Egzersiz Sırasında Gaz Değişimi ve Difüzyon
Egzersiz sırasında akciğer, pulmoner kan akımı birkaç kat artarken ve alyuvarlar pulmoner kapillerlerde daha az zaman geçirirken bile, kana çok daha fazla oksijen transfer etmeli ve ondan çok daha fazla karbondioksit temizlemelidir. Gaz değişimi, alveoler ventilasyonun, ventilasyonun perfüzyonla eşleşmesinin ve alveol-kapiller membran boyunca difüzyonun, bu yük altında arteriyel oksijenlenmeyi büyük ölçüde korumak için nasıl birleştiğini açıklamaktadır.
Tanım
Egzersiz sırasında pulmoner gaz değişimi, alveoler gazdan pulmoner kapiller kana oksijenin ve ters yönde karbondioksitin transferidir; bu transfer, egzersizin yüksek akımları altında alveoler ventilasyon, ventilasyon-perfüzyon eşleşmesi ve alveol-kapiller membran boyunca difüzyon ile belirlenmektedir.
Kapsam
Bu konu, egzersiz sırasında pulmoner gaz değişiminin belirleyicilerini kapsamaktadır: alveoler ventilasyon ve alveoler gaz denklemi, ventilasyon ve perfüzyonun dağılımı ve eşleşmesi, kan-gaz bariyeri boyunca oksijen difüzyonu ve kapiller geçiş süresinin rolü ile alveol-arteriyel oksijen farkının genişlediği durumlar. Bu bir referans ve eğitim amaçlı bir giriştir, klinik bir gaz değişimi değerlendirmesi değildir.
Temel sorular
- Pulmoner kan akımı ve alyuvar hızı keskin bir şekilde arttığında akciğer, arteriyel oksijen gerilimini nasıl korumaktadır?
- Egzersiz sırasında akciğerde ventilasyon ve perfüzyon nasıl eşleşmektedir?
- Alveol-kapiller membran boyunca difüzyon ne zaman kısıtlayıcı hale gelmektedir?
- Yüksek iş yüklerinde alveol-arteriyel oksijen farkı neden genişleyebilmektedir?
Anahtar kavramlar
- Alveoler gaz denklemi
- Ventilasyon-perfüzyon (V/Q) eşleşmesi
- Alveol-arteriyel oksijen farkı
- Difüzyon kısıtlaması
- Pulmoner kapiller geçiş süresi
- Akciğerin difüzyon kapasitesi
- Egzersize bağlı arteriyel hipoksemi
Mekanizmalar
Egzersiz yoğunlaştıkça, artan alveoler ventilasyon ve daha homojen perfüzyon, ventilasyonun kan akımıyla genel eşleşmesini iyileştirmektedir; bu sırada, daha fazla pulmoner kapillerin devreye girmesi ve genişlemesiyle akciğerin difüzyon kapasitesi artmaktadır. Oksijen transferi, kan-gaz bariyeri boyunca basınç gradyanına ve bir alyuvarın pulmoner kapillerde geçirdiği süreye bağlıdır; çok yüksek kardiyak debilerde bu geçiş süresi kısalmakta ve bazı bireylerde oksijen dengelemesi eksik kalmakta, bu da difüzyon kısıtlamasına yol açmaktadır. Bir dereceye kadar ventilasyon-perfüzyon eşitsizliği ile birlikte bu durum, alveol-arteriyel oksijen farkını genişletebilmekte ve bazı yüksek kondisyonlu sporcularda ağır egzersiz sırasında arteriyel oksijen satürasyonunda ölçülebilir bir düşüşe yol açabilmektedir (Dempsey 1999). Pulmoner gaz değişiminin verimliliği, akciğerden kasa uzanan daha geniş oksijen taşıma yolundaki bir bağlantıdır (Wagner 1996) ve işin başlangıcındaki oksijen alım dinamikleri, bu sistemin ne kadar hızlı yanıt verdiğini yansıtmaktadır (Whipp 1972).
Klinik önem
Egzersiz sırasında gaz değişimi ölçümleri, örneğin alveol-arteriyel oksijen farkı ve arteriyel oksijen satürasyonu, kardiyopulmoner egzersiz testlerinin yorumlanmasına ve akciğer hastalığının egzersizi nasıl sınırladığının incelenmesine bilgi sağlamaktadır. Bu giriş, referans amacıyla normal fizyolojiyi tanımlamakta olup, bir tanı veya tedavi rehberi değildir.
Kanıt ve kılavuzlar
Egzersiz gaz değişimine ilişkin açıklamalar, çoklu inert gaz eliminasyon tekniği ve arteriyel kan gazı ölçümlerini kullanan insan çalışmaları ile bütünleştirici derlemeler ve solunum fizyolojisi ders kitaplarından (Dempsey 1999; Wagner 1996; West textbook) yararlanmaktadır. Kanıtlar mekanistik ve gözlemsel niteliktedir.
Tarihçe
Egzersizdeki pulmoner gaz değişimi, yirminci yüzyılın ortalarından sonlarına doğru alveol-arteriyel oksijen farkı, ventilasyon-perfüzyon dağılımlarını çözümlemek için çoklu inert gaz eliminasyon tekniği ve kondisyonlu bireylerde difüzyon kısıtlaması ve arteriyel hipoksemi üzerine yapılan çalışmalar aracılığıyla açıklığa kavuşturulmuştur (Wagner 1996; Dempsey 1999).
Tartışmalar
- Egzersize bağlı arteriyel hipoksemi neden bazı sporcularda görülürken diğerlerinde görülmemektedir?
- Ağır egzersiz sırasında bazı kondisyonlu bireylerde görülen arteriyel oksijenlenmedeki düşüşe difüzyon kısıtlaması, ventilasyon-perfüzyon eşitsizliği ve göreceli hipoventilasyonun göreceli katkıları aktif bir tartışma konusu olmaya devam etmektedir.
Öne çıkan isimler
- Jerome A. Dempsey
- Peter D. Wagner
- John B. West
- Brian J. Whipp
- Susan R. Hopkins
İlgili konular
Temel eserler
- dempsey-1999
- wagner-1996
Sıkça sorulan sorular
- Akciğer, egzersiz sırasında arteriyel oksijen seviyelerini genellikle neden sabit tutmaktadır?
- Artan ve daha homojen ventilasyon ve perfüzyon, difüzyon kapasitesini artıran pulmoner kapillerlerin devreye alınması ve membran boyunca büyük oksijen basınç gradyanı, kanın yüksek akımlarda bile oksijeni neredeyse tam olarak yüklemesini sağlamaktadır.
- Egzersize bağlı arteriyel hipoksemi nedir?
- Ağır egzersiz sırasında arteriyel oksijen satürasyonunda ölçülebilir bir düşüştür; bazı yüksek eğitimli sporcularda görülmekte olup, kısalmış alyuvar geçiş süresinden kaynaklanan difüzyon kısıtlaması ve bir miktar ventilasyon-perfüzyon eşitsizliğinin birleşimine atfedilmektedir.