Solunum Sistemi

Solunum sistemi ne iş yapar?

Hücrelerimiz enerjilerinin büyük kısmını oksijenli solunumla elde eder. Bu süreçte besinler oksijen (\(\text{O}_2\)) kullanılarak parçalanır, açığa çıkan enerjinin bir kısmı ATP'de depolanır ve atık olarak karbondioksit (\(\text{CO}_2\)) oluşur. Hücrenin içindeki bu kimyasal tepkimeler "Canlılarda Enerji Dönüşümleri" konusunun işidir. Solunum sisteminin görevi daha dışarıdadır: atmosferdeki \(\text{O}_2\)'yi kana almak, kandaki \(\text{CO}_2\)'yi dışarı atmak.

Bir hücreli canlılarda gazlar doğrudan hücre zarından difüzyonla geçer. İnsan gibi büyük ve çok hücreli bir canlıda hücrelerin çoğu dış ortamdan çok uzaktadır; difüzyon tek başına yetmez. Bu yüzden iki sistem birlikte çalışır: solunum sistemi havayı geniş, nemli ve ince bir yüzeye, yani alveollere taşır; dolaşım sistemi de alveollerden aldığı \(\text{O}_2\)'yi dokulara, dokulardan aldığı \(\text{CO}_2\)'yi akciğerlere götürür. Gaz değişimi iki yerde olur: akciğerde alveol ile kan arasında (dış solunum) ve dokularda kan ile hücreler arasında (iç solunum). İkisinde de gazlar enerji harcanmadan, difüzyonla geçer.

İnsanın solunum sistemi iki kısımda incelenir. İletim bölümü burun boşluğu, yutak, gırtlak, soluk borusu, bronşlar ve bronşçuklardan oluşur; havayı taşır, temizler, ısıtır ve nemlendirir ama gaz değişimi yapmaz. Solunum bölümü ise alveollerden oluşur; gaz değişimi yalnızca burada gerçekleşir.

Hava yolları: burundan bronşçuklara

Soluk aldığımız hava sırasıyla burun boşluğu, yutak, gırtlak, soluk borusu, bronşlar, bronşçuklar ve alveoller boyunca ilerler.

• Burun boşluğu: Havanın girdiği ilk bölümdür. Burun deliklerindeki kıllar iri tozları tutar. Boşluğun iç yüzeyi mukus salgılayan silli epitelle örtülüdür; yapışkan mukus küçük toz taneciklerini ve mikroorganizmaları yakalar, siller de mukusu yutağa doğru süpürür. Yüzeyin altındaki yoğun kılcal damar ağı havayı vücut sıcaklığına yaklaştırır, mukus ve epitelden buharlaşan su havayı nemlendirir. Kıvrımlı kemik çıkıntıları yüzeyi genişleterek bu işleri kolaylaştırır. Boşluğun üst kısmında koku reseptörleri bulunur. Ağızdan soluk alındığında hava bu işlemlerden yeterince geçmez; soğuk ve kuru hava boğazı tahriş eder.
• Yutak (farinks): Burun ve ağız boşluklarının arkasında yer alan, hem havanın hem besinin geçtiği ortak yoldur. Orta kulağı dış ortamla dengeleyen östaki borusu yutağa açılır.
• Gırtlak (larinks): Soluk borusunun girişindeki, kıkırdaklardan yapılmış kutu biçimli bölümdür. Girişinde epiglot (gırtlak kapağı) bulunur. Yutkunma sırasında gırtlak yukarı kalkar ve epiglot girişin üstüne kapanır; besin soluk borusuna değil yemek borusuna yönelir. Gırtlağın içindeki ses telleri, soluk verme sırasında aralarından geçen havayla titreşerek sesi oluşturur. Ses tellerinin gerginliği ve uzunluğu sesin inceliğini belirler.
• Soluk borusu (trake): Gırtlaktan göğüs boşluğuna inen, yaklaşık 12 cm uzunluğunda bir borudur. Duvarında üst üste dizilmiş 16–20 tane C şeklinde kıkırdak halka vardır. Halkalar borunun basınç değişimlerinde kapanmasını önler, yani hava yolunu her zaman açık tutar. Halkaların arkada açık kalan kısmı, hemen arkadaki yemek borusuna bakar; burada kıkırdak yerine düz kas ve bağ dokusu bulunur. Böylece yutulan lokma geçerken yemek borusu genişleyebilir.
• Bronşlar ve bronşçuklar: Soluk borusu göğüs boşluğunda sağ ve sol ana bronşa ayrılır. Sağ ana bronş soldakinden daha kısa, daha geniş ve daha dikeydir; bu yüzden yanlışlıkla kaçan küçük cisimler daha çok sağ bronşa girer. Bronşlar akciğer içinde ağaç dalları gibi defalarca dallanır. Bronşların duvarında kıkırdak parçaları bulunur; çapı çok küçülen dallara bronşçuk (bronşiyol) denir ve bunların duvarında kıkırdak yoktur. Bronşçuk duvarındaki düz kaslar kasılıp gevşeyerek hava yolunun çapını değiştirebilir.

Soluk borusundan bronşçuklara kadar hava yollarının iç yüzeyi de büyük ölçüde mukus ve sillerle kaplıdır. Siller sürekli ve aynı yönde çırpınarak mukus tabakasını, yakaladığı tanecikler ve mikroorganizmalarla birlikte yukarıya, yutağa doğru taşır. Buraya ulaşan mukus genellikle fark edilmeden yutulur ya da öksürükle atılır. Bu düzenek akciğerleri temiz tutan en önemli savunma hattıdır. Hapşırma ve öksürük de hava yollarını tahriş eden maddeleri kuvvetli bir hava akımıyla dışarı atan reflekslerdir.

Alveoller, akciğerler ve plevra

Bronşçukların en ince dalları, salkım gibi kümelenmiş küçük keseciklerle sona erer. Bu keseciklerin her birine alveol denir. İki akciğerde yaklaşık 300–500 milyon alveol bulunur ve bunların toplam iç yüzeyi yaklaşık 70 metrekaredir. Alveolün yapısı gaz değişimine çok uygundur:

• Alveol duvarı tek katlı yassı epitelden oluşur; her alveolü saran kılcal damarların duvarı da tek katlıdır. Hava ile kan arasındaki uzaklık bir mikrometrenin altındadır; difüzyon yolu çok kısadır.
• Alveollerin sayısı çok fazla olduğu için toplam yüzey çok geniştir. Difüzyonla geçen gaz miktarı yüzey alanıyla artar.
• Her alveol yoğun bir kılcal ağıyla sarılıdır; kan sürekli akarak gaz farkını korur.
• Alveolün iç yüzeyi ince bir sıvı tabakasıyla nemlidir. Gazlar önce bu sıvıda çözünür, sonra zardan geçer.

Alveolün iç yüzeyindeki su tabakası bir sorun yaratır: su molekülleri arasındaki çekim (yüzey gerilimi) küçük alveolleri büzmeye ve duvarlarını birbirine yapıştırmaya çalışır. Alveol epitelindeki bazı hücreler sürfaktan adı verilen, yağ ve proteinden oluşan bir madde salgılar. Sürfaktan yüzey gerilimini azaltır; alveollerin soluk vermede tamamen kapanıp yapışmasını önler ve soluk almada açılmalarını kolaylaştırır. Sürfaktan üretimi gebeliğin son haftalarında yeterli düzeye ulaşır; çok erken doğan bebeklerde yetersiz olabileceği için bu bebeklerde ciddi solunum güçlüğü görülebilir. Alveollerde ayrıca toz ve mikroorganizmaları fagositozla temizleyen makrofajlar bulunur.

Akciğerler göğüs boşluğunda kalbin iki yanında yer alır. Kalp biraz sola yatık olduğundan sol akciğer daha küçüktür ve iki lobludur; sağ akciğer üç lobludur. Akciğer süngerimsi ve esnektir; gerildiğinde eski hâline dönmeye çalışır. Akciğerlerde iskelet kası yoktur, yani akciğer kendi kendine genişleyip daralamaz.

Her akciğeri plevra (akciğer zarı) denen iki katlı bir zar sarar. İç katman akciğerin yüzeyine, dış katman göğüs duvarının iç yüzeyine ve diyaframa yapışıktır. İki katman arasındaki dar plevra boşluğunda az miktarda kaygan bir sıvı bulunur. Bu sıvı, soluk alıp verme sırasında katmanların birbiri üzerinde sürtünmeden kaymasını sağlar ve iki katmanı birbirinden ayrılmayacak biçimde tutar, tıpkı arasında su bulunan iki cam levhanın birbirine yapışması gibi. Esnek akciğer içe doğru büzülmeye, göğüs duvarı dışa doğru açılmaya çalışır; bu iki zıt çekiş nedeniyle plevra boşluğundaki basınç dinlenmede bile atmosfer basıncından birkaç mmHg düşüktür. Göğüs boşluğu genişleyince plevra sayesinde akciğer de onu izleyerek genişler.

Soluk alıp verme: diyafram ve kaburgalar arası kaslar

Hava, basıncın yüksek olduğu yerden düşük olduğu yere akar. Akciğerlere hava girmesi için alveol basıncının atmosfer basıncının altına inmesi, hava çıkması için de üstüne çıkması gerekir. Basınçtaki bu değişimi göğüs boşluğunun hacmindeki değişim sağlar: kapalı bir kapta hacim artarsa gazın basıncı düşer, hacim azalırsa basınç artar.

Göğüs boşluğunun hacmini değiştiren kaslar şunlardır:

• Diyafram: Göğüs boşluğunu karın boşluğundan ayıran, kubbe biçimindeki çizgili kastır. Kasıldığında kubbe düzleşir ve aşağı iner; göğüs boşluğu dikey yönde genişler. Sakin solunumda hacim değişiminin büyük kısmını diyafram sağlar.
• Kaburgalar arası kaslar: Kaburgaların arasındaki iki kas tabakasıdır. Dış kaburgalar arası kaslar kasılınca kaburgalar ve göğüs kemiği yukarı ve öne kalkar, göğüs boşluğu önden arkaya ve yanlara doğru genişler. İç kaburgalar arası kaslar ise kaburgaları aşağı çeker ve zorlu soluk vermede görev alır.

Soluk alma (inspirasyon) aktif bir olaydır, kas kasılmasıyla başlar:

1. Diyafram ve dış kaburgalar arası kaslar kasılır.
2. Göğüs boşluğunun hacmi artar; plevra boşluğundaki basınç daha da düşer.
3. Plevra katmanları birbirine bağlı olduğu için akciğerler genişler, alveollerin hacmi artar ve alveol basıncı atmosfer basıncının altına iner.
4. Hava, basınç farkı ortadan kalkana kadar akciğerlere girer.

Sakin soluk verme (ekspirasyon) ise pasiftir: Diyafram ve dış kaburgalar arası kaslar gevşer, diyafram kubbe biçimine döner, kaburgalar ağırlıkları ve esneklikleriyle aşağı iner. Gerilmiş olan esnek akciğer dokusu da büzülür. Göğüs boşluğu ve alveollerin hacmi azalır, alveol basıncı atmosfer basıncının üstüne çıkar ve hava dışarı akar. Konuşurken, öksürürken ya da spor yaparken yapılan zorlu soluk vermede iç kaburgalar arası kaslar ve karın kasları kasılır; karın kasları karın organlarını diyaframa doğru iterek göğüs boşluğunu daha da daraltır. Zorlu soluk verme aktiftir. Zorlu soluk almada da boyun ve göğüs bölgesindeki yardımcı kaslar devreye girer.

Basınç ve hacim grafikleri

Soluk alıp verme sırasında akciğer hacmi, alveol basıncı ve plevra basıncı birlikte değişir. Aşağıdaki grafikler sakin solunum yapan bir yetişkin için basit bir modelden hesaplanmıştır: döngü 4 saniye sürer (dakikada 15 soluk) ve her soluğun hacmi 0,5 litredir. Basınçlar atmosfer basıncına göre fark olarak gösterilmiştir; 0, atmosfer basıncı (deniz seviyesinde 760 mmHg) demektir.

Bu grafikleri okurken şu noktalar önemlidir:

• Alveol basıncının işareti hava akışının yönünü gösterir. Alveol basıncı atmosfer basıncından düşükken hava girer ve akciğer hacmi artar; yüksekken hava çıkar ve hacim azalır.
• Akciğer hacmi en büyük ya da en küçük olduğu anda hava akışı durur; bu anlarda alveol basıncı atmosfer basıncına eşittir. Alveol basıncının en düşük olduğu an ise soluk almanın ortası, yani havanın en hızlı girdiği andır.
• Plevra basıncı soluk almada düşer, soluk vermede yükselir ama sakin solunumda hiçbir zaman atmosfer basıncına ulaşmaz. Göğüs boşluğunu genişleten kaslar gevşemeye başladığında hava girişi hemen durmadığı için plevra basıncının en düşük noktası, hacmin en büyük olduğu andan biraz öncedir.
• Döngünün sonunda akciğer hacmi ve basınçlar başlangıçtaki değerlere döner. Bir döngünün süresinden dakikadaki soluk sayısı bulunur: \(60 / 4 = 15\).

Solunum hacimleri ve vital kapasite

Akciğerlere giren ve çıkan hava hacmi spirometre denen bir cihazla ölçülür; elde edilen hacim-zaman grafiğine spirogram denir. Sakin solunumda alınıp verilen hava küçük bir hacimdir; derin bir soluk alıp en çok soluk verildiğinde çok daha büyük hacimler görülür.

• Soluk hacmi: Sakin bir soluk alma ya da soluk vermede akciğerlere giren ya da çıkan hava; yaklaşık 500 mL.
• Ek soluk alma hacmi: Normal bir soluk almanın üstüne zorlanarak alınabilecek en fazla hava.
• Ek soluk verme hacmi: Normal bir soluk vermenin ardından zorlanarak verilebilecek en fazla hava.
• Artık hacim: En zorlu soluk vermeden sonra bile akciğerlerde kalan hava. Alveollerin tamamen sönmesini önler ve iki soluk arasında da gaz değişiminin sürmesini sağlar. Dışarı verilemediği için spirometreyle doğrudan ölçülemez.
• Vital kapasite: En derin soluk almanın ardından verilebilecek en fazla hava: ek soluk alma hacmi, soluk hacmi ve ek soluk verme hacminin toplamıdır.
• Toplam akciğer kapasitesi: Vital kapasite ile artık hacmin toplamıdır.

Bu değerler kişiden kişiye değişir. Boy uzadıkça büyür, kadınlarda erkeklere göre ortalama olarak daha küçüktür, yaşla azalır; düzenli egzersiz solunum kaslarını güçlendirir. Akciğer hastalıklarında da değişir: hava yollarının daraldığı ya da alveol duvarlarının yıkıldığı hastalıklarda verilemeyen hava akciğerde hapsolur, artık hacim büyür ve vital kapasite küçülür.

Kısmi basınç ve gaz değişimi

Hava bir gaz karışımıdır ve karışımdaki her gaz toplam basınca kendi payıyla katkıda bulunur. Bir gazın bu payına kısmi basınç denir ve gazın karışımdaki oranıyla toplam basıncın çarpımına eşittir. Deniz seviyesinde atmosfer basıncı 760 mmHg, havadaki \(\text{O}_2\) oranı yaklaşık %21'dir: \(P_{\text{O}_2} = 0{,}21 \cdot 760 \approx 160\) mmHg. Havadaki \(\text{CO}_2\) oranı yalnızca %0,04 olduğundan \(P_{\text{CO}_2}\) yaklaşık 0,3 mmHg'dir.

Gaz değişiminin tek kuralı şudur: her gaz, kendi kısmi basıncının yüksek olduğu yerden düşük olduğu yere difüzyonla geçer. Bir gazın difüzyon yönünü öteki gazın basıncı etkilemez; \(\text{O}_2\) ve \(\text{CO}_2\) aynı anda zıt yönlerde geçebilir.

Alveol havasının \(P_{\text{O}_2}\) değeri atmosferdekinden düşüktür (yaklaşık 100 mmHg), çünkü her soluk alışta gelen taze hava, akciğerlerde kalan ve \(\text{O}_2\)'si kısmen kullanılmış havayla karışır; hava ayrıca su buharıyla doyar. Alveolde \(P_{\text{CO}_2}\) ise yaklaşık 40 mmHg'dir.

• Akciğerde: Dokulardan dönen ve akciğer atardamarıyla akciğerlere gelen kanda \(P_{\text{O}_2}\) yaklaşık 40, \(P_{\text{CO}_2}\) yaklaşık 46 mmHg'dir. \(\text{O}_2\) alveolden kana (100 → 40), \(\text{CO}_2\) kandan alveole (46 → 40) geçer. Kan kılcal boyunca ilerlerken alveol havasıyla dengelenir ve akciğerden \(P_{\text{O}_2}\) yaklaşık 100, \(P_{\text{CO}_2}\) yaklaşık 40 mmHg olarak ayrılır.
• Dokuda: Hücreler \(\text{O}_2\) tükettiği ve \(\text{CO}_2\) ürettiği için doku sıvısında \(P_{\text{O}_2}\) yaklaşık 40 mmHg ya da daha düşük, \(P_{\text{CO}_2}\) yaklaşık 46 mmHg'dir. Kılcala gelen kandan dokuya \(\text{O}_2\) (100 → 40), dokudan kana \(\text{CO}_2\) (46 → 40) geçer. Dokudan ayrılan kan \(\text{O}_2\) yönünden fakir, \(\text{CO}_2\) yönünden zengindir ve kalbe döner.

\(\text{CO}_2\) için basınç farkı (46 − 40 = 6 mmHg) \(\text{O}_2\)'ninkinden (60 mmHg) çok küçüktür. Buna rağmen yeterli \(\text{CO}_2\) atılır, çünkü \(\text{CO}_2\) suda ve zarda \(\text{O}_2\)'den yaklaşık 20 kat daha kolay çözünür ve çok daha hızlı difüze olur.

Çalışan bir kasta \(\text{O}_2\) tüketimi ve \(\text{CO}_2\) üretimi artar; doku sıvısında \(P_{\text{O}_2}\) düşer, \(P_{\text{CO}_2}\) yükselir. Basınç farkları büyüdüğü için dokuya \(\text{O}_2\) ve kana \(\text{CO}_2\) geçişi kendiliğinden hızlanır.

Oksijenin taşınması ve karbonmonoksit zehirlenmesi

\(\text{O}_2\) plazmada çok az çözünür. Kanda taşınan \(\text{O}_2\)'nin yalnızca yaklaşık %1,5'i plazmada çözünmüş hâldedir; geri kalan büyük kısmı (yaklaşık %98,5) alyuvarların içindeki hemoglobine bağlı taşınır. Hemoglobin dört polipeptit zincirinden oluşan bir proteindir. Her zincirde demir (\(\text{Fe}^{2+}\)) içeren bir hem grubu bulunur ve her hem grubu bir \(\text{O}_2\) molekülü bağlayabilir. Yani bir hemoglobin molekülü en çok dört \(\text{O}_2\) molekülü taşır.

\(\text{O}_2\)'nin hemoglobine bağlanması tersinirdir:

\(\text{O}_2\)'ye bağlanmış hemoglobine oksihemoglobin denir; parlak kırmızıdır. \(P_{\text{O}_2}\)'nin yüksek olduğu akciğer kılcallarında tepkime sağa yürür ve hemoglobin hemen hemen tamamen \(\text{O}_2\) ile doyar. \(P_{\text{O}_2}\)'nin düşük olduğu dokularda tepkime sola yürür ve hemoglobin \(\text{O}_2\)'yi bırakır. Çalışan dokuda \(P_{\text{CO}_2}\)'nin yüksek olması, ortamın asitleşmesi (\(\text{H}^{+}\) artışı) ve sıcaklığın artması da hemoglobinin \(\text{O}_2\)'yi bırakmasını kolaylaştırır. Böylece en çok \(\text{O}_2\)'ye ihtiyaç duyan doku en çok \(\text{O}_2\)'yi alır.

Karbonmonoksit (CO), kömür, odun, doğal gaz ya da benzin gibi yakıtların oksijeni yetersiz ortamda tam yanmamasıyla oluşan renksiz ve kokusuz bir gazdır. CO, hemoglobinde \(\text{O}_2\)'nin bağlandığı yere, yani hem grubundaki demire bağlanır ve karboksihemoglobin (HbCO) oluşturur. CO'nun hemoglobine bağlanma eğilimi \(\text{O}_2\)'ninkinden 200 kattan fazladır ve bağ kolay çözülmez. CO'ya bağlanan hemoglobin \(\text{O}_2\) taşıyamaz; ayrıca kalan hemoglobin de bağladığı \(\text{O}_2\)'yi dokularda daha zor bırakır. Dokular, özellikle beyin ve kalp oksijensiz kalır. Baş ağrısı, baş dönmesi, bulantı, halsizlik ve ilerlemiş durumda bilinç kaybı görülür. Kişi hemen temiz havaya çıkarılmalı ve tıbbi yardım (112) çağrılmalıdır; hastanede yüksek derişimli \(\text{O}_2\) verilerek CO'nun hemoglobinden ayrılması hızlandırılır.

Karbondioksitin taşınması

Dokularda oluşup kana geçen \(\text{CO}_2\) üç biçimde taşınır (oranlar yaklaşıktır):

• Plazmada çözünmüş olarak: yaklaşık %7.
• Hemoglobine bağlı olarak: \(\text{CO}_2\) hemoglobinin globin kısmına bağlanarak karbaminohemoglobin (\(\text{HbCO}_2\)) oluşturur; yaklaşık %23. \(\text{O}_2\)'sini bırakmış hemoglobin \(\text{CO}_2\)'yi daha kolay bağlar.
• Bikarbonat iyonu (\(\text{HCO}_3^{-}\)) olarak: yaklaşık %70. En önemli taşınma biçimi budur.

Bikarbonat alyuvarın içinde oluşur. Alyuvara giren \(\text{CO}_2\) su ile birleşerek karbonik asidi (\(\text{H}_2\text{CO}_3\)) oluşturur; karbonik asit de hemen hidrojen iyonu ve bikarbonat iyonuna ayrışır:

İlk adım enzimsiz çok yavaştır; alyuvarlarda bol bulunan karbonik anhidraz enzimi bu tepkimeyi binlerce kat hızlandırır. Oluşan \(\text{HCO}_3^{-}\) iyonları plazmaya geçer (yerlerine plazmadan \(\text{Cl}^{-}\) iyonları alyuvara girer) ve \(\text{CO}_2\) büyük ölçüde plazmada bikarbonat olarak taşınır. Açığa çıkan \(\text{H}^{+}\) iyonlarının çoğu hemoglobine bağlanır; böylece kanın pH'ı fazla düşmez. Hemoglobinin \(\text{H}^{+}\) bağlaması da onun \(\text{O}_2\)'yi bırakmasını kolaylaştırır.

Akciğer kılcallarında her şey tersine işler. Alveolde \(P_{\text{CO}_2}\) kandakinden düşük olduğu için \(\text{CO}_2\) kandan alveole geçer; kandaki \(\text{CO}_2\) azaldıkça tepkime sola yürür. \(\text{HCO}_3^{-}\) iyonları plazmadan alyuvara döner, hemoglobinden ayrılan \(\text{H}^{+}\) ile birleşir ve karbonik anhidrazın yardımıyla yeniden \(\text{CO}_2\) ve su oluşur. Bu \(\text{CO}_2\) de alveole geçerek soluk verme ile atılır. Karbaminohemoglobin de \(\text{CO}_2\)'sini bırakır ve hemoglobin \(\text{O}_2\) bağlar.

Solunumun düzenlenmesi ve yüksek rakım

Soluk alıp vermemiz biz farkında olmadan, uykuda bile devam eder. Solunumun temel ritmi beyin sapındaki omurilik soğanında bulunan solunum merkezinden gelir. Bu merkezden çıkan uyarılar sinirlerle diyafram ve kaburgalar arası kaslara gider ve onları düzenli aralıklarla kasar. Ponstaki merkezler omurilik soğanındaki merkezle birlikte çalışarak soluk almadan soluk vermeye geçişi ve solunumun düzgün bir ritimle sürmesini düzenler. Uç beyin kabuğu (korteks) solunumu bir süreliğine istemli olarak değiştirebilir: nefesimizi tutabilir, konuşurken ya da şarkı söylerken soluğumuzu ayarlayabiliriz. Ama nefes uzun süre tutulamaz; kanda biriken \(\text{CO}_2\) istemsiz merkezleri güçlü biçimde uyarır.

Solunum hızını ve derinliğini belirleyen en güçlü uyarı, kandaki \(\text{CO}_2\) artışıdır. \(\text{CO}_2\) arttığında karbonik asit tepkimesi sağa kayar, \(\text{H}^{+}\) artar ve pH düşer. Omurilik soğanındaki kemoreseptörler bu değişime çok duyarlıdır. Ayrıca aort ve şah damarlarındaki kemoreseptörler kandaki \(\text{CO}_2\) ve \(\text{H}^{+}\) artışını, özellikle de \(\text{O}_2\)'nin belirgin olarak düşmesini algılayıp solunum merkezine bildirir. Merkez solunumu hızlandırır ve derinleştirir; fazla \(\text{CO}_2\) atılır ve pH normale (yaklaşık 7,4) döner. Egzersizde solunumun hızlanmasının başlıca nedeni de budur. Tersine, bir süre hızlı ve derin soluk alıp verilirse (hiperventilasyon) kandaki \(\text{CO}_2\) azalır, pH yükselir ve soluk alma isteği bir süre azalır.

Yüksek rakımda havadaki \(\text{O}_2\) oranı değişmez, yine yaklaşık %21'dir; ama atmosfer basıncı düştüğü için \(\text{O}_2\)'nin kısmi basıncı da düşer. Örneğin basıncın yaklaşık 600 mmHg olduğu bir yükseklikte \(P_{\text{O}_2} = 0{,}21 \cdot 600 = 126\) mmHg'dir. Alveole ve kana geçen \(\text{O}_2\) azalır. Vücut buna iki aşamada uyum sağlar:

• Kısa sürede (saatler, günler): Kandaki \(\text{O}_2\) düşüşü aort ve şah damarı kemoreseptörlerini uyarır; solunum hızı ve derinliği artar. Kalp atım hızı da artar.
• Uzun sürede (haftalar): Böbrekler eritropoietin hormonunu daha çok salgılar; kemik iliğinde alyuvar ve hemoglobin üretimi artar. Kanın \(\text{O}_2\) taşıma kapasitesi yükselir. Dağcıların yüksek kamplarda günlerce bekleyerek "iklime alışmaları" ve sporcuların yüksek irtifa kampları bu yüzdendir.

Solunum sistemi sağlığı

Solunum yolları sürekli dış ortamla temas ettiği için toz, duman ve mikroorganizmalardan kolayca etkilenir. ÖSYM'nin de sorduğu başlıca rahatsızlıklar şunlardır:

• Astım: Hava yollarının uzun süreli iltihabıdır. Polen, ev tozu, soğuk hava, egzersiz ya da duman gibi tetikleyicilerle bronş ve bronşçuk duvarındaki düz kaslar kasılır, iç yüzey şişer ve mukus artar. Hava yolları daralır; hırıltılı solunum, öksürük ve nefes darlığı görülür, özellikle soluk vermek zorlaşır. Bronşları genişleten ve iltihabı azaltan ilaçlarla (çoğunlukla solunum yoluyla alınan spreylerle) kontrol altında tutulur.
• KOAH (kronik obstrüktif akciğer hastalığı): Hava yollarının uzun süreli ve geri dönüşsüz daralmasıyla giden, ilerleyici bir hastalıktır; kronik bronşit ve amfizemi kapsar. En önemli nedeni sigaradır. Kronik bronşitte bronşlar sürekli iltihaplı ve mukus doludur, uzun süren balgamlı öksürük görülür. Amfizemde alveol duvarları yıkılır, alveoller birleşerek büyük keseler oluşturur; gaz değişim yüzeyi azalır ve akciğer esnekliğini kaybeder. Hava verilemeyip akciğerde hapsolduğu için artık hacim büyür.
• Zatürre (pnömoni): Akciğer dokusunun, özellikle alveollerin bakteri, virüs ya da mantarlarla iltihaplanmasıdır. İltihaplı alveoller sıvı ve savunma hücreleriyle dolar, gaz değişimi azalır. Ateş, öksürük, balgam ve nefes darlığı görülür. Bakterilerden kaynaklananlar antibiyotikle tedavi edilir; bazı etkenlerine karşı aşı vardır.
• Verem (tüberküloz): Bir bakterinin yol açtığı, öksürük ve hapşırıkla havaya karışan damlacıklarla bulaşan bir akciğer enfeksiyonudur. Uzun süren tedaviyle iyileşebilir.
• Akciğer kanseri: Hava yollarındaki hücrelerin kontrolsüz bölünmesidir. En önemli risk etkeni sigaradır.

Sigaranın etkileri solunum sisteminin her düzeyinde görülür. Dumandaki maddeler hava yollarındaki sillerin hareketini yavaşlatır, uzun sürede silli hücreler hasar görür ve sayıları azalır. Mukus üretimi ise artar. Temizlenemeyen mukus, tanecikler ve mikroorganizmalar hava yollarında birikir; bunları atmak için sabahları belirginleşen "sigara öksürüğü" ortaya çıkar ve solunum yolu enfeksiyonları sıklaşır. Dumandaki katran kanser yapıcı maddeler içerir. Dumandaki CO hemoglobine bağlanır; düzenli sigara içenlerin kanında karboksihemoglobin oranı içmeyenlerinkinden yüksektir. Nikotin bağımlılık yapar ve damarları daraltır. Sigara dumanını solumak zorunda kalan pasif içiciler de bu zararlardan etkilenir. Sigarayı bırakmak her yaşta yararlıdır: silli epitelin işlevi zamanla kısmen düzelir ve hastalık riskleri azalır.