arama

Nefesin Fizyolojisi: Nasıl Nefes Alıyoruz?

Nefes alıp verme sırasında çok sayıda kas birlikte görev yapar. Bu kasların görevlerine ek olarak çok sayıda mekanik faktör de solunum işleminin sürdürülmesinde büyük etkiye sahiptir. Nasıl nefes aldığımızı gelin birlikte inceleyelim.
  • paylaş
  • paylaş
  • paylaş
  • paylaş
  • paylaş
  • Nedim Kurt Nedim Kurt

⌛ Reading time: 27 minutes

Yayınlanma Tarihi: 1 Haziran 2019 12:27

📝 Yazar: Nedim Kurt ✅ Editör: Aysuda Ceylan

Sağlıklı olan tüm insanların, doğumuyla başlayıp ölümünde son bulan ortak bir eylemi vardır; nefes alıp vermek, solunumu gerçekleştirmek. Solunumun amacı, dokulara oksijen sağlamak ve karbondioksidi dokulardan uzaklaştırmaktır. Bu amacı gerçekleştirirken, solunum dört büyük fonksiyonel olaylar dizisi halinde bölümlenebilir:

  • Havanın atmosfer ve akciğer alveolleri arasında içe ve dışa akımı, akciğer ventilasyonu.
  • Alveoller ile kan arasında oksijen ve karbon dioksidin difüzyonu.
  • Gerekli oksijeni hücrelere taşımak ve oluşan karbon dioksidi hücrelerden uzaklaştırmak üzere kanda ve vücut sıvılarında oksijen ve karbon dioksit taşınması.
  • Solunum regülasyonu ve solunumun diğer yönleri.

SOLUNUM MEKANİĞİ / Akciğeri Genişleten ve Daraltan Kaslar

Solunum olayını iyi kavrayabilmek için sürece etkili olan mekanik kuvvetleri de bilmek gereklidir.
Akciğerler, göğüs boşluğunu dikine olarak uzatan veya kısaltan diyaframın aşağı-yukarı hareketiyle ve göğüs boşluğunun ön-arka çapını artıran ve azaltan kaburgaların yukarı-aşağı hareketiyle olmak üzere iki yolla genişleyebilirler ve büzülebilirler.
Normal sakin solunum, yukarıda belirtilen iki mekanizmadan tamamen birincisiyle; yani diyaframın hareketi ile gerçekleşmektedir. İnspirasyon (nefes alma) sırasında diyaframın kasılması akciğerlerin alt bölümlerini aşağıya doğru çeker. Bunu takip eden ekspirasyonda (nefes verme) diyafram gevşer; akciğerlerin göğüs çeperinin ve karın dokularının elastik büzülme yetenekleri akciğerleri sıkıştırır. Ancak şiddetli solunum sırasında elastik kuvvetler gerekli hızda ekspirasyon meydana getirecek güçte değildir. Bunun için gerekli olan fazladan güç, esas olarak karın kaslarının kasılmasıyla beraber karın organlarının diyaframı alttan yukarı doğru itmesiyle elde edilir.
Akciğerleri genişleten ikinci mekanizma göğüs kafesinin yukarı doğru kaldırılmasıdır. Kaburgalar doğal istirahat durumunda sternumu (göğüs bölgesinde bulunan bir kemik; halk arasında “iman tahtası) geriye; omurgaya yaklaştıracak şekilde aşağı doğru eğimlidirler. Göğüs kafesi yükseldiği zaman kaburgalar, sternumu omurgadan öne doğru uzaklaştıracak şekilde düzleşirler. Böylece maksimal inspirasyonda göğüs kafesinin arkadan öne doğru çapı ekspirasyondaki çapın yüzde 20‘si kadar artar. Bu yüzden göğüs kafesini yükselten kaslar inspirasyon kasları; aşağı çeken kaslar da ekspirasyon kasları olarak sınıflandırılırlar. Göğüs kafesini yükselten en önemli kaslar, eksternal (dış) interkostal kaslardır fakat aynı zamanda sternumu yukarı doğru kaldıran sternocleidomastoid kaslar, kaburgaların çoğunu yukarı kaldıran m. serratus anterior ve ilk iki kaburgayı yukarı kaldıran m. scaleni, göğüs kafesini yükselten diğer yardımcı kaslardır.
Ekspirasyon sırasında göğüs kafesini aşağı doğru çeken kaslar alt kaburgaları aşağı doğru çekmede ve aynı zamanda diğer abdominal kaslarla birlikte karın içi organları yukarıya, diyaframa doğru sıkıştırmada etkili m. rectus abdominalis ve internal (iç) interkostal kaslardır. Ekspirasyonda, kaburgalar arkadan öne; aşağı doğru bir açı yapar ve eksternal interkostal kaslar öne ve aşağı doğru uzanırlar. Bu kaslar kasıldıklarında, üst kaburgaları alt kaburgalara göre öne doğru çekerler. Bu hareket, kaburgaları bir kaldıraç gibi yukarı doğru yükselterek inspirasyona neden olur. Internal interkostal kasların kaburgalar arasındaki açısı zıt yöndedir. Bu nedenle inspirasyondakinin tersine; kaldıraç gibi kaburgaları aşağıya çekmek suretiyle ekspirasyon kasları olarak görev yaparlar.

Akciğerlerde Havanın İçe/Dışa Hareketi ve Buna Neden Olan Basınçlar

Akciğerler, şişmiş durumda kalmasını sağlayacak bir kuvvet olmadığı sürece bir balon gibi kollabe (tonus kaybı) olacak ve içindeki havayı tamamen trakea yoluyla dışarı boşaltacak elastik bir yapıdadır. Mediastende hilumundan asıldığı yer dışında akciğer ile göğüs kafesinin duvarı arasında hiçbir bağlantı da bulunmamaktadır. Bunun yerine, akciğerler göğüs boşluğunda hareketlerini kolaylaştıran ince bir plevral (zarla ilişkili halinde) sıvı tabakası ile çevrelenmiş bir halde, tam anlamıyla göğüs boşluğunda yüzmektedirler. Üstelik fazla sıvının devamlı lenfatik kanallara emilmesi, akciğer plevrasının viseral yüzü ve toraks boşluğunun pariyetal plevra yüzü arasında hafif bir emme basıncı oluşturur. Bu yüzden iki akciğer, göğüs boşluğu genişledikçe ve daraldıkça kaygan bir ortamda serbestçe kayma dışında göğüs duvarında sanki yapıştırılmış gibi durmaktadır.

Plevral basınç, akciğer plevrası ve göğüs çeperi plevrası arasındaki dar alanda bulunan sıvı basıncıdır. Yukarıda belirtildiği gibi, bu basınç, normalde hafif emici yani hafif negatif bir basınçtır. Insipirasyonun başlangıcında normal plevra basıncı – 5 cm su civarındadır ve bu basınç, akciğerlerin istirahat durumunda açık kalması için gerekli emme basıncını oluşturur. Daha sonra normal inspirasyon sırasında göğüs kafesinin genişlemesi, ortalama -7,5 cm suya kadar düşen daha negatif bir basınç yaratır ve gittikçe artan bir kuvvet ile akciğerlerin yüzeyini çeker. Bunu takip eden ekspirasyon sırasında olaylar tamamen tersinedir

Alveoler basınç, akciğer alveollerinin içindeki basınçtır. Glottisin (bir kapak) açık olduğu ve akciğerlerden içeri veya dışarı hiçbir hava akımının olmadığı durumda, solunum ağacının tüm bölgelerinde ve alveollere giden tüm yollardaki basınçlar atmosfer basıncına eşittir ve 0 cm H20 basıncı olarak değerlendirilir. İnspirasyonda havanın içe doğru akışını sağlamak üzere, alveollerdeki basınç atmosfer basıncından hafifçe daha düşük bir düzeye inmelidir. Bu zayıf negatif basınç 2 saniyelik inspirasyon sırasında yaklaşık 0,5 litre havanın akciğerlere girmesi için yeterlidir. Ekspirasyonda tam tersine değişiklikler meydana gelir. Alveoler basınç +1 cm su kadar yükselir ve bu basınç inspirasyonda alınan 0,5 litre havayı, 2 veya 3 saniyelik ekspirasyon süresince akciğerlerden dışarıya atar. Anlatıldığı üzere, alveoler ve plevral basınçlar arasındaki basınç farkı görülmektedir. Bu basınç farkına transpulmoner basınç adı verilir. Bu, alveoller ve akciğerlerin dış yüzü arasındaki basınç farkıdır ve akciğerlerde büzülme basıncı olarak adlandırılan ve genişleyen her bölgede akciğerleri kollapsa (akciğerin parankimasının zayıflaması, pnömotoraks; akciğer solgunluğu ve yetersizliği) yönlendiren elastik kuvvetlerin bir ölçüsüdür.

Akciğerlerin Kompliyansı

Transpulmoner basınçtaki her birim artışa karşı akciğerlerin genişleme derecesine kompliyans adı verilir. Ortalama erişkin bir insanda, her iki akciğerde birden, normal total kompliyans yaklaşık 200 ml/cm su basıncıdır. Bu, transpulmoner basıncın 1 cm su artması ile akciğerlerin 200 ml genişlemesi demektir. Akciğer kompliyansının özellikleri, akciğerlerin elastik kuvvetleriyle belirlenmektedir. Bu kuvvetler iki bölüme ayrılabilir:


1- Bizzat akciğer dokusunun elastik kuvvetleri.
2-
Alveol ve akciğerlerin diğer hava boşluklarının duvarlarının iç yüzeyini kaplayan sıvının yüzey gerimi ile oluşan elastik kuvvet.


Akciğerlerin elastik kuvvetleri esas olarak, akciğer parankimi içinde bulunan elastin ve kollajen liflerle sağlanır. Havası boşalmış akciğerlerde bu lifler, elastik olarak kasılmış ve yumak halini almıştır; akciğerler genişlediği zaman açılır ve gerilirler. Böylece boyları uzar fakat normal durumlarına dönmek için hala elastik bir kuvvet oluştururlar. Yüzey gerimi ile oluşan elastik kuvvetler çok daha karmaşıktır. Bununla beraber, normal akciğerlerde yüzey gerimi, total elastik kuvvetlerin yaklaşık 2/3‘ünden sorumludur. Yüzey geriminin önemi, hava ve fizyolojik serumla doldurulan akciğerlerin kompliyanslarının karşılaştırıldığı bir deney ile anlaşılabilir. Hava ile doldurulduğunda, alveolar sıvı tabakası ve alveollerdeki hava arasında bir etkileşim vardır. Akciğerin fizyolojik serumla doldurulması durumunda, hava-sıvı etkileşimi söz konusu değildir; bu yüzden yüzey gerim etkisi bulunmamaktadır. Fizyolojik serumla dolu akciğerde sadece doku elastik kuvvetleri etkilidir
Hava ile dolu akciğerleri genişletmek için gerekli transpulmoner basınçların, fizyolojik serumla dolu akciğerleri genişletmek için gerekli basınçlardan yaklaşık üç kat daha yüksek olduğu belirtilmektedir. Böylece, hava ile dolu akciğerlerde büzülmeye neden olan toplam akciğer elastikiyetinin 1/3‘inden doku elastik kuvvetlerinin; buna karşı 2/3‘ünden yüzey gerim kuvvetlerinin sorumlu olduğu sonucuna varılır. Ayrıca akciğerlerin yüzey gerim elastik kuvvetleri, ”surfaktan“ denilen bir maddenin alveoler sıvıda bulunmaması durumunda büyük ölçüde değişir. Bu yüzden surfaktan ve yüzey gerim kuvvetleri ile ilişkisini incelememiz gereklidir.

”Surfaktan“ ,Yüzey Gerimi ve Akciğerlerin Kollapsı

Su, hava ile bir yüzey oluşturduğunda suyun yüzeyindeki moleküller birbirlerine karşı kuvvetli bir çekime sahiptirler. Bunun sonucu olarak, su yüzeyi her zaman büzülme eğilimindedir. Bu, yağmur damlalarını bir arada tutan şeydir. Yani yağmur damlasının tüm yüzey çevresinde su moleküllerinden oluşan sıkı bir kontraktil zar bulunmaktadır. Şimdi bu prensiplerin aksini düşünelim ve alveollerin iç yüzeylerinde ne olduğunu görelim: Burada da su yüzeyi daima büzülmeye meyleder. Bu, havayı bronşlar yoluyla alveollerin dışına itmeye zorlar ve bu sırada alveollerin (ve akciğerlerde diğer hava boşluklarının) kollabe olmasına neden olur. Bu olay akciğerlerdeki tüm hava boşluklarında meydana geldiği için, sonuçta akciğerlerin tamamında yüzey gerim elastik kuvveti denilen bir elastik kasılma kuvvetine neden olur.


Surfaktan, bir sıvının yüzeyi üzerine yayıldığı zaman yüzey gerimini önemli derecede azaltan bir yüzey aktif ajandır; alveollerin yüzey alanının yaklaşık yüzde 10’unu oluşturan, surfaktan salgılayan özel epitel hücreleri tarafından salgılanır. Bu hücreler, lipit partiküller içeren granüler hücrelerdir. Tip II alveoler epitel hücreler olarak adlandırılırlar. Surfaktan, birçok fosfolipit, protein ve iyonlar içeren kompleks bir karışımdır. En önemli bileşeni fosfolipit dipalmitoilfosfatidilkolin, surfaktan apoproteinleri ve kalsiyum iyonlarıdır. Daha az önemli birçok fosfolipit içinde, dipalmitoilfosfatidilkolin yüzey geriminin düşürülmesinden sorumludur. Her fosfolipit molekülünün bir kısmı hidrofiliktir ve alveolleri çevreleyen sıvıda erir. Buna karşın, molekülün lipit kısmı hidrofobiktir ve havayla temasta olduğu yerde hidrofobik bir yüzey oluşturarak havaya doğru yönlenmiştir. Bu yüzey, saf suyun yüzey geriminin 1/12 ila 1/2‘sine sahiptir. Farklı oranda su içeren sıvıların yüzey gerim değeri birim olarak yaklaşık şu şekildedir; saf su için, 72 din (dyn)/cm, alveolleri çevreleyen ancak surfaktan içermeyen normal sıvı için 50 din (dyn)/cm, normal miktarlarda surfaktan içeren alveoler sıvı için 5-30 din (dyn)/cm arasındadır.
Eğer akciğerlerin hava boşluklarından dallanan hava yolları kapanırsa, boşlukların büzülmesine yol açan yüzey gerimi, alveollerde havayı dışarıya doğru iten pozitif bir basınç yaratacaktır. Küresel bir hava boşluğunda bu şekilde oluşan basıncın miktarı aşağıdaki formülden hesaplanabilir:

Basınç= 2 X Yüzey Gerimi / Alveolün Yarıçapı

Yaklaşık 100 mikrometre yarıçaplı ve normal surfaktan ile kaplanmış ortalama boyutta bir alveol için, oluşan basınç 4 cm su basıncı (3 mm Hg) olarak hesaplanır. Eğer alveoller saf su ile kaplı ise bu değer 18 cm su basıncı olarak hesaplanacaktır. Böylece surfaktanın akciğerleri genişlemiş halde tutmak için gerekli transpulmoner basınç miktarını azaltmada ne kadar önemli olduğu ortaya çıkar. Yukarıdaki formülden, alveollerde meydana gelen kollaps basıncının alveol yarıçapı ile ters orantılı olduğu görülmektedir. Bunun anlamı, alveoller küçüldükçe kollaps basıncının büyüyeceğidir. Böylece, alveollerin normal yarı çapının yarısına sahip olması durumunda (100 yerine 50 mikrometre olduğunda) kollaps basıncı daha önce belirtilenin iki katı olacaktır. Bu durum, özellikle alveollerin çoğunun normalin 1/4‘ünden daha küçük yarıçapa sahip olduğu küçük prematüre bebeklerde önemlidir. Üstelik, normal olarak, surfaktanın alveoller içine sekresyonu, gebeliğin 6. ve 7. aylar arasına kadar, hatta bazı bebeklerde bundan daha sonra bile, başlamaz. Buna bağlı olarak, çoğu prematüre bebeklerin alveollerinde çok az veya hiç surfaktan bulunmaz ve bu bebeklerin akciğerleri bazen normal erişkine göre altı ila sekiz kat daha fazla oranda aşırı büzülme eğilimi gösterir. Bu duruma, yenidoğanın sıkıntılı solunum sendromu adı verilmektedir. Uygun biçimde, özellikle sürekli pozitif basınçlı solunum uygulanarak, dikkatle tedavi edilmezse ölümle sonuçlanır.

Solda görülen fotoğraftaki sağ akciğer
(biz şu an karşıdan bakıyoruz) sönmüş durumdadır. İçeri takılmış olan göğüs tüpü ile basıncın dengelenmesi amaçlanmaktadır.

Akciğer Genişlemesi Üzerine Göğüs Kafesinin Etkisi

Göğüs kafesi akciğerlerinkine benzer şekilde kendine özgü elastik ve viskoz özelliklere sahiptir. Hatta göğüste akciğerler bulunmasa bile göğüs kafesini genişletmek için kas kuvveti gerekirdi. Tüm solunum sisteminin kompliyansı (akciğerler ve göğüs kafesi birlikte) tamamen gevşemiş veya paralize (felç) bir kişinin akciğerlerinin genişlemesi sırasında ölçülür. Bunu yapmak için, akciğer basınç ve hacimleri kaydedilirken bir miktar hava akciğerlere gönderilir. Tüm solunum sistemini şişirmek için gerekli basınç aynı akciğerleri göğüs kafesinden çıkardıktan sonra şişirmek için gerekli basıncın hemen hemen iki katı kadardır. Bu yüzden akciğer-göğüs sisteminin birlikte kompliyansı tek başına akciğerlerininkinin yarısı kadardır. Tek başına akciğerler için 200 ml/cm ile karşılaştırıldığında, sistemin birlikte kompliyansı 110 mililitre/cm sudur. Üstelik akciğerler büyük hacimlere genişlediği veya çok düşük hacimlere büzüldüğünde göğüs kafesinin sınırlaması aşırı derecede artar; bu sınırlara yaklaşıldığında akciğer-toraks sisteminin birlikte kompliyansı tek başına akciğerlerinkinin 1/5‘ine kadar düşebilir.

Akciğer Hacim ve Kapasiteleri

Akciğer ventilasyonunun incelenmesinde basit bir yöntem olan spirometri, akciğerlere giren ve çıkan hava hacimlerinin kaydedilmesidir. Tipik basit bir spirometre, bir su kabının üzerine ters çevrilmiş ve bir ağırlık ile dengelenmiş bir silindirden oluşur. Silindirde solunum gazı, genellikle hava veya oksijen bulunur ve bir boru ağız ile gaz kamarasını birbirine bağlar. Kişi bu gaz kamarasından soluk alır veya kamaraya soluk verirse silindir yükselir veya alçalır ve uygun hareketler bir kimograf üzerine kaydedilir.



1- Soluk hacmi (tidal volüm) her normal solunum hareketi ile akciğerlere alınan veya akciğerlerden çıkarılan hava hacmidir, miktarı ortalama 500 ml kadardır.
2- İnspirasyon rezerv hacmi, normal soluk hacminin üzerine alınabilen fazladan soluk hacmidir; aşağı yukarı 3000 ml‘ye eşittir.
3- Ekspirasyon rezerv hacmi, normal bir ekspirasyon hareketinden sonra, zorlu bir ekspirasyonla fazladan çıkarılabilen hava hacmidir; bunun değeri normal olarak 1100 ml civarındadır.
4- Rezidüel (tortu/atık) hacim, en zorlu ekspirasnyondan sonra akciğerlerde kalan hava hacmidir. Bu hacim yaklaşık 1200 ml kadardır


Solunum döngüsünde olayları tanımlarken, bazen yukarıdaki hacimlerin iki ya da daha fazlasının birlikte değerlendirilmesi gerekebilir. Böyle kombinasyonlar akciğer kapasiteleri olarak adlandırılır.


1- İnspirasyon kapasitesi; soluk hacmi ile inspirasyon rezervinin toplamına eşittir. Bu bir kişinin, normal ekspirasyon düzeyinden başlayarak, akciğerlerin maksimum olarak gerilmesine kadar inspirasyonla alınabilen (yaklaşık 3500 ml) hava hacmidir.
2. Fonksiyonel rezidiüel kapasite; ekspirasyon rezervi ile rezidüel hacmin toplamına eşittir. Bu normal ekspirasyonun sonunda akciğerlerde kalan (yaklaşık 2300 ml) hava miktarıdır.
3. Vital kapasite; inspirasyon rezervi hacmi, soluk hacmi ve ekspirasyon rezervlerinin toplamına eşittir. Bu, kişinin akciğerleri maksimum düzeyine kadar doldurduktan sonra, maksimal bir ekspirasyonla akciğerlerden çıkarabildiği (yaklaşık 4600 ml) hava miktarıdır.
4. Total akciğer kapasitesi; akciğerlerin, mümkün olan en geniş inspirasyon hareketi ile gerilmesinden sonraki (yaklaşık 5800 ml) maksimum hacmidir. Bu hacim, vital kapasite ile rezidüel hacmin toplamına eşittir. Tüm akciğer hacim ve kapasiteleri, kadınlarda erkeklerdekiııden yüzde 20-25 daha düşüktür; iri ve atletik kişilerde, küçük ve zayıf kişilerdekinden daha yüksektir.


ALVEOLER VENTİLASYON

Pulmoner ventilasyon sisteminde en önemli faktör akciğerlerin pulmoner damarlara yakın gaz değişiminin yapıldığı bölgelerinde havanın devamlı yenilenmesidir. Bu bölgeler, alveoller, alveol keseleri, alveol kanalları ve respiratuvar bronşiyolleri kapsamaktadır. Bu bölgelere yeni havanın ulaşma hızına alveoler ventilasyon denir. Bununla beraber normal sakin solunum sırasında, soluk hacmindeki hava, terminal bıonşiyollere kadar olan solunum yollarını doldurur, yani inspire edilen havanın çok küçük bir bölümü alveollere ulaşabilir. Bu yüzden, yeni havanın terminal bronşiyollerden alveollerin içine kadar olan kısa mesafeyi nasıl geçtiği sorusu akla gelir. Cevap, difüzyondur. Difüzyon, moleküllerin kinetik hareketi ile oluşur. Her gaz molekülü diğer gaz molekülleri arasında hızla hareket eder. Solunum havasındaki gaz moleküllerinin hareket hızı, çok yüksektir ve terminal bronşiyolleıden alveollere olan mesafe çok kısadır, gazlar geri kalan mesafeyi saniyenin bölümü içinde aşarlar.

Ölü Boşluk ve Alveoler Ventilasyon Üzerine Etkisi

Kişinin soluduğu havanın bir kısmı gaz değişiminin meydana geldiği bölgelere ulaşamaz, onun yerine burun, farinks ve trakea gibi, gaz değişiminin meydana gelmediği havayollarını doldurur. Bu havaya gaz değişim olaylarında kullanılmadığı için ölü boşluk havası denir; gaz değişiminin olmadığı hava yollarına da ölü boşluk adı verilmektedir. Eksprasyonda alveollerden gelen hava atmosfere ulaşmadan önce ilk olarak bu ölü boşluktaki hava çıkarılır. Bu yüzden ölü boşluk, ekspirasyon gazlarının akciğerlerden çıkarılmasında bir dezavantaj oluşturur.
Ölü Boşluk Hacminin Ölçülmesi: Ölü boşluk hacminin ölçülmesinde basit bir yöntem kullanılabilir. Bu ölçümü yapmak için, denek hızla oksijenden derin bir nefes alır. Böylece ölü boşluk tamamen oksijenle dolar. Bir kısım oksijen alveol havasına karışmakla birlikte, tamamen alveol havasının yerini almaz. Sonra, şahıs hızla nitrojen kaydı yapan alete ekspirasyon yapar. Ekspirasyon havasında çıkarılan nitrojen derhal belli olur. Ekspirasyonla çıkarılan havanın ilk bölümü, tamamen oksijenle dolmuş ölü boşluktan kaynaklanır. Bu yüzden nitrojen kaydının erken dönemlerinde, yalnızca oksijen görülmekte olup, bu sırada nitrojen konsantrasyonu sıfırdır. Daha sonra alveol havasından gelen nitrojen alete erişir ve nitrojen konsantrasyonu hızla yükselir. Çünkü alveoler havada bulunan bol miktarda nitrojen, ölü boşluktaki havayla karışmaya başlamıştır. Bundan sonra da ekspirasyonla hava çıkmaya devam eder, böylece ölü boşluk havası tümüyle solunum yolundan dışarı atılır ve sadece alveoler hava kalır. Normal ölü boşluk havası genç erişkinde 150 ml kadardır. Bu değer, yaşla hafif artış gösterir.
Anatomik ve Fizyolojik Ölü Boşluk: Biraz önce ölü boşluğun ölçülmesinde tanımlanan yöntem, gaz değişiminin yer aldığı bölüm dışında, solunum sisteminde bütün alanların hacmini kapsar, buna anatomik ölü boşluk adı verilir. Fakat bazen, alveollerin bir bölümü fonksiyonel durumda olmayabilir ya da bu alveollere bitişik pulmoner kapillerlerde kan akımının hiç olmaması veya çok zayıf olması nedeniyle kısmen fonksiyon yaparlar. Bu koşullarda bu alanlar da ölü boşluk gibi kabul edilir. Sonuç olarak, fizyolojik ölü boşluk; anatomik ölü boşlukla, alveoler ölü boşluğun toplamına eşittir diyebiliriz. Normal şahıslarda, akciğerlerde bütün alveoller fonksiyonel durumda olduğundan, anatomik ve fizyolojik ölü boşluk hemen hemen birbirine eşit bulunur. Fakat, akciğerlerin bazı kısımlarında fonksiyon yapmayan ya da kısmen fonksiyona katılan alveoller taşıyan kişilerde fizyolojik ölü boşluk bazen anatomik ölü boşluğun 10 katına, 1-2 litreye ulaşabilir

Solunum Yollarının Fonksiyonu

Trakea, Bronşlar ve Bronşiyoller
Hava, burun ve larinksten geçtikten sonra, trakea, bronş ve bronşiyoller yoluyla akciğerlere dağılır. Bütün solunum yollarında en önemli problemlerden biri, havanın alveollere kolaylıkla giriş çıkışını sağlayacak şekilde solunum yollarının açık tutulmasıdır. Kollapsı önleyen kıkırdak halkalar trakea çevresinin yaklaşık altıda beşini kaplayacak şekilde sıralanır. Bronş çeperlerindeki kıkırdak plaklar, bronşlara belirli bir sertlik verdiği halde, akciğerin açılıp büzülme hareketini engellemez. Bu plaklar, bronşlar dallandıkça azalarak, çapı 1,5 milimetreden az olan bronşiyollerde kaybolur. Öte yandan, bronşiyollerin çeperinde kollapsı önleyen herhangi bir sert yapı bulunmaz. Bunlar, alveolleri genişleten transpulmoner basınçlarla genişlerler. Yani, alveoller genişlerken, bronşiyoller de genişler.

Trakea ve bronşların kıkırdak plakların bulunmadığı tüm bölgelerinde çeperleri başlıca düz kaslardan oluşur. Bronşiyol çeperleri ise hemen hemen tamamen düz kaslardan ibarettir. Ancak terminal bronşiyol ya da respiratuvar bronşiyol adı verilen son bölümlerinde çok az düz kas lifi bulunmaktadır. Birçok obstrüktif akciğer hastalığında, bizzat bu düz kasların aşırı kasılmasıyla bronşlar ve bronşiyoller daralır.
Normal solunum koşullarında, solunum yolunda hava akımı kolaylıkla sağlanır. Bu şekilde normal sakin bir solunum için alveolle atmosfer havası arasında 1 santimetre su basıncından daha az bir basınç farkının olması yeterlidir. Hava akımına en büyük direnç, bronşiyollerdeki küçük hava yollarında değil trakeaya yakın daha büyük bronşlarda meydana gelir. Buradaki yüksek direncin nedeni, sayıları yaklaşık 65,000 olan paralel terminal bronşiyollere oranla, bu birkaç geniş bronştan çok az hava geçişinin olabilmesidir. Fakat, hastalık sırasında durum değişir. Bu durumda, daha küçük bronşiyoller hava akımına direnci belirlemede çok daha büyük rol oynarlar. Bunun iki nedeni vardır:


1- Boyutlarının küçük olmasından dolayı, kolaylıkla tıkanabilirler.
2- Çeperlerinde daha fazla düz kas bulunduğundan, kolaylıkla daralırlar.


Bronşiyollerin sempatik sinir lifleriyle direkt kontrolü daha zayıftır. Çünkü, akciğerin merkezi kısımlarına doğru, sadece birkaç sempatik sinir lifi ulaşabilir. Buna karşılık, bronşiyal ağaç, adrenal bezden sempatik uyarıyla kan dolaşımına salınan norepinefrin ve epinefrin ile daha çok karşılaşmaktadır. Beta reseptörleri daha fazla stimüle etmesi nedeniyle özellikle epinefrin olmak üzere, bu hormonların her ikisi de bronşiyal ağacın dilatasyonuna neden olur. Vagus sinirinden köken alan birkaç parasempatik sinir lifi, akciğer parankimine de uzanmaktadır. Bu sinirler aktive edildikleri zaman asetilkolin salgılayarak, bronşiyollerde hafiften orta dereceye kadar olabilen bir daralma yaparlar. Parasempatik stimülasyonun tek başına ciddi bir bronşiyol konstriksiyonuna yol açması şüpheli olmakla birlikte, astım gibi bir hastalık nedeniyle bir miktar daralmış olan bronşiyollerde, sinirsel stimülasyon ek bir kasılma yaparak durumu kötüleştirir. Bu koşullarda atropin gibi, asetilkolinin etkisini bloke eden ilaçlar, çoğu kez bronşiyoleri gevşeterek daralmayı düzeltirler. Bazen, akciğerlerden kaynaklanan reflekslerle parasempatik sinirler aktive olur. Bunların çoğu, solunum yollarındaki epitelin zararlı gazlar, tozlar, sigara dumanı ya da bronşiyal enfeksiyonlarla irritasyonu sonucunda oluşur. Ayrıca küçük pulmoner arterleri tıkayan mikroemboliler olduğunda da, sıklıkla bronşiyoler daralma refleksi oluşur.
Akciğerlerde oluşan birçok hümoral madde, bronşiyollerde oldukça aktif olarak konstriksiyon yaratır. Bunlardan en önemli iki tanesi, histamin ve anaflaksinin yavaş etkili maddesi, adı verilen maddedir. Bunların her ikisi de, alerjik reaksiyonlar sırasında özellikle, havadaki polenlerin solunmasıyla gelişen alerjik reaksiyonlarda, mast hücreleri tarafından akciğer dokusuna salınırlar. Bu nedenle, alerjik astımda ortaya çıkan hava yolu obstrüksiyonlarında anahtar rolü oynarlar. Bu, özellikle anaflaksinin yavaş etkili maddesi için geçerlidir. Ayrıca hava yollarına duman, toz, sülfür dioksid ve siste bulunan bazı asitli elementler gibi irritan maddelerin girmesi, sinirsel olmayan benzeri lokal reaksiyonları başlatarak, bronşiyolleriıı daralmasına yol açar.

Öksürük refleksi
Bronşlar ve trakea çok duyarlı olduğundan, yabancı maddeler ve diğer irritanlar öksürük refleksini başlatır. Larinks ve karina (trakeanın bronşlara ayrıldığı nokta) özellikle çok duyarlı olduğu gibi terminal bronşiyoller ve öncelikle alveoller, sülfür dioksit, klor gibi yakıcı kimyasal maddelere duyarlıdır. Solunum yollarından aferent impulslar, başlıca vagus siniri ile medulla oblangataya iletilir. Medulladaki nöron devreleri ile tetiklenen otomatik olaylar zinciri şöyle sıralanır:
İlk olarak, inspirasyonla yaklaşık 2,5 litre hava içeri alınır. İkinci olarak, epiglottis kapanır ve ses bantları sıkıca kapanarak havayı akciğerlerde hapseder. Üçüncü olarak, abdominal kaslar kuvvetle kasılarak diyaframı yukarı doğru iter. İç interkostal kaslar gibi diğer ekspirasyon kasları da şiddetle kasılır, sonuçta akciğer içi basıncı 100 mmHg, ya da daha yüksek değere çıkar. Dördüncü olarak, epiglottis ve ses bantları birden tamamen açılır ve akciğerlerde basınç altındaki hava patlar gibi hızla dışarı atılır. Böylece, dışarı atılan havanın hızı bazen saatte 75 ila 100 mile ulaşabilir. Daha da önemlisi, akciğerlerin kuvvetle sıkışması bronşları ve trakeayı (trakeanın kıkırdaksız kısmı içeriye doğru girerek) kollabe eder ve bronşlarla trakeanın yarık halini alan lümeninden hava dışarı fırlatılır. Hızla hareket eden hava, bronş ve trakeada bulunan bütün yabancı cisimleri de birlikte sürükler.


Aksırık refleksi, öksürük refleksine çok benzer. Fakat farklı olarak alt solunum yollarında değil, burun yollarında gelişir. Aksırık refleksini başlatan uyaran burun yollarının irritasyonudur. Burun yollarından aferent impulslar 5. kafa siniri ile medulladaki refleks merkezine ulaşır, öksürük refleksinde olduğu gibi bir seri reaksiyon gelişir. Ancak uvula aşağıya doğru indiğinden büyük miktarda hava, ağızla birlikte burundan da dışarı atılır. Böylece burun yolları yabancı maddelerinden temizlenmiş olur.