Biophysics

1. Pulmoner Ventilasyon
Mekaniği

2. • Solunum sistemi, kan ile atmosfer havası arasında gaz değişimini
oluşturabilecek şekilde özelleşmiş bir sistemdir.
• Solunum sistemi, gaz değişimine ilaveten organizmada pH ve
sıcaklığının düzenlenmesine de katkıda bulunur.
• Gaz değişimi organizmada akciğerler ve hücre düzeyinde olmak üzere
iki bölgede yapılmaktadır.
• Akciğerdeki gaz değişimine eksternal, hücredeki gaz değişimine ise
internal solunum denilmektedir.

3. Solunum Sistemi Ne İş Yapar?
• O2 değişimi
• Havadan kana
• Kandan hücrelere
• CO2 değişimi
• Hücrelerden kana
• Kandan havaya
• Kan pH’sının
düzenlenmesi
• Ses çıkartma

4. • Akciğerde; kana geçen oksijen, hemoglobin molekülüne bağlanarak
taşınıp hücrelere getirilir.
• Hücre düzeyinde ise; oksijen hücrelere verilir. Hücrelerden ise
metabolizma sonucu oluşan karbondioksitler alınır. Kanda oluşan
karbondioksit kanda difüzyona uğrar.
• Kanda pH'ın artması karbondioksitin düştüğünü, karbondioksitin
artması ise pH'ın azaldığını gösterir.
• Akciğer ve göğüs kafesi elastik yapıdadır. Akciğerleri göğüs kafesine
çeken güç, plevral yaprakları arasındaki negatif basınçtır.

5. Solunum Sistemi: Genel Bakış

6. • Normal solunum 500 ml'dir.
• Her solunum ile akciğere alınan 500 ml havanın ancak 350 ml'sinde
gaz değişimi yapılır.
• 150 ml hava-gaz değişiminin yapılmadığı anatomik ölü boşluğu
doldurmaktadır.
• Ayrıca solunum ile dışarıya ısıtılmış ve nemlendirilmiş hava verilmesi
sıcaklık ve su buharı kaybına yol açar.
• Hücrelerin yaşamını sürdürebilmesi yeterli oksijen varlığına bağlıdır.
• Organların oksijensiz kalmaya dayanıklılıkları farklıdır.
• Oksijensizliğe en duyarlı organ beyin, en dayanıklı yapı ise iskelettir.

7. Solunum Sistemi: Genel Bakış
O2
CO2

8. • Akciğerlerde gaz değişiminin yapıldığı bölgelerde hava ile kanı
birbirinden ayıran ince bir membran vardır.
• Bu membran, alveollerin ince epiteli, kapiller damarların ince endotel
tabakası ve dar intersitisyel aralıktan oluşmaktadır.

9. Solunum Sistemi:
Genel Bakış

10. • Gazlar akciğerde difüzyon yoluyla yayılır.
• Bir sıvıda (kanda) çözünmüş gazın konsantrasyonu o gazın kısmi
basıncı ile ifade edilir.
• Gazın kısmi basıncı büyüdükçe konsantrasyonu artar.

11. GAZ BASINCI
Gazlar, boşlukta rastgele hareket eden parçacıklardan oluşmaktadır
Bu parçacıkların yüzeye çarpması gaz basıncını oluşturur.
Her basınç eşit değildir; az tanecik az basınç , çok tanecik çok basınç oluşturur

12. Başlıca Gaz Kanunları
TEMEL GAZ KANUNLARI
• Gazlar, sıkışabilirler.
• Basınç farkı yönünde akarlar.
• Direnç artarsa akış azalır.
• “Hava”, bağımsız olarak difüze olan gazların bir
karışımıdır.
• Her bir gazın karışım içinde miktarına bağlı bir
“kısmî basıncı” (Pgaz) vardır.

13. ATMOSFER BASINCI
Atmosferdeki gazların
yerçekiminin etkisiyle yaptığı
basıncadenir.
Dünyanın yüzeyinden atmosferin
sonuna kadar 1m2 taban
alanına sahipiçi gaz dolu hayali
silindir
alırsak, bu silindir 10,300 kg
ağırlığında olur ve yeryüzüne
101,000Pa basınçyapar.

14. GAZ BASINCI VE ÖLÇÜMÜ
Gaz basıncı barometre ile ölçülür, içi
civa dolu bir deney tüpübatırılır.
Tüpün ağzı serbest bırakıldığındaciva
seviyesi bir miktar aşağı iner.
Bir süre sonra atmosfer basıncının etkisiyle
civanın inişi denizseviyesinden yukarılara
çıkıldıkça düşmektedir. ( Örneğin Everest
dağının zirvesinde 260mm’dir.

15. GAZ BASINCININ ÖLÇÜMÜ-2
Kapalı gazlardaki
gaz basıncını ölçmek
için manometreler
kullanılır.

16. BASINÇ BİRİMLERİ
En çok bilinen veyaygın olarak kullanılan birim “atm” dir.
Deniz seviyesindeve O0 C’ deortalamaatmosfer basıncı;
1 atm = 101,325 Pa = 101.325kPa’dır.
Diğer birimler ise; milimetre-civa (mmHg),torr,
pounds,psi(inç) ve bar’dır.
• 1 mmHg = 1 torr
 1 atm = 760 mmHg = 760 torr
 atm = 14.7 lb in-2 (psi)
 1 bar = 1×102 kPa = 1×105 Pa

17. GAZ KANUNLARI
• Herhangi bir gazın fiziksel özellikleri şu dörtdeğişken
ile tanımlanabilir.
 Basınç (P)
 Hacim (V)
 Sıcaklık(T)
 Mıktarı (n, mol sayısı )
 Bu dört değişkenin elealdığı kurallara “Gaz Kanunları”
denir.
 Ve bu kanunlara uyan gazlara ise “ideal gaz”denir.
 İdeal gaz kanunu ve toplam gaz kanunu arasında 4 temel
eşitlik bulunur.

18.  1.BOYLE KANUNU : BASINÇ VE HACİM
 Robert Boyle, 1662 yılında bir gazın haciminin basıncı
ile ters orantılı olduğunu saptamıştır. ( madde miktarı
ve sıcaklık sabit tutulmak şartıyla)
 V ∝
 PV = C
 P1V1=P2V2 Boyle kanunu

19. Başlıca Gaz Kanunları – Boyle
Kanunu
• P1 x V1 = P2 x V2

20. Boyle’nın Kanunu : Basınç- Hacim

21. Boyle Kanunu : Basınç- Hacim-
Gaz hacmi azaldıkça,
gaz parçacıkları kabın
içinde hareket edeceği
daha az yerlerivardır.
Böylece artan birbaskı
oluşur. Vekabın
duvarlarına dahasık
çarpışır.
Özetle, gazın hacmini
azaltırsak basıncını
artırmışoluruz.

22. 2. Charles’in Kanunu : Sıcaklık –
Hacim
1787 yılında Jacques
Alexandre CésarCharles
bir gazınhacminin
sıcaklık iledogru
orantılı olduğunu buldu.
( Basınç ve sıcaklık sabit
kalmak koşulu ile )
NOT: Sıcaklık mutlaka
kelvin cinsinden
hesaplanmalıdır.

23. Charles’in Kanunu: Sıcaklık – Hacim -

24. Charles Kanunu: Sıcaklık – Hacim-
Balonı ısıttığımızda
içerisindeki gaz
moleküllerinin kinetik
enerjisi artar. Daha hızlı
hareketederler.
Ve çepere daha çok
basınç yapar, hacmi
genişler.

25.  KELVİN BİRİMİ
 1848 yılında William Thomson, Lord Kelvin “mutlak
sıfır” sıcaklığı ile hacim arasındaki ilişkiyiincelediler.
(-273,150C )
 Bu sıcaklıkta tüm maddelerin molekülleri sıfırenerjiye
sahip olacağı için ideal gazların “mutlaksıfır”
sıcaklığında hacminin olması beklenr.
 ºC = K - 273.15
 K = ºC + 273.15
 İdeal gazların aksinegerçek gazlarasla “sıfır hacme”
sahipolamazlar.

26. 3. Gay-Lussac Kanunu : Basınç
– Sıcaklık
1802 yılında JosephLouis
Gay-Lussac, Guillaume
Amonton’un daha önceki
çalışmalarını tekrar eden
yeni bir şeykeşfetti.
Gazınsıcaklığını
artırdığımız zaman basıncı
artırmaktaydı. ( Kütle- hacim
sbt kalmak koşulu ile)
Sıcaklık kelvin cinsinden
alınmalıdır.

27. TOPLAM GAZ YASASI
Boyle’in, Charles’inve Gay-Lussac’ın kanunlarını
birleştirdiğimizdeortayaçıkan formületoplamgazyasaları
denir.
Sıcaklık kelvin olmalıdır. Basınç ve hacim istenilenbirimde
kullanılabilir.

28. 4. AVAGADRO’NUN YASASI : KÜTLE-HACİM
1881 Yılında Amedeo Avogadro madde mikaterı arttırılırken
gazların hacimlerinin de arttığı keşfetmiştir. ( Basınç ve sıcaklık
sabit tutulmak koşulu ile)
Eşit hacimde bulunan farklı gazlar eğer aynı sıcaklık vebasınca
sahipse aynı molar sayıya sahipolabilirler.

29. AVAGADRO YASASI: KÜTLE-HACİM -

30. TOPLAM GAZ DENKLEMİ
 Toplam gaz denkleminin başka bir versiyonu da şudur:

31. İDEAL GAZ DENKLEMİ
• Tüm bu gaz yasaları tek bir ifade de birleştirebiliriz : “İdealGaz
Yasası”

32. GAZ KANUNU PROBLEMLERİNİ
ÇÖZMEK
 Soruda koşullaarı değişrtirmekten söz ediyorsa tek bir
gaz kanunu formülü kullanmak, yeni miktarı bulmak
için yeterli olacaktır.
 Eğer soruda koşullar sabit ise genellikle ideal gaz
denklemi eksik birimi bulmamıza yeterliolur.
 Sıcaklık kelvin olmalıdır.
 İdeal gaz denklemindeki eşitliğin iki tarafında daaynı
birimler buluduğu sürece hacim ve basınçta hangi
birimi kullandığımızın bir önemiyoktur.

33. STANDART SICAKLIK VE HACİM
1 atm basınç ve 273.15K (0°C) sıcaklık, “standart basınç ve sıcaklık”
anlamına gelmektedir. Gaz ölçümleri genellikle bu koşullar altında
yapılmakadır..
Gaz ölçümleri için standart sıcaklık (0°C) iken,termodinamik
ölçümleri için bu değer 250°C ‘dir.
1 atm basınç altında ve 0°C sıcaklıkta tüm gazlar 22.414 L hacim
kaplar. ( Standart molar hacim )

34. İDEAL GAZ VE GERÇEK GAZLAR
Gerçek gazlar, ideal gazlardan biraz daha farklı
davranırlar. Genellikle bu farklılık belli olmayacak
derecede küçüktür.
Gazların molar hacmi tam olarak 22.4 Ldeğildir.

35. BİR GAZIN YOĞUNLUĞU VE MOLAR
KÜTLESİ
 Gazlar yoğunluklarına göre farklı yerlerdekullanılırlar.
 Yangın söndürücülerdeki CO2 gazı havadan dahayoğun
olduğu için ateşin O2 ile temasını keser.
 Heveya H2 ise havadan dahaaz yoğun olduğu için
zeplin- balon gibi araçların havalandırılmasında
kullanılır.

36. Dalton Yasası
• Bir gaz karışımı içinde bulunan gazlardan her bir cinsi, kap içinde yalnız
başına bulunuyormuş gibi davranır ve kabın çeperine, diğer gazların
varlığından etkilenmeyen, bir kısmi basınç uygular. (Dalton yasası)
• P =P02 + PCO2 + PN2 + PH20
• (örneğin, Atmosfer basıncı; oksijen, karbondioksit,
azot ve su buharının kısmi basınçları
toplamına eşittir.)

38. • Gazların kinetik teorisine göre, gaz moleküllerinin birbirilerine uzaktan kuvvet
etkimeleri önemsizdir.
• Gaz molekülleri, gelişi güzel hareketleri sırasında birbirileriyle esnek olarak
çarpışarak momentum alışverişinde bulunurlar.
• Gazın mutlak sıcaklığı moleküllerinin ortalama kinetik enerjisinin bir
ölçüsüdür.
• Bir gazın basıncı moleküllerin rastgele hareketinden kaynaklanır ve n
birim hacimdeki molekül sayısı olmak üzere
•
• P =2/3 n (1/2 mv2) Not: (v2 ortalama olacak)
• Gaz basıncı, moleküllerin gazı sınırlayan kap çeperlerine rast gele esnek
çarpışmalarından kaynaklanır.

40. • Bir Gazın Çözünürlüğünü Etkileyen Faktörler
• Gazın “kısmi basıncı”
• Sıcaklık (ters orantı!)
• Çeşitli çözücülerdeki çözünürlüğü
• Suda O2: 0.15 mmol/L (zayıf)
• Suda CO2: 3.0 mmol/L (kuvvetli [x20])

41. • Gazlar akciğerde difüzyon yoluyla yayılır.
• Bir sıvıda (kanda) çözünmüş gazın konsantrasyonu o gazın kısmi
basıncı ile ifade edilir.
• Gazın kısmi basıncı büyüdükçe konsantrasyonu artar.

42. Gazların Çözünürlüğü ve Kısmi
Basınç Kavramı
• Oksijenin sudaki çözünürlüğü zayıftır

43. Gazların Çözünürlüğü ve Kısmi
Basınç Kavramı
• Karbondioksit suda iyi çözünür

44. SOLUNUM SİSTEMİ ELEMANLARI
• Ağız ve Bölümleri
• Akciğerler
• Kalp (Dolaşım sistemi)
• Gaz değişimi
• Trake
• Bronşlar
• Bronşiyoller
• Alveoller
• Kapiller

45. • İşlevleri:
• Çevre ile gaz alışverişi
•
• Oksijen ile Karbondioksit Değişimi
•
• Değişim gazların kısmi basınçlarına
• bağlıdır.

46. • Madde, yüksek basınç bölgesinden düşük basınç bölgesine hareket eder.
• İntratorasic (göğüs boşluğunda) basınç düşük olduğunda, hava (atmosfer
basıncında) akciğerlere girer.
• İntratorasic basınç yüksek olduğunda, hava akciğerlerden dışarı çıkar.

47. http://moon.ouhsc.edu/dthompso/namics/respire.htm#diaph den alınmıştır.
Soluk alıp verme sürecinde toraks hareketi
SOLUK ALMA SOLUK VERME
Diyafram kasılır Diyafram eski haline döner
Göğüs kafesi yükselir ve/veya genişler Göğüs kafesi iner ve/veya küçülür
İntratorasik hacimde artış İntratorasik hacimde düşüş
İntratorasik basınçta düşüş İntratorasik basınçta artış
Yüksek basınç dışardaki havanın
akciğerlere girmesini sağlar
Akciğerlerdeki yüksek basınçlı hava,
düşük basınçlı dış ortama çıkar

48. • Akciğerlerde, atmosfer havası ile kan arasındaki gaz alışverişine
solunum adı verilir.

49. • Bazı mikroorganizmalar dışında tüm canlılar metabolik süreçlerinde
kullanmak üzere moleküler oksijene ihtiyaç duyarlar.
• Canlılar oksijeni farklı şekillerde alır. Tek hücrelilerde hüc zarından
difüzyonla, boyutları küçük canlılarda deriden difüzyonla oksijen
sağlanabilmektedir.
• Karakteristik uzunluğu L olan bir hayvanın oksijen harcama hızı kütlesi
veya hacmi ile yani L3 ile orantılıdır.
•
𝑆
𝑉
=
𝐿2
𝐿3 =
1
𝐿
• Şeklinde yazılabilir ve hayvan irileştikçe azalır.

50. • Bu nedenle deri yoluyla alınabilecek oksijen miktarı iri hayvanlarda
yetersiz kalır. Bu gereksinim başka yollarla karşılanır.
• İnsanın dinlenim sırasında O ihtiyacı 0,21 l/kg.saat ve bunun ancak
%2 gibi önemsiz bir miktarı deri yoluyla sağlanabilmektedir.
Gereksinimin geri kalanı özel solunum sistemi ile sağlanır.
• Solunum kavramı genel olarak akciğerlerde havanın yenilenmesi
akciğer havası ile kan arasında gaz alışverişi, gazların kan aracılığı ile
taşınması ve iç ortamla hücreler arası gaz alışverişi, oksijenin hücrede
kullanımı süreçlerini içerir.
• Akciğerlerde atmosfer havası ile kan arasında gaz alışverişine «dış
solunum» denir.

51. • İşlevsel olarak şekilde gösterilen 3 aşamanın toplamı gibi
düşünülebilir.

52. • Atmosfer havasının akciğerlere giriş çıkış süreci «ventilasyon» olarak
adlandırlır.
• Solunumla ilgili kasların eylemleri sonucu akciğere içi basınç atmosfer
basıncının altına düşürülürse atmosfer gazları akciğerlere girer ki bu
sürece «soluk alma» (inpirasyon) denir.
• Akciğer içi basıncın daha yüksek olduğu soluk verme (ekspirasyon)
sürecinde ise akciğerlerdeki havanın bir kısmı dışarı atılır.

53. • Diffüzyon akciğer havası ile akciğer kılcal damarları arasındaki gaz alış veriş
sürecidir ve dış solunumun ikinci evresidir.
• Oksijen ve karbondioksit bu alışveriş sürecinde, bu gazların kısmi basınç
gradyentleri ile sürdürülür.
• Perfüzyon, kanın akciğerlerdeki kılcal damarlara giriş sürecidir ve dış
solunumun üçüncü evresi olarak adlandırılır.

55. • Fick Yasası
• • Bir gazın bir doku
tabakasından sızması (V),
• –dokunun enine kesit alanı (A),
• özgül gazın yayılma sabiti (D) ve
• iki mesafe arası basınç farkı
(ΔP=P1-P2) ile doğru;
• –dokunun kalınlığı (difüzyon
mesafesi, T) ile ters ilişkilidir.

57. • Solunum membranında gazların difüzyon hızını etkileyen faktörler şu
şekildedir:
• • Membran kalınlığı
• • Membran yüzeyi
• • Membran içinde gazın difüzyon katsayısı
• • Membranın iki tarafı arasındaki basınç farkı

58. • Atmosfer havasının akciğerlere giriş ve çıkışı ağız burun kapılarından
başlayıp alveol olarak adlandırılan hava keseciklerine kadar uzanan hava
yolları aracılığı ile olur.
• Soluk borusu (treka) çapı 1,5-2,5 cm kesit alanı ortalama 2,54 cm2
uzunluğu ortalama 11 cm dir.
• İnsanda toplam 250-300 milyon kadar alveol bulunur ve çapları 100-300
μm arasında olan bu alveollerin toplam dış yüzey alanları 50-100 m2 ye
kadar ulaşır.
• İnsanda toplam deri yüzeyi ise 1,75 m2 kadardır.
• Yani akciğer havası ile kan arasındaki gaz alışverişi deri yüzerinden 50 kat
fazla bir yüzeyde gerçekleşmektedir.

59. • Bir solunum çevrimi sırasında alınan veya verilen hava miktarına
soluk hacmi (tidal volume) denir.
• Yetişkinlerde normal solumada Vs= 500 cm3 kadardır. Ancak bir
slouk almada bu kadar havanın hepsi alveollere kadar ulaşamaz.
• Hava yollarında kalan ve ölü boşluk olarak adlandırılan bu hacim
VD= 150 cm3 kadardır.
• Birim zamanda solunan hava miktarına ventilasyon veya solunum
dakika hacmi adı verilir. Ve toplam ventilasyon
• V=VS.f ile bulunur.
• Alveol ventilasyonu ise VA=VS-VD
• V’A =Va.f ile bulunur.

60. • Solunumda dolaşımın uyumluluğunu anlatmada kullanılan
diğer bir kavram da ventülasyon difüzyon oranı olarak
adlandırılır.
•
𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑠𝑦𝑜𝑛
𝑝𝑒𝑟𝑓ü𝑧𝑦𝑜𝑛
=
𝑉𝐴
′
𝑄
• Şeklinde tanımlanır ve bu oran normal koşullarda 1
dolayındadır.
• Solunum kontrol merkezi medulladadır ve kandaki CO2
düzeyinden çok etkilenir.
• Sinirsel yollarla solunum kaslarına gönderilen emirlerle
solunum frekansı ve derinliği değiştirilir. Kandaki CO2
düzeyindeki bir artış frekans ve hacminde artmayı stimüle
eder. O2 düzeyindeki bir azalmada benzer etkide bulunur.

61. AKCİĞERDEKİBASINÇ-HAVA AKIMI-HACİMİLİŞKİSİ
• 1. İSTİRAHAT ESNASINDA:
• a. Alveoler basınç atmosferik basınca eşittir.
• b. Intraplevral basınç negatiftir.
• 2. İNSPİRASYON ESNASINDA:
• a. Alveoler basınç atmosferik basınç altına düşer.
• b. Intraplevral basınç daha da negatif olur.
• 3. EKSPİRASYON ESNASINDA:
• a. Alveoler basınç atmosferik basınçtan daha yüksek hale gelir.
• b. Intraplevral basınç normal ekspirasyonda istirahatteki değerine geri
döner.
• c. Fakat zorlamalı bir ekspirasyonda intraplevral basınç pozitif olur.

64. Nefes Alma Mekanizması
• Akciğerler ve akciğerlerin içinde bulunduğu göğüs kafesi elastik
yapılardır. Gerçekte akciğerleri göğüs kafesinin duvarlarına bağlayan
hiçbir yapı yoktur.
• Akciğerleri göğüs kafesine doğru çeken ve onların göğüs duvarından
ayrılmalarını engelleyen güç, iki plevra yaprağı arasında bulunan sıvı
ve negatif basınçtır.
• Plevra akciğerlerin üzerini çevreleyen iki yapraklı bir zardır. Plevranın
dıştaki yaprağına parietal plevra, içtekine ise visseral plevra
denilmektedir.

66. • Plevra yaprakları arasındaki negatif basınç, soluk verme sırasında
akciğerlerin göğüs kafesinden daha fazla ayrılmalarına izin vermez ve
akciğerleri tekrar göğüs duvarına doğru çeker.
• Soluk alma sırasında plevra boşluğundaki negatif basınç daha da negatif
değere düşürülmektedir. Böylece bazı kasların kasılması sonucunda
genişletilen göğüs kafesi ile birlikte akciğerler de göğüs duvarına doğru
çekilirler.
• Soluk alma aktif bir olaydır yani ancak bazı kasların kasılması ile
yapılmaktadır. Soluk almanın en önemli kası diyaframdır. Diyaframının
kasılması ile göğüs kafesi genişler, bunu akciğerlerin genişlemesi ve akciğer
içi basıncın düşmesi takip eder.
• Tüm bu olayların sonucunda da dışarıdaki hava akciğerlere doğru çekilir.

69. Yüzey Gerilimi ve Alveol Mekaniği
• Alveoller kısmen çeperlerinin esnekliğinden kaynaklanan, kısmen de
alveollerin içini sıvayan doku akışkanının yüzey geriliminden
kaynaklanan kuvvetler etkisinde kapanma (collapse) eğilimindedirler.
• Bu eğilim plevra boşluğunun atmosfere göre negatif olan ölçü basınç
İle dengelenmeye çalışılır.
• Sıvı ortamın iç bölgelerinde bulunan bir molekül dikkate alındığında
diğer moleküllerin bu moleküle uyguladıkları kuvvetlerin bileşkesi
0’dır.

70. • Sıvı yüzeyinde bulunan moleküller sıvı yüzeyine dik, içeri yönelik bir kuvvet
etkisinde kalırlar.
• Sıvıların içinde bulunan molekülleri dışarı çıkarmak yani yüzeyini
genişletmek için bir iş yapmak gerekir.
• Bu nedenle sıvılar dış yüzey alanlarını minimuma indirecek bir biçim almaya
çalışırlar.
• Örneğin bir civa veya su damlası başka kuvvetler etkisinde değilse küre
biçimini alır.

72. • Yüzey gerilimi, sıvı yüzeyine teğet, yüzeyde düşünülen herhangi bir
çizgiye dik, birim uzunluk başına kuvvet boyutundadır.

73. • Sıvı yüzey gerilimini ölçmek ve tanımlamak için şekildeki düzeneği göz
önüne alalım. Sabit ve U biçiminde kıvrılmış bir tel üzerinde hareket
edebilir bir başka tel parçası alınır ve aralarında bir sıvı film
oluşturulursa yüzey geriliminden kaynaklanan kuvvetlerin bileşkesi
hareketli çubuğu içeri doğru çeker.
• Hareketi engellemek için dışarıdan uygulanması gereken F’ kuvveti
ölçülerek sıvı yüzeyinin oluşturduğu F kuvveti belirlenir. Sıvı filmin iki
yüzeyi bulunduğundan kuvvet hareketli çubuk uzunluğunun iki katına
oranlanırsa

75. • γ = F / 2b [N/m] yüzey gerilimi (surface tension)
• Yüzey gerilim formülü elde edilir.
• Yüzey gerilim sıvı yüzeyine teğet yüzeyde düşünülen herhangi bir
çizgiye dik birim uzunluk başına düşen kuvvet boyutundadır ve
sıvının karakteristik bir özelliğidir.
• Sıvının açıkta bulunan yüzeyi (şekilde c) gösterildiği gibi birim
uzunluklu bir çizik attığımızı düşünürsek yüzeyi yırtılmamış ilk
durumunda tutabilmek için çiziğin iki tarafına uygulanması gerekli
kuvvetler yüzey gerilimine karşılıktır.

76. • Bazı sıvılar için karakteristik yüzey gerilim değerleri

77. • Bir sıvının içinde yabancı maddelerin bulunması, yüzey gerilimini
değiştirebilir.
• Suya NH40H amonyum hidroksit eklenmesi yüzey gerilimini arttırır,
KOH eklenmesi azaltır. (NH4OH da hidrojen bağları KOH da
molekuler arası bağlar)
• Deterjanlar sıvı yüzey gerilimini küçülterek temizlenecek
yüzeylerdeki pürüzlere kolay girmesini sağlarlar.

78. • Sabun köpüğü gibi iki yüzü de gaz fazı ile dengede bulunan bir
kabarcıkta yüzey gerilim kuvvetleri kabarcık hacmini küçültmeye
çalışır.
• Kabarcık içi trasmüral basınç (Pt =Piç-Pdış) artarak denge kurulur.
• Denge durumu için, r küresel kabarcığın yarıçapı olmak üzere Pt = 4 γ/ r
olduğu gösterilmiştir.
• Gaz ortam içindeki bir sıvı damlası veya sıvı ortam içinde bir gaz kabarcığı
olduğunda sıvı veya gaz kabarcığının temas ettiği bir yüzü bulunduğundan
ötürü yukarıda ki bağıntı
• Pt = 2 γ / r olur.

79. • Yarıçapları aynı olan iki kabarcık düşünelim;
• Transmüral basınç bağıntılarına göre, yüzey gerilimi büyük
olanı dengelemek için daha büyük trasmüral basınç
gerekecektir.
• Şimdi de,yüzey gerilimi aynı, yarıçapları farklı iki kabarcık
düşünelim;
• Bu durumda, yarıçapı küçük olanda dengeyi sağlamak için daha
büyük transmüral basınç gerekecektir

80. • İki sabun köpüğü kabarcıkları aşağıda gösterildiği gibi paralel bağlanırsa;
yüzey gerilimleri aynı olan bu iki kabarcıktan yarıçapı küçük olanda dengeyi
sağlamak için gerekli transmural basınç daha büyük olacaktır.

81. • şekilde görüldüğü gibi yüzey geriliminden
ötürü küçük kabarcık büzülmeye başlayınca
küçük yarıçaplıdan büyük olana doğru bir gaz
akışı gerçekleşir ve küçük yarıçaplı tamamen
büzülür.
• Küçük yarıçaplı kabarcıkta dengenin
sağlanması için daha büyük transmural
basınç gerekir. Bu sağlanmamışsa yüzey
gerilim kuvvetlerinin baskınlığı ile kabarcık
büzülmeye başlar. Ancak büzülme ile iç
basınç biraz artınca ortaya çıkan basınç
grandyenti etkisi ile küçük yarıçaplıdan
büyük yarıçaplı kabarcığa doğru bir gaz akışı
gerçekleşir.
• Bu gaz akışı birinci kabarcık tamamen
büzülünceye kadar sürer.

82. • Alveollerin iç yüzeyini sıvayan mukoz doku akışkanının yüzey gerilimi 0,050
N/m dir.

83. • Soluk alma sırasında bir alveol çapının 50 µm den 100 µm ye
çıktığını düşünelim.
• Yüzey gerilimine rağmen bu alveolün genişleyebilmesi için, alveol
çeperlerine ait transmüral basıncın en az,
• Pt=Palv-Ppl = 2 γ /r = 2 . 0.050/50. 10-6 = 2000Pa = 2kPa(15mmHg)
olması gerekir.
• Normal soluk alma sırasında alveol içi ölçü basıncı Palv= -0,4 kPa ( -
3 mm Hg) dir.
• Plevra boşluğuna ait ölçü basıncı P pl = Palv - Pt = -2.4 kPa (-18
mm Hg) olmalıdır.

84. • Plevra boşluğundaki ölçü basıncı gerçekten negatiftir, ancak rahat
soluk almada deneysel olarak
• P pl = - 0. 5 kPa ( -4 mm Hg) olarak ölçülmektedir.
• dolayısıyla,
• Pt = Palv -P pl = -0.4 - (-0.5) = + 0.1 kPa ( 1 mm Hg) kadardır.
• elde edilen 0. 1 kPa veya 1mmHg lik değer yüzey gerilim tartışmasına
göre gerekenin (2kPa) çok altındadır.

85. • Alveollerin birbirilerine paralel bağlı, yarıçaplarının genellikle farklı
ve alveollerin içini sıvayan doku akışkanının yüzey geriliminin
de aynı olduğu düşünülürse,
• yukarıdaki tartışmaya göre küçük alveollerin tümünün kapanması
gerekir.
• Fakat gerçekte böyle bir durum, söz konusu değildir.
• Buna rağmen alveolün büzülmeyip de nasıl genişleyebildiği uzun
süre aydınlatılamamıştır.

86. • Diğer yandan paralel bağlı bir kaç alveol düşünülürse yarıçapları
genellikle birbirinden biraz farklı olacaktır
• Alveollerin içini sıvayan doku akışkanının yüzey gerilimi hep aynı ise,
yarıçapı küçük olandan büyük olana doğru bir hava akışı olmalıdır ve
küçükler tamamen kapanmalıdır.
• Normal koşullarda böyle bir ağır sonuçla da karşılaşılmamaktadır.

87. • Bu tartışılan iki olayı açıklayabilmek için
alveol akışkanının yüzeyine surfactant
adı verilen aktif bir maddedin etkili
olduğu postulanmıştır.
• Alveoller surfactant adı verilen lipoprotein
yapısında bir madde salgılar ve soğurur.
• Bu maddenin etkisi alveolün yüzey
genişliğine de bağlı bulunmaktadır. Bu
bağımlılık lipoproteinin hidrofobik bir
karakterde olmasından kaynaklanır.
• Bu maddenin belirli bir miktarı alveol
yarıçapı küçük iken yüzeyde daha yoğun
bulunması nedeniyle doku akışkanının
yüzey gerilimini daha da küçültmektedir.
• Alveol genişledikçe surfactantın yüzey
yoğunluğu dolayısıyla etkisi azalmakta
yüzey gerilimini daha fazla
küçültememektedir.

88. • Böylece farklı yarıçaplı iki alveol, aynı transmural basınç altında farklı
yüzey gerilimler oluşturarak kararlı kalabilmektedir.
• Yeni doğanlarda surfactant etkisi eksikliğinden alveoller kapalı
olabilirler. Yüzey gerilimini yenerek alveolleri açmak için 4kPa basınç
farkları uygulanması gerekir.

89. V: Akciğer hacmi, Po: Atmosfer Basıncı,Pa: Alveol Basıncı, Pp: Plevra Basıncı, R: Hava
yollarında akışa karşı gösterilen Direnç, Pel = V/C (C: akciğer Kompliyansı), T: Alveol
duvarındaki çekme gerilimi
Akciğerin Biyomekanik Modeli;