Dolaşım ve Solunum
Hayvanların oksijeni nasıl aldıkları ve karbondioksiti nasıl attıkları, ayrıca pompaların ve damarların bu ve diğer maddeleri metabolik talebi karşılamak üzere vücutta nasıl dağıttığı incelenmektedir.
Tanım
Bu fizyolojik anlamda solunum, bir hayvan ile çevresi arasındaki oksijen ve karbondioksit değişimi ve bunların dokulara taşınmasıdır; dolaşım ise gazları, besin maddelerini, atıkları, hormonları ve ısıyı vücuda dağıtan bir pompa ve damar sistemi aracılığıyla kan veya hemolenfin toplu hareketidir.
Kapsam
Bu alan, gaz değişimi ve iç taşımanın karşılaştırmalı fizyolojisini kapsamaktadır: solungaçlar, akciğerler ve trakealar gibi solunum yüzeyleri; solunum pigmentleri tarafından oksijenin bağlanması ve taşınması; kalplerin ve dolaşım sistemlerinin yapısı ve işlevi; ve asit-baz dengesi dahil solunumun ve kan gazlarının düzenlenmesi. Difüzyon ve konveksiyonun fiziksel prensiplerini ve hayvanların sucul, hava ve karasal yaşam boyunca geliştirdiği çözüm çeşitliliğini içermektedir. Kapsam klinik olmaktan ziyade karşılaştırmalı ve mekanistiktir.
Alt konular
Temel sorular
- Solunum yüzeyleri, su ve hava gibi farklı ortamlarda gaz değişimini nasıl maksimize eder?
- Solunum pigmentleri, oksijenin bol olduğu yerlerde onu nasıl yükler ve ihtiyaç duyulduğu yerlerde nasıl serbest bırakır?
- Dolaşım sistemleri ve kalpler, farklı boyut ve yaşam tarzlarına sahip hayvanlarda kanı verimli bir şekilde hareket ettirmek için nasıl organize olmuştur?
- Hayvanlar kan gazlarını nasıl algılar ve düzenler ve asit-baz dengesini nasıl korur?
Temel kuramlar
- Kooperatif oksijen bağlanması ve sigmoid ayrışma eğrisi
- Hemoglobin gibi solunum pigmentleri oksijeni kooperatif olarak bağlar, bu da solunum yüzeyinde verimli yüklemeyi ve aktif dokularda boşaltmayı teşvik eden sigmoid bir ayrışma eğrisi verir; eğrinin konumu karbondioksit, pH ve sıcaklık tarafından kaydırılır.
- Gaz taşımasında konveksiyon-difüzyon tasarımı
- Etkili gaz değişimi, ortamın ve kanın ince bir solunum yüzeyine konvektif olarak iletilmesi ve oradan uzaklaştırılması ile bu yüzey boyunca difüzyonu birleştirir; solungaçlardaki zıt akış (countercurrent flow) gibi düzenlemeler difüzyonu yönlendiren gradyanları maksimize eder.
Mekanizmalar
Gaz değişimi, dış ortamın ventilasyonu ve kanın perfüzyonu ile beslenen ince, geniş yüzey alanına sahip solunum yüzeyleri boyunca difüzyona bağlıdır. Solungaçlar, difüzyon gradyanlarını yüksek tutmak için su ve kanın zıt akışını (countercurrent flow) kullanır; akciğerler gelgit (tidal) veya kuşlarda tek yönlü akış kullanır; böcekler oksijeni trakealar aracılığıyla doğrudan dokulara iletir. Oksijen, kooperatif bağlanma (cooperative binding) ve CO2, pH ve sıcaklığa duyarlılıkları yükleme ve boşaltmayı ayarlayan solunum pigmentlerine bağlı olarak taşınır. Kalpler, kanı açık veya kapalı dolaşım sistemleri aracılığıyla hareket ettirmek için basınç üretir ve vasküler direnç ile kapasitans akışı dağıtır. Solunum ve dolaşım, O2, CO2 ve pH'ı izleyen kemoreseptörler tarafından düzenlenir, ventilasyonu ve kalp debisini ayarlar, tamponlama ve iyon değişimi ise asit-baz dengesini korur.
Klinik önem
Dalgıç memeliler, yüksek irtifa türleri ve hava soluyan balıklar üzerine yapılan karşılaştırmalı çalışmalar, insan kardiyorespiratuar performansının sınırlarını aydınlatmakta ve hipoksi, egzersiz ile solunum ve kardiyovasküler fonksiyon üzerine araştırmalara bilgi sağlamaktadır. Bu madde eğitsel niteliktedir ve tıbbi rehberlik sağlamamaktadır.
Tarihçe
August Krogh'un kılcal damar işlevi ve gaz değişimi üzerine çalışmaları ile Christian Bohr'un karbondioksitin oksijen bağlanması üzerindeki etkisini keşfi, solunum fizyolojisinin temellerini atmıştır. Schmidt-Nielsen ve diğerleri, alanı çöl, dalgıç ve yüksek irtifa hayvanlarının dikkat çekici adaptasyonlarına genişletmiş, dolaşım ve solunumu fiziksel kısıtlamalar altındaki tasarım problemleri olarak çerçevelemişlerdir.
Öne çıkan isimler
- August Krogh
- Knut Schmidt-Nielsen
- Christian Bohr
- John B. West
İlgili konular
Temel eserler
- schmidtnielsen1997
- hill2016
- westsd2012
Sıkça sorulan sorular
- Balık solungaçlarında zıt akış (countercurrent flow) neden önemlidir?
- Su ve kanın zıt yönlerde akması, tüm solungaç yüzeyi boyunca bir oksijen gradyanını korur, böylece kan, ikisi birlikte aksaydı alacağından çok daha fazla oksijen alabilir.
- Oksijen ayrışma eğrisini S şeklinde yapan nedir?
- Hemoglobin oksijeni kooperatif olarak bağlar, bu nedenle bir oksijenin bağlanması bir sonrakini kolaylaştırır; bu durum, akciğerlerde veya solungaçlarda tam yüklemeyi ve aktif dokularda kolay boşaltmayı destekleyen sigmoid bir eğri üretir.