HAVA YOLU REZİSTANSI

Prof. Dr. Nazan Dolu

Erciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi

Fizyoloji AD

dolu@erciyes.edu.tr

Solunum Sistemi Direnci Gaz moleküllerinin birbiri sürtünmesi ile Gaz moleküllerinin hava yolu duvarı ile

sürtünmesi (Raw=Hava yolu direnci) (%80) Dokuların genişler yada daralırken

sürtünmesi sonucu meydana gelir (AC dokusu direnci) (%20)

Total pulmoner direnç Hava yolu direnci (%80)

Ağızdan solunumda %20-30 ağız, farinks, larinks, trakeaNazal solunumda (% 50 burunda)Total periferik direncin;% 20’si 2mm’den küçük periferik hava yollarında% 80’si 2mm’den büyük santral hava yollarında

Doku direnci (%20)Pulmoner fibrozisİnterstisyel dokuda artış

Hava Yolu Direnci (Raw) Akımın her bir ünitesine karşı ağız

(atmosferik basınç) ve alveol basıncı arasındaki farktır.

Bu basınç farkı iletici havayollarında bulunan gaz moleküllerinin sürtünme etkisi sonucu ortaya çıkar.

Hava Akımı Havayolları içindeki akıma direnç olup

olmaması

- Akımın özelliğine

- Havayollarının boyutlarına

- Gazların vizkozitesine bağlıdır.

Havayollarında akım 3 şekilde olabilir

Laminer akım Türbülan akım Bozulmuş laminer akım

Laminer Akım Düşük akım hızlarında

gaz akışı silindirik bir boruda boru kenarına paraleldir.

Borunun merkezinde giden gaz en hızlıdır.

Tüpün duvarı ile doğrudan temas eden gaz sabit olarak kalır (hız profili).

Jean Louis Marie Poiseuille (1797-1869) Fransız Fizikçi & Fizyolog

Laminer akımın basınç- akım özelliklerini tanımlamıştır.

Poiseuille Kanunu

Laminer akım özellikleri Sessiz, yavaş Akış çizgisi; parabolik akım

profili Düzgün yuvarlak borularda

akım hızı hesaplaması: V (akım hızı) = P π r 4/ 8 ηl P=sürücü basınç r=borunun çapı η=gazın viskozitesi l=borunun uzunluğu Poiseuille Kanununa göre, R = ∆P/ V R = 8 η L / π r 4 Böylece, R 1/ r 4 Borunun çapı direncin başlıca

belirleyicisidir.

Laminer akımda direnç düşüktür.

Türbülan akım• Yüksek akımlarda ortaya çıkar• Akım hem paralel, hem dikey yöndedir.• Gürültülüdür• Basınç akım hızının karesi ile orantılıdır.• Direnç, viskoziteden çok dansiteye bağlıdır. •Enerji harcandığı için gaz moleküllerinin hızı azalmıştır. •Türbülan akımı devam ettirmek için gerekli sürücü basınç, laminer akımın devamı için gerekli olandan daha yüksektir.

Reynolds sayısı (Re)

ρ= dansiteVe= lineer hızD = çapη = viskozite

Akımın laminer ya da türbülan olması Re sayısına bağlıdır.Türbülan akım dansite, lineer hız ve tüp çapı arttığında meydan gelir. Boruların dallandığı, boru duvarının düzensizleştiği yerlerde türbülan akım oluşur.

Lineer hız (cm/sn) = akım hızı (L/sn) / tüp alanı (cm2). Burada tüp alanı total kesit alanını ifade eder.

Bozulmuş laminer akım

Laminer ve türbülan akım arasındaki

bu akımın oluşumu için enerji gereklidir.

Trakeabronşial ağacın çoğunda bu akım gözlenir.

Egzersizde ve öksürük sırasında akım türbülan olur.

Laminer ve türbülan akım arasındaki Akım & Basınç ilişkisi

Sürücü akımın artması laminar akımla sonuçlanır.

Sakin solunumda Trakeada Çap: 3cm gaz hızı 150 cm/sn havanın dansitesi:

0.0012 g/ml Havanın viskozitesi

1.83x 10-4g/(cm/sn) olduğu için

Re sayısı 2000 den büyüktür.

Sakin solunumda bile türbülan akım oluşur.Ağızdaki gaz akımı 1L/sn

ρ= dansiteVe= lineer hızD = çapη = viskozite

Küçük hava yollarında laminer akım Gaz distale giderken

toplam enine kesit alanı artar.

Gaz akım hızı azalır. Büyük hava yollarında

(burun, ağız, glottis ve bronşlarda) gaz akımı türbülan iken, daha küçük hava yollarında laminerdir.

Ekspirasyon sırasında, periferden santral havayollarına total kesit alanının azalması ile akım hızı artar.

Akım Akım

Hız Hız

İnspirasyon sürecinde, santral havayollarından perifere indikçe, total kesit alanının artması ile havanın akım hızı azalmaktadır.

Akciğer Direnci Hava yolları akım dirençleri (Raw)

Büyük hava yolları (>2mm, ilk 8 dallanma) Orta çaplı hava yolları (subsegmental bronş, yaklaşık

2mm olanlar) Küçük hava yolları (<2mm olan bronşioller)

Raw= R büyük + R orta + R küçük Poiseuille denklemine göre (R 1/ r 4) hava yolu

direncinin başlıca yeri küçük hava yolları gibi görünmekle birlikte, direnç en az bu bölgededir.

Küçük hava yollarında direncin az olmasının nedenleri

Etkili kesit alanı arttığı için hava akım hızı azalır.

Hava yolları paralel bağlanmıştır.

Bu nedenle toplam direnç, tek tek dirençlerinin toplamının tersidir.

Küçük hava yollarında toplam direnç çok düşüktür.

Hava yolu çapları Hava yolu çapını belirleyen, transmural

basınçtır (İç P- Dış P). Pdış= plevra basıncı Transmural P = Transpulmoner P İnspirasyonda Ppl negatifliği artar,

havayolları genişler, akıma direnç azalır; Ekspirasyonda Ppl> Paw, havayolu çapı

azalır, akıma direnç artar.

Havayolu direnci havayollarının yarıçapları ile ters orantılıdır

• Geniş havayolları sağlıklı kişilerde en büyük dirence sahiptir (ileti bölgelerindeki total direncin % 80’i)

• Küçük havayollarının total kesit alanları geniş olduğundan total dirence katkıları küçüktür (%20) yani direnç azdır.

Raw Bir çok AC

hastalıklarında, küçük havayolları, hava akımına direncin en önemli bölgeleridir.

Küçük hava yollarında direnç daha çok viskoziteye bağlıdır.

V

PPR Alvmouthaw

O/l/secH cm 1

)2(02

awR

Havayolu Direnci

(Sürücü basınç)

(akım)

Toplam hava yolu direnci Ağızda 2 cmH2O/L/sn

Santral 1,6 cmH2O/L/sn

Periferde 0,4 cmH2O/L/sn

Sağlıklı kişilerde AC direnci yaklaşık

1 cmH2O/L/sn

Raw’ı etkileyen faktörler Havayollarının çapları Alveollerin çapı Bronş düz kaslarının tonusu AC volümü Hava akım hızı

AC Dokusu Direnci Raw-AC volümü ilişkisi

AC volümünü artışı ile havayollarının uzunluk (I) ve çapı artar. Havayolu direnci, çaptaki artışa uzunluktaki artışdan daha duyarlıdır.

AC volümü arttıkça direnç düşer. Böylece AC’lerin şişmesi yada inspirasyondaki

Basınç-akım ilişkisi AC volümünün yada havayolu direncinin etkisini yansıtır.

Akımı kontrol eden transpulmoner basınçtır. Bu basınç AC hacminin bir fonksiyonudur.

Düşük volümlerde transmural havayolu basıncı düşük, havayolu direnci yüksektir.

Raw ile volüm arasında negatif, kürvilineer bir korelasyon vardır.

İletkenlik ise AC volümündeki artma ile lineer olarak artar.

Raw & İletim

Raw alveol çapını düzenleyen pasif mekanizmalardan etkilenebilir

Alveolar çekilme: AClerin şişmesi sonucu komşu havayollarına lateral traksiyonun artması

AC genişledikce havayoluna dıştan bağlanan bağ dokusu lifler gerilir, inspirasyonda havayollarının açık kalmasını sağlar.

Amfizemde, AC elastik kuvvetleri alveol duvarı yıkımına bağlı azalır, hava yolu daralır, direnç artar.

Havayolu düz kasları Havayolu çapını belirleyen en önemli faktördür. iskelet kasına benzer,ancak aynı uyarı

karşısında daha fazla kısalma yeteneğine sahiptir.

İskelet kasından farklı olarak havayolu düz kası maksimum kısalma düzeyine daha geç ulaşır, ama kısalmanın %90’ı 3 sn içinde gerçekleşir.

Hava yolu düz kasının kontrolü

Uyarı Kasılma Gevşeme

Sinirsel Kolinerjik (M3) Adrenerjik (β2)

Nörohümoral Asetilkolin Norepinefrin

Kimyasal Histamin, LTB4, PGF2, Tromboksan A2

PGE

Fiziksel İrritanlar (duman, SO2, toz, sigara)

NO, VIP

Raw & Hava akım hızı ilişkisi Akım hızı, inspiryum ve ekspiryumda eşit pik

hıza ulaşır (0.5 l /sn). R = ∆P/ V Sürücü basınç (P=Patm- Palv) ‘da Patm=0

olduğundan P= Palv’dur.İnspiryumda 0.8 cm H2O, Ekspiryumda 1.2 cm H2ORawins= 0.8 / 0.5=1.6Raweks= 1.2 / 0.5=2.4 (Direnç yüksek olduğundan ekspiryum süresi daha uzun sürer.

Havayolu Rezistansının Ölçümü

Toplam hava yolu direncinin hesaplanmasında;

Alveoler basınç Vücut pletismografisi Özofageal balona takılan basınç transdüseri

Hava akımı ve hızı ölçülmelidir. Ağızdaki hava akımı flowmetre ile ölçülebilir.

Havayolu Rezistansının Ölçümü Vücut pletismografisi Özofagus balon katater yöntemi- invazivdir. Zorlu ossilasyon tekniği- değişik frekanstaki ses

titreşimlerinin oluşturduğu mekanik değişikliklerle ölçülür.

Hava akımı kesilme (interrupter yöntemi = Rint) yöntemi

Vücut pletismografisi Direk olarak havayolu direncini ölçen tek yöntem AC volümleri ve iletim de ölçülür. Hastaya shutter açık olarak kısa kesik soluma

yapılırken hava akımı direk pnömotakograf aracılığı ile ölçülür.

Akım ile pletismograf basıncı arasında S biçiminde eğri elde edilir.

Normal ekspirayon sonunda shutter kapatılır, ağız basıncı/ pletismograf basıncı oranı elde edilir.

Vücut pletismografi

Hava akımı kesilme (interrupter yöntemi = Rint) yöntemi

En basit yöntemdir. Spontan solunum sırasında hava akımı

sistemin oklüzyonu ile kesilir. Oklüzyondan hemen önce ölçülen akım,

oklüzyondan sonra ölçülen ağız basıncı aracılığı ile yansıtılan alveol basıncına oranlanması esasına dayanır.

Hasta başı testi olarak kullanılabilir.

Klinik özellikler Büyük havayolları obstrüksiyonu: Raw ↑,

solunum işi ↑, efor dispnösü Astım: Havayolu düz kaslarında

proliferasyon, kronik inflamasyon, havayolu lumeninde daralma, Raw ↑, hava akım hızı↓.

KOAH: Ödem, AC elastikiyetinde azalma Raw ↑, hava akım hızı↓.

Dinamik testler Zorlu ekspiratuvar volüm (FEVT) İlk saniyedeki zorlu ekspirasyon volümü

[Forced Expiratory Volume in first second (FEV1)]

FEV1 /FVC (Tiffeneau indeksi) Maksimum ekspirasyon ortası akım değeri

[FEF 25-75]

Maksimum ekspirasyon ortası akım hızı [FEF 25-75]

Zorlu ekspirasyon ile volümlerin %25’i ile %75’i atıldığı periyoddaki akım hızıdır.

Spirogramdan hesaplanır Vital kapasite dörde bölünür. İlk %25 ve %75 noktası

işaretlenir ve çizgi ile birleştirilir. Oluşan eğim ölçülür. Hacim/zaman akım hızı olduğundan eğim de akım hızıdır

☺Spirometreden kolayca tesbit edilebilen tek gerçek akım hızıdır. Hacim / zamandan hesaplanır.

Orta ve küçük havayollarından gelen akımı yansıtır. Obstrüktif hastalıkların erken dönemlerinde azalır.

Maksimum ekspirasyon ortası akım değeri [FEF 75-85]

Volümlerin %75-85’inin atıldığı geç dönemdeki ortalama akım hızı

Diğer parametrelere ek bilgi sağlamadığından sık kullanılmaz.

FVCFEV1

FEF25-75

FEV1/FVCSpirogramda ölçülen

değerlerdir

Spirometri ile AC Hacimleri

Akım-Hacim Halkası FVC manevrasını

göstermenin ikinci yoludur.

Akım hızına karşılık hacim kaydedilir.

Hem ekspirasyon hem de insprasyon sırasında anlık akım kaydedilir.

10

5

5

10

%25

PEFR

Volüm, L

%75

%50

Akı

m H

ızı,

L/s

nİn

spir

asyo

n

Eks

pir

asyo

nPIFR

%75

TLC

%50

%25

RV

100 0

TLC RV

Akım-Hacim Halkası Kayıt Yöntemi Denek ağızlığı ağzına alır. Önce birkaç normal

solunum yapar. Sonra TLC’ye kadar maksimal nefes alır.

Sonra RV’e kadar maksimum nefes verir.

Sonra olabildiğince hızlı derin nefes alır.

Yatay çizginin yukarısı ekspiratuar iken, aşağıdaki akım hızları inspiratuardır.

10

5

5

10

%25

PEFR

Volüm, L

%75

%50

Akı

m H

ızı,

L/s

nİn

spir

asyo

n

Eks

pir

asyo

nPIFR

%75

TLC

%50

%25

RV

100 0

RVTLC

Akım-hacim halkası FVC PEFR: Manevra sırasında

kaydedilen en büyük akım hızına ekspiratuar akım hızı piki denir.

Vmax25: VC’nin %25’i çıkarıldığı andaki akım hızı.

Vmax50 (FEF50): VC’nin %50’sinin çıkarıldığı andaki akım hızı.

Vmax75: VC’nin %75’inin çıkarıldığı andaki akım hızı.

10

5

5

10

%25

PEFR

Volüm, L

%75

%50

Akı

m H

ızı,

L/s

nİn

spir

asyo

n

Eks

pir

asyo

nPIFR

%75

TLC

%50

%25

RV

100 0

Vmax25

Vmax50

Vmax75

RVTLC

Maksimal inspiratuar akımın belirleyicileri

1. İnspiratuar kaslar tarafından oluşturulan güç (AC hacmi RV üzerine çıkarken azalır)

2. AC’lerin statik geri çekilme basıncı (AC hacmi RV üzerine çıkarken artar)

3. AC hacmi artarken havayolu direnci azalır, çünkü havayolu çapı artar.

Sonuç: Maksimal inspiratuar akım TLC ve RV’nin ortasında oluşur.

10

5

5

10

%25

PEFR

Volüm, L

%75

%50

Akı

m H

ızı,

L/s

nİn

spir

asyo

n

Eks

pir

asyo

nPIFR

%75

TLC

%50

%25

RV

100 0

TLC RV

Maksimal ekspiratuar akımın belirleyicileri

Ekspirasyon sırasında yapılan efora bağlı akım hızı artar.

Yüksek volümlerde (VC’nin ilk % 20’sinde) hava akımını artırmak için daha fazla efor gereklidir. Efor artınca kas kontraksiyon gücü artar, akım hızı artar.

Eforbağımlı Efor

bağımsız

PEF

A

Maksimal ekspiratuar akımın belirleyicileri

Tüm eğriler A noktasında birleşir.

Düşük volümlerde (VC’nin % 40-50’sinin altında) efor artırılsada hava akımı artmaz.

Akım hızını AC’lerin elastik büzülmesi ve hava yolu direnci belirler

Eforbağımlı Efor

bağımsız

PEF

A

Obstrüktif Hastalıklarda

Astım, KOAH gibi FEV1, FEF25-75,

FEV1/FVC oranı (<0.8) azalır.

Restriktif AC Hastalığı

TLC, FVC azalmış FEV1/FVC oranı normal yada artmış

Yukarı solunum yolları obstrüksiyonunda Akım-Volüm Eğrileri

FiksObstrüksiyon

DeğişkenObstrüksiyon(İntratorasik)

DeğişkenObstrüksiyon(Ekstratorasik)

İnsp

iras

yon

E

ksp

iras

yon

Obstrüktif akciğer hastalığında Maksimum Ekspirasyon Akım-Volüm Eğrisi

6

4

2

00 50 75 100

Normal

FEF50

Obstrüktif

Vital kapasite (%)

Aký

m h

ýzý

/ sn

FEF75

İzovolümetrik basınç-akım eğrisi

Çeşitli AC volümlerinde, herhangi havayolu basıncına karşılık o andaki akım hızı eğrisi

Yüksek AC volümlerinde, basınç artarken hava akımı da artar. Hava akımı efora bağlıdır.

Düşük AC volümlerinde, basınç akım hızında artışa neden olmaz, akım efordan bağımsızdır.

Maksimal istemli ventilasyon (MVV) Amplitüdü ve frekansı yüksek

solunumla 1 dakikada atılan volümdür.

15 Saniyede hızlı ve derin solunumdan sonra ortaya çıkan hacmin 1 dakikalık karşılığıdır.

Akciğerler ve göğüs duvarının mekanik özelliklerindeki bozuklukların tümünün ölçümü olabilecek bir testtir.

70 kg’lık kişide 150 L/dak.

Dinamik Basınç-Volüm İlişkileri Solunum döngüsü

esnasındaki Ppl ve AC volüm değişikliklerini gösteren eğridir

AC elastik özellikleri ve hava yolu direncinden etkilenir.

İns. ve eks. sonunda hava akımı=0

Eks. bitiminden insp. sonuna kadar Ppl değişimleri AC elastik büzülmesinin artışını gösterir.

Basınç-volüm halkasında ekspirasyon ve inspirasyon sonu noktaları birleştiren hattın eğimi dinamik kompliyanstır.

Hava akım hızlarını belirleyen fizyolojik faktörler

Normal koşullarda maksimum ekspirasyonda akımı kısıtlayan mekanizmalar eşit basınç noktası (EPP) teorisi ile açıklanır.

Starling Direnci Maksimal Expiratuar Akım Limitini

belirleyen basit model Eğer P2>P3 ise sürücü basınç = P1 - P2 Eğer P3>P2 ise sürücü basınç = P1 - P3

Pasif sakin ekspirasyonİnspirasyonun sonunda akım = 0PTP= 0-(-10)=10 cm H20plevral P = AC elastik geri tep. P’ıPalv= Pel + Ppl

Sakin ekspirasyon başındaakım = 0Sürücü basınç= 2 cm H20PTP= 2-(-8)= 10 cm H20Palv rezistansa karşı havayolunda giderek azalır ve 0 olur.

Zorlu ekspirasyon Ppl > Patm ve Palv daha

da artar. Havayolunun belli yerinde

Paw= Pel=Ppl olur. Buradan ağıza kadar bölümde Pm negatifdir.

Bu noktada havayolları dinamik kompresyona uğrar (Eşit basınç noktası).

Yüksek volümlerde EPP oluşmadığından havayolu kompresyonu yoktur ve akımda efor bağımlıdır.

Düşük volümlerde EPP oluşur, havayolu kompresyonu yoktur ve bundan sonra akım efordan bağımsızdır.

Normalde EPP santral havayolları düzeyinde oluşur, trakea, ana bronşlar, lob bronşları kompresyona uğrar.

Amfizemde periferik hava yolları EPP noktasının ilerisinde kalır, kompresyona uğrar.