İnsanda solunum gazları, kandaki alyuvarda bulunan solunum pigmenti olan hemoglobin yardımıyla taşınır. Bir alyuvar yaklaşık 250 milyon hemoglobin molekülü içerir. Bu pigment, kanın oksijen taşıma kapasitesini arttırır ve solunum gazları ile tersinir (çift yönlü tepkime) bir şekilde bileşik oluşturur.
Oksijenin alyuvarlarda hemoglobin pigmenti ile taşınma miktarı, kanın plazma kısmında çözünmüş olarak taşınan oksijen miktarından 30 ile 100 kat daha fazladır. Vücudun doku hücrelerinde hücresel solunum tepkimeleriyle kullanımı sonucu karbondioksit açığa çıkar. Karbondioksitin doku hücrelerinden uzaklaştırılması da hemoglobin pigmenti yardımıyla gerçekleşir.
Alyuvarların yapısında bulunan protein yapılı hemoglobin molekülü, merkezinde bir demir atomu taşıyan hem adlı kofaktöre sahip dört alt birimden ve globülin proteininden oluşmuştur. Hem grubu kana kırmızı rengini verir. Her demir atomu bir molekül oksijen bağlar. Bu sayede bir hemoglobin molekülü, dört molekül O2 taşır. Dolayısıyla bir alyuvar yaklaşık 1 milyar O2 taşıyabilir. Hemoglobin molekülü, oksijeni tersinir olarak bağladığından akciğerlerden aldığı oksijeni vücudun diğer noktalarında bırakabilir.
|Bilgi Notu |
Kofaktör: Bir enzimin aktifliği için gerekli olan, proteine gevşek ya da sıkıca bağlı olan, bir metal iyonu (aktivatör) gibi protein olmayan maddedir.
Oksijen taşınmasının temeli, akciğer alveollerinde yüksek miktarda bulunan oksijenin, kılcal damarlara geçmesi ve böylelikle hücrelere taşınmasına dayanır. Oksijenin %97’si alyuvarlarda bulunan hemoglobine bağlanarak taşınır. Kalan %3’ü plazma sıvısında çözünmüş olarak taşınır. Hemoglobinin oksijen bağlaması veya serbest bırakması, oksijenin kısmi basıncına bağlıdır.
Oksijenin kısmi basıncının yüksek olduğu yerlerde, akciğer alveol kılcallarında, hemoglobin molekülü O2 bağlar (Görsel 1. Durum). Oksijen basıncının düştüğü yerlerde, doku kılcallarında hemoglobin O2‘in çoğunu serbest bırakır (Görsel 3. durum). Ortam pH’sinin düşmesi de hemoglobinin O2‘e olan ilgisini azaltarak oksijeni serbest bırakmasını sağlar (Bohr etkisi) (Görsel 3. durum).
|Bilgi Notu|
Bohr etkisi: Hemoglobinin oksijenle birleşme hızı, ortamın sıcaklığı, oksijenin kısmi basıncı ve kan pH değerine bağlı olarak değişir. Kanda CO2‘in kısmi basıncının artması kan pH değerini düşürür. Bu durum hemoglobinin bağlı olduğu O2 moleküllerinin bırakılmasına yol açar. Düşük pH, hemoglobinin oksijene ilgisini azalttığı için bu etkiye “Bohr etkisi” denir.
|! Karbonmonoksit (CO) gazı; doğalgaz, gaz yağı, benzin, tüp gazı, kömür ve odun gibi yapısında “karbon” bulunan yakıtların yanması veya tam olarak yanmaması sonucu açığa çıkar. Hemoglobine oksijenden 200 kat daha hızlı bağlanır. Bağlanma reaksiyonu geri dönüşümsüzdür. Bu yüzden CO hemoglobine bağlandıkça vücutta oksijen azalır, zehirlenme meydana gelir. Tatsız, renksiz, kokusuz olduğu için farkedilmez.|
- Oksijen, alveollerden akciğer kılcal damarlarına geçer. Hemoglobin, oksijen oranının yüksek olduğu akciğer kılcallarında, oksijenle bağlanarak oksihemoglobin (HbO2) oluşturur.
- Oksijen, alyuvarlarda oksihemoglobin hâlinde taşınır. Oksihemoglobinli kan, akciğer toplardamarıyla kalbe gelerek buradan tüm vücuda pompalanır.
- Doku kılcallarına gelindiğinde, oksijen oranının düşük olduğu yerde ayrılma eğiliminde olduğundan hemoglobin, oksijenden ayrılır. Serbest kalan O2, önce doku sıvısına buradan da hücrelere geçer.
Yükseklere çıkıldıkça atmosfer basıncı düşer. Deniz seviyesinde 760 mmHg olan atmosfer basıncı, 3000 m’de 523 mmHg’ya, 15000 m’de 87 mmHg’ya kadar düşer. Atmosfer basıncının düşmesiyle orantılı olarak oksijen kısmî basıncı (PO2) da azalır. Havada hâlâ %21 O2 olduğundan solunan PO2, deniz seviyesinde 159 mmHg (0,21×760) iken 15000 m yükseklikte sadece 18 mmHg olur.
Hızla yüksek irtifaya çıkan kişilerde akut dağ hastalığı görülebilir. Baş ağrısı, hâlsizlik, bulantı, kusma şeklinde belirti verir. Bu kişilere oksijen verilmez veya bu kişiler daha düşük irtifaya taşınmazlarsa ölebilirler. Aynı zamanda bu gibi durumlarda beyin ödemi veya akciğer ödemi görülebilir. Yükseklere çıkan kişilerde böbreklerden salınan eritropoietin hormonu etkisiyle alyuvar sayısı arttırılır. Böylece hücrelere daha çok oksijen taşınması sağlanarak bu duruma adaptasyon gerçekleştirilir.
|Bilgi Notu|
Akut dağ hastalığı: Günümüzde birçok yerli, And Dağları ve Himala- yalarda 3500 m irtifada yaşamaktadır. Peru’da bulunan And Dağlarında bir grup 5100 m’de yaşayıp 5700 m yükseklikteki maden ocaklarında çalışmaktadır. Bu yerlilerin orada doğup büyümeleri, bulunduğu yüksekliğe uyum göstermelerini sağlamıştır. Bu kişilerin göğüs çapları genişler, geri kalan vücut kısımları daha küçük kalır. Kalpleri alçak irtifada yaşayanlara göre daha geniştir. Bu bölgelerde yaşayan insanlar yüksek irtifaya adapte olduklarından akut dağ hastalığına yakalanmazlar.
Vurgun Nedir? Vurgun, daha çok denizlere dalan kişilerde görülen bir durumdur. Örneğin, dalgıcın sırtındaki tüpten soluduğu azot gazı, basıncın etkisiyle sıvılaşır. Dalgıç su üzerine çıkması gereken süreyi kısa tutarak aniden su yüzeyine dönerse dalgıcın hücre içi ya da hücre dışı vücut sıvılarında çok miktarda azot kabarcıkları oluşur.
Bu gaz kabarcıklarının, kan damarlarını tıkamasıyla bacak ve kolların eklem yerlerinde ağrı, baş dönmesi, felç gibi belirtiler görülür. Vurguna yakalanan kişilerin %2’lik bir kısmında kabarcıkların akciğer kılcallarını tıkamasıyla boğulma denilen ciddi nefes darlıkları görülebilir. Dalgıç, yüzeye yavaşça çıkarsa erimiş azot, vurgun oluşmasını önlemeye yetecek hızla akciğerlerden soluk verme ile atılır.
Karbondioksit Taşınması
Karbondioksit taşınmasında temel amaç, CO2‘in dokulardan uzaklaştırılması ve kan pH’sinin dengelenmesidir. Solunum yapan hücrelerin artık maddesi olarak oluşan CO2, önce difüzyonla doku sıvısına buradan da doku kılcal damarlarına geçer. CO2‘in doku kılcallarından akciğere taşınması üç yolla gerçekleşir:
Yaklaşık olarak %7’si kan plazmasında çözünmüş olarak, %23’ü alyuvarlarda bulunan hemoglobine bağlanıp karbaminohemoglobin (HbCO2) oluşturarak, %70 kadarı ise kan plazmasında bikarbonat iyonları (HCO3–) şeklinde akciğerlere taşınır.
- Vücut dokularında üretilen CO2 doku sıvısına oradan kılcal damarlara difüzyonla geçer.
- Alyuvara giren CO2‘in %23’ü hemoglobine bağlanarak karbaminohemoglobin (HbCO2) oluşturur. (Hb+CO2 HbCO2)
- Alyuvarlara giren CO2, alyuvardaki karbonik anhidraz enzimi yardımıyla H2O ile birleşerek karbonik asiti (H2CO3) oluşturur.
- Kararsız olan H2CO3, HCO3– (bikarbonat) ve H+ iyonuna dönüşür. (H2CO3 ► HCO3–+ H+)
- Hemoglobin, karbonik asitten gelen H+ iyonlarının çoğunu bağlayarak kanın asitleşmesini engeller. (Hb+H+ ► HbH+)
- HCO3– iyonları kan plazması ile akciğerlere kadar taşınır.
- Akciğer kılcallarında HCO3– plazmadan alyuvarlara difüze olur ve hemoglobinden ayrılan H+ iyonu ile birleşerek H2CO3‘i oluşturur.
- H2CO3 alyuvardaki karbonik anhidraz enzimi aracılığıyla H2O ve CO2‘e dönüşür.
- CO2, alyuvardan kan plazmasına oradan da alveol boşluğuna geçer.
- CO2 nefes vermeyle dışarı atılır.