Gaz Alışverişi ve Solunum

Gaz alışverişi, çevreden moleküler oksijen (O₂) alıp, karbondioksit (CO₂) vermektir. Bu değişimler hücresel solunumla ATP üretimi için gerekli olup, hem solunum hem de dolaşım sistemini ilgilendirmektedir.

Solunum ortamı olarak adlandıran oksijenin kaynağı, karasal hayvanlar için hava, sucul hayvanlar için ise sudur.

Hayvanlar, hücreleri ve solunum ortamları arasındaki gazların yeterli oranda difüzyonu için geniş ve nemli solunum yüzeylerine gereksinim duyarlar. 

Deri Solunumu

Yassı solucanlar, bazı yuvarlak kurtlar, karasal halkalı solucanlar, bazı küçük omurgasızlar ve omurgalılardan kurbağalarda deri solunumu görülür.  Nemli deriden çözünerek alınan oksijen taşıma sıvasıyla hücrelere, hücrelerde oluşan karbondioksit molekülü de taşıma sıvısıyla deriye getirilerek dışarı atılır.

Trake Solunumu

Böceklerdeki trakeler, tüm vücuda doğrudan oksijen taşımak için dallanmış borucuklar sistemidir. Stigmalardan alınan hava trake borularına, trake borularından da dokulara geçer, karbondioksit ise aynı yolla dışarı atılır.

Trake solunumu yapan canlıların taşıma sıvılarında solunum pigmenti yoktur, taşıma sıvıları renksizdir. Örümceklerde solunum kitapsı akciğerlerle olur.

Solungaç Solunumu

Omurgalı hayvanlardan balıklar, kurbağa larvaları, omurgasızlardan yumuşakçalar, suda yaşayan bazı solucanlarla, karides ve yengeç gibi eklem bacaklılar solungaç solunumu yaparlar. 

Solungaçlar, vücut yüzeyinin gaz alışverişi için özelleşmiş olan dışarıya dönük kıvrımlardır. Solungaçlarda gaz değişiminin etkisi, solunum ortamının havalandırılması, kan ve su akımlarının birbirine ters olmasıyla arttırılır.

Solungaçlarda gaz değişimine ek olarak; ozmozla su kazanma veya kaybetme, aktif taşıma ile tuz alma veya atma, azotlu artık atma (amonyak) olayları da gerçekleşir.

Akciğer Solunumu

Çoğu karasal omurgalı, salyangoz ve örümceklerin akciğerleri vücudun içindedir. Akciğerlerdeki gaz değişim yüzeyinin büyüklüğü canlının metabolizma hızıyla doğru orantılıdır.

Kurbağalarda, torba gibi olan akciğerlerin iç yüzeyindeki katlanmalar solunum yüzeyini büyütmüştür. Kurbağalarda havalandırma, akciğerlere hava pompalanması şeklinde pozitif basınçla yapılır.

Sürüngenlerde akciğerler derin bölmeli bir yapı gösterir. Kuşların, akciğerlerdeki tüpsü parabronkuslar ve hava keseleri sistemi tarafından gerçekleştirilen tek yönlü solunumları vardır. Soluk almada hava keseleri dolar; soluk vermede hava keseleri boşalır, akciğerler dolar.

Kuşların solunum hızı diğer omurgalılara göre daha yüksektir. Bu durum daha aktif bir yaşam şekli, daha yüksek bir metabolizma ve yüksek vücut sıcaklığı faktörleriyle açıklanır.

Memelilerde, burun deliklerinden giren hava, yutaktan (farinks) geçerek trakeye oradan bronş ve bronşiyollere sol olarak da gaz alışverişinin gerçekleştiği alveollere gider.

Memeliler negatif basınç kullanarak, kaburga kaslarını ve diyaframı kasarak göğüs kafesinin dolayısıyla onu izleyen akciğerlerin genişlemesini sağlar.

Solunum pigmentleri, kanın taşıyabileceği oksijen miktarını önemli ölçüde attırır. Eklem bacaklılar ve çoğu yumuşakçanın bakır içeren hemosiyaninleri, omurgalıların ise demir içeren hemoglobinleri vardır.

İnsanda Solunum Sistemi

İnsanda solunum havası; burun boşluğu, yutak, gırtlak, soluk borusu, bronş, bronşcuk ve alveol yolunu takip eder.

Yutak, solunum ve sindirim sisteminin ortak yoludur. Yutağı terk ettikten sonra hava gırtlağa geçer. Soluk borusunda bulunan bezlerin salgısı ve siller, burun boşluğunu geçebilen tozları ve yabancı maddeleri tutarak akciğerlere girmesini önler.

Akciğerlerin Yapısı

Akciğerlerin üst yüzeyini bağ dokudan yapılmış iki katlı pleura zarı sarar. Pleura zarı arasında bulunan pleura sıvısı, akciğeri darbelere karşı korur ve akciğerlerin çalışması sırasında sürtünmeyi en aza indirir.

Memeli akciğerlerine özgü olan alveoller 300 milyon civarında olup solunum yüzeyini arttırırlar. Alveole giren havanın oksijeni yüzeydeki nemde çözünür ve hızla epiteli geçerek, her alveolü sarmalayan kılcal damar ağına girer. Karbondioksit de aynı yönde, kılcal damarlardan epitel aracılığıyla alveol içine difüze olur.

Soluk Alıp Verme

Soluk alıp verme, diyafram ve kaburga kaslarının kasılıp gevşemesiyle gerçekleştirilir. Soluk alma, kaburga ve diyafram kaslarının kasılmasıyla olur. Soluk verme sırasında, kaburga kasları ve diyafram gevşer, akciğer hacmi azalır ve alveoller içindeki basınç arttığından, hava geldiği yolu takip ederek dışarı atılır.

Beyindeki denetleme sistemleri solunum hızını ve derinliğini düzenler. Çevresel ve merkezi kemoreseptörler kandaki ve beyin omurilik sıvısındaki pH düşmesini ve kandaki oksijen düzeylerini saptar. Omurilik soğanı da vücudun gereksinimine uygun olarak solunumun, hız ve derinliğini ayarlar.

Gazların Taşınması

Kana geçen oksijenin %97'si alyuvarlarda %3 plazmada çözünmüş halde taşınır. Hücresel solunum sonucu oluşan karbondioksit doku hücrelerinden hücreler arası sıvıya oradan da difüzyonla kan plazmasına geçer.

Oksijenin hemoglobinden ayrılmasına, kandaki O₂ basıncı, kanın pH'ı ve CO₂ yoğunluğu, ısı derecesi ve difosfogliserat yoğunluğu etki eder.