Pulmoner Ventilasyon Mekaniği

Göğüs kafesi ve akciÄŸerler esnek yapılardır. Normalde göğüs kafesiyle akciÄŸerler arasında ince bir sıvı tabakasından baÅŸka bir ÅŸey yoktur. AkciÄŸerler göğüs kafesi içinde kolayca kayar, fakat göğüs kafesinden ayırmaya çalışıldığında aralarında sıvı olan yapışık iki cam gibi kolay ayrılamazlar. Göğüs kafesiyle akciÄŸerler arasında plevra içinde subatmosferik bir basınç vardır. Sakin solunum sırasında akciÄŸer tabanındaki plevra içi basıncı ki soluk almanın baÅŸlangıcında -2,5 mmHg kadardır ve yaklaşık -6 mmHg’ya kadar düşer. Bu durumda akciÄŸer daha geniÅŸler, hava yolları içindeki basınç hafifçe negatiftir ve hava akciÄŸerlere dolar. Soluk alma bittiÄŸinde akciÄŸerlerin kapanma eÅŸilimi göğüs kafesini soluk verme durumuna geri çekmeye baÄŸlarken bu anda akciÄŸerlerin ve göğüs kafesinin kapanma basınçları birbirleriyle dengelenir. Hava yollarındaki basınç hafif artar ve hava akciÄŸerlerden çıkar.

AKCÄ°ÄžERLERÄ°N GENÄ°ÅžLEME VE DARALMASININ TEMEL MEKANÄ°ZMASI

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 boÅŸluÄŸunun ön arka çapının büyültüp küçültmek üzere kostaların yukarı ve aÅŸağı hareketi. Ä°stirahat halinde kaburgaların eÅŸimi aÅŸağı doÄŸru olduÄŸundan, sternum geride omurgaya doÄŸru çekilmiÅŸ gibidir. Göğüs kafesi yükseldiÄŸi zaman kaburgalar düzleÅŸir ve sternum omurgadan uzaklaÅŸarak göğüs boÅŸluÄŸunun ön arka çapını artırır.Maksimal inspirasyonda bu geniÅŸleme %20′yi bulur. Bu nedenle göğüs kafesini yükselten kaslar inspirasyon, aÅŸağı 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. Ä°nterkostales interni: Kostaları aÅŸağı çeker. Solunum kaslarının çalışma prensipleri ÅŸekil I’de gösterilmiÅŸtir. Bu kasların yanı sıra soluk alıp vermede Glottis ve BronÅŸ 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) Ä°ntraalveoler 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.
AkciÄŸerlerin toplam büzülme eÅŸilimi, intraplevral boÅŸlukta akciÄŸerlerin kollabe olmasını önleyen negatif basıncın deÄŸeri 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.

AKCÄ°ÄžERLER VE TORAKSIN GENÄ°ÅžLEME KAPASÄ°TESÄ°; KOMPLÄ°YANS

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 iÅŸinden en önemlisi kompliyans iÅŸidir. Normal sakin solunumda iÅŸin büyük kısmı akciÄŸerlerin geniÅŸletilmesiyle ilgilidir, küçük bir bölümü doku direncini yenmek için, kalan ise solunum yolları direncini yenmek için yapılır. Sakin solunum sırasında harcanan toplam iÅŸ miktarı 0,3 -0,8 kg-m/dak. kadardır. Bu deÄŸerin egzersizde çok armasına raÄŸmen normal kiÅŸilerde solunum için harcanan enerji egzersiz sırasında harcanan toplam enerjinin %3′ünden daha azdır. Amfizem, astım ve dispne ile ortopnenin bulunduÄŸu hastalıklarda solunum iÅŸi 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 deÄŸiÅŸimi sadece hava yollarının son kısımlarında görüldüğü için solunum sisteminin geri kalan bölümlerini dolduran hava ile akciÄŸer kapilleri arasında gaz alışveriÅŸi olmaz. Normalde bu ölü boÅŸluÄŸun hacmi kiÅŸinin pound olarak vücut ağırlığı deÄŸerine aÅŸağı yukarı eÅŸdeÄŸerdir. Yani 150 pound (68 kg) ağırlıkta bir kiÅŸide alınan havanın sadece 350 ml’si alveollerdeki hava ile karışır. Sonuç olarak alveolar ventilasyon yani bir dakikada alveollere ulaÅŸan hava miktarı solunumun dakika hacminden daha azdır. Buna ek olarak ölü alandan dolayı, solunum dakika hacmi aynı tutulduÄŸunda hızlı ve yüzeyel bir solunum yavaÅŸ fakat derin bir solunuma göre daha az bir alveolar ventilasyon yaptığına dikkat etmek gerekir. Tablo 1Õde bu durum gösterilmiÅŸtir.

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 deÄŸeri arteriyel kan PCO2 deÄŸeri ve soluk hacminden (Tidal volum) hesaplanabilir. Soluk hacmi ile (VT), soluk verme havasının PCO2 deÄŸeri (PECO2)’nın çarpımı arteriyel PCO2 (PACO2) ile soluk hacmi ve ölü boÅŸluk (VD) arasındaki farkın, soluk alma havasındaki PCO2 (PICO2) çarpı VD ile toplamına eÅŸittir.
PECO2 x VT= PACO2 X (VT-VD) + PICO2 x VD
(Bohr denklemi)
Yalnız PICO2 x VD değerleri çok küçük olduklarından atılabilir.
EÄŸer;
PECO2= 28 mmHg
PACO2= 40 mmHg
VT = 500 ml ise VD = 150 ml olarak bulunur.

AKCÄ°ÄžER HACÄ°M VE KAPASÄ°TELERÄ°

Pulmoner ventilasyonun incelenmesinde basit bir yöntem olan spirometri ile akciğerlere girip çıkan hava ile akciğer hacim ve kapasiteleri kolaylıkla belirlenir.

AKCÄ°ÄžER HACÄ°MLERÄ°

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.

AKCÄ°ÄžER KAPASÄ°TELERÄ°

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.
ÅŸekil III’de akciÄŸerin hacim ve kapasiteleri bir diyagram olarak verilmiÅŸtir. Bütün akciÄŸer hacim ve kapasiteleri kadınlarda erkeklerden %20-25 daha azdır.
ınspirasyon kaslarının gevÅŸemesi ile akciÄŸer ve göğüs çeperi esnek yapıları akciÄŸerlerin pasif olarak büzülmesine neden olur. Bunun için, inspirasyon kasları tam gevÅŸediÄŸi zaman akciÄŸerler Ä°STÄ°RAHAT EKSPÄ°RASYON DÃœZEYÄ°’ne döner. Bu düzeyde akciÄŸerlerdeki hava hacmi fonksiyonel rezidüel kapasiteye eÅŸit yada genç eriÅŸkinde 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.

Prof. Dr. Sebahattin USLU
Atatürk Üniversitesi Tıp Fakültesi Anesteziyoloji AD.

Pulmoner Ventilasyon MekaniÄŸi