تنفس الغطس بالهيليوم

تنفس غطّاس البحار خليط الهيليوم والأكسجين: الأسباب العلمية والفوائد العملية

تعتبر رياضة الغوص العميق من الأنشطة التي تتطلب تجهيزات متخصصة ومعرفة علمية دقيقة، لا سيما فيما يتعلق بالتنفس تحت الماء. ففي الغوص العميق، لا يستخدم الغطاس الهواء الطبيعي الذي نتنفسه على السطح، بل يتنفس خليطاً خاصاً غالباً ما يكون مزيجاً من الهيليوم والأكسجين، وهو ما يعرف بخليط “هليوكس” (Heliox). يعود هذا الاختيار العلمي والتقني إلى أسباب عدة متعلقة بسلامة الغطاس، وظروف الغوص، والتحديات الفيزيولوجية التي يواجهها الجسم تحت الضغط العالي للماء.

تركيب الهواء الطبيعي وتأثيره على الغوص العميق

الهواء الطبيعي الذي نتنفسه يتكون بشكل أساسي من حوالي 78% نيتروجين، و21% أكسجين، ونسبة صغيرة من الغازات الأخرى مثل الأرجون وثاني أكسيد الكربون. في الغوص السطحي، لا يشكل هذا التركيب مشكلة، ولكن عند النزول إلى أعماق كبيرة تحت سطح البحر، تتغير ظروف الضغط الجوي بشكل كبير، مما يؤثر على طريقة تفاعل الغازات مع الجسم.

كلما زاد عمق الغوص، يزداد الضغط على الغازات التي في الرئتين والدم، مما يؤدي إلى تأثيرات فيزيولوجية معقدة على الغطاس. أحد أبرز المشاكل التي يسببها التنفس بالهواء الطبيعي تحت الضغط العالي هو تسمم النيتروجين (Nitrogen Narcosis) أو ما يُعرف بـ “سكر الغواص”، وهو حالة تؤدي إلى اضطرابات في الجهاز العصبي المركزي شبيهة بتأثير الكحول، مما يعرض الغطاس لمخاطر كبيرة.

تأثير الضغط على الغازات: النيتروجين والأكسجين

النيتروجين، الذي يشكل الغالبية في الهواء، يتصرف كسائل مخدر تحت الضغط العالي، حيث يدخل إلى أنسجة الجسم ويؤثر على وظائف المخ، مما يؤدي إلى فقدان التركيز، والارتباك، وحتى فقدان الوعي في بعض الحالات. هذه الظاهرة تجعل الغوص العميق باستخدام الهواء الطبيعي محدوداً إلى أعماق معينة لا تتجاوز عادة 40 متراً.

أما الأكسجين، فرغم أهميته للحياة، فإنه يصبح ساماً عند تركيزات عالية أو تحت ضغط مرتفع. تسمم الأكسجين تحت الماء يمكن أن يؤدي إلى تشنجات مفاجئة في الرئتين والدماغ، وهو ما قد يكون مميتاً أثناء الغوص.

لماذا الهيليوم بدلاً من النيتروجين؟

الهيليوم هو غاز خامل غير سام، وأخف بكثير من النيتروجين، كما أنه لا يسبب تأثيرات مخدرة على الجهاز العصبي المركزي حتى تحت ضغوط عالية. لذلك، استُخدم الهيليوم كبديل جزئي للنيتروجين في مخاليط التنفس المخصصة للغوص العميق.

يتم مزج الهيليوم مع الأكسجين لتكوين خليط “هليوكس”، الذي يسمح للغطاس بالتنفس في أعماق كبيرة دون التعرض لتسمم النيتروجين أو تسمم الأكسجين. الهيليوم يخفض كثافة غاز التنفس، مما يسهل عملية التنفس تحت الضغط العالي ويقلل من التعب والتنفس المضاعف.

فوائد استخدام خليط الهيليوم والأكسجين في الغوص العميق

1. الحد من تسمم النيتروجين: استبدال النيتروجين بالهيليوم يقلل من تأثير التخدير الغازي الذي يتسبب به النيتروجين تحت الضغط، مما يحافظ على وعي وتركيز الغطاس.

2. تجنب تسمم الأكسجين: ضبط نسبة الأكسجين في الخليط يحافظ على مستواه ضمن حدود آمنة، ما يمنع تسممه تحت الضغط العالي.

3. تقليل كثافة الغاز: الهيليوم أخف من النيتروجين، ما يقلل من المقاومة التنفسية ويسهل عملية التنفس العميق، ويخفف من التعب العضلي أثناء الغوص.

4. تحسين سرعة التنفس والقدرة على العمل: خفة الغاز تساعد الغطاس على التنفس بسلاسة، ما يزيد من كفاءة الأداء البدني والفكري.

التحديات المرتبطة بخليط الهيليوم والأكسجين

رغم مزايا الهيليوم، إلا أن استخدامه في التنفس تحت الماء لا يخلو من تحديات. من أبرزها:

• التوصيل الحراري العالي: الهيليوم ينقل الحرارة بسرعة، ما يجعل الغطاس معرضاً لفقدان حرارة الجسم بسرعة، وبالتالي يتطلب ارتداء ملابس خاصة للحفاظ على حرارة الجسم.

• مشاكل في التواصل الصوتي: يغير الهيليوم طبقة الصوت لدى الغطاس، فيصبح صوته مرتفعاً وحاداً، مما يعيق التواصل الصوتي عبر أجهزة الاتصال تحت الماء.

• التكلفة العالية: غاز الهيليوم مكلف نسبياً ويحتاج إلى تجهيزات خاصة للتحكم بنسبه في الخليط التنفسي.

أنواع مخاليط التنفس في الغوص

بجانب خليط الهليوكس (الهيليوم والأكسجين)، توجد مخاليط أخرى تستخدم في الغوص المتخصص، منها:

• نيوتكس (Nitrox): خليط من النيتروجين والأكسجين بنسبة أكسجين أعلى من الهواء الطبيعي، يستخدم في الغوص السطحي والمتوسط لتقليل تسمم النيتروجين.

• تريكسيكس (Trimix): خليط من الهيليوم، النيتروجين، والأكسجين، يستخدم في الغوص العميق جداً حيث يحتاج الغطاس لضبط دقيق لنسب الغازات لتجنب كل من تسمم النيتروجين وتسمم الأكسجين.

التفاعل الفيزيولوجي والتنفس بالهيليوم والأكسجين

عند التنفس بخليط الهيليوم والأكسجين، يحدث توازن في دخول الغازات إلى الدم والأنسجة بما يتناسب مع الضغط المحيط. الهيليوم لا يذوب بسهولة في الدهون والأنسجة، مما يسرع من خروج الغاز من الجسم عند الصعود إلى السطح، وهذا يقلل من خطر الإصابة بمرض تخفيف الضغط أو ما يعرف بـ “مرض الغواص” (Decompression Sickness).

كما أن خفة الهيليوم تقلل من مقاومة التنفس وتحسن تبادل الغازات في الرئتين، مما يخفف من الجهد التنفسي خاصة في الغوص العميق أو الغوص لفترات طويلة.

الجوانب التقنية والتدريبية

استخدام خليط الهيليوم والأكسجين يتطلب معدات خاصة من حيث خزان الغاز، وأجهزة تنظيم الضغط، بالإضافة إلى تدريب متخصص للغطاسين على التعامل مع المخاطر المحتملة. فمثلًا، يجب على الغطاس مراقبة أعماق الغوص، سرعة الصعود، وزمن التعرض للضغط لتجنب المخاطر الصحية.

يخضع الغطاس لتدريبات ميدانية في مراكز الغوص المتخصصة التي تركز على تعليم كيفية التحكم في تنفس الغاز، التعامل مع الطوارئ، وكيفية استخدام أجهزة الغوص المجهزة لهذا النوع من الغازات.

الجدول التالي يوضح الفرق بين الغازات المستخدمة في الغوص وتأثيراتها:

الخلاصة العلمية

الانتقال من التنفس بالهواء الطبيعي إلى التنفس بخليط الهيليوم والأكسجين في الغوص العميق هو ضرورة علمية قائمة على فهم دقيق لتأثيرات الضغط العالي على الغازات التي يتنفسها الغطاس. الهيليوم بديل فعال للنيتروجين لأنه لا يسبب تأثيرات مخدرة، ويخفض كثافة الغاز مما يسهل التنفس. تعديل نسبة الأكسجين في الخليط يقي من تسممه، مما يجعل خليط الهيليوم والأكسجين آمناً ومناسباً للغوص في أعماق تتجاوز بكثير حدود الغوص بالهواء العادي.

بالإضافة إلى ذلك، هذه التقنية تقلل من مخاطر الإصابة بمرض الغواص الناتج عن تغيير الضغط المفاجئ، وتساهم في تحسين الأداء الجسدي والعقلي للغطاس في ظروف بيئية صعبة وقاسية. استخدام هذا الخليط يعكس تطور المعرفة العلمية والتقنية في مجال الغوص، ويبرهن على أهمية دمج العلوم الفيزيائية والبيولوجية لتحقيق السلامة والكفاءة في المغامرات تحت الماء.

المراجع

1. Edmonds, C., Lowry, C., Pennefather, J., & Walker, R. (2015). Diving and Subaquatic Medicine (5th ed.). CRC Press.

2. Bennett, P. B., & Elliott, D. H. (2003). The Physiology and Medicine of Diving (5th ed.). Saunders.