116 ∆P direnç= R dV/dt = (8 )1 /  r4) dV/dt
Akış direncini belirleyen parametreler içinde yarıçap önemlidir. Soluk alma sırasında bronş ve bronşivel çaplarındaki küçük artmalar direnci oldukça düşürür. Hava yollarının direnci ortalama 0.2 kPa.s / l dır.

117 Mekanik solunum sistemi modelini dikkate alarak, yürütücü etkinin basamaklı olarak aniden
Puy = sabit bir değer olduğunu ve bu değerde kaldığını varsayalım. Bu durumda direnç nedeni ile alveol içi hacim ve basınç kararlı durum değerlerine aniden değil, bir kondansatörün bir direnç üzerinden dolarkenki yük ve potansiyel değişimleri gibi, ağır ağır yaklaşır.

118 Valv =Puy. C ( 1 - e-t/RC) =Vo (1 - e-t/RC)
Zaman sabiti,  = R.C şeklinde direnç ve kompliyansın çarpımına eşittir ve aynı zamanda alveol içi basıncın etki basıncının % 63'üne ulaşması için gereken süreye karşılıktır. Belirli bir yürütücü etkinin(P uy) uygulama süresi yeterince uzun olursa, akciğerlere girecek hava, Valv =Puy. C ( 1 - e-t/RC) =Vo (1 - e-t/RC) bağıntısı gereği kompliyansa bağlıdır.

119 Kararlı hacim değerine ulaşma çabukluğu ise  =R
Kararlı hacim değerine ulaşma çabukluğu ise  =R.C bağıntısına göre hem kompliyansa hem de dirence bağlıdır.

120

121 Etki uygulama (soluk alma) süresinin kısa olması halinde, akciğer basınç ve hacminin ulaşabildiği kararlı durum değerlerine ve bu değerlere ulaşma çabukluğunda direnç ve kompliyansın her ikisi de etkilidir.

122 Gerçekte akciğer, bir alveole karşılık tutulabilen seri bağlanmış bir direnç ve bir kompliyanstan oluşmuş birimlerin bir çoğunun paralel bağlanmaları ile oluşmuştur. Böyle bir sistemin her bir birimine giren hava miktarı o birimin direncine, kompliyansına ve etkinin uygulama süresine bağlıdır.

123

124 Solunum yollarında akışın girdaplı olması halinde Poiseuille yasası geçerliliğini yitirir.
Aynı debinin sağlanması için gerekli basınç farkı ve dolayısı ile hava yollarının direnci artar.

125 Düzgün akışta akış direnci, Poiseuille yasası’na göre debiden bağımsız iken, girdaplı akışta debiye bağlıdır.

126 Rahat bir soluk alma sırasında solunum yollarının doğrusal kesimlerinde akış düzgündür.

127 Solunum yollarının dallanmaları sırasında, yarıçap küçülürken toplam kesitin artması nedeni ile, hız da azalır.

128 Yarıçapın ve hızın küçülmesi Reynold sayısını (Re =v r /) küçülteceğinden, dallanmalarla hıza bağlı girdaplı akış olasılığı azalır.

129 Girdaplı akış, dallanma yerlerindeki yansımalarla ortaya çıkabilir.

130 Solunum yollarında girdaplı akışlar sırasında ses duyulur.

131 Rahat soluk alıp verirken hava yollan direncinin % 50 kadarı bir filtre sistemi olan burundan kaynaklanmaktadır. Yüksek tempoda solumada ise ağız da açılınca, üst solunum yollarının toplam direnç içindeki payı % 25 dolaylarına inmektedir.

132

133 Plevra basıncının (Ppl - Pağız) zamanla değişiminin, akciğer hacim değişimiyle orantılı olmamasının nedeni direnç faktörüdür.

134 W = Puy . dV = Pesnek.dV + Pdirenç . dV şeklinde yazılabilir.
Uygulandığı sistemde, kendi doğrultusunda çok küçük dx kadar yer değiştirmeye neden olan bir kuvvetin yaptığı iş ; dW=F. dx kadardır. Benzer şekilde bir P basıncı etkisinde dV kadar hacim değişimi oluyor ise, yapılan iş ; dW =P .dV olur. Solunum sisteminde, eylemsizlik terimleri ihmal edilirse, hacim değişimleri sırasında yapılan W = Puy . dV = Pesnek.dV + Pdirenç . dV şeklinde yazılabilir.

135 Commercial Spirometers