1. Alveollerde Gaz Değişimi
Prof. Dr. Nazan Dolu
Erciyes Üniversitesi Tıp Fakültesi
Fizyoloji AD
dolu@erciyes.edu.tr
04/03/12 1

2. VENTİLASYON
• Dakika (Toplam) ventilasyon (VE),
AC’lere dk’da giren çıkan hava hacmi
• VE= f xTV
• f: frekans, dk’da soluk sayısı
• TV: Her solukla alınan hava hacmi
04/03/12 2

3. ALVEOLER VENTİLASYON
• Atmosfer havası ile başlar.
• Gazların yayılması küçük hava yollarından
alveollere (hava→hava),
• Alveolerden kana (hava→sıvı),
• Kandan dokuya (sıvı →doku) olur.
• Gaz yayılması pasifdir ve enerjiye bağlı değildir.
• Sıvı yada gaz ortamda benzer şekilde
gerçekleşir.
04/03/12 3

4. • Gazlar sıvı ortamda bulunduklarında
moleküler özelliklerini sürdürürler ve kısmi
(parsiyal) basınç oluştururlar.
• Solunum havasındaki kısmi basınçların
toplamı, toplam hava basıncına eşittir
(Dalton yasası).
• Bir gazın kısmi basıncı azalırsa, başka bir
gazın kısmi basıncının yükselmesi gerekir.
04/03/12 4

5. Dalton Yasası
• Karışımın total basıncı, gazların tek tek
basınçlarının toplamıdır.
• 1 ATM = 760 mm Hg veya 760 Torr =
101.3 kPa (kilopaskal)
• Toplam basıncın 760 mmHg olduğu deniz
seviyesinde, atmosfer havasındaki gazların
kısmi basınçları şu şekilde ifade edilir.
• Pb (Atm. P)= PO2+PN2+P argon ve diğer gazlar
04/03/12 5

6. • Parsiyal Basınç = Total basınç x gazın
karışımdaki yüzdesi (Dalton kanunu),
Pgaz = Ptotal x fgaz
• PO2 = Pb x fO2
• PO2 = 760 mmHg x 0.21
• PO2 = 159 mmHg veya torr
04/03/12 6

7. Deniz seviyesinde ve yüksekte
atmosfer havasındaki gazların
kısmi basınçları
04/03/12 7

8. • Atmosfer havası ve alveoler ventilasyonda
en etkili iki gaz kanunu;
– Boyle yasası
– Dalton yasası
04/03/12 8

9. Boyle Yasası
Genel Gaz kanunu: PV = nRT
Standart sıcaklık ve basınçta ideal birgazın hacmi 22,4 litredir.
P=Basınç, V=Hacim, T=Sıcaklık, n=Mol sayısı, R=Reinnberg sabiti
04/03/12 9

10. Su buharı basıncı = 47 mmHg
• İnspirasyon başladığında,
atmosferdeki gazlar,
havayoluna girer, burada
nemlenir ve vücut
sıcaklığına kadar ısıtılır.
• Solunumla alınan gazlar
su buharı ile doyurulur.
• Toplam basınç sabit
kaldığı için, su buharı
diğer gazların basınçlarını
azaltır
04/03/12 10

11. İletici hava yollarında gazların
kısmi basıncı
• İletici hava yollarında gazların kısmi
basınçları toplamı:
• Pb (trakea)= PO2+ PH2O +PN2+P argon ve diğer
gazlar
» 150+ 563+47 = 760 mmHg
Pgaz = Ptotal x fgaz
• PtrakeaO2 = Pb- PH2O x fO2
• PO2 = (760-47) mmHg x 0.21
• PO2 = 150 mmHg veya torr (Atmosferde
159 mm Hg idi)
04/03/12 11

12. Deniz seviyesinde gazların toplam ve
kısmi basınçları
Atm Nemli Alveol Sistemik Karışık
(kuru) trakea gazı arter venöz
kan
PO2 159 150 102 90 40
PCO2 0 0 40 40 46
PH2O 0 47 47 47 47
PN2 601 563 571 571 571
PTOTAL 760 760 760 760 760
04/03/12 12

13. Changes basınçtaki değişiklikler
Parsiyel in Partial Pressures
04/03/12 13

14. Alveoler Gaz Bileşimi
• P(alveol)=PO2+ PH2O +PN2+ PCO2 +P
argon ve diğer gazlar
Atm Nemli Alveol Sistemik Karışık
(kuru) trakea gazı arter venöz
kan
PO2 159 150 102 90 40
PCO2 0 0 40 40 46
04/03/12 14

15. Atmosfer havası ile alveol havasının
farklı olmasının nedenleri;
• Alveoler hava her solukta atmosfer
havası ile kısmen değişir.
• O2 devamlı alveoler havadan absorbe
edilir.
• CO2 devamlı olarak pulmoner kandan
alveollere difüze olur.
• Kuru atmosfer havası solunum
yollarında nemlendirilir.
04/03/12 15

16. Alveol havası ile atmosfer havası
yenilenme hızı
• FRC 2300 ml.dir.
• Her solukla 350 ml yeni hava alveollere alınır ve
aynı miktar eski alveol havası geri verilir.
• Yani her solukta, yeni atmosfer havası ile yer
değiştiren eski alveoler hava miktarı, total
alveoler havanın 1/7’si kadardır.
• Böylece kandaki gaz konsantrasyonlarının ani
değişimi önlenir.
04/03/12 16

17. Atmosferik havanın PO2’sinin
alveoler PO2’ sine etkisi
• Yüksek irtifada bulunma
• Düşük PO2’ye sahip havanın solunması
• Düşük alveoler PO2’ye neden olur.
• Yüksek O2’li gaz karışımı soluma;
• Yüksek alveoler PO2’ye neden olur
04/03/12 17

18. Alveollerdeki O2 konsantrasyonu
• Atmosferik havanın PO2’si
• Hücrenin O2 tüketim hızı
• Alveoler ventilasyon
04/03/12 18

19. Alveoldeki O2’nin kısmi basıncı
(PAO2)
• Alveoldeki O2’nin kısmi basıncı (PAO2) aynı
zamanda ideal alveoler gaz denklemi olarak
bilinen alveoler gaz denklemi ile verilir.
PAO2= PIO2- (PACO2 / R)
PIO2= [(Pb- PH2O ). FIO2]
PAO2= [(Pb- PH2O ). FIO2] - (PACO2 / R)
PIO2= solunan oksijenin kısmi basıncı
R= solunum katsayısı
04/03/12 19

20. PAO2= [(Pb- PH2O ). FIO2] - (PACO2 / R)
• Alveolle alınan
R=VCO2/ VO2 oksijen miktarı,
VCO2= Çıkarılan CO2 çıkarılan CO2
VO2= Alınan O2
R= 0.7- 1.0
miktarını aşar.
R= 0.8
04/03/12 20

21. Alveoler CO2 denklemi
• Alveollerdeki CO2 oranı;
– Metabolizma esnasında hücrelerin CO2
üretim hızı
– CO2’in alveolden atılım hızının fonksiyonudur
(alveoler ventilasyon).
VCO2= VA x FACO2
VCO2= vücudun CO2 üretimi
VA = alveoler ventilasyon
FACO2= kuru alveol gazı içindeki CO2 oranı
04/03/12 21

22. Alveoler CO2 denklemi
• VCO2= VA x FACO2
• FACO2 = VCO2 / VA
• kuru alveol gazı içindeki CO2 oranı= vücudun CO2
üretimi / alveoler ventilasyon
• PACO2 = FACO2 x (Pb- PH2O)
• PACO2 = VCO2 x (Pb- PH2O) / VA
• PACO2 ve VA arasındaki ters ilişki önemlidir.
04/03/12 22

23. Alveol havasının bileşimine etki
eden faktörler
• Ventilasyonla alveole
gelen ve alveolden
salınan gazın niceliği
ve niteliği
• Gazın alveol ve
pulmoner kapiller
arasındaki difüzyon
hızı
• Alveole CO2 getirip,
O2’i uzaklaştıran
pulmoner kapillerlerin
akım hızı ve kardiyak
output
04/03/12 23

24. Gazların Sıvılarda Difüzyonu
Bir gazın eriyikteki konsantrasyonu;
1- Gazın parsiyel basıncı (Henry yasası)
2- Gazın erime katsayısı ile belirlenir (Graham yasası).
04/03/12 24

25. Henry yasası
Başlangıç durumu Çözünmüş O2
Solüsyonda O2 0 mmHg
Belli bir sıcaklıkta bir sıvı içinde çözünen gaz miktarı, o
gazın kısmi basıncı ile doğru orantılıdır.
Parsiyel P= Erimiş gazın konsant./Erime katsayısı
04/03/12 25

26. Graham Yasası
• Bir gazın sıvı içinde yayılma hızı, erime katsayısı ile
doğru orantılı, gazın gram molekül ağırlığının (GMA)
karekeökü ile ters orantılıdır.
• Önemli solunum gazlarının erime katsayıları;
Oksijen 0.024
Karbon dioksit 0.59
Karbonmonoksid 0.018
Azot 0.012
• Karbon dioksid erime katsayısı oksijeninkinin 24
katıdır.
• Ancak oksijenin gram molekül ağırlığı= GMA’ı
(GMA-32), CO2’den (GMA-44) daha küçük olduğu
için oksijen daha hızlı yayılacaktır.
• Toplam sonuç: CO2 kanda O2’ye göre (yaklaşık 20
kat) daha büyük yayılma hızına sahiptir.
04/03/12 26

27. Gazların Sıvılarda Difüzyonu
Başlangıç Ara basamak Denge
Yüksek basınç alanından düşük
basınç alanına doğru hareket eden
moleküller ile, zıt yönde hareket eden
moleküllerin farkına eşittir. (Difüzyon
için basınç farkı)
04/03/12 27

28. Fick Yasası
• Bir gazın bir doku tabakasından sızması
(V),
– dokunun enine kesit alanı (A), özgül gazın
yayılma sabiti (D) ve iki mesafe arası basınç
farkı (ΔP) ile doğru;
– dokunun kalınlığı (difüzyon mesafesi, T) ile
ters ilişkilidir.
04/03/12 28

29. ΔP= İki mesafe arası basınç farkı O2
A = Enine kesit alanı
CO 2
alan
D = özgül gazın yayılma sabiti P2
T= Difüzyon yolunun uzunluğu P1
kalı nlı k
ΔP x A x D
Difüzyon Hızı (V) ∝ T
Farklı gazlar aynı basınç düzeylerinde difüzyon katsayılarına
göre difüze olurlar.
Difüzyon katsayısı (S / MW)= O2 = 1, CO2 = 20, CO = 0.8
04/03/12 29

30. Alveollerde Gaz Değişimi
04/03/12 30

31. Solunum membranı
• Alveolü kaplayan sıvı tabakası (sürfaktanı da
içerir)
• İnce epitelyal hücrelerden oluşan alveol
epiteli
• Epitel bazal membranı
• Alveol epiteli ile kapiller membran arasında
kalan ince bir interstisyel boşluk
• Bir çok yerinde epitel bazal membranı ile
kaynaşmış kapiller bazal membranı
• Kapiller endotel membranı
04/03/12 31

32. İnsanlarda gazların difüzyonu
için gerekli alan çok geniştir
~50-100 m2
Difüzyon yolu uzunluğu
çok küçüktür.
04/03/12 32

33. 04/03/12 33

34. Solunum membranının difüzyon
kapasitesi
• 1 mmHg basınç farkı ile 1 dakikada
membrandan difüzyona uğrayan gaz
hacmidir.
04/03/12 34

35. Solunum membranında gazların
difüzyon hızını etkileyen faktörler
• Membran kalınlığı
• Membran yüzeyi
• Membran içinde gazın difüzyon
katsayısı
• Membranın iki tarafı arasındaki basınç
farkı
04/03/12 35

36. Yüzey alanının gaz değişimine etkileri
Yüzey alanında artma
Egzersiz → Tidal volümde artma
Kardiyak output artışı
AC vaskuler P artışı
Pulmoner kapillerlerin
Sayıları ve boyutlarında
artma Yüzey alanda artma
Alveoler kalınlıkta
azalma
Gaz değişimi için
yüzey alanda
artma
Gaz değişiminde
iyileşme
04/03/12 36

37. Yüzey alanının gaz değişimine etkileri
Yüzey alanında azalma
Amfizem
Alveol duvarlarının haraplanması
AC kompliyansında artma
Gaz değişim için gerekli bölgelerde azalma
Diğerleri: Atelektazi (AC parankiminin kollapsı)
AC dokusunun cerrahi olarak çıkarılması
04/03/12 37

38. Membran kalınlığının gaz değişimine etkileri
Kalınlık artması
Pulmoner fibrozis
Alveol duvarlarında skar oluşumu &
kollojen birkimi
Asbest, silikoz birikimi
Radyasyon, zehirler
04/03/12 38

39. Membran kalınlığının gaz değişimine etkileri
Kalınlık artması
Pnömani
Pulmoner ödem
04/03/12 39

40. Alveolokapiller zardan difüzyon
• Maddeler alveollerden kapiller kana ister
geçsin, ister geçmesin dinlenme sırasında
kanın akciğerlerden geçiş süresi 0.75 sn.
• Alveollerden kana geçen maddelerin kanla
dengelenmeleri bunların kandaki
maddelerle girecekleri reaksiyona bağlıdır.
04/03/12 40

41. Kan ile alveol gazları ne
kadar zamanda dengeye
gelir?
time in pulmonary capillary
(sec)
Oksijen:
100
PO2
Denge oluşumu
(mm Hg) 0.2-0.25 sn
40
Toplam: 0.75 sn
0 0.2 0.4 0.6 0.8
Pulmoner kapillerlerde zaman (sn)
04/03/12 41

42. ΔP x A x D
Difüzyon Hızı (V) ∝ T
• V= [A x D x ΔP] / T
• AD/T oranı, gazın alveolden kana
iletilebilirliğini gösterir.
• O2’nin AC’lerde yayılma özelliğini
değerlendirmek için Fick yasası;
• V= DL x ΔP DL= V / ΔP
• Ancak kapiller PO2 ölçülememektedir.
• Bu yüzden CO kullanılarak hesap
yapılmaktadır.
04/03/12 42

43. AC’lerin difüzyon kapasitesi
• CO’in kapiller zarda eriyebilirliği düşüktür ve kapillerin karşı tarafı ile
CO için denge kurma hızı yavaştır. Kapiller kısmi basınç CO için sıfır
kabul edilir.
• Kapılması difüzyonla sınırlı olduğu için CO’in difüzyon kapasitesi
(DLCO) akciğerin difüzyon kapasitesi olarak kullanılır.
DLCO= VCO / (PACO-PaCO)
Vco= Absorbe edilen CO miktarı
PACO= Alveollerde CO parsiyel basıncı
PaCO= Akciğer kapilllerine giren CO parsiyel basıncı
PaCO= 0 olduğundan
DLCO= VCO / PACO
04/03/12 43

44. • Dinlenme sırasında;
DLCO = 17 ml/dak/mmHg’dır.
• Egzersizde kapiller dilatasyon ve aktif kapiller
sayısı artar, DLCO’da 3 kat artar.
• O2 difüzyon katsayısı:1 CO’in :0.81
(O2’nin 1.23 kat fazla)
• Dinlenimde DLCO x 1.23≅DLO2=21 ml/dak/mmHg
• Egzersizde DLO2 = 65 ml/dak/mmHg olur.
04/03/12 44

45. O2 için difüzyon kapasitesi
• 21 ml/dk/mmHg
• Dinlenimde alveol PO2= 101 mmHg,
• Pulmoner arter kapillerlerinde PO2= 90
mmHg.
• Solunum membranı 2 ucu arası basınç
farkı yaklaşık =11 mmHg
• 11 x 21 = 230 ml, solunum membranından
1 dakikada difüzyona uğrayan O2 hacmi =
vücudun O2 kullanma hızı
04/03/12 45

46. • Solunum membranının her iki tarafındaki O2 ve
CO2’lerin parsiyel basınç farklılıkları O2’nin
kana, CO2’nin alveole difüzyonu ile sonuçlanır.
• Kapiller PO2 artar, CO2 azalır.
• Kapiller ve alveolar basınçlar dengelenince
durur.
• Değişim öyle hızlıdır ki, kan neredeyse alveol
havasındaki aynı PO2 ve PCO2 ile AC’lerden
ayrılır.
04/03/12 46

47. Kan ile alveol gazları ne
kadar zamanda dengeye
gelir?
time in pulmonary capillary
(sec)
Oksijen:
100
PO2
Denge oluşumu
(mm Hg) 0.2-0.25 sn
40
Toplam: 0.75 sn
0 0.2 0.4 0.6 0.8
Pulmoner kapillerlerde zaman (sn)
O2’in kana girişi difüzyonla sınırlı değildir.
04/03/12 47

48. Göreceli Çözünürlük & Gaz
Transferinin Sınırlandırılması
Bir tren yolundaki vagonların bir kömür tankının altında 0.75 saniye kaldığını düşünelim
Membranda gazın çözünürlüğü = kömür
akışının büyüklüğüne
Kanda gazın çözünürlüğü = tren yolundaki
vagonların büyüklüğüne
• Çözünürlük membran ve kanda iyi
eşleştiğinde,
Arabalar kömür tankının altında tamamı ile
dolabilir. Kömürün transferi, arabaların hacmi
ile sınırlı olacaktır- “perfüzyon sınırlı”.
• Membran ve kanda çözünürlük farklı olduğu
zaman, arabalar tamamen dolamayacaktır.
Kömürün transferi tankdan kömür akışının
04/03/12
miktarı ile sınırlı olacaktır -“difüzyon sınırlı”.48

49. Perfüzyon ile
sınırlı olanlar
Inert gazlar kanda çözünürler, fakat Hb
molekülü ile kimyasal olarak
birleşmezler.
Nitrik oksit
Eter
Helyum vb.
Alveol gaz ve kapiller arasındaki denge
hızlı kurulur (0.75 snden daha kısa
sürede (0.1 snde) dengeye ulaşırlar).
Perfüzyon sınırlıdırlar.
Nitrikoksit kısmi basıncı çabuk zirveye
ulaşır ve 0.25 snde en yüksek
düzeydedir, bundan sonra daha fazla
nitrikoksit geçişi olmaz
Inert gazların çözünmüş gaz içerikleri
ile-parsiyel basınçları arasında doğrusal
04/03/12 49
bir ilişki bulunmaktadır.

50. Her iki gaz perfüzyon sınırlı. Kapiller membran ve kandaki çözünürlükleri
aynı. • Perfüzyon artırılınca, geçiş süresi kısalır, ancak taşınan gaz
miktarı değişmez.
• Artan kardiyak output helyum yada etherin taşınmasına ne etki yapar?
04/03/12 50

51. Difüzyon ile sınırlı
olanlar
• Alveolar-Kapiller
membranda çok yavaş
çözünür
& Kanda yüksek
çözünürlüğü vardır, ancak
CO, eritrositlerdeki Hb
tarafından çok hızlı kapılır.
Alveol ve kan gazlarının
dengeye gelmesi çok
yavaştır
Kapillerlerdeki parsiyel
basıncı çok düşük kalır. AC
kapillerlerinde 0.75 snde
uzun süre dengeye
ulaşamaz. Yani CO
transferi perfüzyonla sınırlı
olmayıp DİFÜZYON’la
sınırlıdır.
04/03/12 51

52. Oksijen & Karbondioksit
Perfüzyon ve Difüzyon sınırlanmasında arada
Her iki gazda kanda Hb ile
kimyasal olarak birleşir.
• Kanda kapiller
membrandakinden daha
yüksek çözünürlüğe
sahiptir, böylece yavaş
dengeye gelir.
Kapiller kan ile dengeye
ulaşması 0.2 sn sürer.
• Yavaş olmasına rağmen,
dengeye ulaşma pulmoner
geçiş zamanında
tamamlanır.
04/03/12 52

53. • Yani O2’nin kapılması
da perfüzyonla
sınırlıdır.
04/03/12 53

54. 04/03/12 54

55. • Hipoventilasyon: Alveoler ventilasyon ile
CO2 üretimi dengelenemez ve alveol
PCO2 artar.
• Hiperventilasyon: Alveoler ventilasyon ile
CO2 üretim oranında düşme, alveoler
PCO2 düşüktür.
04/03/12 55

56. Alveoler ventilasyondaki
değişimler
• Dinlenimdeki bir kişi normaldeki 4 l /dk
dan
↑ alveoler ventilasyon yapsın
• Hücresel O2 kullanımı değişmesin (250
ml/dk)
• Alveoler PO2 yüksek
• Alveoler CO2 düşük (yüksek alvoler
ventilasyon nedeni ile daha fazla dilüe
olur) olacaktır.
04/03/12 56

57. • Normal O2 kullanımı, CO2 üretimi olan
bir kişide alveoler ventilasyon azalır ise;
• Alveoler PO2 düşer, PCO2 artar.
04/03/12 57

58. • Basit alveoler ventilasyon, artmış hücresel
O2 kullanımı ve artmış CO2 oluşumu
bulunuyorsa;
• Alveoler PO2 düşer, O2nin büyük kısmı
kapillerlere geçer.
• Alveoler PCO2 artar, kandan alveoller
giren CO2 artmıştır.
04/03/12 58

59. • Anlık oransız artan alveoler ventilasyon,
artmış hücresel O2 kullanımı ve artmış
CO2 üretimi,
• Gaz basınçları değişmeden kalır (Orta
şiddetli egzersiz)
04/03/12 59