11. SINIF [Biyoloji] SOLUK ALIP VERME ve GAZLARIN TAŞINMA MEKANİZMASI

SOLUK ALIP VERME ve GAZLARIN TAŞINMA MEKANİZMASI

SOLUK ALIP VERME MEKANİZMASI

Akciğerler kasılıp gevşeme özelliğine sahip değildir. Soluk alıp verme göğüs boşluğundaki basınç değişimi sonucu diyafram ve kaburgalar arası kasların kasılıp gevşemesi ve buna bağlı olarak da akciğer hacminin genişleyip daralması sonucu gerçekleşir.

-Çizgili kastan oluşan diyafram omurgalı canlılar içerisinde sadece memelilerde bulunur.

- Yetişkin bir insan bir dakikada yaklaşık 12-18 kez soluk alıp verir. Enerji ihtiyacının fazla olduğu egzersiz gibi durumlarda bu sayı artar. Çocuklarda soluk alıp verme yetişkinlere oranla daha hızlıdır.

-Solunum hızı, kandaki karbon dioksit miktarına göre düzenlenir. Yani;

-Kandaki CO2 artarsa, solunum hızı da artar.

-Kan pH'ı düşerse, solunum hızı artar.

-Atmosfer O2’si düşerse, solunum hızı artar. (Kandaki oksijen miktarı değişimi, solunum hızını yok denecek kadar az etkiler.)

-Bu durum omurilik soğanındaki solunum merkezinin uyarılmasına neden olur. Omurilik soğanı önce kalp atışlarının daha sonra da nefes alışverişinin hızlanmasını sağlar. Kanda bulunan CO2 hızla dışarı verilir ve kanın pH’ı normale döner.

Soluk alıp verme sırasında gerçekleşen olaylar
Soluk alma	Soluk verme
Diyafram kası kasılır	Diyafram kası gevşer.
Diyafram düzleşir, kısalır.	Diyafram kubbeleşir, uzar.
Kaburgalar arası kaslar kasılır ve yukarı doğru yükselir.	Kaburgalar arası kaslar gevşer ve kaburgalar aşağı doğru iner.
Göğüs boşluğu genişler, hacmi artar ve basınç azalır.	Göğüs boşluğu daralır, hacmi azalır ve basınç artar.
Akciğerin hacmi artar.	Akciğerin hacmi azalır.
Akciğerin iç basıncı azalır.	Akciğerin iç basıncı artar.
Karın boşluğu daralır, hacmi azalır ve iç basıncı artar.	Karın boşluğu genişler, hacmi artar ve iç basıncı azalır.
Dışardaki hava akciğere dolar.	Akciğerdeki hava dışarı atılır.
O2 alveolleri saran kılcal damarlardaki kana, kanda bulunan CO2 ise alveollere difüzyonla geçer.	Alveollere geçen CO2 dış ortama verilir.
Soluk borusunun nemi azalır, ancak soluk borusu içindeki havanın nemi artar.	Soluk borusunun nemi artar, ancak soluk borusu içindeki havanın nemi azalır.

Soluk verme sadece göğüs boşluğunun hacminin azalmasına bağlı gerçekleşmez. Aynı zamanda akciğerlerin geri yaylanma basıncının da etkisi vardır. Bu basınç, akciğerlerin yapısındaki elastik lifler etkisiyle ve pleura boşluğundaki sıvının oluşturduğu yüzey gerilimiyle sağlanır. Bu nedenle soluk alma enerji gerektiren aktif bir olay olduğu hâlde soluk verme enerji gerektirmeyen pasif bir olaydır.

SOLUNUM GAZLARININ TAŞINMASI

-Kanda solunum gazlarını taşıyan, protein ve metal iyonlarından oluşan solunum pigmentleri bulunur. Solunum pigmentlerine sahip olan canlılarda kan, renklidir. Bu pigmentler küçük derişim değişimi olduğunda O2 ve CO2 ile kolayca birleşip ayrılabildiğinden kanın solunum gazlarını tutma ve taşıma kapasitesini arttırır.

-İnsanlarda solunum pigmenti hemoglobindir. Alyuvarlarda bulunur.

-İnsandaki bir alyuvarda yaklaşık 280 milyon hemoglobin molekülü vardır. Bu durum kanın oksijen taşıma kapasitesini arttırır. Oksijen hemoglobinle taşınmamış olsaydı vücudumuzdaki kan miktarının 75 kat daha fazla olması veya 75 kat daha hızlı akması gerekirdi.

Kanın gaztaşıma kapasitesini artıran faktörler;

-Solunum pigmentlerinin alyuvar içinde bulunması

-Memelilerin olgun alyuvarların çekirdeksiz olması

-Solunum pigmentleri O2 ve CO2 taşıyan ve kana renk veren maddelerdir. -Bütün omurgalıların solunum pigmenti hemoglobin olup alyuvarların içinde bulunur. Solunum pigmenti alyuvarlarda bulunursa O2 taşıma kapasitesi, plazmada bulunursa O2 depolama kapasitesi fazladır.

SOLUNUM PİGMENTLERİNİN ORTAK ÖZELLİKLERİ

-Protein yapılıdırlar.

-Kana renk verirler.

-O2 ve CO2 ile kolayca birleşip ayrılırlar.

-Solunum gazları ile tersinir (çift yönlü) tepkime yaparlar.

-Kanın oksijen taşıma kapasitesini arttırır.

-Oksijenle birleştikleri bölgede demir, bakır gibi metal iyonları bulunur.

A. Oksijenin taşınması

-Alveollerden dokulara doğru taşınır.

-%98’i hemoglobinle oksihemoglobin (HbO2) şeklinde, %2’si kan plazmasında çözünmüş olarak taşınır.

-Alveollerde O2 basıncı fazla olduğu için hemoglobin CO2’yi bırakıp O2 bağlar ve HbO2 oluşur.

- HbO2 taşıyan kan önce akciğer toplardamarı ile kalbe, sonra dokulara gider.

-Dokularda CO2 basıncı yüksek olduğundan, hemoglobin O2’yi bırakır. CO2’yi bağlar.

-Serbest kalan oksijen difüzyonla önce doku sıvısına, doku sıvısından da hücrelere geçer.

-O2’nin hemoglobinle birleşmesi ve ayrılması enzimatik bir tepkime değildir.
Hemoglobinin oksijeni bırakmasındaki en önemli faktör doku kılcallarındaki düşük pH'tır. Kanda CO2’nin kısmi basıncının doku kılcallarında artması pH'ı düşürür ve hemoglobinin oksijene ilgisi azalarak oksijeni serbest bırakır. Bu duruma Bohr kaymasıdenir.

B. Karbondioksitin taşınması

-Dokulardan alveolere doğru taşınır.

-Hücresel solunum sonucu oluşan CO2, difüzyon ile doku hücrelerinden doku sıvısına daha sonra da doku kılcal damarlarına geçer.

-Kanda CO2’nin taşınması üç şekilde gerçekleşir.

1. Çözünmüş hâlde: Taşınan CO2’nin yaklaşık %5-7’si kan plazmasında çözünmüş hâlde taşınır.

Görüldüğü gibi çözünmüş olarak taşınan CO2 miktarı (%7) çözünmüş olarak taşınan O2 miktarından (%2) daha fazladır. Bunun sebebi CO2’nin sudaki çözünürlüğünün O2’den daha fazla olmasıdır.

2. Karbominohemoglobin şeklinde (HbCO2): CO2’nin yaklaşık %15-20’si alyuvarlarda hemoglobin ile birleşerek karbominohemoglobin şeklinde taşınır.

-Bu birleşme ortamdaki CO2 konsantrasyonuna bağlıdır. CO2’nin fazla olduğu doku kılcal damarlarında bağlanma gerçekleşirken akciğer kılcal damarlarında tam tersi gerçekleşir. CO2 hemoglobinden ayrılarak önce kan   plazmasına, daha sonra akciğere geçerek soluk verme ile dışarı atılır.

3. Bikarbonat şeklinde

-CO2’nin büyük bir kısmı (%73- 80) ise alyuvarlar içinde su ile birleşerek karbonik asidi oluşturur.

-Karbonik asit kararsız olduğundan hemen hidrojen (H+) ve bikarbonat (HCO3- ) iyonlarına ayrılır.

-Hidrojen iyonları hemoglobin molekülüne bağlanır ve alveol kılcallarına kadar bu şekilde taşınır.

-Bikarbonat iyonları ise alyuvarlardan difüzyonla plazmaya geçerek taşınır.

- CO2 bakımından zengin kan önce kalbe, kalpten de akciğerlere ulaşır. Akciğer kılcallarında kan plazmasındaki bikarbonat iyonları yeniden alyuvarlara girerek burada hemoglobinden ayrılan hidrojen iyonlarıyla birleşir ve tekrar karbonik asidi oluşturur.

Karbonik asit ise yine karbonik anhidraz enziminin etkisiyle H2O ve CO2’ye ayrışır.

-CO2 alyuvarlardan çıkıp, difüzyon ile alveole oradan da soluk verme sırasında dışarı gönderilir.

Şekil: Kanda CO2 (A) ve O2 (B) taşınması

SOLUNUMUN DENETLENMESİ

-Solunum refleksi omurilik soğanındaki solunum merkezinden kontrol edilir.

-Beyindeki solunum merkezi ise istemli solunumu kontrol eder. Örneğin bir nefesin tutulabilmesi gibi.

-Solunum hızını denetleyen temel faktör kandaki CO2 oranıdır.

-Kandaki O2 yoğunluğunun solunum denetleme merkezi üzerindeki etkisi çok azdır. Ancak atmosferdeki O2 düzeyi aşırı düşük olursa (deniz seviyesinin çok üzerinde yüksek bölgelerde) solunum denetleme merkezi uyarılır ve soluk alıp verme hızı artar.

Solunumu etkileyen faktörler

-Kandaki CO2 miktarının artması ile pH düşer. Bu durum omurilik soğanındaki solunum merkezini etkiler. Solunum merkezinden gelen impulslar kaburga kasları ve diyaframı uyarır. Soluk alışverişi hızlanır.

Kanda CO2 miktarının artması ile; Kan pH’ı düşer → Omurilik soğanı uyarılır → Soluk alış-verişi hızlanır → Kan pH'sı yükselir (asitlik azalır.)

-Adrenalin ve tiroksin hormonu artışı da solunumu hızlandırır.

-Ortam sıcaklığının azalması solunumu hızlandırır.

-Ortamın basıncı arttıkça soluk alıp verme derinliği azalır.

-Yükseklere çıktıkça oksijenin kısmi basıncı azalır ve soluk alıp verme hızlanır.

MERAKLISINA: Diyaframın ani istemsiz kasılmaları havayı ses tellerinden geçirerek hıçkırığa neden olur.

HATIRLATMALAR

-Sağlıklı bir insanda soluk alıp verme sırasında gerçekleşecek değişimleri ifade eden grafikler:

-Yükseklere çıkıldıkça atmosferdeki oksijen oranı ve kandaki alyuvar sayısı arasındaki ilişkiyi gösteren grafik:

-Karbonmonoksit (CO) zehirlenmesi: Hemoglobinin CO ile bağ yapması O2’ ye göre oldukça yüksektir. Solunan havada CO varsa hemoglobin, CO’e, O2’den çok daha hızlı bağlanır. Fakat oksijen gibi kolayca ayrılamaz. Bu durumda doku ve hücrelere taşınan oksijen miktarı azalır. Buna CO zehirlenmesi denir.

Gaz zehirlenmelerinde kişi derhal açık havaya çıkarılmalıdır. Çünkü yüksek oksijen Hemoglobinin CO’ten ayrılıp, O2’ye bağlanmasını sağlar.

-Vurgun: Vücut sıvısındaki erimiş gazların özellikler azotun, dış ortam basıncının hızla azalması sonucu gaz haline gelerek kılcalları tıkaması olayına denir. Felç ya da ölümle sonuçlanabilir.

Not: CO2 ve O2 kabarcıkları kısmen dokular tarafından alınabilir ya da hemoglobin ile bağ yapabilir, N2 bağ yapamaz.  Onun için vurguna neden olan daha çok N2 gazlarıdır.