Upload
wwwtipfakultesi-org
View
4.439
Download
14
Embed Size (px)
Citation preview
Solunum mekaniği ve ventilasyonProf. Dr. Nazan Dolu
Erciyes Üniversitesi Tıp FakültesiFizyoloji AD
• 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.
Başlıca gaz kanunları
“Boyle” genel gaz yasası
Bir kaptaki sabit sayıdaki gaz molekülü varsa, kabın hacmindeki bir artış gaz basıncını düşürür,
kabın hacmindeki bir azalma basıncı artırır
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.
• 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.
Solunum mekanizması
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
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.
• 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
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.
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.
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.
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.
Transmural Basınçlar
• Transpulmoner basınç (PL) : Ptp=PL= PA- Ppl
• Transtorasik basınç (Pw) :
Pw = Ppl - Pbs. • Transrespiratuar
basınç (Prs):
Prs=PA – Pbs
Havalanma (ventilasyon)- nefes döngüsü
Palv’deki statik (t = 0, 2 & 4 sn) ve dinamik (t = 1 & 3 sn) fazlarHava akımı sadece Ppl’da dinamik değişiklikler olduğu zaman meydana gelir.Patm – Ppl basınç farkı olmadığı zaman hava akımı meydana gelmez.
Basınç Değişiklikleri
Ekspirasyon sonu
Solunum siklüsünde basınç değişiklikleri
AC’lerin şişme modeli
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
• Transpulmoner basınç arttıkça AC hacmi artar. Ancak 20-30 cmH2O’da max. volüme erişir.
• ACden farklı olarak, göğüs duvarı, yüksek transtorasik basınçda genişlemeye devam eder.
Ventilasyon için gerekli güçler
• Uygulanan güçlerSolunum kasları
• Karşı güçler1. AC- göğüs duvarındaki elastik güçleri (%65)Kompliyans-Elastaz2. Elastik olmayan işDoku direnci: Ac ve göğüs çeperi yapılarının visközitesi (%7)Hava yolu direnci (%28)’nin üstesinden gelmelidir.
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
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.
• Etki ortadan kalktığında ise Transmural basınç ‘0’ olur. Denge durumu gerçekleşir. PA= Pel + Ppl
PL= PA- PplPL= (Pel+ Ppl) – PplPL= Pel
Statik basınç/hacim eğrisi
• Bu eğri ile;
(1)Tek başına elastik yapıların katkısı
(2)Ekspirasyon sonunda AC hacminin sıfır değerine kollaps olmasını engelleyen güçlerin dengesi değerlendirilmiş olur.
• Bu tür eğriler sadece kompliyans tarafından etkilenir.
Dinamik basınç/hacim eğrisi
• Normal soluk alıp vermedeki mekanik ilişkileri gösterir.
• Bu eğriler kompliyans ve solunum sistemi direncinden etkilenir.
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 )
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.
Kompliyans ≈ Esneklik
Kompliyansı düşük, genişlemesi zor
AC’lerin basınç-hacim eğrisi
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 kompliyansı0.2 L/ cmH2O’dur.
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.
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.
AC kompliyansının belirleyicileri
– AC Kompliyansı, (1) AC elastik maddelerinin (%50) ve (2) 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)
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.
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 tonusu
Histamin, seratonin, Hipoksi
Bronkodilatatör ilaçlar
Pulmoner kan akımı
Mitral darlık,
sol vent. yetm.
Normokapnik hipoksi, pulmoner stenoz
Amfizemde statik kompliyans artmış, dinamik kompliyans azalmıştır
Transpulmoner basınç, cmH2O
Interstisyelfibrozis
normal
amfizem
Vo
lüm
, b
ekle
nen
TA
K’n
in %
si
0 10 20 30 40
120
100
80
60
40
20
0
Histerezis
• Esnek bir sistemin deforme edilmesi ve kuvvet ortadan kaldırıldıktan sonra denge durumuna dönmesi sırasında izlenen davranışların birbirinden farklı olmasına denir.
lun
g v
olu
me
insp
irat
ion
expi
ratio
n
Histerezis
• İnspirasyonun başında AC içi basınç artarken, hacim değişiklikleri buna paralel değildir. Belli basıncın üzerinde ilişki doğrusal olur. Büyük AC volümlerinde platoya ulaşılır.
• Ekspirasyonun başında basıncın azalmasına rağmen volüm azalmaz. Sonra doğrusal ilişki olur
lun
g v
olu
me
insp
irat
ion
expi
ratio
n
Kompliyansa yüzey geriminin etkisi
AC’ler bedenden çıkarılıp serum fizyolojik ile doldurulursa ne olur?
Serum fizyolojik ile histeresiz oldukça azalır.
İnspirasyon
Ekspirasyon
• 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.
air air air
Yüzey gerimi nedir?
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.
x x
P
T
BasınçYüzey gerimiYarıçap
LaPlace Kanunu
Küresel bir hava boşluğunda basıncın hesaplanmasıyukarıdaki formülledir.
Bütün küçük alveoller tamamen küçülme, büyükler ise gittikçe boylarını artırma eğilimdedirler. Bu olaya ALVEOLLERİN KARARSIZLIĞI denir.
x x
Küçük alveollerde büzüşme basıncıdaha büyüktür
Büyük alveol Küçük alveol
Büyük alveol içine hava akımı
LaPlace kanunu
Basınç
Yüzey gerimi
YarıçapKüçük
Alveol’den
(P daha küçüktür)
Alveollerde yüzey gerilimi-Sürfaktanın etkisi
Bazı sıvıların yüzey gerim değerleri; Saf su: 72 din/cmSürfaktan içermeyen alveol sıvısı: 50 din/cmSürfaktan içeren alveol sıvısı: 5-30 din/cm
Olgun sürfaktan bileşimi
Total ağırlığın yüzdesi
Lipid 89-90
Protein 10-15
Lipidleri yüzdesi
Fosfolipidler 85-90
Nötral lipidler 5
Glikolipidler 5-10
Total fosfolipidlerin yüzdesi
Fosfatidilkolin 70-80
Dipalmitoil fosfatidilkolin 45-50
Fosfatidilgliserol 7-10
Fosfatidiletanolamin 3-5
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.
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.
Sürfaktanın görevleri
• Yüzey gerilini düşürerek nefes alma işini azaltmak
• Yapışmayı önleyici özellikleri ile ekspirasyonda alveolün kapanmasını önleme
• Sönmeye eğilimli alveollerin dengede kalmasını sağlama
Sürfaktan salınımını artıranlar
• Alfa adrenerjik agonistler
• Protein kinaz C aktivatörleri
• Lökotrienler
• Pürinerjik agonistler
• Tiroid Hormonları
• Glukokortikoidler
Sürfaktanı Azaltanlar
• İnsülin sürfaktan etkinliğini azaltır.
• Sigara içen anne bebeklerinde de sürfaktan yapımı bozulur.
Göğüs duvarı kompliyansını etkileyen faktörler
• Göğüs geometrisi
• Göğüs duvarı yapısı
• Kişinin boyu
• Solunum kaslarının inervasyonu
• Şişmanlık
• Abdominal içeriğin hareketliliği
• Transmural (iç-dış)– AC’ler için
• alveolar – plevral– Göğüs duvarı için
• plevral – atm– AC+Göğüs duvarı
• alveolar – atm• Göğüs duvarı genişlemek ister• AC’ler içe doğru daralmak ister.
• Statik koşullarda Patm=Palv=0• FRC’de• PL= Palv- Ppl=0-(-3.5)=3.5• Pcw=Ppl-Pvy=-3.5-0=-3.5• Prs=Palv-Pvy=0-0=0
Vital Kapasite(%)
25
50
75
60
• 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
Total Respiratuar Sistem Kompliyansı
AC ve göğüs duvarı kompiyanslarından oluşur.
Göğüs ve AC’lerin ortak kompliyansı
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.
ELASTAZ
• Elastaz kompliyansın tersidir.
E= ∆P /∆V• Bir sistemde birim deformasyona yol açan
basınç değişikliğidir (hacim değişimine karşı oluşan basınç değişimidir).
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)
• 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.