solunum mekaniği ve ventilayon (fazlası için www.tipfakultesi.org )
1. Solunum mekaniği ve
ventilasyon
Prof. Dr. Nazan Dolu
Erciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi
Fizyoloji AD
dolu@erciyes.edu.tr
2. Başlıca gaz kanunları
• Gazlar sıkışabilirler.
• Basınç farkı yönünde akarlar.
• Direnç artarsa akış azalır.
• Hava bağımsız olarak difüze olan gazların
bir karışımıdır.
• Her bir gazın karışım içinde bir “kısmi
basıncı” (Pgaz) vardır.
3. “Boyle” genel gaz yasası
Bir kaptaki sabit sayıdaki gaz molekülü varsa,
kabın hacmindeki bir artış gaz basıncını düşürür,
kabın hacmindeki bir azalma basıncı artırır
4. Solunum mekanizması
• İnspirasyon (Aktif süreç) – Hava
AC’e girer. Neden?
– Gazlar yüksek basınçlı
bölgeden düşük basınçlı
bölgeye geçerler.
– İnspirasyon sırasında –
Diyafragma aşağı iner ve
AC’ler genişler.
– AC’ler genişlediğinde hacim
artar, böylece AC içindeki
basınç azalır.
– AC basıncı, dış atmosfer
basıncından azalır, dolayısıyla
hava içeri girer.
5. Solunum mekanizması
• Ekspirasyon (pasif süreç) – Hava AC’den
çıkar
– Diyafragma ve inspirasyon kasları gevşer
– AC’ler ve göğüs kafesinde volüm azalır,
dolayısıyla basınçları artar.
– Hava dışarı çıkar. Çünkü, AC içindeki basınç dış
atmosfer basıncından yüksektir.
6. Solunumun incelenme basamakları
• Ventilasyon:Atmosfer ve AC’lerin solunum
bölümleri arasında havanın hareketi
• Difüzyon: Pulmoner kapillerler ve alveoller
arasındaki gaz transferi
• Perfüzyon: Pulmoner arterial kan ile venöz
kanın AC gaz alışveriş birimlerine dağılımı
ve pulmoner ven ile uzaklaştırılmaları
• Solunumun kontrolü
7. Ventilasyon
• Atmosfer ve alveoller arasında hava
değişimi olarak tanımlanır.
• F = ΔP / R
• Yani, akım (F), iki nokta arasındaki basınç
farkı (ΔP) ile doğru ve direnç (R) ile ters
orantılıdır.
• F = Patm – Palv / R
• Bu basınç değişimlerinin sağlanması için
AC’lerin hacimlerinde değişiklikler
olacaktır.
8. • Solunum sistemindeki bütün basınçlar
vücut çevresindeki hava basıncı olan
(deniz seviyesinde 760 mmHg) atmosferik
basınca göre yapılır (1 atm =760 mmHg)
• 1 mmHg = 1,36 cmH2O
9. Ağız Basıncı
• Genelde "havayolu açılma basıncı (Pawo
= Airway Opening Pressure) veya
"havayolu basıncı (Paw = Airway
Pressure)" olarak da adlandırılmaktadır.
• Bu değer üst havayolu yada proksimal
havayollarına ait basınç olarak
değerlendirilir ve üst havayoluna pozitif
basınç uygulanmadığı sürece “Paw”
değeri sıfırdır.
10. Vücut yüzeyi basıncı
(Pvy=Pbs = Body Surface
Pressure)
• Hasta hiperbarik oda gibi basınçlı bir
odada bulunmadığı veya negatif basınçlı
ventilasyon uygulanmadığı sürece bu
değer de atmosferik basınca eşittir ve sıfır
kabul edilir.
11. Alveoler Basınç (Palv)
• Alveol yüzeyine yansıyan basınç
değerini ifade eder.
• Glottis açık, AC’lerden içeri ve
dışarı hava akımının olmadığı
durumlarda tüm solunum yollarında
basınç 0 cm H2O’dur.
• Palv (-1) < Patm (0) olduğu zaman
hava akımı AC’lere doğrudur
(inspirasyon)
• Palv (+1) > Patm (0) olduğu zaman
hava akımı AC’lerin dışına
doğrudur.
• Palv = Patm olduğunda ise hava
akımı oluşmaz.
12. İntraplevral basınç (Ppl)
• Parietal ve visseral plevra
arasındaki potansiyel
boşluğun basıncıdır
• Parietal ve visseral
plevranın yapışmasını
önler.
• Daima subatmosferiktir
(756 mmHg=-5 cm H2O).
• Diafragma kasılınca
negatiflik artar (-7.5
cmH2O)
• Yaklaşık 2.5 cm H2O’luk
değişiklik 0.5 lt havanın
girmesini sağlar.
15. Havalanma (ventilasyon)- nefes döngüsü
Palv’deki statik (t = 0, 2 & 4 sn) ve dinamik
(t = 1 & 3 sn) fazlar
Hava akımı sadece Ppl’da dinamik
değişiklikler olduğu zaman meydana gelir.
Patm – Ppl basınç farkı olmadığı zaman
hava akımı meydana gelmez.
19. Balon çevresindeki basınçlar
• Ptp = Palv - Ppl
• Palv = 0, Glottis açık,
dış atmosferden AC’lere
hava akışı olmaması
gibi)
• Ppl subatmosferikdir.
• Ptp = 0 - (-10cmH2O)
• Ptp = 10 cmH2O
20. • Transpulmoner basınç arttıkça AC hacmi
artar. Ancak 20-30 cmH2O’da max.
volüme erişir.
21. • ACden farklı olarak, göğüs duvarı, yüksek
transtorasik basınçda genişlemeye devam
eder.
22. Ventilasyon için gerekli güçler
• Uygulanan güçler
Solunum kasları
• Karşı güçler
1. AC- göğüs duvarındaki elastik güçleri (%65)
Kompliyans-Elastaz
2. Elastik olmayan iş
Doku direnci: Ac ve göğüs çeperi yapılarının
visközitesi (%7)
Hava yolu direnci (%28)’nin üstesinden gelmelidir.
23. Solunum Siklüsünde Hacim-Basınç
İlişkileri
• Solunum fonksiyonunun mekanik
özellikleri, AC hacmi ve Ppl değişiklikleri
bir arada gösteren eğrilerle tanımlanır:
1-Statik basınç/hacim eğrisi
2-Dinamik basınç/hacim eğrisi
24. Statik basınç/hacim eğrisi
• Bir kişi bir miktar hava
inspire edip tüm solunum
kaslarını gevşetir, o şekilde
beklerse durağan durum
olur.
• Eğri sıfır hava akımının
olduğu durumda elde edilir.
• Bu durumda AC’ler
küçülmeye çalışarak ‘elastik
geri tepme kuvveti’ etkisi
altına girer.
• Göğüs duvarı ise
istediğinden daha küçük bir
volümdedir. AC elastik geri
tepme kuvvetini zıt yönünde,
dışa doğru yönelen kuvvetin
etkisindedir. PA= Pel + Ppl
• Etki ortadan kalktığında ise PL= PA- Ppl
Transmural basınç ‘0’ olur. PL= (Pel+ Ppl) – Ppl
Denge durumu gerçekleşir. PL= Pel
25. Statik basınç/hacim eğrisi
• Bu eğri ile;
(2)Tek başına elastik yapıların katkısı
(3)Ekspirasyon sonunda AC hacminin sıfır
değerine kollaps olmasını engelleyen
güçlerin dengesi değerlendirilmiş olur.
• Bu tür eğriler sadece kompliyans
tarafından etkilenir.
26. Dinamik basınç/hacim eğrisi
• Normal soluk alıp vermedeki mekanik
ilişkileri gösterir.
• Bu eğriler kompliyans ve solunum sistemi
direncinden etkilenir.
27. Kompliyans (CL)
– Herhangi bir anda AC’in genişleme derecesi
transpulmoner basınçla orantılıdır
– Kompliyans, transpulmoner basınçdaki belli bir
değişmeyle yaratılan AC hacmindeki
değişmedir.
• Transpulmoner basınç 1 cm H2O artınca AC’ler
200 ml genişler.
CL = ∆V/∆P (birimi ml (veya L)/cmH2O
∆V= hacim değişimi ∆P = ∆ (Palv – Pip )
28. Kompliyans (CL)
• Kompliyans arttıkça, belli bir transpulmoner
basınçta AC’lerin ve toraksın genişlemesi,
daha kolaydır.
• Kompliyans düşük olunca AC’ler ve toraks,
belli bir basınca karşılık daha zor genişlerler.
Daha büyük bir transpulmoner basınca, başka
deyişle daha negatif Pip ’a gerek vardır.
• Bunun için düşük AC kompliyanslı kişiler
yüzeyel ve hızlı solurlar.
31. AC’in kompliyansı basınç-hacim halkasının
sönme kolundaki herhangi iki nokta
arasındaki çizginin eğimidir
• P-V eğrisi AC’lerin
elastik özelliğini
yansıtır.
Normal insan AC kompliyansı
0.2 L/ cmH2O’dur.
32. AC’lerin kompliyansı
• Eğrinin dik olması yüksek
kompliyansı, yatık olması
düşük kompliyansı
gösterir.
• Dolayısıyla AC
kompliyansı yüksek
volümlerde en düşük,
rezidüel volüm
seviyelerinde en yüksek
noktasındadır.
33. AC kompliyansını etkileyen
faktörler
• AC’in büyüklüğünü transpulmoner basınç
belirler.
• Transpulmoner basınç farkı ne kadar fazla ise
AC’ler o kadar fazla hacme sahip olur.
• Yerçekiminden dolayı AC tabanında tepeye göre
Ppl’nın negatifliği daha düşüktür.
• Palv ise bütün AC’de aynıdır.
• Böylece transpulmoner basınç apeksde tabana
göre daha yüksektir (daha çok hava bulundurur).
• Dolayısıyla apeksin kompliyansı daha azdır.
35. AC kompliyansının belirleyicileri
– AC Kompliyansı,
(2) AC elastik maddelerinin (%50) ve
(3) Alveol yüzey geriminin (%50) mekanik bir
özelliğidir.
– (1) AC dokusunun elastik kuvvetleri
AC parankimindeki elastin ve kollajen liflerle sağlanır.
Kollajen AC’leri aşırı genişlemekten korur. Kolay
gerilemez (yüksek elastans)
Elastin konnektif dokuların gerilebilirliğini sağlar.
Dinlenim uzunluğunun 2 katı kadar gerilebilir (yüksek
kompliyansa sahip)
36. AC kompliyansının belirleyicileri
– (2) Alveol içi hava-su ara yüzeyindeki yüzey
güçleri
– (3) Kapiller ağın doluluğu ve doku hidrasyon
derecesi, hava yollarının geometrisi diğer
faktörlerdir.
37. Statik AC kompliyansını etkileyen
faktörler
Düşük CL Yüksek CL
Alveolar volüm Ufak yapılı birey İri yapılı, atlet
Havayolu kapanması
Sürfaktan Akut respiratuar stres
Fibröz yapı AC parankim hast. Yaş, amfizem
Visseral plevra Tbc, asbest, hemotoraks
Alveol duktus kas Histamin, seratonin, Bronkodilatatör
tonusu Hipoksi ilaçlar
Pulmoner kan Mitral darlık, Normokapnik
akımı sol vent. yetm. hipoksi, pulmoner
stenoz
39. Histerezis
• Esnek bir sistemin
deforme edilmesi ve
kuvvet ortadan
kaldırıldıktan sonra
lung volume
n
at io
denge durumuna
pir
n
t io
ex
a
dönmesi sırasında
pir
ins
izlenen davranışların
birbirinden farklı
olmasına denir.
40. Histerezis
• İnspirasyonun başında AC
içi basınç artarken, hacim
değişiklikleri buna paralel
değildir.
Belli basıncın üzerinde
lung volume
n
at io
ilişki doğrusal olur. Büyük
pir
n
t io
ex
AC volümlerinde platoya
a
pir
ulaşılır.
ins
• Ekspirasyonun başında
basıncın azalmasına
rağmen volüm azalmaz.
Sonra doğrusal ilişki olur
41. Kompliyansa yüzey geriminin etkisi
AC’ler bedenden çıkarılıp serum fizyolojik ile
doldurulursa ne olur?
Ekspirasyon
İnspirasyon
Serum fizyolojik ile histeresiz oldukça azalır.
42. • Alveoldeki hava sıvı ara yüzeyi adezyon gücü ile alanını
küçültmeye çalışır.
• AClerin serum fizyolojik ile dolması yüzey kuvvetlerini bu
dokunun elastikiyetini etkilemeksizin ortadan kaldırır.
• Serum fizyolojik yüzey gerilimini sıfıra kadar
düşürdüğünden, basınç-hacim eğrisi sadece dokunun
esnekliğini gösterir.
• Böylece küçük bir basınçla AC’ler şişirilebilir.
• Hava ile dolu AC’leri genişletmek için gerekli
transpulmoner basınç, serum fizyolojik ile dolu AC’leri
genişletmek için gerekli basıncın 3 katıdır.
43. Yüzey gerimi nedir?
air
air air
Su molekülleri hava ile temas ettiklerinde aralarında kimyasal bir
çekim gücü meydana gelir (ör = yağmur damlasının oluşumu)
Epitel üzerindeki su moleküllerinin oluşturduğu
yüzey gerimi, alveollere büzüşmeye (kollabe olmaya) meyilli bir balon
niteliği kazandırır.
AC’lerde yüzey gerim elastik kuvveti denilen elastik kasılma kuvveti oluşur.
44. LaPlace Kanunu
Basınç
Yüzey gerimi
Yarıçap
T
Küresel bir hava boşluğunda basıncın hesaplanması
P yukarıdaki formülledir.
Bütün küçük alveoller tamamen küçülme, büyükler ise gittikçe boylarını artırma
eğilimdedirler. Bu olaya ALVEOLLERİN KARARSIZLIĞI denir.
x x
45. Küçük alveollerde büzüşme basıncı LaPlace kanunu
daha büyüktür
Basınç
Yüzey gerimi Küçük
Yarıçap Alveol’den
Büyük alveol
içine hava akımı
(P daha küçüktür)
Büyük alveol Küçük alveol
x x
46. Alveollerde yüzey gerilimi-
Sürfaktanın etkisi
Bazı sıvıların yüzey gerim değerleri; Saf su: 72 din/cm
Sürfaktan içermeyen alveol sıvısı: 50 din/cm
Sürfaktan içeren alveol sıvısı: 5-30 din/cm
48. Sürfaktanın Bileşimi
• Dipalmitol fosfatidil kolin (lesitin), yüzey
gerimini azaltır
• Fosfatidil gliserol, sürfaktanın geniş yüzey
alanında yayılımını sağlar
• Kolesterol ve kolesterol esterleri; lipid
yapının korunmasında yardımcıdır.
49. Sürfaktanının kaynağı
• Tip 2 alveol epitel
hücrelerinin endoplazmik
retikulumunda yapılır.
• Katmanlı cisimlerde ön
biçimlenmiş olarak
depolanır.
• Buradan eksositoz ile
salınırlar.
• Bu sentez fetal hayatın
geç dönemlerinde başlar.
51. Sürfaktanın görevleri
• Yüzey gerilini düşürerek nefes alma işini
azaltmak
• Yapışmayı önleyici özellikleri ile
ekspirasyonda alveolün kapanmasını
önleme
• Sönmeye eğilimli alveollerin dengede
kalmasını sağlama
57. • Volüm = FRC
– Denge pozisyonu
– İç güç=dış güç
• Volüm < FRC
– AClerde daha az volüm var
Elastik güç daha az
– Göğüs duvarının genişleme
gücü hala fazla
– Sistem genişlemek ister
• Volüm > FRC
– AClerde volüm fazla
Elastik güç artar
– AClerin genişleme gücü
azalmış
– Sistem kollabe olmak ister
61. ELASTİSİTE
• Esnek bir sistemi deforme eden kuvvet
transmural basınçtır (Pm=iç basınç-dış
basınç).
• Solunum sistemi de bir balon gibi Pm ile
deforme olur, basınç ortadan kalkınca
eski haline gelir.
• Tanımlanan bu eğilime ELASTİSİTE, bu
eğilimi sağlayan kuvvete ELASTİK GERİ
TEPME KUVVETİ denir.
62. ELASTAZ
• Elastaz kompliyansın tersidir.
E= ∆P /∆V
• Bir sistemde birim deformasyona yol açan
basınç değişikliğidir (hacim değişimine
karşı oluşan basınç değişimidir).
63. Solunum işi
• Sakin solunumda solunum kasları
kasılarak iş yaptığından, ekspirasyon pasif
olduğundan;
• İnspirasyon işi 3 bölüme ayrılır;
- Kompliyans işi (elastik iş)(%65)
- Doku direnci işi (esnek olmayan dokuları
hareket ettirmek= visköz direnç)(%7)
- Havayolu direnci işi (%28)
64. • Total AC-toraks sistem kompliyansı, tek
başına AC kompliyansının yaklaşık yarısı
kadar olduğundan;
• Total AC-toraks sistemini genişlemesi
yada daralması için gerekli enerji AC’lerin
genişlemesi için gerekli enerjinin 2 katı
kadardır.