Egzersiz ve Solunum Sistemi

Herkese merhaba

Okan Üniversitesi’nde Spor Fizyolojisi programı kapsamında işlediğimiz “Egzersiz ve Solunum Sistemi, Pulmoner Yapı ve Fonksiyonlar” dersinin notlarını burada paylaşmak istiyorum. Değerli anlatımları için Prof. Dr Hızır Kurtel Hocamıza teşekkür etmek isterim.

Akciğerlerimizin en önemli özelliklerinden birisi yüzey alanını genişletiyor olmasıdır. Bunun için bir anatomik yapı, organizasyon gerekiyor. Hava ile kan karışmadan birbirine doğru yaklaşıyor ve hava yolları küçülürken akciğerlerimiz de alanını artırıyor. Bu alanı hesapladığımızda bir tenis kortunun yarı sahası büyüklüğünde bir alan önümüze çıkıyor. Aslında bu vücudun çok sık kullandığı bir yöntem diyebiliriz mesela ince bağırsaklarda da aynı sistemin, büyük bir yüzey alanıyla mevcut olduğunu biliyoruz.

Vücudumuz sürekli dış ortamla bir ilişki içerisindedir mesela derimiz ile hissediyoruz, bağırsak sistemimiz sayesinde dış ortamdan gelen besinleri içimize alıyoruz, bir de dış ortamdan gelen havayı içimize alıyoruz. Her zaman aklınızda olsun bu tarz yerlerde bağışıklık sisteminin dengeli çalışıyor olması lazım çünkü dış dünyanın etkilerine maruz kalıyoruz. Akciğerlerimiz açısından dış dünyada dolaşan moleküller, tozlar ve tozların içerisindeki “mite”lar olabilir.

[alert-note]
SOLUNUM SİSTEMİNİN EN ÖNEMLİ GÖREVLERİ;

Gaz değişimi (O2″nin alınması, CO2″nin verilmesi)
PH ve vücut ısısının düzenlenmesi (PH Hidrojen İyon Miktarının Negatif Logaritması yada Hidrojen İyon Konsantrasyonu diyebiliriz)
Su ve ısı kaybının dengelenmesi

[/alert-note]

Solunum sistemi hakkındaki terimlere bakacak olursak;

Akciğerler ve kan arasındaki O2 ve CO2 değişimi ventilasyon ve diffüzyon sonucu oluşur.

Havanın akciğerlere mekanik olarak girip çıkması işlemine ventilasyon denir.

Diffüzyon ise, moleküllerin yüksek konsantrasyondan düşük oldukları konsantrasyona doğru yaptıkları rastgele hareketlerdir. Bunu detaylı olarak açıklamak gerekirse aslında bütün evren titreşen unsurlardan oluşuyor yani bir vibrasyon var ve bu ortamda moleküllerde titreşiyorlar, bir ortamda çok fazla molekül varsa (buna termodinamik etki diyoruz) birbirlerine çarparak o, onu bir tarafa diğeri bir başka tarafa itmeye başlar dolayısıyla yayılma eğilimindeler, daha çok bulundukları ortamdan daha az bulundukları ortama doğru. Buna biz diffüzyon diyoruz, moleküllerin kinetik enerjisiyle ilgili bir durum. Bu durum akciğerlerde ise şöyle yaşanır; oksijen çok yoğun olduğu ortamdan daha az bulunduğu ortama doğru yol almaya çalışır, alveollerden capiller damarlara geçmeye çalışıyor, capiller damarlarda bulunan çok yoğun karbondioksit ise yine daha az ortama alveol içine doğru ilerlemeye çalışıyor.

Diffüzyonu gösteren animasyon ⇓

İstirahatten şiddetli bir egzersize geçilmesi, akciğerlere giren ve dışarı solunan hava hacminde değişikliğe neden olur. Bu miktar, dakikada 6 litreden 160 litreye kadar çıkabilir. Yalnız 160 litre çok yüksek bir rakam, elit sporcularda bir ihtimal görülebilir, bunu yapabilmesi için akciğerin hacmini, alveol ve soluk sayısını artırması gerekir.

Bu resimde alveolleri ve içerisinde bulunan capiller (kılcal damar ağı), pulmoner venül, pulmoner arteriolleri görüyoruz ve daha da yakından baktığımızda gaz değişimi capiller ile alveol arasında gerçekleşiyor. Ayrıca dikkatinizi çekmesi gereken detay nedir diye sorduğumuzda; renklere dikkat ediniz! Pulmoner Venül kırmızı renk yani oksijenli kan taşıyor, pulmoner arteriol ise oksijen yönünden daha zayıf ve mavi renk.

Resimde gördüğünüz ana zar akciğeri çevreliyor ve adı “Plevra”. Plevranın iki tane zarı bulunmaktadır; “Visceral Pleura” ve “Parietal Pleura”

Viscera yani organ demektir ve bu isimle daha da organa yapışık olduğunu temsil eder, parietal ise dışarıdadır. Bu iki zar arası boşluktur ama bu boşluğun içi sıvı ile doludur. Bu sıvı sayesinde ortam hareketlidir ve friksiyonu azaltmış oluyor.

Akciğerler torasik boşlukta asılı dururlar
Plevral sıvı ile çevrilidirler
Plevral sıvı devamlı olarak lenfatik sistem tarafından emilir
Plevral boşlukta negatif basınç oluşturulur.

Burada unutulmaması gereken temel özellik şudur; dış zar (parietal plevra) göğüs duvarına yapışık, iç zar (visceral plevra) ise akciğere yapışık.

Akciğerin en önemli özelliği elastik olmasıdır, diyelim ki akciğeri çıkardık ve dışarıya koyduk bu durumda akciğer büzüşme, küçülme yani sönme eğilimine girer bunu sakın unutmayın! Normalde akciğeri kendi halinde bıraksanız küçülecek bir organdır. Ancak göğüs kafesi içerisinde akciğer küçülebiliyor mu? Küçülemiyor! Küçülse ölmüş olurduk zaten. Küçülemiyor çünkü plevra boşluğu arasındaki sıvı hava almadığı için akciğerler göğüs kafesine yapışmış gibi genişlemiş halde durur. Demek ki plevra içindeki sıvının basıncı nasıldır? Eksidir! Göğüs kafesimizde küçülmeye çalışan bir organ var ancak sıvı basıncı sayesinde bir vakum etkisi oluşur ve buna müsaade edilmez.

Peki ya göğüs duvarı delinirse? Sivri bir cisim saplandı bir miktar içeri girdi diyelim ve plevraya kadar gitmiş olsun. Bu durumda akciğer büzüşür, alveoller kapanır ve dakikalar içerisinde alınan hava yetmemeye başlayacaktır. Bu yüzden göğüs duvarının delindiği yaralanmalar çok tehlikelidir. Akciğer ve kalp bölgesini içine alan ameliyatlarda bir makinenin çalıştığını ve göğüs içindeki bu basıncı muhafaza ettiğini görürsünüz.

Havanın taşınmasını anlayabilmek için bu tabloya baktığımızda 24 bölümün olduğunu görürüz daha doğrusu bunlara dallanma diyebiliriz. Tabloda çaplarını görebiliyorsunuz alveoller 0.3 mm’ye kadar inebilmektedir bu neredeyse mikroskobik bir boyuttur. Enine kesit bölümüne baktığımızda ise bir tenis kortunun yarı sahası büyüklüğünde olduğunu görmek mümkün.

Nasıl bir yol izleniyor diye baktığımızda; burun, ağız, trakea, bronşlar, bronşioller ve alveoller. Bu sıralama önemli!

Tip-1 alveol hücreleri
Bu resimde bir alveol hücresini görüyoruz ve mikroskobik boyuttayız. Burada capiller damar var ve bu yapının etrafını saran bir hücre var. Buna ne diyoruz? Damarın çevresini yapan hücreye “endotel hücresi”, “damar endoteli” diyoruz. Endotel hücrelerin en önemli özelliği endokrin bir organ gibi davranabilmesidir mesela egzersizin sağlık için faydalı olduğunu söylüyoruz, burada endotel hücre açısından çok önemli bir nokta var. Egzersiz sırasında damarların endotel hücrelerinden bir takım faydalı moleküller salınıyor. Vücudumuzda milyonlarca damar bulunuyor ve bu damarları endotel hücreler çevreliyor.

Alveolde bulunan hücre tipleri nelerdir şeklinde bir soru gelirse; Endotel Hücre, Tip Alveol Hücresi, Tip 2 Alveol Hücresi, Alveolar Macrophage. Solunum sistemi denildiğinde bu hücreler aklımıza gelmelidir.

Sarı renkle gösterilen Tip-2 alveol hücreleri de bulunur. Bunlar “sürfaktan” adlı bir maddeyi salgılamakla görevlidirler.
Ayrıca alveollerde, yabancı maddeleri fagosite ederek ortadan kadıran makrofajlar da bulunur.
Alveoller arasında bulunan bol miktarda kılcal kan damarı ve elastik lifler de mevcuttur.

Surfaktan: Surfaktanlar bir sıvının yüzey gerilimini düşürerek, sıvının ortama daha kolay yayılmasını sağlayan ve iki sıvı arasındaki yüzeysel gerilimi* düşüren ve böylece yüzeyde birikimi önleyen maddelerdir.

NEFES ALMA NEFES VERME

Resimde görüldüğü üzere içeriye hava giriyorsa inspirasyon, çıkıyorsa ekspirasyon diyoruz. Havanın girip çıkabilmesi için göğüs kafesinin genişlemesi gerekiyor bu süreçte plevra zarı da göğüs kafesi ile beraber genişler böylelikle içeriye hava girer.

Plevra zarı, içerden akciğerlere, dışarıdan ise göğüs kafesinin iç yüzüyle düyaframın üst yüzüne yapışıktır.

–Zarın yaprakları, arasında bulunan sıvıdan ve kapalı yapısından dolayı birbirinden ayrılamadığı için, akciğerleri göğüs kafesinin içini dolduracak şekilde geniş tutar.

Solunum hareketleri sırasında göğüs kafesi ve diyaframın hareketleriyle birlikte plevra da hareket ederek, akciğeri genişletir ve içine hava dolmasını sağlar.

–İki yapraklı bir zar olması da, akciğerle göğüs kafesi ve diyafram arasında kaygan bir tabaka bulunmasını ve böylece sürtünmenin en aza indirilmesini sağlamaktadır.

DİYAFRAMIN KASILMASI

Diyafram kası kabaca kubbe biçimli, zar yapısında bir kastır.
Kasıldığında dışbükeyliği azalarak düzleşir. Bu düzleşme ile kendisine yapışık “parietal plevra”yı da aşağıya doğru çeker.
Parietal plevra ise, çekme kuvvetiyle akciğere yapışık olan diğer plevra yaprağını (viseral plevra) aşağıya çeker. à Akciğerler de değişime ayak uydurarak şişer;

DİYAFRAMIN GEVŞEMESİ

Akciğerler, elastik özellikleri nedeniyle tekrar eski büzülmüş konumlarına dönme eğilimindedirler (iki ucundan çekilen bir lastiğin, bırakıldığında tekrar eski halini alması gibi).
Akciğerler pasif olarak büzülürken, plevra zarını ve dolayısıyla diyaframı da yukarıya çekerler. à nefes verirken, nefes alma sırasıda diyaframın aşağı doğru baskısıyla aşağı ve dışarıya itilen karın içi organları tekrar yerine döner (bu yüzden sadece diyafram nefesi alırken, göbek hafifçe şişer ve iner).

GÖĞÜS KAFESİ

Aktif inspirasyon sırasında göğüs kafesini oluşturan kaburga kemikleri (kostalar) iki temel hareket yaparlar.

–Bunlardan ilki, sternumun kaslar tarafından yukarı doğru çekilmesi sonucunda, kaburgaların öne ve ileriye doğru hareketiyle ortaya çıkan “tulumba kolu” hareketidir.

Bir diğer hareket, dış interkostal kasların kasılması ile kaburgaların yana doğru açılarak göğüs kafesinin yanlara doğru genişletilmesini sağlayan “kova kulbu hareketi”dir.

SÜRFAKTAN’IN İŞLEVİ

Tip-2 alveol hücreleri tarafından salgılanan SÜRFAKTAN biyolojik bir deterjan gibi davranır. Yüzey gerilimini ortadan kaldırır ve alveollerin nefes alma sırasında kolayca havayla dolarak şişmesini sağlar.

–Akciğerlerin hacimsel uyumu (kompliyansı) artırılmış olur.

AKCİĞER HACİM VE KAPASİTELERİ

Tidal hacim – Tidal Volume (TV): Bir kişinin normal nefes alıp verirken, istirahat halinde kullandığı hava miktarı (yaklaşık yarım litle). İki metreye yakın boyu olan insanlar, 1.60 ‘a yakın boyu olan insan arasında hacim olarak fark olacaktır.
İnspirasyon yedek hacmi – Inspiratory Reserve Volume (IRV): Normal bir nefes almadan sonra alınabilecek azami ilave hava miktarıdır (Yaklaşık 3 litre).
Ekspirasyon yedek hacmi – Expiratory Reserve Volume (ERV): Normal bir nefes vermeden sonra üflenebilecek azami hava miktarıdır (Yaklaşık 1.1 litre)
Rezidüel hacim – Residual Volume (RV): Akciğerden dışarı üflenemeyen hava miktarı (spirometre ile doğrudan ölçülemez; (başka yöntemlerle dolaylı ölçülmesi gerekir (He gazı ile) (Yaklaşık 1.2 litre) ne kadar nefes verirseniz verin bu hava dışarı çıkmıyor ve sürekli içeride kalıyor. Mesela ölü bebek vakasını çözmeye çalışan adli tıp uzmanları bu yöntemden faydalanır; otopside akciğerin bir parçasını kesilerek suya atıldığında eğer akciğer suda yüzüyorsa o bebek en azından bir kere nefes almıştır ve canlıdır çünkü ilk nefesle birlikte residual volume akciğerde oluşmuştur bu durumda bebeğin öldürüldüğünü anlamak mümkün olur yada akciğer parçasını suya attınız ve suda battı, bu da bebeğin hiç nefes almadığı anlamına gelir.

Kişiye alabildiğin kadar nefes al diyoruz (al-al-al) bir süre sonra alamamaya başlıyor ve kişi bu nefesi vermeye, üflemeye başlıyor böylece kişinin kapasitesini elimizdeki ölçüm cihazları ile ölçebiliyoruz.

İnspirasyon kapasitesi: Tidal hacim + inspirasyon yedek hacmi (Yaklaşık 3.5 litre)
İnspirasyon Kapasitesi, IC – The inspiratory capacity (IC = TV + IRV).
Ekspirasyon kapasitesi: Tidal hacim + Ekspirasyon yedek hacmi (Yaklaşık 1.6 litre)
Vital kapasite: Tidal hacim + inspirasyon yedek hacmi + Ekspirasyon yedek hacmi (tam derin nefes alındıktan sonra üflenebilecek azami hava miktarı) (Yaklaşık 4.6 litre) Vita aslında yaşam demektir ve “Vital Kapasite, aslında yaşam kapasitesi anlamına da gelir.
Vital Kapasite, VC – The vital capacity (VC = TV + IRV + ERV = approximately 80 percent TLC).
Toplam Akciğer Kapasitesi, TLC – The total lung capacity: (TLC = TV + IRV + ERV + RV)

DİNAMİK AKCİĞER VOLÜMLERİ

Pulmoner ventilasyonun yeterliliği tek bir nefesteki hava akışlarına değil hava akımının nasıl devam ettirildiği ile ilişkilidir. Kişinin ne kadar zamanda üflediğini göz önünde bulundururuz böylece sürecin içine zaman da eklenmiş olur.

Dinamik ventilasyon iki faktör tarafından belirlenir

1- FVC (Functional Vital Capacity)

2- Solunum frekansı

Hava akımı hızı solunum yollarının rezistansı (direnci) ile ilişkilidir. Direnç ise
akımın hava yollarında düzgün pürüzsüz akımı ve akciğer ve göğüs kafesinin mekanik özelliklerinin solunum sırasında şekil değiştirebilme yeteneği (komplians) tarafından belirlenir. Kompliyans, uyma;genişleyebilme anlamında kullanılmaktadır. Tıpta sık olarak kullanılan terimlerden bir tanesidir mesela göğüs kafesinin bile kompliyansı vardır.

FEV / FVC Oranı

Ciddi akciğer hastalığı olan bazı bireylerin FVC değerleri eğer manevra sırasında bir zaman limiti yoksa normale yakın çıkar. BU nedenle zorlu ekspiratuar volüm (FEV) değerlerine bakılır. Genellikle de ilk 1 sn yede zorlayarak çıkarılan akım ölçüldüğünden bu değere FEV1 denmektedir.

FEV1/FVC oranı genellikle en çok bakılandır. Normal sağlıklı insanlarda bu oran yaklaşık %85 dir.

Obstrüktif hastalıklarda (astım amfizem) bu oran %70 altında çıkar.

Maksimum İstemli Ventilasyon (MVV Maximal Voluntary Ventilation)

15 sn boyunca mümkün olduğunca derin ve hızlı soluk alma/verme manevrasıdır. İşlem 15 sn yapıldıktan sonra 1 dakikaya ekstrapole edilir.

Tipik olrak FEV1 X40 ile hesaplanır.

Sağlıklı ve Genç Üniversite öğrencisi
Erkek: 120-140 L/dak
Kadın: 80-120 L/dak

Elit atlet: 190 L/dak

Solunum kaslarının özel antrenmanı MVV değerini arttırabilmektedir.

ALVEOLAR VENTİLASYON VE ANATOMİK ÖLÜ BOŞLUK

Alveollere girmeyen hava volümüne (ağız, burun boşlukları nazofarinks larinks, trakea ve diğer kısımlar) Anatomik Ölü Boşluk Havası denmektedir.

Anatomik Ölü Boşluk Havası 150 -200 ml arasında değişmektedir. (istirahat tidal volumunun %30 kadarı)

Tidal Volum – AÖB = 500 – 150= 350 ml havanın her soluk alış verişte alveole girip çıktığı anlamı taşımamaktadır. Alveole her solukta 500 ml girmekte ancak bunun sadece 350 ml si taze hava içermektedir.

Fizyolojik Ölü Boşluk:

Alveol gaz değişiminde bazen tam kapasite ile çalışamaz çünkü:

1- Yetersiz kanlanma olmadığından

2- Alveol yüzeyine oranla yetersiz havalanma olmadığından

Fizyolojik ölü boşluk ventilasyon/perfüzyon oranının düşük olduğunu tanımlar. Bazen bronşlar bazen capiller açık olmayabiliyor.

Dinlenme ve egzersiz sırasında Tidal Volum değişiklikleri

Resimde gördüğünüz gibi Tidal Volume egzersiz sırasında artıyor ve biraz IRV’den ve biraz da ERV’den yiyerek kapasitesini artırıyor.

Kardiyak debi; bir dakikada atılan kanın volümü istirahat halinde 5 lt’dir. Demek ki bir dakikada kalp 5 – 6 litre kan pompalıyor, akciğerlerde yine 1 dakika içerisinde aynı oranda kanı sirküle ediyor. Yani bir dakikadaki soluk sayısı x bir seferde alınan hava miktarı.

Kardiyak debiye kalbin bir seferde kasıldığı durumdaki atım hacmi diyoruz.

Kardiyak Debi ve VE terimlerini egzersizle ilgileniyorsak bilmemiz gerekiyor. İkisinde zaman kavramı bulunur (genellikle 1 dk)

Kardiyak Debi bulmak için kalp atım sayısı x bir seferda atılan kan miktarı kullanıyoruz (stroke volume)

VE bulmak için bir dakikadaki soluk sayısı mesela 12 X tidal volume 500 ml

Bu iki farklı terimi hesapladığımızda yaklaşık 5-6 lt

! Spor yapan bir kişide kardiyak debi artmak zorundadır. Kalp bir seferde kasıldığında pompaladığı kan miktarını artırmaya başlıyor yani stroke volume artıyor. Bir seferde 60 ml – 70 ml kan pompalarken kuvvetlenme sonrasında 100 ml pompalamaya başlıyor. Kardiyak debi 10 lt – 12 lt olabiliyor. Solunumda aynı şeyi yapıyor hem frekans artıyor hem de tidal volume artıyor, inspirasyondan çokça, biraz da ekspirasyondan toparlıyor ve kapasitesini artırabiliyor.

Tabloda gördüğünüz gibi egzersiz sırasında soluk alıp verme hızı yavaş yavaş artıyor 12 > 30 > 50 diye gidiyor. Yine tidal volume 0.5’ten 3 lt’ye kadar çıkmış.

Valsalva Manevrası (Valsalva Maneuver) Nedir?

Tek kelime ile “ıkınmak” demektir. Ikınma refleksi ile basıncı yükseltiyoruz daha çok direnç egzersizleri, ağırlık antrenmanları sırasında bu tekniği uyguluyoruz. Hatta günlük hayatta uçak havaya kalkarken bu tekniği uyguluyoruz.

Kanı kalbe getiren ana toplar damarımızın olduğu yerde diyafram havayı sıkıştırmak için yukarı kalkıyor, yukarıyı kapattığımız için hava gitmiyor ve bu sırada gerçekleşen olaylardan birisi “Inferior Vena Cava” (yanda resimde) sıkışıyor yani kalbe geri dönen kan miktarı azalıyor. Bu şekilde kalbin attığı miktarda (kardiyak debi) anlık olarak azalır. Bu yüzden kalp ve tansiyon hastaları için ağırlık ve direnç antrenmanları dizayn ederken ıkınma konusunu iyi anlatmak gerekiyor kişi rahatsızlığına uygun olarak akıcı nefes alıp vermelidir.

SOĞUK HAVADA YAPILAN EGZERSİZDE SOLUNUM SİSTEMİ

Soğuk hava genellikle solunum yollarına zarar vermez. Çok soğuk havada bile gelen hava bronşlara ulaştığında 26.5-32.2 oC arası sıcaklığa ulaşmıştır.
Soğuk ve kuru havada ise bronşlardaki hava sıcaklığı 20oC kadar düşebilir.
Soğuk havanın ısıtılması nemlendirme işlemi gerektiğinden soğuk havada solunum yoluyla kaybedilen su miktarı ciddi şekilde artar. Egzersizde bu artış daha da fazla olacaktır. Dehidratasyon, ağız kuruluğu, solunum yollarının irritasyonu oluşabilir.
Ağzı örten atkı veya balaklava gibi ağzı koruyan maskeler su kaybını azaltabilir.
Egzersiz sonrası öksürme özellikle soğuk havada yapılan egzersiz sonrası hava yollarının kuruması ile ilgilidir.