Solunumun temel organı akciğerlerdir. Göğüs boşluğunda asılı olarak bulunan akciğerler pembemsi renkte süngersi yapıdadır. Bu pembemsi görünüm sigara içenlerde siyahlaşmış bir hal alır. Hava kirliliğinin yoğun olduğu bölgelerde yaşayanlarda da sigara içilmese bile siyahlaşmış görüntü olabilir.
Akciğerler göğüs boşluğunda yer alır, yan ve arka taraflarından kaburgalara, kaslara ve kıkırdaklara bağlı durumdadır. Göğüs boşluğunun alt kısmında yer alan ve kaslardan oluşmuş diyafram, göğüs boşluğunu karın boşluğundan ayırırken, solunuma da büyük katkılarda bulunur.
Sağ akciğer üç bölümden (loblar) oluşurken, sol akciğer, bir kenarında kalp yer aldığı için iki lobdan oluşur.
Solunum sırasında hava ağız ve burundan girer. Boğazın arka kısmından (farenks), hançereden (larenks) ve soluk borusundan (trakea) geçer. Soluk borusu göğsün orta kısımlarına ulaştığında iki dala ayrılır (ana bronşlar). Bunlar da ağaç dalları gibi dallara ayrılır. Uç kısımdaki ince nefes boruları, bronşiyol adını alır. En ince bronşiyollerin ucunda alveol adı verilen ince elastik torbacıklar yer alır. Kan, ince damarlarla alveollere ulaştırılır ve oksijenle, karbondioksitin alışverişi burada yapılır. Ciğerlerde ortalama olarak 300-350 milyon civarında alveol bulunur.
Havanın ciğerlere giriş çıkışında kaburgalar arasında yer alan kaslarla diyafram görev almaktadır. Akciğerlerin üzerinde iki tabakalı zar bulunur. Bu zarlardan biri akciğerin dış yüzüne, diğeri de göğüs duvarının iç yüzüne yapışıktır. Aralarında hafifçe kayganlaştırıcı bir madde bulunur, ancak aralarında hava yoktur. Nefes alma sırasında göğüs duvarında ve kaburgaların arasında yer alan kaslar kasılarak kaburgaları yukarı ve dışa doğru çeker, diyafram da kasıldığında aşağıya karın boşluğuna doğru ilerler. Bu işlemlerin sonucunda göğüs boşluğu genişlemiş olur. Bu, hareket, süngersi bir yapısı olan akciğerlerin de genişlemesine neden olur, böylece soluk borusundan hava alveollere kadar ulaşır. Karbondioksitle oksijen değişimi tamamlandıktan sonra kaslar gevşeyerek göğüs duvarını eski haline döndürür. Akciğerlerin hacmı da azaldığı için içindeki hava dışarı çıkar. Her seferinde 1-1.5 litre civarında bir hava ve dakikada 12-15 kez solunumla vücudun oksijen gereksinimi karşılanmış olur. Efor harcaması sırasında vücudun oksijen gereksinimi artacağı için solunum hacmının ve dakikadaki solunum sayısının artması doğaldır.
Solunum sistemi ve amacı
Solunumda gaye, canlının aralıksız oksijen alması ve karbondioksit vermesidir. Bazı tek hücreli canlılar (anaerobik bakteriler ve bazı parazitler) dışındaki bütün bitki ve hayvanlar yaşamak için oksijene muhtaçtırlar. Oksijen canlılarda farklı yollardan temin edilmektedir. Canlıda teşekkül eden karbondioksitin fazlası da bu yollardan uzaklaştırılır. Canlı hücreyle bulunduğu ortam arasında gaz alış-verişi (oksijen ve karbondioksit), daima gazların hücre zarından içeri veya dışarı geçişiyle olur. Tek hücreliler dış ortamla doğrudan doğruya temas halinde olduklarından, oksijen alma ve karbondioksit verme kolaylıkla yapılır, dolayısıyle özel bir solunum cihazına ihtiyaçları yoktur.Suda yaşayan çok hücreli fakat yapısı basit olan bazı basit yapılı hayvanlarda, (deniz anasında) özel bir solunum sistemi yoktur. Zira bu hayvanlarda vücudun iç hücreleri dahi oksijen taşıyan ortamdan, yani sudan uzak değillerdir.
Bazı hayvanlarda oksijen deri yoluyla kılcal damarlara geçer. Kurbağalarda olduğu gibi, diğer çok hücrelilerde vücut kitlesi arttıkça, vücudun iç tarafında bulunan hücrelerin solunumu bir problem meydana getirmiştir. Böylece oksijeni vücudun her hücresine götürecek ve karbondioksiti buradan uzaklaştıracak özel solunum sistemleri vardır.
Biyolojik yapısı üstün olan canlılarda, yani insanlar ve memeli hayvanlarda solunum, dış solunum ve iç solunum olmak üzere ikiye ayrılır. Dış solunum deyince, dış ortam ile akciğer kılcal damarlarının kanı arasındaki gaz alış-verişi ve iç solunum deyince, vücuttaki diğer kılcal damarların kanı ile dokular arasındaki gaz alış-verişi ve aynı zamanda hücre içindeki oksidasyon olayları anlaşılır. Gerek iç, gerekse dış solunumda oksijen alınır, karbondioksit verilir. Solunum sistemi, dış solunumu yürüten sistemdir, yani bedenin dış ortamla gaz alış-verişini sağlamak ve düzenlemekle yükümlüdür. Görevini dolaşım sistemi ve kanla birlikte meydana getirir.
Solunum sistemi; havayı dış atmosferden gaz alışverişinin yapıldığı yüzeye ileten solunum yolları, göğüs boşluğu içindeki bu yolların bir kısmıyla beraber, gaz alış-verişiyle ilgili birçok hava keselerinden yapılmış akciğerler ve bu organların işlemesini ve düzenlenmesini sağlayan plevra, solunum kasları ve sinirlerden ibarettir.
Solunum yolları; burun boşluğu, yutak (farinks), gırtlak (larinks), ana nefes borusu (trakea), bronşlar ve bronşcuklardır.
Solunum sistemi, burun boşluğu ile başlar, burun boşluğu çok damarlı mukoz zarla örtülüdür ve duvarında konka adı verilen bir takım çıkıntılar vardır. Burun boşluğunda konkaya çarparak geçen havanın ısısı, vücut ısısına getirilir ve kuru ise nemlendirilir. Hava soluk alma esnasında burun boşluğundan geçerken, içinde bulunan yabancı cisimlerden de temizlenir. Bu temizleme işlemi şu mekanizma ile olur. Hava konkalara çarpınca yön değiştirir, bu sefer harekete devam eden hava burun boşluğunun duvarına çarpar ve mukoz sıvı içinde tutulurlar. Solunum havasının yabancı cisimlerden temizlenmesi işinde mekanizma o kadar etkilidir ki, beş mikrondan daha iri cisimler akciğerlere doğru geçirilmezler. Şayet burun boşluğunu geçebilen cisimler olursa, bunlar daha sonraki solunum yollarında tutulurlar. Burundan sonra gırtlak gelir. (Bkz. Gırtlak)
Nefes borusu (trakea), açıklığı arkaya bakan at nalı biçiminde yaklaşık 16-20 kıkırdak halkasından yapılmıştır. Kıkırdak halkalarının uçları birbirlerine kasla bağlıdırlar, kıkırdaklar arası destek dokusu ile doludur. Böylece nefes borusunun ön ve yan duvarları katı yapılı, arka duvarı yumuşak gevşek yapılıdır, bu şekilde boşluğu devamlı açık tutulan bir tüptür. Yaklaşık 25 cm uzunluğundadır. Kesit yüzeyi 2,5 cm2 olup, yanlama çapı ön-arka çapından 1/4 oranında daha geniştir. Solunum hareketleri sırasında, hem çapı hem uzunluğu değişir.
Nefes borusunun boşluğu tüylü epitel ile örtülmüştür. Burada bulunan bezlerin salgıları ve tüyler, burun boşluğunu geçebilen tozları ve diğer yabancı cisimleri tutarak akciğerlere girmesini önler. Epitel tüyleri yönleri ağıza doğru olmak üzere, hep beraber koordineli bir şekilde ve dalgalar halinde hareket ederek, üstlerini kaplayan hava yollarının salgılarını ve içinde tutulmuş olan yabancı cisimleri ağıza doğru iterler ve balgam şeklinde dışarı atılmasını sağlarlar.
Nefes borusu alt ucunda 70 derecelik bir açı ile sağ ve sol ana bronşlara ayrılır. Sağ ana bronş nefes borusunun hemen devamı halindedir, nefes borusundan 25 derecelik bir açı yapar. Sol ana bronş ise 45 derecelik bir açı yapar. Sağ ana bronş 1,5-2 cm uzunlukta, 12-16 mm genişlikte, sol ana bronş 5 cm uzunlukta, 10-14 mm genişliktedir. İki ana bronşun toplam çapı nefes borusundan büyüktür. Solunum yolları ana bronşların akciğerlere girip burada birçok dallanmalarla gaz alış-verişinin yapıldığı alveollere kadar uzanır. Akciğerler kan-hava arası gaz alış-verişlerinin yapıldığı organlardır. (Bkz. Akciğerler)
Akciğerlerde gaz alış-verişinin meydana geldiği kısım alveol denilen hava torbacıklarıdır. Dolayısiyle duvarlarını alveollerin meydana getirdiği, alveol keseleriyle birlikte duvarlarında alveollerin bulunduğu alveol kanalları ve solunumla ilgili bronşcuklar, gaz alış-verişiyle görevlidirler. Bu yapılardan önceki terminal bronşcuklara kadar olan hava yolları ise alveolleri olmadığından, sadece hava iletimiyle ilgilidirler, bunlara iletken hava yolları denir. Terminal bronşcuktan sonra gaz alış-verişinin yapıldığı akciğer bölümüne solunumla ilgili birimler denir. Her akciğer labülü 3-5 solunumla ilgili birimden yapılmıştır. Solunum sırasında alınan havanın hepsi bu birimlere ulaşmaz, bir kısmı gaz alış-verişi yapılmayan, yani iletken hava yollarında kalır ki buna ölü boşluk havası denir.
Alveollerin etrafı kılcal damarlar tarafından kafes gibi sarılmıştır. Kılcal damarlardaki kanla alveol içi hava boşluğu 0,5 mikron kalınlığında bir zarla ayrılmıştır. Zarın bir yüzünde alveolün yassı epitel hücreleri, diğer yüzünde damara ait endotel hücreleri bulunur. Bu zar, havayla kan arasında gaz alış-verişinin yapıldığı yerdir. Burada havadan kana oksijen; kandan havaya da metabolizmanın artık ürünü karbondioksit geçer. Bu geçiş bir taraftan diğer tarafa diffüzyon yoluyla olur. Geçişi yürüten kuvvet ise iki taraf arasındaki, gaz çeşidi yönünden, yoğunluk farkıdır. Bu şekilde dokulardan gelen kirli kan, akciğerlerde temizlenerek tekrar dokulara gider.
Alveol duvarlarında veya alveoller arasında 10-15 mikron çapında kohr pencereleri adı verilen delikler vardır. Bunlar alveoller arasında bağlantı sağlarlar. Böylece bronşların veya bronşçukların tıkanması halinde, komşu segmentlerden veya lobüllerden havalanmak suretiyle hava yolu tıkanan akciğer kısmının fonksiyonunun devamı sağlanır. Ancak bu pencereler iltihabi olaylarda kapanabilir.
Akciğerlere havanın girip çıkması, göğüs kafesiyle akciğerlerin birlikte gelişen hareketleriyle gerçekleşir. Bu hareketleri yürütücü kuvvet; göğüs kafesi kasları ve diyafrağmadır. Kubbe şeklinde olan diyafrağma, solunumun esas kasıdır, solunum havasının % 60’ı diyafrağma hareketleriyle temin edilir. Soluk alma esnasında diyafrağmanın ve kaburgaların öne ve yukarı doğru hareketini sağlayan göğüs kafesi kaslarının kasılmasıyla göğüs boşluğu genişletilir. Bu genişlemeyi plevra aracılığıyla, göğüs kafesine yapışık olan akciğerler pasif olarak takip eder. Bu durumda akciğer içindeki basınç, atmosfere göre düşerek hacim artışı kadar hava solunum yollarından akciğerlere akar. Soluk verme (ekspirasyon) hareketinde göğüs boşluğu küçülür, akciğerlerin hacmi azaldığından, içindeki basınç dış ortamdakinin üstüne çıkarak hava dışarı atılır.
Normal şartlarda, soluk verme pasif bir harekettir, yani bir kasın yardımı olmadan meydana gelir. Bu pasif olarak eski halini alma, soluk alma sırasında kasılan kaslarda ve çekilmeyle gerdirilen göğüs kafesi ve akciğerlerdeki elastik yapılarda depo edilen potansiyel enerjiyle meydana gelir. Ancak zorlu solunum esnasında, soluk verme de aktifleşir ve bu aktiflik göğüs kafesini daraltan kasların kasılmasıyla sağlanır. Normal bir soluk vermeden sonra, soluk almaya geçilmediği sırada akciğerlerdeki hava ile atmosfer havasının basınçları birbirine denktir ki, bu sırada akciğerler ve göğüs kafesi istirahattedir.
Yapılabildiği kadar en kuvvetli soluk vermeden sonra bile, akciğer içindeki hava tamamen çıkarılamaz. Bu çıkmayan hava alveolleri devamlı açık tutmaya hizmet ederek, elastik büzüşmeyle alveollerin kapanma eğilimini ortadan kaldırır. Aksi takdirde kapanan alveoller, bir sonraki soluk almada açılmaya karşı direnç göstererek solunumu zorlaştırırlardı. Bu havaya “rezidüel hacim” denir ve 1200 ml kadardır.
Bir karın bir de göğüs tipi solunum ayırt edilir. Karın tipi solunumda, solunumla beraber karın hareketleri takip edilir. Soluk alırken karın dışarı doğru çıkar, soluk verirken de içeri çekilir. Göğüs tipi solunumda kaburgaların hareketi daha barizdir. İstirahat halinde insanın ve hemen bütün hayvanların solunumu, karın tipi solunumdur. Herhangi bir şekilde karın hareketleri önlenirse (gebelik, elbiseler, korseler) veya karında ağrı ve sancı olursa göğüs tipi solunum meydana gelir.
İnsanda istirahat halinde normal solunum ritmi dakikada 12’dir. Bu ritimde ortalama 2 saniyelik soluk alma dönemini, 3 saniyelik soluk verme takip etmektedir. İstirahat halinde, bir defalık solunum hacmi 500 ml kadardır. Bir dakikada akciğerlere giren ve çıkan hava hacmiyse 1000 ml’dir. Bu değerler istirahat dışındaki egzersiz, heyecan, yorgunluk, hastalık gibi durumlarda değişirler. Bu değişiklik solunumun çeşitli faktörlerle düzenlenmesiyle meydana gelir. Soluk alma ve verme işleminin ritmi, beyinde bulunan solunum merkezince düzenlenir. Solunan hava değişikliklerinin derecesi de kasların kasılma durumuyla tespit edilir ki, bunu da solunum merkezinden gönderilen uyaranların şiddeti düzenler. Solunum merkezinin düzenlemesiyse, çevreden sinir ve kandan kimyevi faktörlerden alınan (kandaki oksijenin ve karbondioksitin kısmi basınçları ve hidrojen iyon miktarı) haberlere göre olur. Solunumun sinir yoluyla kontrolü otomatik olup, kişi şuuruyla ancak bir dereceye kadar solunumunu kontrol edebilir. İradeyle soluk tutulması bir süre kabildir ve sonunda otomatik kontrol faaliyete geçer. Bunun sebebi kanda karbondioksit miktarının artması ve beyindeki solunum merkezinin bu artışa çok hassas olmasıdır.
