Solunumda Gaz Alışverişi Nasıl Gerçekleşir?

Solunum ile gaz alışverişi arasındaki fark

Solunum sözcüğü burada dar anlamıyla, havanın akciğerlere alınması ve akciğerlerden dışarı verilmesiyle gerçekleşen havalandırmayı (pulmoner ventilasyon) anlatır. Başka bir deyişle solunum, havanın hareketini ifade eder. Gaz alışverişi ise oksijen ve karbondioksitin alveoller ile akciğer kılcallarındaki kan arasında yer değiştirmesidir.

Bu iki süreç birbirine bağlı olsa da aynı şey değildir. Soluk alma ve verme alveollere yeni hava getirip eski havayı uzaklaştırarak alveollerdeki gazların kısmi basınçlarını uygun düzeyde tutar. Ardından gazlar, enerji harcanmadan, yüksek kısmi basınçlı bölgeden düşük kısmi basınçlı bölgeye doğru difüze olur. Örneğin akciğerlerde oksijenin kısmi basıncı kılcal damarlara gelen kandan yüksek olduğu için oksijen kana geçer; karbondioksitin kısmi basıncı kanda daha yüksek olduğu için bu gaz alveollere geçer. Bu nedenle havalandırma gaz alışverişine ortam hazırlarken gaz alışverişi gazların gerçek değişimini oluşturur.

Havanın solunum yollarından alveollere ulaşması

Soluk alma sırasında hava burun veya ağızdan vücuda girer; yutak ve gırtlaktan geçerek soluk borusuna ulaşır. Soluk borusu iki ana bronşa ayrılır. Bronşlar akciğerlerin içinde daha küçük bronşçuklara dallanır ve bronşçukların uçlarındaki alveol keseciklerine açılır.

Bu yolların temel görevi havayı gaz alışverişinin gerçekleştiği bölgeye taşımaktır. Alveoller, akciğerlerin gaz alışverişine doğrudan katılan küçük hava kesecikleridir. Soluk alma ile dış ortamdan gelen hava alveollerdeki artık havayla karışır; bu yüzden alveol havasının bileşimi atmosfer havasıyla aynı değildir. Alveol havasında oksijen daha düşük, karbondioksit ve su buharı ise atmosfer havasına göre daha fazladır. Bu farklı bileşim, alveol ile kılcal damar kanı arasındaki gaz geçişi için gerekli basınç farklarının oluşmasına yardım eder.

Diyafram ve basınç farkıyla soluk alma-verme

Diyafram, göğüs boşluğunun alt sınırını oluşturan ve solunum hareketlerinde görev alan kubbemsi bir kastır. Soluk alma sırasında diyafram kasılır ve aşağı doğru düzleşir. Göğüs boşluğunun hacmi böylece artar. Akciğerler göğüs boşluğundaki bu genişlemeyi takip eder; akciğer içindeki hava basıncı dış ortam basıncının altına düşer ve hava akciğerlere doğru hareket eder.

Bu hareket, gazların bağlantılı bölgelerde basınçlarını eşitleme eğiliminden kaynaklanır. Bir bölgedeki basınç diğerinden yüksekse hava yüksek basınçtan düşük basınca akar. Örneğin derin bir nefes alırken diyafram daha fazla kasılır, göğüs boşluğu daha çok genişler ve akciğer içi basınç daha fazla azalır. Bunun sonucunda alveollere daha fazla hava ulaşabilir.

Soluk verme sırasında diyafram gevşer ve yeniden kubbe biçimini alır. Göğüs boşluğunun hacmi azalınca akciğerlerin içindeki basınç yükselir. Hava bu kez akciğerlerden dış ortama çıkar. Normal soluk vermede bu hareket büyük ölçüde göğüs boşluğunun ve akciğerlerin eski durumuna dönmesiyle gerçekleşir; zorlayıcı soluk vermede ise ek solunum kasları da devreye girebilir. Böylece her solunum döngüsünde alveollere yeni hava gelir ve karbondioksit içeren hava uzaklaştırılır.

Alveollerde oksijen ve karbondioksit değişimi

Gaz alışverişi, alveol havası ile alveolleri çevreleyen kılcal damarlardaki kan arasında gerçekleşen basit difüzyondur. Difüzyon, moleküllerin enerji harcamadan yüksek kısmi basınçlı bölgeden düşük kısmi basınçlı bölgeye yayılmasıdır. Oksijen ve karbondioksit birbirinden bağımsız olarak kendi basınç farklarının yönünde hareket eder.

Akciğerlere gelen alveol havasında oksijenin kısmi basıncı, akciğer kılcallarına ulaşan oksijence fakir kandakinden yüksektir. Bu nedenle oksijen alveollerden kılcal damar kanına geçer. Karbondioksitte ise durum tersidir: Kılcal damarlardaki kanda karbondioksitin kısmi basıncı alveol havasından daha yüksek olduğundan karbondioksit kandan alveollere geçer. Böylece oksijen kana eklenirken karbondioksit soluk verme ile uzaklaştırılabilecek konuma gelir.

Örneğin alveol havasında oksijenin kısmi basıncı yaklaşık 104 mm Hg iken akciğer kılcallarındaki kanın oksijen basıncı yaklaşık 40 mm Hg olabilir. Bu fark oksijenin kana geçişini yönlendirir. Karbondioksitte alveol basıncı yaklaşık 40 mm Hg, kılcal damar kanındaki basınç ise yaklaşık 45 mm Hg olduğunda karbondioksit kan dışına, alveole doğru difüze olur. Soluk alma alveoldeki oksijen basıncını yeniler; soluk verme ise biriken karbondioksitin uzaklaştırılmasını sağlar.

Alveol-kılcal damar yapısının gaz alışverişine uygunluğu

Alveol duvarı ile onu saran kılcal damar duvarı birlikte solunum zarını oluşturur. Bu zar gazların geçişine elverişli, çok ince ve geçirgendir. İnce olması, oksijen ve karbondioksitin alveol havası ile kan arasındaki mesafeyi kısa sürede aşmasını sağlar. Alveollerin çevresinde yoğun bir kılcal damar ağı bulunması da kanın gaz değişimi yapılacak yüzeyle sürekli temas etmesine yardım eder.

Alveollerin çok sayıda olması akciğerlerde geniş bir gaz alışverişi yüzeyi oluşturur. Böylece aynı anda daha fazla gaz molekülü difüzyona katılabilir. Yapının ince bir zar, geniş yüzey alanı ve gazlara geçirgenlik özelliklerini birlikte taşıması, basınç farklarının etkili biçimde kullanılmasını sağlar. Alveollere yeterli hava ulaşmadığında alveol havasındaki oksijen basıncı düşer ve kanla arasındaki fark küçülür; bu durumda oksijenin difüzyonu da verimli gerçekleşmez.

Oksijen ve karbondioksitin temel taşınma yolu

Alveollerden kılcal damarlara geçen oksijen, akciğer toplardamarlarıyla kalbin sol tarafına taşınır. Kalp bu oksijence zengin kanı vücut dokularına gönderir. Sistemik kılcal damarlarda oksijen, kandaki basıncı dokulardakinden yüksek olduğu için kandan doku hücrelerine doğru geçer.

Dokularda oluşan karbondioksit ise dokulardan sistemik kılcal damarlara geçer. Karbondioksit içeren kan toplardamarlarla kalbin sağ tarafına, oradan da akciğer atardamarlarıyla akciğer kılcallarına ulaşır. Akciğer kılcallarında karbondioksit alveollere geçer ve soluk verme sırasında vücuttan çıkar. Böylece kanın akciğerler ile dokular arasında dolaşması, alveollerdeki gaz alışverişinin sürekliliğini sağlar.

Oksijenin önemli bir bölümü alyuvarlardaki hemoglobine geçici olarak bağlanarak taşınır; dokulara ulaştığında hemoglobinden ayrılıp hücrelere geçer. Karbondioksitin kanda taşınma biçimlerinin ayrıntıları başka bir konunun kapsamındadır. Dokuların oksijeni kullanmasıyla ilişkili hücresel solunum ayrıca ele alınır. Solunum hızı ise kandaki ve dokulardaki gaz durumuna göre sinirsel düzenlemelerle ayarlanır.