İNSAN ANATOMİSİ ve FİZYOLOJİSİ

Dr. Ahmet U. Demir

• Anatomi: kelime kökeni olarak “kesmek, parçalara ayırmak” anlamını taşır.

• Anatomi kısaca yapının incelenmesidir. • Fizyoloji ise bu yapıların işlevinin

incelenmesidir.

• Örnek olarak anatomi akciğerin konumunu, kısımlarını (loblarını) tanımlar; fizyoloji ise solunum işini, soluk alış veriş düzenini, solunum sayısını, gaz değişimini tanımlar.

• Organ ortak bir işleve sahip dokular topluluğu olarak tanımlanmaktadır.

• Organ >>> doku >>> hücre

• Vücutta 78 farklı organ yer almaktadır. • İnsanlardaki temel 11 organ sistemi:• kas, • endokrin, • sindirim, • dolaşım, • lenfatik, • deri, • sinir, • üreme, • solunum, • iskelet ve • ekzokrin sistemi

• Bazı organ sistemleri birlikte çalışır. Örnek olarak kas ve iskelet sistemi verilebilir.

• Çoğunlukla bu iki sisteme birden kas-iskelet (muskuloskeletal) sistem denir.

• Yaşamsal organlar beyin, kalp, böbrek, akciğer ve pankreastır.

Konu başlıkları

• homeostaz, • oksidatif solunum, • solunum fizyolojisi, • sinir sistemi ve • uyku fizyolojisi ve solunumsal

değişiklikler şeklindedir.

Homeostaz

• Homeostaz: “aynı durum” anlamına gelmektedir.

• Aynı durum ~ aynı durumu korumak• Basitçe, vücudun denge içinde kalmasını

ifade etmektedir.

• Vücut içinde hücrelerin işlevlerini sürdürebilmeleri açısından ortamdaki değişikliklerin kontrol edilmesi gerekir.

• Değişiklik yaratan uyarıya tepki oluşturan iki türlü kontrol sisteminden söz edilebilir.

Homeostaz

• Negatif kontrol sisteminde tepki, uyarıya ters yöndedir.

• Homeostazda vücut işlevlerinin dengesi sağlanmaya çalışılır:

• örneğin şekerli bir şey içtiğimizde kandaki şeker düzeyi yükselir

• >>> Artan glukoz düzeyi pankreastan insülini uyarır >>> insülin glukozun hücrelere alınmasını sağlar >>> kan glukoz düzeyi normale gelir.

Negatif kontrol

glukoz

uyarı

tepki tepki

• Pozitif etki tepki sisteminde ise tepki uyarı ile aynı yöndedir.

• Uyarıyı pekiştirir. • Etkisini çoğaltır. • Dengeyi bozan bu sistem daha çok

hastalıklar için söz konusudur.

Örnek olarak…

• Damar sertliği (ateroskleroz) verilebilir. • Damar sertliği, damar duvarının elastik

yapısını bozar, daralmasına yol açar. • Daralan damar, direnç artışı ile basıncı

arttırır.

• Gözlere, böbreklere, uzuvlara giden dolaşım bozulur.

• Kalbin önündeki yük artar, dolaşımın bozulması belirginleşir.

• Diabet (şeker) hastalığı kan basıncını arttırarak damar sertliğini, damar sertliği kan basıncını arttırır.

• Pozitif etki tepki mekanizmasının normal, sağlığa zarar göstermeyen bir işleyişi için doğum sırasındaki uterus (rahim) kasılmaları gösterilebilir.

• Uterusun (rahimin) kasılması ile oksitosinhormonunun salgısı artar.

• Oksitosin uterusun kasılmasının arttırtır. • Bu şekilde uterusta tekrarlayan güçlü

kasılmalar doğum olayını kolaylaştırır.

Pozitif kontrol

tepkitepki

tepkiuyarı

kasılma

doğum

Sonuç 1.

• Vücut dokularının yaşamaları için ortamdaki kimyasal dengelerin sağlanması önemlidir.

• Homeostaz bu dengeyi sağlayan, dengeyi bozucu etkenlere/uyarılara karşın normal durumu korumaya çalışan sistemi tanımlar.

Yaşam - Enerji

• Yaşamak için enerji• Enerji için beslenme• Enerjinin depolanması

• Besinlerden alınan glukoz 6 karbonlu bir moleküldür.

• Glukoz içindeki kimyasal bağlar kırılınca enerji ve CO2 açığa çıkar. Glukozun yıkımı glikoliz ve sitrik asit siklusu ile olur.

• Besinlerden alınan bir çok molekül glukoza çevrilebilir

Oksidatif solunum • Bu döngü aşağıdaki şekilde şematize edilebilir: • Besin >>>> NADH (indirgeyen ajanlar) >>>> ATP >>>>

enerji • Oksidatif fosforlasyona eşlik eden reaksiyonlar• ADP3- + HPO42- + H+ >>>> ATP4- + H2O

(Fosforilasyon, enerji gerekli, Go= +30.5 kJ) • İndirgenme reaksiyonu: NADH >>>> NAD+ + H+ + 2e-

(kendiliğinden, , Go= -158.2 kJ)• ½ O2 + 2H+ + 2e->>>> H2O (kendiliğinden, Go= -61.9

kJ)• (Go enerji gereken reaksiyonlarda pozitif olarak, enerji

veren reaksiyonlarda ise pozitif olarak ifade edilmektedir)

Krebs döngüsü

Elektron taşıma zinciri

Sonuç 2.

• Vücudumuzda hücrelerin, organların işlevi için enerji gereklidir.

• Enerji kaynağı olan besinlerden enerji elde etmenin en verimli yolu oksijen aracılığı ile ATP oluşturulmasıdır.

• Oksidatif fosforilasyon olarak bilinen bu işlem hücresel solunuma denk düşmektedir.

Solunum fizyolojisi

Bronş Ağacı

Bronş sistemi

• İleti havayolları: trakea (1) – bronşlar (2-7) – non respiratuar bronşioller (8-19)

• Gaz değişimi: respiratuar bronşioller (20-23) –alveoler duktus (24-27) - alveoller

Ventilasyon

• Akciğer hacimleri: Ekspiryumda küçük havayollarının kapanması nedeniyle tüm hava dışarı atılamaz (rezidüel volüm)

• Akciğerlerin genişleyebilmesi, elastik doku

Gaz değişimi

• Oksijen kanda büyük oranda hemoglobine bağlanarak taşınır.

• Oksijen saturasyonu: Hemoglobinin oksijene bağlanma oranı

I ... Solunum• Solunum sistemi• Solunum kontrolü (SSS)• Ventilatuar pompa • Gaz değişimi (alveoller ve pulmoner

kapilerler, Oksijen alımı ve Karbon dioksit atımı)

Solunum Sistemi• Solunum düzeni

– solunum merkezi, – beyin korteksi ve – çevre dokulardan gelen

mekanik ve kimyasal uyarılar ile şekillenmektedir.

• Solunum merkezi medullada,

• İnhibe edici olduğu düşünülen pnömotaksik merkez ponsta yer almakta.

Korteks

Karotidcisimcik

ÜstHavayolu

MekanoşimikReseptörlerAkciğer-göğüs duvarı

Medullakemoreseptör

Medulla Respiratuarnöron

Nöromusküleruyarı

… İşlev

• Solunum sisteminin/akciğerlerin işlevi: ventilasyon, gaz değişimi (Oksijen alımı ve Karbon dioksit atımı)

• O2: yaşamsal metabolizma/enerji üretimi/ATP/oksidatif fosforilasyon

• CO2: metabolizma >>> solunum merkezini uyarır

Alveoler Ventilasyon

• VA = K x VCO2/PaCO2

• VA: Alveoler Ventilasyon• VCO2: CO2 üretimi• PaCO2 alveoler ventilasyonla ters

orantılı (alveoler ventilasyonu yansıtıyor)

Ventilatuar Pompa

• Göğüs duvarı kasları• … iskelet sistemi (kaburga, kıkırdak,

omurga)• … bağ dokusu• Havayolları• Plevra • Omurilik ve periferik sinirler

Oksijenin Dokulara Taşınması

Oksijenin taşınması (DO2, ml/dk): kalp debisi (Qt) x arteriyel oksijen içeriği/ hacmi (Cao2) CaO2: arteriyel oksijen saturasyonu (Sao2) x hemoglobin

konsantrasyonu x hemoglobin- oksijen bağlama kapasitesi.

Arteryel Oksijen Saturasyonu

Kanın Oksijen Taşıma Kapasitesi

• Kanda Oksijenin çoğu hemoglobine bağlı olarak taşınır

• Normalde, (Pao2<14 kPa/~250mmHg) sadece küçük bir kısmı (<%2) plazmada çözünmüş halde taşınır

• Hemoglobinin oksijen bağlanma oranı: oksijen saturasyonu

• Oksijen saturasyonu %90’dan az ise hipoksemi derindir

Oksijenin Dokulara Ulaşmasında Sorunlar

• Kalp debisinde ↓ (düşük akım hipoksemisi)• Hemoglobin konsantrasyonunda ↓ (anemi) veya

oksijen bağlanmasında veya serbestleşmesinde sorun (hemoglobinopati)

• Oksijenin kana karışmasında sorunlar (hipoksi/doku hipoksisi) (hipoventilasyon, V/Q dengesizliği, düşük oksijen konsantrasyonunda solunum)

Solunumun Kontrolü

• Metabolik: Kemoreseptörler (CO2, O2), vagal sinirler (intrapulmoner reseptörler)

• Davranışsal: konuşma, yemek yeme vb. • Uyanıklığa bağlı (serebral korteks)

Uykuda Solunumun KontrolüMetabolik: Kemoreseptörler (CO2, O2), vagal sinirler (intrapulmoner reseptörler)

Duyarlılık azalıyor

Davranışsal: konuşma, yemek yeme vb.

Azalıyor

Uyanıklığa bağlı (serebral korteks) Ortadan kalkıyor

CO2: karbon dioksit, O2: oksijen

Sonuç 2.• Solunum sistemi Yaşam için gerekli olan

oksijenin alınması, metabolizma sonucu oluşan karbon dioksitin uzaklaştırılması işlevini yerine getirir.

• Oksijen kanda büyük oranda Hemoglobine bağlı halde taşınır.

• Oksijen saturasyonu Hemoglobinin oksijene bağlanma oranını ifade eder.

• Oksijen saturasyonunun %90’ın altında olması kanda oksijenin yetersiz olduğu (hipoksemi) anlamına gelir.

Sonuç 2.

Solunum sistemi akciğerler, göğüs kafesiningenişlemesini sağlayan başta diyaframolmak üzere kaslar, sinir kas iletisi,beyinde solunumum merkezleri, arteryelkandaki pH, PaCO2, PaO2 gazdeğişiklikleri ile yönetilir.

Sonuç 2.

Dokulara yeterli düzeyde oksijen gitmesi –yeterli oksijen içeriği sağlanması- içinsolunum sisteminin yanı sıra kalp vedolaşım sisteminin, kanda Hemoglobinmolekülünün yeterli düzeyde olmasıgerekir.

Sinir Sistemi

• Sinir sisteminin organizasyonu: vücuttan beyine bilgi yollanması ve beyinden alınan bilgilerin vücuda iletilmesini sağlayan nöronlar aracılığıyladır.

• Nöronlar sinyal alma, işleme ve iletme konularında uzmanlaşmış hücrelerdir. Glial hücreler nöronların işlevi için gerekli ortamı sağlar.

• Merkezi sinir sistemi: glial hücreler ependimal hücreler, astrositler, oligodendrositler ve mikrogliadır.

• Periferik sinir sisteminde glial hücreler Schwann hücreleri ve satelit hücrelerdir.

• Nöronların uyarı iletimi diğer nöronlarla buluştukları sinaps noktalarında nöronun terminal dalları ile diğer nöronun dendritleri arasında olur. Bu şekilde sinyal alınması ve yollanması gerçekleşir.

• Myelin kılıf aksonun çevresindeki yağlı membran (zar) elektrik iletkenliğini, uzun mesafelerde hızlı şekilde sağlar.

• Aksondan sinyal geldiğinde terminal dallardan salınan moleküller nörotransmitter olarak adlandırılır.

• Santral sinir sistemi beyin ve omurilikten (spinal cord) oluşur.

• Beyin ise serebrum, serebellum, hipotalamus ve beyinsapından oluşur.

• Omurilik periferik sinir sisteminden veri alıp (ses, görüntü, dokunma duyusu) merkezi sinir sistemine işlemesi için gönderir. Merkezi sinir sisteminden bu girdilere yanıt olarak gelen komutlar (örneğin bacağı veya kolu hareket ettirmek, göz kırpmak) periferik sinir sistemine ulaştırılır.

• Periferik sinir sistemi: vücuttan girdiler alarak kontrolünü sağlar. Çevreden veri sağlayan duyu organları duyusal sinir sistemini oluşturur. Bu verileri merkezi sinir sistemine iletirler.

• Motor sinir sistemi ise ikiye ayrılır. • Somatik sistem: istemli hareketleri kontrol

eder (iskelet kaslarının kasılması, örneğin kol, bacak kasları).

• Otonomik sinir sistemi: istemsiz (otonomik) hareketleri (kalbin atması, damarların büzülmesi/kontraksiyonu vb) kontrol eder.

Beynin elektriksel aktivitesi• Alfa: uyanık, gözler

kapala• Beta: uyanık, gözler açık• Teta: uyku başlangıcında

görülür• Delta: derin uyku

dalgaları, süt çocuğu döneminde uyanıkken normal, erişkinde uyanıkken anormal

Sonuç 4.

• Sinir sistemi beyin, beyin sapı, periferik sinirler, sinir kılıfları, bağ dokudan oluşur.

Sonuç 4.

• İstemli hareketleri yürüten merkezler, fizyolojik değişiklikleri düzenleyen merkezler vücut organlarından aldıkları uyarılarla biçimlenir.

Sonuç 4.

• Tüm bu değişiklikleri yöneten (orkestra şefi gibi) merkezi sinir sistemidir.

• Merkezi sinir sitemi ile organlar ve kaslar arasındaki iletişimi sağlayan ( trafiği düzenleyen) periferik sinir sistemidir.

uyku fizyolojisi ve solunumsal değişiklikler

Niçin Uyuruz?

• Yaşamımızın nerede ise üçte birini oluşturan uykunun işlevi hakkında kesin bir bilgi yoktur.

• Basit bir anlatımla (gündüz) uykulu olmayı engellemek için uyuduğumuz söylenebilir.

Uyku Neden/Nasıl?

• Uyanıklık sırasında aktif olan beyin merkezlerinin yorularak inaktif hale geldiğini öne sürmüştür.

• Beyin sapı midpontil alanda kesi oluşturulan hayvanlarda uykuya dalmanın ortadan kalkması bu savı geçersiz kılmıştır

Uyku

• Uyku çevresel uyaranların pek algılanmadığı bir dönemdir

• Komadan farkı:– bu durumun çok hızlı bir şekilde

“düzelebilmesi” – kişinin uykulu olduğunu ve– uyuduğunu bilmesidir.

4 saat

10 saat

8 saat

Günlük Uyku Gereksinimi

1910’lar ortalama uyku süresi: 9 saat, Günümüzde: 7 saat!

Uyku Fizyolojisi

• Uzun süre uykusuz kalmak hayvanlarda öldürücü olabilirken insanlarda zihinsel ve davranışsal bozukluklara yol açar.

• Uykusuzluk uyku ihtiyacını, “uykuya meyilli” olmayı arttırır.

Uyku - Uyanıklık• Uyku uyanıklık döngüsünü sağlayan sistemler: • Homeostatik sistem: uyku ile uyanıklıkta geçen

sürelerin dengesini sağlamaya çalışır. • Uyku baskısı uyanıkken artar, uykuyla çözülür• Sirkadiyen sistem: beyindeki biyolojik saat

tarafından geliştirilen ritim günün saatiyle (sosyal olarak kabul edilen zaman) uyum sağlamaya çalışır.

• Uyanıklık baskısı gündüz artar, gece azalır.

Uyku Uyanıklık Döngüsü

• Homeostaz vücut işlevlerinin dengesini sağlamaya çalışır

• (S): uyku baskısı • Sirkadiyen işleyişte vücutta gece gündüz arasında

değişiklikler oluşur (C): uyanıklık baskısı

Uyku - Uyanıklık

• Bilişsel işlevler/evde işten ayrı kalıp uyuyabilme yetisi

• Dış etkenler: – iş ortamı (iş yükü) – İkincil işler (hobi, ek iş)– Ev ortamı (uyku, ev

işleri)– Sosyal etkenler (ev ve

işte sosyal destek)

• İçsel etkenler• Kişinin vardiyalı iş

koşullarına dayanıklılığı

Memelilerde uyku uyanıklık

• Gündüz aktif: diurnal • Gece aktif: noktürnal • Duyu sistemleri: diurnal memelilerde görme,

noktürnal memelilerde koklama ve işitme

Sirkadyen Ritm Yönlendirme +/-

• İlk 10 gün düzenli uyku uyanış (2300-700) ‘‘entrained’’ rhythm.

• 11. günden sonra: aydınlık karanlık uyarısı ortadan kaldırılmış. İstediği saatte ışığı yakıyor, saati görmüyor

• Ritmin peryodu >24 sa: ‘‘free-running’’

(——: uyanık - - - : uyuyor)

Sirkadiyen Ritm

• Zamanı belirleyen dışsal uyarılar olmadankendiliğinden işleyebilir. Dışsal uyarılarınyokluğunda sirkadiyen ritme göre günuzunluğu tam 24 saat değildir

• (circa: etrafında-civarında, dies: gün).• Normal koşullarda sirkadiyen ritmi

aydınlık-karanlık döngüsü belirler(suprakiazmatik nükleus).

Suprakiazmatik Nükleus (SKN)

• Ana ritim düzenleyici• Hücre düzeyinde genetik ve moleküler

düzenleniş • Hormonların sirkadiyen kontrolü

Melatonin

• Hipofiz bezi: SKN ile fizyolojik ilişki içinde melatonin üretimi ve salgısını düzenler

• Posterior diensefalik germinal epitelden köken alır

Melatonin

• Melatonin hemen hemen tüm memelilerde sirkadyen şekilde üretilir

• Yüksek seviyeler: gece • Düşük seviyeler: gündüz

Melatoninin Uyku Başlangıcındaki İşlevi

• Üretiminin başlaması: Suprakiazmatik nükleusda uyarı çıkışında azalma ile akşama doğru artar

• >>> sempatik aktiviteyi uyarır >>> Melatonin üretimi ve salınması

• >>> Suprakiazmatik nükleusda uyarı çıkışını inhibe eder

• >>> Uyanık kalma için sirkadyen güdüyü azaltır

Uyku – Uyanıklık - Beyin

• Uyku-uyanıklık siklusu sirkadiyen bir ritim gösterir

• Hipotalamusta suprakiazmatik nukleus

• Retino-hipotalamik traktus

Uyku - Uyanıklık

• Önbeyin ve kortikal arousal/uyanmadavranışı >>> beyinsapı üst kısmında pon-midbrain bileşkesi yakınından çıkan yolaklar

• Talamus ve bazal forebrain’e uzanan projeksiyonlarıyla farklı bir çok nöron topluluğu uyanıklığı yönetir

Asendan Retiküler Aktive edici Sistem (ARAS)

• Asendan Retiküler Aktive edici Sistem (ARAS) >>> korteks ve önbeyin alanlarında yaygın uyarı

• ARAS’dan projeksiyonlar: • 1. beyin sapından bazal önebeyin ve

serebral kortekse – Raphe’nin serotonin nöronları – Locus coeruleus’un noradrenalin

nöronları – substantia nigra ve ventral

tegmental alanın dopamin nöronları

• 2. diensefalik ve bazal önbeyine ve sonrasında kortekse

Sleep Medicine 8 (2007) S27–S33

Asendan Retiküler Aktive edici Sistem (ARAS)

JOURNAL OF BIOLOGICAL RHYTHMS, Vol. 21 No. 6, December 2006 482-493

Ventrolateral Preoptik Nükleus

• Ventrolateral preoptik nükleus: uykuyu uyarma etkinliğine sahip

• Hasar >>> insomni ve uyku bölünmesi

JOURNAL OF BIOLOGICAL RHYTHMS, Vol. 21 No. 6, December 2006 482-493

Uykunun Fonksiyonları

• Yaşamsal enerji depolanır• REM: sinir sisteminin aktif gelişimi• Yavaş dalga uykusu sırasında önemli

ölçüde büyüme hormonu salgılanır• Dokular onarılır, yaşlanma gecikir

Uykuya Dalarken

• Solunum uyarısı için gerekli PaCO2 eşik düzeyi artmakta,

• Tidal volümde dalgalanmalarla (periyodik solunum) azalma

• Solunum hızı pek değişmemekte,• Hipoventilasyon (evre I ve II’de %13, evre

III ve IV’de ise ek olarak %15 azalma) gelişmekte

Uyku ve Solunum

• Alveoler ventilasyondaki azalma sonucu– PaCO2’de 3-7 mmHg yükselme, – PaO2’de 3.5-9.4 mmHg azalma, – Oksijen saturasyonunda yaklaşık %2’lik azalma olur

• Bu değişikliklerin normalde klinik bir önemi yoktur.

• Ancak gün içinde oksijen saturasyonu sınırda olan hastalar için (kronik obstrüktif akciğer hastalığı vb) uyku (özellikle REM dönemi) solunum açısından zorlu bir dönemdir.

Uyku ve Solunum

• Uyku sırasında apne eşiği artmaktadır• Apne eşiği: karbon dioksit belirlir bir

düzeyin altına inerse solunumun durması

REM Döneminde

– Göğüs kafesinin solunuma katılımı azalırken batın kaslarının solunuma katkısı artar.

– Kas lifleri fazla sayıda olmadığından diyafram çok etkilenmez.

– Diyaframın kasılma etkinliğindeki azalma nöromusküler (kas ve sinir) hastalığı olanlar dışında pek önemli sonuca yol açmaz.

Uykuda Fizyolojik DeğişikliklerNREM REM

Kalp hızı ↓ ↑↓Solunum hızı ↔ ↑↓Kan basıncı ↔ ↑↓Beynin O2 tüketimi ↓ ↑Vücut ısısı ↓ ↑↓Solunum merkezinin PO2 ve PCO2’ye yanıtı

↓ ↓

Vagal tonus ↑ ↓Sempatik tonus ↓ ↑

Sonuç 5.

• Uyku uyanıklığı sağlayan merkezlerle, uykuya geçişi düzenleyen sistemler arasındaki etkileşimle düzenlenir.

• Gün ışığı uyku saatlerinin düzenlenmesinde, güne uyum sağlanmasında önemlidir.

Sonuç 5.

• Uyku sırasında metabolizmada azalma, solunum merkezinin uyarılabilirliğinde azalma ve sonuçta solunumda azalma (hipoventilasyon) görülür.

Sonuç 5.

• Çizgili kas etkinliğinde azalma görülen REM döneminde yarımcı solunum kaslarının solunuma katılması azalmıştır.

• Solunum hastalığı olan bireylerde REM döneminde belirgin oksijen saturasyon düşmeleri görülür.

Sonuç 5.

• Dolayısıyla fizyolojik değişikliklerin görüldüğü uyku dönemi kronik havayolu hastalığı, motor nöron hastalığı olanlar için solunum açısından zorlu bir dönem haline gelebilir.