- Prof. Dr. Sebahattin USLU
Atatürk Üniversitesi Tıp Fakültesi Anesteziyoloji AD.
PULMONER VENTİLASYON MEKANİĞİ
Göğüs kafesi ve akciğerler esnek yapılardır. Normalde göğüs
kafesiyle akciğerler arasında ince bir sıvı tabakasından başka bir şey
yoktur. Akciğerler göğüs kafesi içinde kolayca kayar, fakat göğüs
kafesinden ayırmaya çalışıldışında aralarında sıvı olan yapışık
iki cam gibi kolay ayrılamazlar. Göğüs kafesiyle akciğerler arasında
plevra içinde subatmosferik bir basınç vardır. Sakin solunum sırasında
akciğer tabanındaki plevra içi basıncı ki soluk almanın baılangıcında
-2,5 mmHg kadardır ve yaklaşık -6 mmHg'ya kadar düşer. Bu durumda akciğer
daha genişler, hava yolları içindeki basınç hafifçe negatiftir ve hava
akciğerlere dolar. Soluk alma bittiğinde akciğerlerin kapanma eşilimi göğüs
kafesini soluk verme durumuna geri çekmeye bağlarken bu anda akciğerlerin ve
göğüs kafesinin kapanma basınçları birbirleriyle dengelenir. Hava yollarındaki
basınç hafif artar ve hava akciğerlerden çıkar.
AKCİĞERLERİN GENİŞLEME VE DARALMASININ TEMEL MEKANİZMASI
Akciğerler iki yoldan genişleyip daralırlar:
1- Diyafragmanın göğüs boşluğunu vertikal eksende uzatıp kısaltmak üzere
aşağı yukarı hareketi. Sakin soluk alma sırasında toraks içi hacim değişikliklerinin
%75 kadarından diyafragma sorumludur. Diyafragmanın hareket mesafesi 1,5 cm
ile 7 cm arasında değişir. İnspirasyonda diyafragma akciğerlerin alt yüzünü
aşağı doğru çeker. Ekspirasyon sırasında diyafragma gevşer, akciğerler
ve göğüs esneklikleri nedeniyle eski durumlarına dönerler, bu esnada karın
içi organları aşağıdan yukarıya doğru akciğerlere basınç yapar.Derin
solunum sırasında bu esnek güçler yeterli olmaz, karın kaslarının
kontraksiyonu ile abdominal yapılar diyafragmayı yukarı doğru iter ve hızlı
bir ekspirium sağlanır.
2. Göğüs boşluğunun ön arka çapının büyültüp küçültmek üzere
kostaların yukarı ve aşağı hareketi. İstirahat halinde kaburgaların eşimi
aşağı doğru olduğundan, sternum geride omurgaya doğru çekilmiş gibidir.
Göğüs kafesi yükseldiği zaman kaburgalar düzleşir ve sternum omurgadan
uzaklaşarak göğüs boşluğunun ön arka çapını artırır.Maksimal
inspirasyonda bu genişleme %20'yi bulur. Bu nedenle göğüs kafesini yükselten
kaslar inspirasyon, aşağı çeken kaslar ise ekspirasyon kasları olarak sınıflandırılır.
a) Göğüs kafesini kaldıran (inspiratör) kaslar:
- M.Sternokleidomastoideus: Sternumu yukarı kaldırır.
- M.Serratus anterior: Kostaların birçoğunu yukarı kaldırır.
- Mm. Skaleni: İlk iki kostayı yukarı kaldırır.
- Mm. İnterkostales eksterni: Tüm kostaları yukarı kaldırır.
b) Göğüs kafesini indiren (ekspiratör) kaslar:
- M.Rectus abdominalis: Alt kostaları kuvvetle aşağı doğru çektiği gibi,
öteki karın kasları ile birlikte karın içi organlarını yukarı doğru
iterek diyafragmaya basınç yapar.
-Mm. İnterkostales interni: Kostaları aşağı çeker. Solunum kaslarının çalışma
prensipleri şekil I'de gösterilmiştir. Bu kasların yanı sıra soluk alıp
vermede Glottis ve Bronş Tonüsüde etkilidir.
Larinksin abdüktör kasları soluk almanın bağlangıcında kasılır ve
ses tellerini birbirinden uzaklaştırarak glottisi açar. Genel olarak, bronş
duvarındaki düz kasların varlığı ventilasyonun akciğerin her kısmında
homojen dağılımı sağlar. Akciğere girecek yabancı cisimlere karıı ise
hem glottis kasları hem de bronş kasları kontraksiyonlarıyla bariyer olmaya
çalışırlar.Yine bronş kaslarında soğuk, lökotrienler gibi etkenlerde
kontraksiyon veya dilatasyona neden olarak solunum mekanişini etkilerler.
SOLUNUMLA İLGİLİ BASINÇLAR
1) İntraalveoler Basınç : Normalde bu basınç atmosfer basıncına
göre negatiftir. (-1mmHg) Bu negatiflikten dolayı havanın solunum yollarından
içeriye akışına neden olur. Ekspirium sırasında ise intraalveoler basınç
+1 mmHg'ya yükselerek havanın solunum yollarından dışarıya akışına
neden olur.
2) Akciğerlerin Büzülme EŞilimi ve İntraplevral Basınç: Akciğerler
esneklikleri ile sürekli olarak kollabe olmaya ve böylece göğüs çeperinden
uzaklaşmaya eşilim gösterirler. Bu esnekliğin iki önemli nedeni vardır.
Birincisi akciğerlerde anatomik olarak bulunan esnek lifler, ikincisi ise
alveol içini örten sıvının yüzey gerilimidir. Normal koşullarda akciğerlerdeki
esnek lifler büzücü kuvvetlerin üçte birinden, yüzey gerilim olayı ise
üçte ikisinden sorumludur.
Akciğerlerin toplam büzülme eşilimi, intraplevral boşlukta akciğerlerin
kollabe olmasını önleyen negatif basıncın değeri ile ölçülür. Bu basıncda
intraplevral basınç -4 mmHg'dır. (-2,5-6mmHg) Zorlamalarla bu basınç -12
ila -18 mmHg'ya düşebilir.
3) Sürfaktan: Tip II granüler pnömositler tarafından salgılanan ve bir
lipoprotein olan sürfaktan tabii ki bir basınç oluşturamaz. Fakat alveol yüzeyini
örten sıvının yüzey gerilimi azaltarak, alveolleri stabilize ederek, yine
alveollerde ödem sıvısının birikimini önleyerek sanki solunumla ilgili bir
basınçmış gibi rol oynar. Örneğin sürfaktan yokluğu veya azlığı
pulmoner ödeme neden olur.
AKCİĞERLER VE TORAKSIN GENİŞLEME KAPASİTESİ; KOMPLİYANS
Akciğerlerin ve toraksın genişleme kabiliyetine kompliyans denir. Bu
kavram, intraalveoler basıncın her ünite artışına karşı, akciğerlerdeki
hacim genişlemesi olarakta ifade edilir. Normalde akciğerler ve toraksın
birlikte kompliyansı her cm su basınç için 0,13 litredir. Bu, alveoler basınç
1 cm su değerinde yükseldiği zaman akciğerlerin 130 ml genişlediğini ifade
eder. Akciğerler göğüs kafesinden çıkartıldıklarında yaklaşık iki kat
daha kolay gerilebilirler. Çünkü göğüs kafesi bariyeri ortadan kalkmıştır.
DIŞ ortamda kompliyans her cm su için 0,22 litreye yükselir. Bu olayda bize
inspirasyon kaslarının yalnız akciğerleri değil, onun etrafındaki göğüs
çeperinide genişletmesi gerektiğini gösterir. şekil II de Normal şahısta
kompliyans diyagramı gösterilmiştir.
Akciğerlerin ve göğüs kafesinin esneme yetenekleri arasındaki ilişki canlı
deneklerde gösterilebilir. Akciğer dokusunu harap eden koşullar akciğer
kompliyansını azaltır. Akciğer ve toraks kompliyansı birlikte düşünüldüğü
zaman göğüs kafesinin genişleme yeteneğini azaltan anormalliklerde göz önüne
alınmalıdır.
SOLUNUM İŞİ
Göğüs kafesinin ve akciğerlerin esnek dokusunu germek, esnek olmayan dokuları
hareket ettirmek ve havayı solunum yollarında hareket ettirmek için solunum
kaslarınca iş yaptırılır. Sakin solunumda yalnız inspirasyonda kas
kontraksiyonu meydana gelir. Ekspirasyon göğüs kafesi ve akciğerlerin esnek
büzülmesi nedeniyle tamamen pasif bir olaydır.
ınspirasyon işi üç farklı bölüme ayrılabilir:
1) Kompliyans işi: Akciğerleri esnek güçlere karşı genişletmek için
gerekli kompliyans işi akciğer hacmindeki genişlemeyi, bu genişlemedeki basınçları
çarparak hesaplarız.
Kompliyans işi: Hacimdeki artış x İntraplevral basınç artışı.
2) Doku direnç işi: Akciğer ve göğüs kafesindeki yapıların viskositesini
yenmek için yapılan iştir.
3) Solunum yolları direnç işi: Solunum yollarında havanın akışına karşı
direnci yenmek için yapılan iştir.
Bu üç inspiriyum işinden en önemlisi kompliyans işidir. Normal sakin
solunumda işin büyük kısmı akciğerlerin genişletilmesiyle ilgilidir, küçük
bir bölümü doku direncini yenmek için, kalan ise solunum yolları direncini
yenmek için yapılır. Sakin solunum sırasında harcanan toplam iş miktarı
0,3 -0,8 kg-m/dak. kadardır. Bu değerin egzersizde çok armasına rağmen
normal kişilerde solunum için harcanan enerji egzersiz sırasında harcanan
toplam enerjinin %3'ünden daha azdır. Amfizem, astım ve dispne ile ortopnenin
bulunduğu hastalıklarda solunum işi artmıştır.
Genellikle ekspirasyon sırasında akciğer ve göğüs çeperlerinin esnek büzülmesi
söz konusu olduğundan kasların yaptığı bir iş yoktur. Solunum
faaliyetinin artışı ya da solunum yolları direnci ve doku direnci yükseldiğinde
(örneğin KOAH, sağ kalp yetmezliği) ekspirasyonda da iş yapılır. Bu koşullarda
solunum için gerekli olan enerjide en az 1/3 oranında artar.
AKCİĞERİN FARKLI BÖLGELERİNDE VENTİLASYON VE KAN AKIMI
FARKLILIKLARI
Dik dururken birim akciğer hacmi başına olan ventilasyon akciğer tabanında
tepesine göre daha azdır. Bunun nedeni soluk almanın başlangıcında plevra
içi basıncın akciğer tabanında tepesine göre daha az negatif olmasıdır
ve akciğer içi plevra içi basınç farklı tabanda tepeye göre daha az olduğu
için akciğer daha az genişlemiştir. Bunun tersine akciğer tepesi daha fazla
genişlemiş olup yani maksimum hacmindeki yüzde payı daha büyüktür. Kan akımı
da tabanda tepeye göre fazladır. Akciğerin tepesinden tabanına doğru
giderken kan akımındaki bağıl değişim ventilasyondaki bağıl değişimden
daha büyük olduğundan ventilasyon/perfüzyon oranı tabanda az, tepede fazladır.
Yerçekimine bağlanan bu durum son yıllarda uzayda yapılan çalışmalarda
yerçekiminden uzak ortamda da önemli derecede aynı olduğu gösterilmiştir.
Yaşlılarda ve kronik akciğer hastalığı olanlarda esnek kapanmanın bir bölümü
kaybedilir ve bunun sonucu plevra içi basınç azalır. Sonuç olarak, dik
durumdayken zorlu bir soluk verme hareketi yokken, akciğer tabanında
fonksiyonel artık kapasite kadar yüksek hacimlerde hava yolu kapanması görülebilir.
Yerçekiminin ventilasyona varsayılan etkisinin klinikte bir karşılığı tek
taraflı akciğer hastalığı bulunan kişilerin sağlam akciğerleri üzerine
yan yattıklarında arteriel oksijenlenmenin iyileşmesidir. Bilinmeyen
nedenlerden dolayı bu durum çocuklarda ters olmaktadır.
ÖLÜ ALAN VE EŞİT OLMAYAN VENTİLASYON
Solunum sisteminde gaz değişimi sadece hava yollarının son kısımlarında görüldüğü
için solunum sisteminin geri kalan bölümlerini dolduran hava ile akciğer
kapilleri arasında gaz alışverişi olmaz. Normalde bu ölü boşluğun hacmi
kişinin pound olarak vücut ağırlığı değerine aşağı yukarı eşdeğerdir.
Yani 150 pound (68 kg) ağırlıkta bir kişide alınan havanın sadece 350
ml'si alveollerdeki hava ile karışır. Sonuç olarak alveolar ventilasyon yani
bir dakikada alveollere ulaşan hava miktarı solunumun dakika hacminden daha
azdır. Buna ek olarak ölü alandan dolayı, solunum dakika hacmi aynı tutulduğunda
hızlı ve yüzeyel bir solunum yavaş fakat derin bir solunuma göre daha az
bir alveolar ventilasyon yaptığına dikkat etmek gerekir. Tablo 1Õde bu durum
gösterilmiştir.
Tablo I : Solunum hız ve derinliğinin alveoler ventilasyon üzerine olan
etkileri.
Solunum hızı
30/dk 10/dak.
Soluk hacmi
200 ml 600 ml
Dakika hacmi
6 L
6L
Alveoler Ventilasyon (200-150)x30=1500 ml (600-150)x10=4500 ml
Ölü boşluk alveoller hariç solunum hacmi ile Anatomik ölü boşluk ve
kanla dengelenmemiş gaz hacmi yani boşuna ventilasyon ile karakterize
Fizyolojik ölü boşluk olarak ikiye ayrılır. Sağlıklı kişilerde iki ölü
alan birbirine eşittir. Fakat hastalıklarda bazı alveollerdeki gazla kan arasında
gaz geçişi olmayabilir ve bazı alveollerde aşırı ventilasyon olur. Bu
durumda fizyolojik ölü boşluk anatomik ölü boşluktan hacim olarak daha büyüktür.
Akciğerlerdeki ventilasyon kalıbı, kişiye inert bir gaz olan ksenonun
radyoaktif izotopunun solutulması ve aynı anda göğüsün bir radyasyon tarayıcı
demeti ile taranmasıyla değerlendirilebilir. Az radyoaktivite gösteren
alanlarda ventilasyon azdır.
Total ölü alan soluk verme havasının PCO2 değeri arteriyel kan PCO2 değeri
ve soluk hacminden (Tidal volum) hesaplanabilir. Soluk hacmi ile (VT), soluk
verme havasının PCO2 değeri (PECO2)'nın çarpımı arteriyel PCO2 (PACO2)
ile soluk hacmi ve ölü boşluk (VD) arasındaki farkın, soluk alma havasındaki
PCO2 (PICO2) çarpı VD ile toplamına eşittir.
PECO2 x VT= PACO2 X (VT-VD) + PICO2 x VD
(Bohr denklemi)
Yalnız PICO2 x VD değerleri çok küçük olduklarından atılabilir.
Eğer;
PECO2= 28 mmHg
PACO2= 40 mmHg
VT = 500 ml ise VD = 150 ml olarak bulunur.
AKCİĞER HACİM VE KAPASİTELERİ
Pulmoner ventilasyonun incelenmesinde basit bir yöntem olan spirometri ile
akciğerlere girip çıkan hava ile akciğer hacim ve kapasiteleri kolaylıkla
belirlenir.
AKCİĞER HACİMLERİ
1) Tidal Volum (Soluk Hacmi): Her normal soluktaki inspirasyon ve ekspirasyon
hacmi, yaklaşık 500 ml.
2) İnspirasyon yedek hacmi: Normal inspirasyondan sonra derin bir inspirasyonda
normal soluk hacmine ek olarak alınabilen hava hacmi, yaklaşık 3000 ml.
3) Ekspirasyon yedek hacmi: Normal bir ekspirasyondan sonra zorlu bir
ekspirasyonla fazladan çıkarılan hava hacmi, yaklaşık 1100 ml.
4) Rezidüel (Tortu)hacim: En zorlu bir ekspirasyondan sonra akciğerde kalan
hava hacmidir ve yaklaşık 1200 ml kadardır.
AKCİĞER KAPASİTELERİ
Akciğer kapasiteleri hacimlerin iki yada daha fazlasını birlikte değerlendirerek
ifade edilir.
1) ınspirasyon kapasitesi: Tital volum ile inspirasyon yedek hacminin toplamıdır,
yaklaşık 3500 ml'dir.
2) Fonksiyonel rezidüel kapasite: Ekspirasyon yedek hacmi ile rezidüel volum
toplamıdır, yaklaşık 2300 ml dir.
3) Vital kapasite: ınspirasyon yedek hacmi, tital volum ve ekspirasyon yedek
hacminin toplamıdır. Yaklaşık 4600 ml dur.
4) Total akciğer kapasitesi: Vital kapasite ile rezidüel volüm toplamıdır,
yaklaşık 5800 ml dir.
şekil III'de akciğerin hacim ve kapasiteleri bir diyagram olarak verilmiştir.
Bütün akciğer hacim ve kapasiteleri kadınlarda erkeklerden %20-25 daha azdır.
ınspirasyon kaslarının gevşemesi ile akciğer ve göğüs çeperi esnek yapıları
akciğerlerin pasif olarak büzülmesine neden olur. Bunun için, inspirasyon
kasları tam gevşediği zaman akciğerler İSTİRAHAT EKSPİRASYON DÜZEYİ'ne
döner. Bu düzeyde akciğerlerdeki hava hacmi fonksiyonel rezidüel kapasiteye
eşit yada genç erişkinde 2300 ml dir.
AKCİĞER HACİM VE KAPASİTELERİN ÖNEMİ
Hacim ve kapasiteler yatarken azalır, ayakta iken artar;. Bu da özellikle
anestezi açısından önemlidir.
Rezidüel volüm oksijen ve karbondioksit konsantrasyonunu sabit tutar. Eğer
rezidüel volüm olmasa, azalsa veya artsa bu iki parametre (Oksijen ve
Karbondioksit) arasında yaşamla bağdaşmayacak kadar fark olur. Bu solunum
fizyolojisinin temel kuralıdır.
Vital kapasitede yaşam için gerekli miktar 500-100 ml den fazladır. Bazı kas
hastalıkları, medülla spinalis yaralanmalarında, sürekli suni solunum
gerektiren hastalarda tedavi için bu değerlerin bilinmesi önemlidir. Yine
akciğer gerilme kapasitesini düğüren her hastalıkta (Tbc, kr.astım,
kr.bronşit, plorezi, ..vs.) hastalığın prognozu için vital
kapasitenin bilinmesi faydalıdır. Sol kalp hastalıklarında vital kapasite
pulmoner ödemin derecesini tayin etmede kullanılır. Anestezi ve Reanimasyon
kliniklerinde ise mekanik ventilasyon için akciğer hacim ve kapasitelerinin önemi
tartışılmaz bir gerçektir.
KAYNAKLAR
1. Ganong William F.: Review of Medical Pyhsiology. Seventeenth
Edition. Prentice-Hall international Inc. USA, 594-602; 1995.
2. Guyton-Hall: Textbook of Medical Pyhsiology. Ninth Edition. W.B.
Saunders Company. Philadelpehia, USA, 477-482; 1996.
3. Miller Ronald D.: Anesthesia. Fourth Edition Churcill Livingftone Inc.
USA, 577-621; 1994.
4. Collins Vincent J.: Principles of Anesthesiology Third Edition. USA,
229-230; 1994.
5. West J.B.: Respiratury Physiologh. Baltimore, Williams Wilkins, 1974.
| 
