OKSİJENİN AKCİĞERLERDEN DOKULARA VE HÜCRELERE TAŞINMASI

Dinlenme halindeki bir insanın günde yaklaşık olarak 300 lt. oksijene gereksinimi vardır. Bu miktar yaptığımız işe göre 15-20 misli artabilir. Atmosferdeki havanın yaklaşık %21’i oksijen %0.04’ü karbondioksit, %79’u azot, %0.50’si su buharıdır. Alveol havasında bu oran %14 oksijen , %5 karbondioksit, %75 azot ve %6 su buharıdır. Kanın 100 ml’si 20 ml oksijen alır. Bu yetenek hemoglobinin.yapısından ileri gelmektedir. Besinlerin vücutta oksidasyonu sonucu meydana gelen karbondioksit miktarını, alınan oksijen miktarına böldüğümüzde “solunum katsayısı” çıkar. Besin türüne göre ( protein, yağ ve karbonhidrat) bu katsayı farklılıklar gösterir.

HEMOGLOBİNİN VE MİYOGLOBİNİN YAPISI

Hemoglobin ikisi alfa, ikisi beta olan dört zincirden oluşmuştur. Omurgalılarda alyuvarlar içinde bulunur. Miyoglobin, kırmızı kaslarda bulunur; hemoglobinin beta alt ünitesine benzer, bir hem molekülü taşır. Miyoglobin, hemoglobinin serbest bıraktığı oksijenle birleşerek, onu depo eder ve gerektiğinde mitokondriye götürür. Miyoglobin ve hemoglobine bağlı demir iki değerliklidir(ferrus halinde). Bu demir molekülü globin zincirlerinin arsına alındığında ve ayrıca histidin asidinin azotuna bağlı olduğundan (histidin eksi elektrik yükü sağladığından) oksijenle bağının gevşek olması sağlanmıştır.

OKSİJENİN TAŞINMASI

Alveollerde oksijenin kısmi basıncı kandan daha fazla olduğu için, oksijen alveoler zardan geçerek hemoglobinle(Hb) birleşir ve oksihemoglobini yapar (HbO2). Oksihemoglobin alyuvar içinde potasyuma bağlı olarak bulunur (KHbO2). Oksijenin yaklaşık %2’si de erimiş halde kan plazmasıyla taşınır. Eğer oksijen hemoglobinle taşınmadıysa, kanımızın ya 75 misli fazla olması ya da 75 defa daha hızlı kan akması gerekirdi. Kanın 100 ml’sinde yaklaşık 15 gram kadar hemoglobin vardır. Bu etkinliğinden dolayı kan 100 ml’de 20 ml oksijen, 50-60 ml karbondioksit taşıyabilir.Oksijenli hemoglobin parlak kırmızı renkli görülür (atardamar kanı). Oksijenin hemoglobinle birleşmesi ve HbO2’den ayrılması, ortamdaki oksijenin ve belirli bir oranda da CO2’in yoğunluğuyla denetlenir. Kalp ve damarlarda, HbO2’in pek azı oksijenini kaybeder.

Dokularda oluşan CO2’in bir kısmı, karbonik anhidraz enziminin etkisi altında suyla tepkimeye girerek karbonik asidi(H2CO3)yapar. Bu ise kanın asitliliğini artırır. Karbonik asit ve laktik asit hidrojen iyonunu( H+) serbest bırakırlar. Ortamda H+ çokluğu HbO2’nin oksijene olan ilgisini azaltır(Bohr Etkisi). Bu, hemoglobinin ancak gereksinme görülen(CO2’nin çok olduğu) bölgelerde oksijeni serbest bırakmasını sağladığı için çok düzenli bir yayılımın olmasına neden olur. Havada oksijen basıncı 150 mm, alveollerde 100 mm olmasına karşın, dokularda bu oran 0-40 mm Hg basıncına eşittir. Bu, oksijen havadan dokulara doğru akmasını mümkün kılar.

Alyuvarlarda hemoglobin molekül sayısı kadar 2,3- difosfogliserat (DPG) molekülü vardır. Bu sonuncu moleküller, dokularda, oksijenini bırakmış Hb’ne bağlanarak yine oksijene olan ilgisini azaltır.

Fötüsün hemoglobini (fütal Hb=hbF9), DPG’ye ilgisi az olan bir beta zinciri taşır; bu nedenle HbF ana karnında bol oksijen bağlayabilir.

Dokulara oksijenin iletilmesinde bir aksaklık olursa “Asifiksi = Havasızlıktan Boğulma” meydana gelir. Boğulmada ve zatürreede akciğer; karbonmonoksitle zehirlenmede hemoglobin; siyanürle zehirlenmede, oksijenin hücre tarafından kazanılmasını sağlayan sitokrom oksidaz işlev görmediği için boğulma ortaya çıkar.

Bunun yanı sıra, yükseğe çıkmada, vücudun yeterince Hb üretememesinde veya kanın yeterince vücut içerisinde dolaştırılmamsında oksijen bunalımına düşülebilir (Anoxia). Bu tip bunalımlarda deri ve mukoza (örneğin dudak) morarır(cyanosis).

Saf oksijenle (%100)normal atmosfer masajı altında 8-12 saat süreyle toksik etki yapmadan solunabilir. Daha uzun sürelerde akciğerlerde bazı bozukluklar olur. O zaman oksijen oranı %60’a düşürülerek uzun süre kullanılabilir. Atmosfer basıncı azaltıldığında saf oksijenin toksik etkisi de azalır. İki atmosferlik basınç altında saf oksijen hayal görünmesini başlatabilir. Saf oksijenin toksik etkisinin, yüksek enerjili fosfat bağlarının oluşumundan; sitrik asit döngüsünün bazı evrelerini ve hidrojen transferini etkileyen bazı enzimleri inaktibe etmesinden ileri geldiği varsayılmaktadır.

Vurgun: Vücut içersindeki sıvılarda erimiş halde bulunan gazların, basıncın çok düştüğü ortamlarda, gaz haline geçerek kılcal damarları tıkamasıyla ortaya çıkar. Azot gazının kısmi basıncı deniz seviyesinde 597 mm Hg’dir ve vücut sıvısındaki erimiş azotla denge halindedir. Sıcaklık değişmedikçe bir gazın sıvıda eriyen miktarı o gazın kısmi basıncına eşittir(Henry yasası). Dış ortamda basınç azalınca (dalgıçlar hızla su üzerinde çıktığında ya da uçaklarda kabin basıncı düştüğünde ) vücut sıvısındaki erimiş gazlar hava kabarcıkları halinde genişlemeye başlar. Oksijen ve karbondioksit kısmen dokular tarafından alınabilir ya da Hb’e bağ yapar. Fakat azot bağ yapamadığı için meydana getirdiği kabarcıklar kılcalları tıkar. Felç ve ölüm meydana gelebilir. Hemen yüksek basınçlı tüplere alınıp yavaş yavaş gazın dışarı verilmesi sağlanırsa vurgun geçirilebilir.

KARBONDİOKSİDİN TAŞINMASI

Hemoglobine dört molekül oksijen bağlanınca iki molekül proton (H+) serbest bırakılır; oksijen bırakılınca proton bağlanır. Bu, karbondioksitin taşınmasında ana ilkedir. Normal olarak, karbondioksit kanda çok az erir; fakat su ile, karbonik anhidraz enziminin katalizlenmesi sonucu, dönüşümlü olarak tepkimeye girer. CO2+ H2O H2CO3 ve karbonik asidi yapar. Ve bu son bileşikte bir karbonat ve hidrojen iyonları meydana getirerek kanda büyük miktarlarda erir.

Dinlenme halinde bulunan vücutta yaklaşık 200 ml/dakika karbondioksit üretilir. Bu miktar sadece kan plazmasında erimiş olsaydı (litrede ancak 4 ml erimiş karbondioksit taşınabilir) kanımızın en az 10 defa daha hızlı akması gerekecekti. Ayrıca kanın pH’nin 4.5’e düşmesine ve bu da 7.2 – 7.6 pH’lı ortamlarda yaşamaya uyum yapmış vücut hücrelerinin ölmesine neden olacaktı. Halbuki hemoglobinin özel yapısından dolayı litrede 50 ml kadar karbondioksit pek az bir pH farkıyla dokulardan alveollere taşınabilir. Dokulardaki oksijensiz Hb hidrojen iyonuna bağlar. Hidrojen iyonu bağlandıkça dokulardaki karbondioksit kana geçer.

Ayrıca karbondioksit, oksijensiz hemoglobine doğrudan doğruya gevşek bir şekilde bağlanarak “karbonmino- hemoglobin” yapar. Böylece kanda karbondioksit, karbomino – hemoglobin, az miktarda karbonik asit ve bir kısmı da bir karbonat ( HCO3-) iyonları halinde taşınır. Gerçekte ortamda karbondioksit az olduğu zaman, hemoglobinin polipeptik zincirinde bulunan ilk amin gruplarındaki azot atomları hidrojen iyonlarını bağlar. Eğer ortamda karbondioksit çoksa bu sefer karbomino – hemoglobin şeklinde bağlanma olur. Karbomino grupları eksi yük taşıdıklarından artı yük taşıyan globin grupları ile tuz köprüleri kurarlar. Bu köprülerde hemoglobinin oksijene ilgisini azaltır ve daha çok karbondioksit bağlanmasını sağlar; bu nedenle ortamda karbondioksit artınca hemoglobin daha çok oksijeni serbest bırakır.

Her üç yoldan da dokulardan alveollerle gelen karbondioksit kökenli alveollerle karbondioksitin kısmi basıncının düşük olmasından dolayı serbest hale geçerek dışarı verilir. Karbondioksit asidin CO2 ve H2O’ya ayrılması alyuvarlardaki karbonik anhidraz enzimi katalizler. Homoglabin oksijenle bağlanarak H iyonu serbest bırakır.H+ da HCO3 – köküne bağlanarak H2CO3’yi yapar.Karbonik asit de uçuçu CO2’yi meydana getirir, çünkü dokularda karbondioksitin kısmi basıncı 60mm toplardamarlarda yaklaşık 47mm, alveollerde ise 35mm Hg basıncına eşittir. Atardamarlarda yaklaşık 41mm Hg kısmi basınçlı karbondioksit bulunduğuna göre,akciğerlerden geçen kanın hala yüksek oranlarda karbodioksit taşıdığını söyleyebiliriz.Karbondioksidin alyuvarlardaki iş değişimi arttığında ,kan plazmasına oradan da alveole geçer. Bu tepkimeler sonucunda bir molekül CO2 için bir molekül HCO3- iyonunun harcadığı görülmektedir. Alyuvarlardaki karbonad iyonu harcandıkça derişimi düştüğü için plazmandan yeni HCO3- iyonu girm
eye başlar. Bu denge, yaşam için çok önemlidir. Fakat alyuvarlara giren her HCO3- iyonu için bir iyonun dışarı çıkması gerekir, bu iyonda Cl- dir. Alyuvarlara giren her HCO3- potasyuma bağlanır( KHCO3). Fakat Hb oksijene bağlanınca, serbest kalan H+ potasyumun yerini alarak KHCO3 + H+  K++H2CO3’ü yapar ve K+ ise HbO2’ye bağlanır (KHbO2)

Plazmada karbonik asitten az miktarda CO2 ve H2O’nun meydana gelişi ise şöyle olur: Plazmada HCO3 – iyonu Na+ bağlı olarak bulunur(NaHCO3). Plazmadaki protein anyonlar, H+ derişimine göre ya Na-proteinat ya da H-proteinat halindedir. Alveollere gelen kanda, H-proteinat, H+ yerine, Na+ iyonu bağlanması kolaylaştırılır ve Na-proteinat oluşarak H+ serbest hale geçer. Bu da HCO3- ile birleşerek H2CO3’ü yapar. Bu bileşik de CO2’i meydana getirerek alveole verir. Bu tepkimelerde ortaya çıkan H+’ları da böbrekle dışarıya atılır(genellikle su halinde).

Karbondioksitin akciğerlerden uzaklaşmasını önleyen herhengi bir etki (bazı akciğer hastalıklarında) karbonik asit ve karbonat yoğunluğunun artmasına neden olur. Bu duruma “ Solunum Asidozu” denir. Bu durumda dahi kan bazik özelliklidir. Şeker hastalığında karbonhidrat metabolizmasındaki bozukluktan dolayı fazla asit üretimi ve asidozis görülür.

Kan bankalarında uzun süre bekleyen kanların içinde DPG miktarı azalacağından dolayı, oksijenin serbest bırakma oranları azalır. Bu nedenle ağır hastalara taze kan sağlanmaya çalışılır. Gerçi yitirtilen DPG’nin %50’si 24 saat içinde yeniden kazanılır. Ayrıca depo edilecek kanın içine inozin ilave etmek suretiyle, alyuvarlarda DPG (inozinin DPG’ye çevrilmesi suretiyle) miktarının arttırılmasına çalışılır.

Karbonmonoksit, hemoglobin üzerinde, oksijenin bağlandığı yere sıkıca bağlanır ve bir daha ayrılmaz. Bu nedenle karbonmonoksitle (CO) bağlanmış bir hemoglobin artık oksijen taşıyamaz. Sigara tiryakilerinde, CO, hemoglobinin oksijen taşıma sığasını %20-30 oranında azaltır.

Sigaranın Solunum Yolu Hastalıkları Üzerine Etkisi

Çocukların, anne ve babalarının içtikleri sigaranın dumanına maruz kalması, birçok hastalığın ölüm oranı arttırmaktadır. Bu etki çocuk daha anne karnında iken başlamaktadır. Gebe kadının sigara içmesi düşük oranını, doğumsal anomali riskini, geç fetal (anne karnındaki bebekte) ve yeni doğan ölüm hızını arttırır. Nikotin damarlarda daralma yaparak plasenta kan akımını azaltır, karbon monoksit de fetal (anne karnındaki bebekte) hemoglobini bağlar ve sonuç olarak anne karnındaki doğmamış bebeğin kilo alımı etkilenir ve bebek düşük doğum ağırlıklı olarak doğar. Bununla birlikte, anneleri doğum öncesi dönemde sigara içen çocukların akıl ve kas yapısı gelişimlerinin de geri olduğu bildirilmiştir.

Anneleri sigara içen çocuklarda akut solunum yolu hastalıkları sıklığı artmaktadır. Bu etki süt çocukluğu döneminde en fazladır. Anneleri sigara içen çocukların, yaşamın ilk bir yılı içinde (özellikle 6-9 aylık dönemde) 9ö 38 daha fazla sıklıkla bronşit ve pnömoni oldukları saptanmıştır. Bu etki içilen sigara sayısı ile artmaktadır. Günlük içilen sigara sayısında her beş sigara artışı için, alt solunum yolu hastalıklarının sıklığında 2,5-3,5 birim artış görülmüştür. Bu çocukların hastaneye yatış hızının dört kat arttığı ve bunun günlük içilen sigara sayısı ile ilişkili olduğu gösterilmiştir. Anneleri sigara içen çocukların akciğerlerinin, yaşıtlarına göre az geliştiği bildirilmiştir. Bu etki, erişkin yaşamda obstrüktif (solunum yolarının daralmasına bağlı) solunum yolu hastalıkları için risk getirebilir. Anneleri sigara içen okul öncesi çocuklarda (yaşamın ilk beş yılı içinde), sigara içmeyenlere göre pnömoni ve bronşit üç kat, akut nazofarenjit ve sinüzit 1,5 kat artmaktadır.

Annelerin sigara içmesinin, beş ile dokuz yaş arası çocuklarda bile solunum fonksiyonlarında bozulmaya yol açtığı ve birinci saniyedeki zorlu soluk alıp verme miktarında azalma olduğu gösterilmiştir. Ana-babaları sigara içen astımlı çocuklar daha sık ve daha şiddetli atak geçirebilir. Ana-babalar sigara sayısını azalttıklarında astım bulguları da azalmaktadır.

Okul öncesi pasif içici çocuklarda seröz otitis media % 60 daha fazla görülmektedir. Altı aylık çocukların 18 aylık izlemelerinde; pasif içici çocuklar ortalama 7,1 seröz otitis media atağı geçirirken, çevresinde sigara içilmeyen çocukların 5,8 atak geçirdiği görülmüştür. Aynı zamanda pasif içicilerde seröz otitis media iyileşme süresi de 28 gün iken, diğerlerinde yalnızca 19 gündür. Yedi yaşındaki seröz otitis media olgularının °ö 33’ü, pasif sigara içiciliğine bağlanmıştır. Günde üç paket sigaradan fazla içilen evlerdeki Çocukların, sigara içilmeyen ortamdan gelenlere göre dört kez daha fazla timpanik tüp yerleştirilmesi için başvurduğu görülmüştür. Annenin günde 20’den fazla sigara içmesi, süt çocuklarında yineleyen otitis media için de önemli bir risk etmenidir.