Solunum Sistemleri

Organizmalar; canlılıklarını devam ettirebilme, büyüme, gelişme, çoğalma gibi olaylar için ihtiyaçları olan ener­jiyi organik besin maddelerinin yıkımı ile sağlar. Elde edilen enerji hücrelerde ATP (Adenozin tri fosfat) sentezi için kullanılır. Bu amaçla gerçekleşen olaylara hücresel solunum denir.

Canlılar gaz alış verişi ile hücresel solunumda kullanılan oksijeni alırlar, hücrede oluşan karbondioksiti ise dışarı atarlar. Canlılarda gaz alış verişini yapabilmek için canlının organizasyon derecesine göre birçok solunum organı gelişmiştir. Gelişmiş canlıların çoğunda gaz alış verişi solungaç, deri ve akciğerler gibi solunum organla­rında gerçekleşir. Gaz alış verişi ilk önce bulundukları ortamla solunum organı arasında gerçekleşir. Ortamdaki oksijen solunum organı yüzeyinden difüzyonla kana geçerken; karbon dioksit de bu yüzeyden difüzyonla dışarı atılır. Daha sonra taşıma sıvısına geçen oksijen hücrelere, hücrelerde oluşan karbon dioksit ise difüzyonla taşıma sıvısına geçerek solunum organına taşınır.

Hayvanların oksijen kaynakları solunum ortamı olarak adlandırılır. Karasal hayvanlarda atmosfer, sucul hay­vanlarda ise su solunum ortamlarıdır. Her zaman atmosferde çözünen oksijen miktarı, su ortamlarından fazladır.

Bir hayvanın solunum ortamı ile gaz alış verişi yapan kısmına solunum yüzeyi denir. Hayvanlarda gaz alış veriş hızını arttırmak ve gazların daha kolay geçişini sağlamak için solunum yüzeyleri çeşitli adaptasyonlara sahiptir.

Solunum yüzeylerinde gaz alış verişi difüzyonla gerçekleşir. Difüzyonun hızı, solunumun yapıldığı yüzey alanı ile doğru orantılıdır. Bu nedenle solunum yüzeyleri geniştir. Solunum yüzeyleri gaz alış verişini kolaylaştırmak için incedir ve tek tabakalı yassı epitel dokudan oluşur. O₂ ve CO₂ gazları solunum yüzeyinde difüzyona uğramadan önce suda çözünmelidir. Bu nedenle solunum yüzeyleri nemlidir.

Karada yaşayan hayvanlarda solunum organı, solunum yüzeyinin nemli tutulması için vücudun iç tara­fında yer alır.

Hayvanlarda Solunum

Omurgasız hayvanlardan süngerler, sölenterler, yassı solucanlarda özel bir solunum sistemi bulunmaz. Taşıma sıvısı bulunmayan bu canlılar nemli vücut yüzeyi ile suda yaşıyorsa suda erimiş oksijeni, karada yaşıyorsa hava­nın oksijenini doğrudan difüzyonla alıp, karbon dioksiti de aynı yolla dışarı verirler.

Hayvanlar organizasyon bakımından daha karmaşık bir yapıya sahip oldukça, oksijen ihtiyacının karşılanabilmesi için özel bazı solunum organlarına ihtiyaç duyarlar. Bu solunum organlarının başlıcaları deri, trake, solungaç ve akciğerlerdir.

Deri Solunumu

Bazı yuvarlak solucan ve toprak solucanı gibi omurga­sızlar ile kurbağa, semender gibi bazı omurgalılarda deri solunumu görülür. Bu hayvanlarda deriden alınan oksijen kılcal damarlardaki kana geçerek doku hücrelerine iletilir. Hücrelerde oluşan karbondioksit ise deriden dışarı atılır.

Deri solunumunda oksijenin çözünmesi ve kılcal damar­lara geçmesi için derinin nemli olması gerekir. Bunu sağ­layan derideki hücrelerin salgıladığı mukustur. Ayrıca deri solunumu yapan canlılar solunumu kolaylaştırmak için nemli yerlerde yaşarlar.

Deri solunum yapan hayvanlar genellikle yüzey alanının vücut hacmine oranını artırmak için küçük, ince ve yassı vücuda sahiptir. Böylece solunumun verimli olması sağlanır.

Trake Solunumu

Karada yaşayan eklem bacaklılardan böceklerde ve çok ayaklılarda trake solunumu görülür. Böceklerin her segmentinde sağlı sollu yer alan stigmalar bulunur. Bu yapıların açılıp kapanma özelliği, su kaybını önlemesi ve gaz giriş çıkışını kontrol etmesi böceklerin bulunduğu ortama uyumunu kolaylaştırmıştır. Stigmalar, kitin yapılı trake adı verilen vücuda doğru dallanmış boru sistemi ile bağlantılıdır. Trake boruları trakeol adı verilen çok ince borularla son bulur. Trakeollerin çok ince olan uç kısımları kapalı olup sıvı ile doludur. Bu durum doku hücreleri ile borucuklar içindeki O₂ ve CO₂’nin difüzyonunu kolaylaştırır.

Trake solunumu yapan canlılarda; oksijen doku ve hücrelere kadar solunum organı tarafından taşınır. Bu ne­denle dolaşım sistemi ile solunum sistemi bağlantılı değildir. Bu canlıların kanlarında oksijen ve karbon dioksit taşıyan solunum pigmentleri bulunmaz.

Böceklerde stigmalardan trakelere havanın girişi karın kaslarının ritmik hareketleri ile sağlanır.

Ayrıca örümcek ve akreplerde kitapsı akciğer adı verilen ve kitap sayfalan gibi sıralanan trakeler görülür. Kitapsı akciğerler deri altında birbirine paralel dizilmiş epitel dokudan oluşur.

Solungaç Solunumu

Solungaç solunumu; suda yaşayan omurgasızların çoğunda ve omurgalılardan kurbağa larvaları ile balıklarda görülür. Solungaçlar solunum yüzeyinin dallanmasıyla ve kıvrılmasıyla meydana gelen iplik, tüy, yaprak şeklindeki yapılardır.

Balıklarda solungaçlar; önden ağız, yanlardan dışarıyla bağlantısı olan solungaç boşluğunda yer alır. Kemikli balıklarda dört çift olan solungaç yaylan, içlerinde kılcal kan damarları bulunan solungaç yapraklarına sahiptir. Her solungaç yaprağı ise ince yaprakçıklardan oluşur. Kemikli balıklarda solungaç yayları ve yaprakları, solungaç kapağı ile örtülmüştür. Kıkırdaklı balıklarda ise solungaç kapağı yoktur. Balıklar ağızlarını açarak içinde erimiş oksijen bulunan suyu alır, sonra ağzını kapar ve ağız boşluğunu daraltır. Böylece solungaca doğru itilen su, solun­gaç yaprakları arasından geçer. Bu sırada oksijen difüzyonla kana, kanda bulunan karbon dioksit de suya verilir. Karbon dioksitli su solungaç yarığından dışarı atılır.

Kanın solungaç kılcallarındaki akış yönü ile suyun solungaçlardaki akış yönü birbirine terstir. Yani oksijence zengin su, solungaca girerken oksijence fakir kanla karşılaşır. Ters akım alış verişi denilen bu durum, daha fazla oksijenin alınmasını sağlar.

Akciğer Solunumu

Ergin kurbağa, sürüngen, kuş ve memelilerde akciğer solunumu görülür. Yüzeyin nemli tutulması için bu can­lılarda akciğerler vücut içine doğru genişlemiştir. Karada yaşayan omurgalıların metabolizmaları için gerekli enerji miktarları farklıdır. Buna bağlı olarak da akciğerlerinin gelişme dereceleri farklılık gösterir.

Ergin kurbağalarda akciğerlerin yüzeyleri ceplerle arttırılmıştır. Ancak bu özellik yeterli gaz alış verişini sağla­yamaz. Bu nedenle ergin kurbağalarda deri solunumu da görülür.

Sürüngenlerin akciğerlerinde bulunan bölmeler solunum yüzeyini yeterli düzeyde genişletir.

Kuşlarda; akciğerler özel bir yapıya sahiptir. Akciğerler vücut boşluklarında ve kemik içlerinde bulunan hava keseleri ile bağlantılıdır. Bu hava keseleri gaz alış verişinde doğrudan görev almaz. Kuşların uçmasını kolaylaştırır ve hava depo edilmesine imkân verirler. Kuşlarda hava, keselere girerken ve çıkarken iki kez kullanılır.

Soluk alma sırasında genişleyen ön ve arka hava keselerinden arkadaki keselere temiz hava, öndeki keselere akciğerden gelen kirli hava dolar. Soluk verirken ise; kasılan arka kesedeki temiz hava akciğere, kasılan ön kese­deki kirli hava da dışarı çıkar.

Solunum sırasında hava akımı tek yönlü ve kanın akış yönüyle terstir. Böylece kuşlar havanın oksijeninden % 80-90 oranında yararlanır. Memelilerde bu oran % 20-25’tir.

Memeli hayvanların akciğerlerinde yüzeyi genişleten alveol adı verilen kesecikler bulunur. Alveollerin çeperleri ince ve nemli olup kılcal damarlarla çevrilmiştir. Memeli hayvanlarda akciğerin çalışmasını kolaylaştıran karın ve göğüs boşluğunu birbirinden ayıran kaslı di­yafram bulunur.

Akciğerli balıklarda (Dipneusti), solungaçların yanı sıra yutakla bağlantılı akciğer gibi görev yapan hava keseleri bulunur.

İnsanda Solunum Sistemi

İnsanda solunum sistemi; ağız, burun, yutak, gırtlak, soluk borusu, bronşlar, bronşçuk ve akciğerlerden oluşur.

Burun

Hava burun deliklerinden içeri alınır. Burun boşlukları havayı ısıtmada, nemlendirmede, toz taneciklerini filtre etmede ve koku almada işlev görür. Burun boşluğunu döşeyen mukoza tabakası mukus salgısı ile havayı nemlen­dirir. Mukus burundaki kıllarla birlikte alınan havadaki toz ve mikropları temizler. Kılcal damarlar ise havayı ısıtır. Bu nedenle burundan alınan hava, ağızdan alınan havaya göre daha sağlıklıdır.

Yutak ve Gırtlak

Yutak; ağız ve burun boşluğunun birleştiği yerdir. Alınan havanın soluk borusuna, besinlerin ise yemek borusu­na geçmesini sağlar. Yutakta gırtlak kapağı (epiglottis) ve bademcikler bulunur.

Lokmanın yutulması sırasında gırtlak yukarı doğru kalkar ve gırtlak kapağı soluk borusunu kapatır. Bu nedenle yutma sırasında solunum durur. Yutakta mikropların iltihap oluşturması farenjit hastalığına neden olur.

Yutak ve soluk borusunun birbirine bağlandığı, ses tellerini içeren yapıya gırtlak denir. Gırtlak duvarı kıkırdak­tan oluşmuştur. Ses telleri gırtlağın yan duvarlarında bir çift kıvrımdan oluşur. Hava dışarı verildiğinde ses telleri titreşerek sesi oluşturur. Ağız, dil, dudak, yutak ve sinir sisteminin organizasyonu ile ses konuşma şekline döner. Gırtlağın iltihaplanmasıyla larenjit hastalığı ortaya çıkar.

Soluk Borusu

Gırtlağın devamı olan soluk borusu 10-12 cm boyunda ve 2-2,5 cm çapında olup at nalı şekildeki kıkırdak halkalardan oluşmuştur. Bu kıkırdaklar soluk borusunun gergin ve açık kalmasını sağlar. Soluk borusunun iç yüze­yi silli epitel doku ile kaplıdır. Epitel dokudaki goblet hücreleri mukus salgısıyla solunum için alınan havanın nemli kalmasını sağlar. Ayrıca toz ve yabancı maddeleri tutar. Soluk borusundaki sillerin tek yönlü ve yukarıya doğru olan hareketi ile bu maddeler mukusla birlikte dışarı atılır. Soluk borusunun dış kısmı bağ dokudan oluşur.

Soluk borusu bronş adı verilen iki kola ayrılarak akciğerlere girer. Bronşların her biri akciğere girdikten sonra bronşçuk adı verilen binlerce ince borucuğa ayrılır. Bu borularda kıkırdak halkalar bulunmaz. Bronşların iltihaplan­masıyla bronşit hastalığı ortaya çıkar.

Akciğerler

Kalp ile birlikte göğüs boşluğunu dolduran esnek dokulu bir çift organdır, insanda sağ akciğer üç, sol akciğer iki loplu olup, sol akciğerin hemen altında kalp bulunur. Akciğerlerin üzerini örten pleura zarı çift katlı olup, dış zar göğüs boşluğu ve diyaframa yapışıktır. İç zar ise akciğerleri sarar, iki kat arasındaki boşlukta pleura sıvısı bulunur. Bu sıvı akciğerlerin hareketini kolaylaştırır.

Akciğerlerdeki her bronşçuk üzüm şeklindeki hava peteklerine kadar uzanır. Hava petekleri alveol denilen küçük keseciklerden meydana gelmiştir. Tek sıralı yassı epitelden oluşan alveol çeperleri, nemli olup kılcal damar­larla çevrilidir. Gaz değişimi kılcal damarlardaki kirli kanla, alveollerdeki hava arasında olur. Her akciğerde 300 mil­yon kadar alveol bulunur. Solunum yüzeyini arttıracak şekilde dizilmiş olan alveoller, akciğerlerde yaklaşık 70-100 m² lik bir yüzey oluştururlar.

Alveol epitel hücreleri, alveolün iç yüzünü ince bir tabaka şeklinde örten lipoproteinleri salgılar. Bu maddeler alveollerin yüzey gerilimini düşürmeye yarar. Bu özellik iki açıdan önem taşır:

1. Suyun korunmasını sağlar. Çünkü alçak yüzey geriliminden dolayı daha az su kılcal damarlardan alveol içerisine geçer.
2. Alçak yüzey gerilimi alveol içindeki havanın dışarı atılması için gereken kas kuvvetinin düşmesini sağlar.

Akciğerlerin alt tarafında kaslı diyafram bulunur. Diyafram bağ ve kas dokudan yapılmış, göğüs ve karın boş­luğunu ayıran bir perdedir. Göğüs ve karın kasları ile birlikte çalışarak soluk alıp vermede görev yapar.

Pleura zan, kaslı diyafram, alveollü akciğerler memeliler için karakteristik özelliklerdir.

İnsanda Soluk Alıp - Verme Mekanizması

Soluk alıp verme, göğüs boşluğu hacminin ve buna bağlı olarak akciğerlerin genişleyip, daralmasıyla gerçekle­şen fiziksel bir olaydır.

Göğüs boşluğundaki basınç, göğüs boşluğu hacminin artıp azalmasına bağlı olarak değişir. Göğüs boşluğun­daki hacim ise kaburga ve diyafram kaslarının birlikte kasılma ve gevşemeleri ile değişir.

Solunum hızını denetleyen temel faktör kandaki karbon dioksit oranıdır. Kanda karbon dioksit miktarının artma­sı, asitliğin artmasına neden olur ve kan pH'ı düşer. Bu durum omurilik soğanındaki solunum merkezlerini etkiler. Solunum merkezlerinden gelen impulslar kaburga kasları ve diyaframı uyarır. Soluk alış verişi hızlanır ve homeostasi sağlanır. Ayrıca adrenalin ve tiroksin hormon miktarının artması solunum hızını artırır.

Soluk Alma

Havanın akciğerlere girmesi soluk alma adını alır. So­luk alma sırasında; diyafram kası kasılır ve düzleşir. Bu durum göğüs boşluğunu karın boşluğuna doğru genişletir. Aynı zamanda kaburgalar arası kaslar kasılarak kabur­ga uçlarının yukarı doğru yükselmesini sağlar. Bu durum göğüs boşluğunun öne doğru genişlemesine neden olur. Göğüs boşluğu genişleyince hacim artar ve basınç azalır. Atmosfer basıncı iç basınca göre daha yüksek hale geldiği için dışarıdaki hava solunum yollarından geçerek akciğer­lere dolar. Böylece soluk alma tamamlanır. Daha sonra alveollerdeki oksijen difüzyonla alveollerin etrafındaki kılcal damarlara geçerken, kılcal damarlardaki karbon dioksitte alveollere geçer. Soluk alma olayında enerji harcanır.

Soluk Verme

Havanın akciğerlerden çıkması soluk verme olarak ad­landırılır. Soluk verme sırasında diyafram gevşer ve kubbeleşir. Bu durum göğüs boşluğunu alttan daraltır. Kaburgalar arası kaslar da gevşeyerek kaburga uçlarının aşağı doğru inmesine sebep olur. Böylece göğüs boşluğu önden ar­kaya doğru daralır. Göğüs boşluğu daralınca hacmi azalır ve basınç artar. İç basınç atmosfer basıncına göre daha yüksek hale geldiği için, alveollerdeki hava yine solunum yollarından geçerek dışarı verilir. Böylece soluk verme ta­mamlanmış olur. Soluk verme olayında sadece göğüs boş­luğunun daralmasından oluşan basıncın değil, akciğerlerin geri yaylanma basıncının da rolü vardır. Geri yaylanma basıncı, akciğerlerin yapısındaki elastiki lifler ve pleura sı­vısının oluşturduğu yüzey geriliminden doğar. Soluk verme işi, soluk almaya göre daha pasif bir olaydır. Enerji harcan­maz.

Kandaki oksijen miktarı değişimi, solunum hızını yok denecek kadar az etkiler.

Solunum Pigmentleri

Trake solunumu yapan hayvanlar hariç, dolaşım sistemi bulunan hayvanlarda solunum gazları (O₂ ve CO₂) kanla taşınır. Kanın oksijen ve karbon dioksit tutma ve taşıma kapasitesi çok yüksektir. Bu özellik kanda bulunan solunum pigmentleri ile sağlanır. Hayvanlarda; hemoglobin, hemosiyanin, klorokruorin, hemoeritrin gibi solu­num pigmentleri bulunur. Bu pigmentler protein yapılıdır ve solunum gazları ile kolayca birleşip ayrılabilirler. Yapıla­rında demir, bakır gibi metal iyonları bulunur.

Solunum pigmentlerini alyuvarlarda bulunduran canlının oksijen taşıma kapasitesi fazla, plazmasında bulunan canlının ise oksijen depolama kapasitesi daha fazladır.

Oksijen ve Karbondioksitin Taşınması

Oksijenin Taşınması

Oksijen akciğer alveollerinden akciğer kılcal damarlarına difüzyonla geçer. Kılcallardaki kanda bulunan oksi­jenin %2 si plazmada çözünmüş olarak, %98 i ise plazmadan alyuvara geçerek taşınır. Alyuvara geçen oksijen, hemoglobinle (Hb) birleşerek oksihemoglobini (HbO₂) oluşturur. Oksihemoglobin miktarı fazla olan kanın rengi açıktır.

Hb + O₂ → HbO₂ (Alveol kılcalları)

Oksihemoglobin taşıyan kan kalbe gelir ve kalpten pompalanarak doku kılcallarına kadar taşınır. Buradaki O₂ basıncının düşük olması nedeniyle oksijenler hemoglobinden ayrılıp serbest bırakılırlar. Serbest kalan oksijenler difüzyonla plazmadan doku sıvısına, oradan da doku hücrelerine geçerler.

HbO₂ → Hb + O₂ (Doku kılcalları)

Deniz seviyesinden yükseklere çıkıldıkça oksijen oranı azaldığı için hemoglobinin tutacağı oksijen mik­tarı da düşer. Vücut için gerekli oksijen sağlanamadığından kandaki alyuvar sayısı artar.

Karbondioksitin Taşınması

Karbon dioksitin bir kısmı kan plazmasında çözünmüş olarak, bir kısmı hemoglobinle birleşmiş şekilde taşınır. Karbon dioksitin büyük bir kısmı ise bikarbonat (HCO₃^-) iyonları şeklinde taşınır.

Hücrelerde solunum sonucu oluşan karbon dioksit difüzyonla doku sıvısına, oradan da doku kılcallarına geçer. Doku kılcallarındaki karbon dioksit alyuvara girer ve burada su ile birleşerek karbonik asite (H₂CO₃) dönüşür. Bu tepkime karbonik anhidraz enzimi etkisiyle gerçekleşir.

CO₂ + H₂O → H₂CO₃

Karbonik asit daha sonra hidrojen (H⁺) ve bikarbonat (HCO₃) iyonlarına ayrılır.

H₂CO₃ → H₂CO₃^-

Oluşan hidrojen iyonları alyuvarlardaki hemoglobin tarafından tutulurken, bikarbonat iyonları alyuvardan kan plazmasına geçer. Hidrojen iyonları alyuvarlarla, bikarbonat iyonları ise kan plazması ile taşınarak önce kalbe gelir ve kalpten akciğerlere pompalanır. Akciğer kılcallarında kan plazmasındaki bikarbonat iyonları yeniden alyuvarlara girerek hidrojen iyonu ile birleşir ve karbonik asiti oluşturur.

HCO₃^- + H⁺ → H₂CO₃

Karbonik asit, karbonik anhidraz enziminin etkisiyle su ve karbondioksite ayrışır.

H₂CO₃ → CO₂ + H₂O (Karbonik anhidraz)

Serbest kalan karbon dioksit difüzyonla akciğer alveollerine geçer ve soluk verme ile dışarı atılır.

Çizgili kaslarda bulunan oksijen tutucu pigmente miyoglobin denir. Kaslara yeterli oksijen gelmediğin­de tuttuğu oksijeni bırakarak enerji üretiminin devam etmesini sağlar.

Vurgun

Vücut içi sıvılarda gazlar çözünmüş halde bulunur. Basıncın çok yüksek olduğu durumdan alçak basınca geçi­lirse çözünmüş gazlar, gaz haline geçerek kılcal damarları tıkayabilir. Buna vurgun denir. Bu durumda oksijen ve karbon dioksitin bir kısmı hemoglobine bağlanabilir. Ancak azot gazı bu bağı yapamadığı için kılcal damarları tıka­yarak felç veya ölüme neden olabilir.

Karbon monoksit Zehirlenmesi

Ortamdan solunum organları ile alınan karbon monoksit kana verilir. Karbon monoksit hemoglobinle kararlı bir bileşik oluşturur. Böylece hemoglobinin oksijen bağlama kapasitesi düşer. Hücrelere iletilen oksijen azaldığından karbon monoksit zehirlenmesi gözlenir.