Bilgiustam
Türkiye'nin Bilgi Sitesi

Solunumda Gaz Difüzyonu (Takası) Nedir?

0 27

Gaz değişimi, oksijen ve karbondioksitin kan dolaşımı ve akciğerler arasında hareket ettiği süreçtir. Bu sürece gaz değişimi veya gaz difüzyonu denir. Bu, solunum sisteminin birincil işlevidir ve dokulara sürekli bir oksijen tedariki sağlamak ve birikmesini önlemek için karbondioksiti uzaklaştırmak için gereklidir. Bu yazıda, gaz değişimi ilkelerini, etkileyen faktörleri ve ilgili klinik koşullar hakkında bilgiler bulunmaktadır.

Gaz Difüzyonunun Fiziği

Kapalı bir alanda (bu durumda akciğerler) gazların hareketi rastgeledir, ancak genel difüzyon, yüksek konsantrasyonlu alanlardan düşük konsantrasyonlu alanlara doğru hareketle sonuçlanır. Kuru bir gazın difüzyon esas etkilenir. Etkileyen faktörler şu şekilde sıralanabilir:
• Konsantrasyon gradyanı: Gradyan ne kadar büyükse, oran o kadar hızlıdır.
• Difüzyon için yüzey alanı: Yüzey alanı ne kadar büyükse, oran o kadar hızlıdır.
• Difüzyon yolunun uzunluğu: Yolun uzunluğu ne kadar büyükse, hız o kadar yavaş olur.
Gaz moleküllerinin kabın kenarlarıyla çarpışması basınçla sonuçlanır. Bu, aşağıdaki denklemde verilen ideal gaz yasası ile tanımlanmaktadır. (n, mol sayısını, R gaz sabiti (8.314), T mutlak sıcaklığı ve V kabın hacmini temsil eder)

Gazların Gazlardan Difüzyonu

Gazlar diğer gazlardan (alveollerde olduğu gibi) yayılırken, difüzyon oranları Graham Yasası ile tanımlanabilir. Graham yasasındaki kural şudur: Difüzyon hızı, aynı basınç ve sıcaklıkta molar kütlesinin kare kökü ile ters orantılıdır. Diğer bir deyişle, bir gazın kütlesi ne kadar küçükse, o kadar hızlı yayılacaktır.

Gazların Sıvılardan Difüzyonu

Gazlar sıvılar boyunca, örneğin alveolar membran boyunca ve kılcal kana yayılırken, gazların çözünürlüğü önemlidir. Daha çözünür bir gaz olduğu hızlı o dağılacaktır. Bir gazın çözünürlüğü Henry yasasıyla tanımlanır ve şöyle ifade eder: Bir sıvıda çözünmüş gaz miktarı, sıvının üzerindeki kısmi basıncı ile orantılıdır. Tüm gazlar için sıcaklık ve basınç koşullarının sabit kaldığını varsayarsak (kabaca alveollerde olduğu gibi), o zaman çözünürlüklerini belirleyen farklı gazlar arasındaki doğal farklardır. Karbondioksit doğası gereği oksijenden daha fazla çözünür ve bu nedenle oksijenden çok daha hızlı sıvıya yayılır.

Fick Yasası

Fick yasası bize bir gazın akışkan içinden difüzyon oranını etkileyen bir dizi faktör verir. Bu faktörler şu şekildedir:
• Difüzyon bariyerindeki kısmi basınç farkı.
• Gazın çözünürlüğü.
• Sıvının enine kesit alanı.
• Uzaklık moleküllerinin yayılması gerekir.
• Gazın moleküler ağırlığı
Sıvının sıcaklığı – akciğerler içinde önemli değildir ve 37 o C olduğu varsayılabilir.
Akciğerlerde oksijen, karbondioksitten daha küçükken, çözünürlükteki fark, karbondioksitin oksijenden kabaca 20 kat daha hızlı yayıldığı anlamına gelmektedir. Tek tek moleküllerin difüzyon hızı arasındaki bu fark, kısmi oksijen basınçlarındaki büyük farkla telafi edilir ve karbondioksitinkinden daha büyük bir difüzyon gradyanı yaratır. Bununla birlikte, bu, akciğerlerin oksijenle yeterince havalandırma yeteneğini bozan hastalık durumlarında, oksijen değişiminin genellikle karbondioksitten önce tehlikeye atıldığı anlamına gelir.

Oksijen Difüzyonu

Düşük dış ortam ile karşılaştırıldığında alveollerde kısmi basınçla oksijen olmaktadır. Bunun nedeni, oksijenin alveolar membran boyunca sürekli yayılması ve alveollere giren karbondioksitin vücudu terk etmek için seyreltici etkisidir. Buna rağmen, alveollerde kısmi basınç kılcal damarlardan daha yüksektir ve bu da kana net bir difüzyonla sonuçlanır. Alveolar ve kılcal membranlar boyunca yayıldıktan sonra, hemoglobin ile birleşir. Bu, oksijeni kan dolaşımı yoluyla solunum yapan dokulara taşıyan oksihemoglobini oluşturur.
Egzersiz sırasında kan, vücutta daha hızlı hareket eden kalp debisindeki artışa bağlı olarak pulmoner kılcal damarlarda normal sürenin yarısına kadar (bir saniye dinlenme) harcar. Ancak kılcal damar içine ulaşan kan hücresinin yarım saniyesinde oksijen difüzyonu tamamlanır, bu da egzersizin gaz değişimi ile sınırlı olmadığı anlamına gelmektedir.

Karbondioksitin Difüzyonu

Kılcal damarlardaki kısmi karbondioksit basıncı, alveollerde olduğundan çok daha yüksektir. Bu, kılcal damarlardan alveollere net difüzyonun meydana geldiği anlamına gelir. Alveollerdeki kısmi basınç da dış ortamdaki kısmi basınçtan daha yüksek olduğu için karbon dioksit daha sonra ekshale edilebilir. Karbondioksit kanda çeşitli yollarla taşınır; çözünmüş, proteinlerle ilişkili ve bikarbonat iyonları dahildir.

Difüzyon Bariyeri

Akciğerlerdeki difüzyon bariyeri aşağıdaki katmanlardan oluşur:
• Alveolar epitel
• Doku sıvısı
• Kılcal endotel
• Plazma
• Kırmızı hücre zarı

Difüzyon Oranını Etkileyen Faktörler

Akciğerlerdeki difüzyon oranını etkileyebilecek birçok özellik vardır. Ana faktörler şunları içerir:
• Membran kalınlığı: Membran ne kadar ince olursa, difüzyon hızı o kadar hızlıdır. Akciğerlerdeki difüzyon bariyeri son derece incedir, ancak bazı durumlar bariyerin kalınlaşmasına ve dolayısıyla difüzyonun bozulmasına neden olur. Örnekler arasında; interstisyel boşlukta sıvı (pulmoner ödem) ve Alveolar zarın kalınlaşması (pulmoner fibroz) gösterilebilir.
• Membran yüzey alanı: Yüzey alanı ne kadar büyükse, difüzyon hızı o kadar hızlıdır. Akciğerler normalde alveollerden dolayı gaz değişimi için çok geniş bir yüzey alanına sahiptir.
• Amfizem gibi hastalıklar: Alveolar yapının tahrip olmasına yol açarak, bül olarak bilinen hava dolu geniş alanların oluşmasına yol açmaktadır. Bu, mevcut yüzey alanını azaltır ve gaz değişim oranını yavaşlatır.
• Membran boyunca basınç farkı
• Gazın difüzyon katsayısı
Amfizem, akciğerlerdeki alveollerin tahrip olmasına neden olan kronik, ilerleyici bir hastalıktır. Bu, tipik olarak hipoksiye (Tip 1 solunum yetmezliği) yol açan, akciğerlerde gaz değişimi için büyük ölçüde azaltılmış bir yüzey alanı ile sonuçlanır. Ana semptom amfizemin nefes darlığıdır , ancak hastalar ayrıca hırıltılı solunum, sürekli öksürük veya göğüste sıkışma yaşayabilir. Kronik bronşitin yanı sıra amfizem, Kronik Obstrüktif Akciğer Hastalığını (KOAH) oluşturan durumlardır. Sigara en yaygın neden olmakla birlikte, diğer risk faktörleri arasında ikinci el dumana maruz kalma, mesleki dumanlara veya toza maruz kalma ve yüksek düzeyde kirliliğe sahip alanlarda yaşam yer alır.
Tedavi, durumun aşamasına (yani semptomların ve hava yolu tıkanıklığının derecesine) bağlıdır ancak tipik olarak şunları içerir:
• Sigara bırakma.
• Bronş daralmasını azaltmak için bronkodilatörler
• Hava yolu inflamasyonunu azaltmak için inhale kortikosteroidler
• Hastalığın alevlenmeleri için antibiyotikler ve oral steroidler.
• Şiddetli ilerleyen hastalıkta uzun süreli Oksijen Tedavisi (UDOT).

Gaz Difüzyonu Genel Bir Bakış

Gazların davranışı, her ikisi de gaz değişiminin yönlerini tanımlayan Dalton yasası ve Henry yasası ilkeleriyle açıklanabilir. Dalton yasası, bir gaz karışımındaki her bir gazın, karışımdaki diğer gazlardan bağımsız olarak kuvvet (kısmi basıncı) uyguladığını belirtir. Henry yasası, bir sıvıda çözünen belirli bir gazın miktarının kısmi basıncının bir fonksiyonu olduğunu belirtir. Bir gazın kısmi basıncı ne kadar büyükse, gaz dengeye doğru ilerledikçe o gazın bir sıvıda o kadar fazla çözünmesi gerekir. Gaz molekülleri bir basınç gradyanı aşağı hareket eder; başka bir deyişle, gaz, yüksek basınçlı bir bölgeden düşük basınçlı bir bölgeye hareket eder. Alveollerde kısmi oksijen basıncı yüksek ve pulmoner kılcal damarların kanında düşüktür.
Sonuç olarak, oksijen, solunum zarı boyunca alveollerden kana yayılır. Aksine, kısmi karbondioksit basıncı pulmoner kılcal damarlarda yüksek ve alveollerde düşüktür. Bu nedenle, karbondioksit solunum zarından kandan alveollere yayılır. Solunum zarından yayılan oksijen ve karbondioksit miktarı benzerdir.
Havalandırma, havayı alveollerin içine ve dışına hareket ettiren işlemdir ve perfüzyon, kılcal damarlardaki kan akışını etkiler. Havalandırma, alveollerde yüksek bir kısmi oksijen basıncı oluşturmak için yeterli olması gerektiğinden, her ikisi de gaz değişiminde önemlidir. Ventilasyon yetersizse ve alveolar havadaki kısmi oksijen basıncı düşerse, kılcal damar daralır ve yeterli ventilasyon ile kan akışı alveollere yönlendirilir. Dış solunum, alveollerde meydana gelen gaz değişimini ifade ederken, iç solunum dokuda meydana gelen gaz değişimini ifade eder. Her ikisi de kısmi basınç farklarından kaynaklanır.

Kaynakça:
https://www.msdmanuals.com/home/lung-and-airway-disorders/biology-of-the-lungs-and-airways/exchanging-oxygen-and-carbon-dioxide
https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zq349j6/revision/3

Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu

Cevap bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.