حتى قبل ان يكتشف الفيزيولوجيين مبكراً ان النيتروجين المحلل (الغاز الخامل) هو المتسبب في مرض تخفيف الضغط، هم لاحظوا ان الحالة تطورت بعد ان تركت الضحية الضغط، بدلاً من ان تكون تحت الضغط. وفى النهاية، طور علماء الفيزيولوجيا نظريات حول كيفية استجابة الجسم الى فرط التشبع. لاحظ العلماء الفيزيولوجيين بسرعة مبكرة، من خلال التجارب ان الجسم يمكن ان يتحمل درجة ما من فرط التشبع دون مضاعفات، ولكن إذا تجاوز تدرج الضغط pressure gradient بين ضغط الانسجة والضغط المحيط ambient pressure يتجاوز الحد المعقول، فإن مرض تخفيف الضغط يتطور. إذا لم يستطيع الجسم تحمل درجة ما من فرط التشبع دون مضافات، لكان الغوص أصبح مستحيلاً، او على الأقل سيصبح شديد التعقيد، وذلك لأنك ستحتاج الى تقليل ضغط الانسجة الى مستويات السطح قبل ان تكون على السطح.

في هذا الصدد سوف نناقش نوعان من النظريات، النظريات الأصلية والنظرية الحالية.

النظريات الاصلية | Original Theories

في الأصل، اعتقد علماء الفيزيولوجيا ان التخلص من الغاز الخامل بالجسم كان متطابقا مع الامتصاص، طالما كانت المستويات ضمن الحدود المعقولة. كما ان الغطاس عند وصوله الى عمق أكثر ضحالة، فإن ضغط الانسجة في الدم تتجاوز الضغط المحيط في الهواء الحويصلي alveolar air. النيتروجين (أو أي غاز خامل آخر) ينتشر من الدم الى الهواء الحويصلي alveolar air، مما يؤدى بدورة الى انخفاض ضغط انسجة الدم، ينتشر النيتروجين من انسجة الجسم الأخرى في الدم، التي تحمل النيتروجين الى الرئتين ليذوب في الهواء الحويصلي alveolar air. تستمر هذه العملية على مدى عدة ساعات حتى يصل النيتروجين المحلل في جميع انسجة الجسم الى التوازن equilibrium مع الضغط النيتروجين على السطح ((PN2 = 0.79 bar/ata  (الضغط الجزئي للنيتروجين = 0.79 بار/ضغط جوى).

جون سكوت هالدان John Scott Haldane هو مؤسس هذا المفهوم الأصلي، وشرح هذا في شكل مبسط على التجارب في قت مبكر من القرن الماضي. ولتبسيط الحسابات، أفترض هالدان ان الهواء كان 100% نيتروجين (ليس جزء نيتروجين وجزء اوكسجين).

ذكر هالدان ايضاً ان الانسجة ستحمل النيتروجين في التحلل طالما كان الضغط النيتروجيني في الانسجة لا يزيد عن 1.58 مرة من الضغط الجوي، وهو الضغط الجزئي للنيتروجين على السطح مضروباً مرتين (0.79 X 2 = 1.58). وهذا يعبر عن ذلك كنسبة حرجة بين الضغط النيتروجيني الى الضغط المحيط بنسبة 1: 1.58 (المعبر عنها اصلاً كنسبة 1: 2 من الضغط المحيط الى الضغط المحيط بالنيتروجين 100%، ولكنها نفس المعدل مضروباً في 2: 0.79 X 2 = 1.58).

ذكرت النظرية أنه، في هذه النسبة الحرجة (1:1.58)، لن تتشكل مرحلة الغاز (الفقاعات) في الانسجة، وأن أنظمة الدورة الدموية والجهاز التنفسي circulatory and respiratory systems سوف تحمل النيتروجين في حالة ذائبة حت يعود الجسم الى التوازن. إذا تم تجاوز هذه النسبة الحرجة، فإن الفقاعات سوف تتشكل وتسبب مرض تخفيف الضغط.

قام هالدان بنشر أول جداول غوص في عام 1907 على أساس هذه النظرية، وقد استمر هذا المفهوم لكيفية استجابة الجسم للنيتروجين الزائد (وكذلك الهيليوم، النيون والغازات الخاملة الأخرى، هن طريق حساب خصائصها المختلفة للذوبان في الانسجة المختلفة عن طريق انصاف الأوقات المختلفة halftimes ونسب ضغط الانسجة الحرجة) كأساس في نماذج تخفيف الضغط في الوقت الحاضر، حتى بعد ان كشفت التكنولوجيا ان هذه النظرية غير مكتملة في أوائل السبعينات 1970.

وعلى الرغم من تعديل وإعادة ضبط نظرية هالدان من نواح كثيرة، الا ان المفاهيم الأساسية لهالدان لاتزال الأساس الأساسي لغالبية نماذج تخفيف الضغط المستخدمة من قبل الغواصين اليوم.

النظرية الحالية | Current Theory

مفاهيم هالدان الأصلية لكيفية امتصاص الجسم واطلاقه للغازات الخاملة اثبتت صحتها، ولكنها غير مكتملة. وذلك لان بعد الغوص، يقوم جسمك بإزالة كمية كبيرة من الغاز الخامل من خلال الانتشار البسيط الى الدورة الدموية circulatory system والخروج من خلال رئتيك. ولكن مع مرور الوقت، ادراك علماء الفيزيولوجيا، وجود مشاكل في نموذج هالدان باعتباره التفسير الوحيد.

 اول مشكله لاحظها الفيزيولوجيين، كانت النسبة الحرجة (1.58:1) بين الضغط النيتروجيني للأنسجة الى الضغط المحيط، والتي اثبتت من التجارب على تخفيف الضغط، انه يمكن ان تتشكل الفقاعة في سائل نقى بشكل تلقائي اقل 200 مرة مما تطلبه الفيزياء. وذلك لأنهم لاحظوا ان اشكال مرحلة الغاز gas phase (المرحلة التي تتكون منها الفقاعة) في الانسجة فائقة التشبع يكون أسهل بكثير من السوائل النقية المشبعة بالغاز، مثل الماء النقي. وبالنظر الى الأحوال في جسم الانسان، فإنه من (الناحية العملية) المستحيل ان تتشكل الفقاعة تلقائياً في وسط الأنسجة السائلة وذلك بسبب فرط تشبعها بالغاز. ومع ذلك، تتشكل الفقاعات بسهوله شديدة في سائل مفرط التشبع بسبب nucleation (الخطوة الأولى في عملية تغيير مادة من حالة إلى أخرى)، الذي هو نمو الفقاعات بسبب الغاز المتحلل المنتشر في جيوب غازية صغيرة موجودة بالفعل.

Nucleation of carbon dioxide bubbles around a finger

Nucleation من فقاعات ثاني أكسيد الكربون حول الاصبع

 Nucleation, the initial process that occurs in the formation of a crystal from a solution, a liquid, or a vapour, in which a small number of ions, atoms, or molecules become arranged in a pattern characteristic of a crystalline solid, forming a site upon which additional particles are deposited as the crystal grows.

التنوي، العملية الأولية التي تحدث في تكوين بلورة من محلول، سائل، أو بخار، حيث يتم ترتيب عدد صغير من الأيونات أو الذرات أو الجزيئات في نمط خاص من مادة صلبة بلورية، مما يشكل موقعًا على أي جسيمات إضافية تترسب كما ينمو البلورة.

ويشك علماء الفيزيولوجيا، بأن هناك بالفعل العديد من انسجة الجسم التي لديها امدادات جاهزة من النويات الصغيرة للغاز gas micronuclei (وهي عبارة عن جيوب غازية مجهرية على أسطح الانسجة غير قابلة للإزالة غير مبللة)، يكن ان تكون بمثابة، “بذور” “seeds” لنمو الفقاعات.

إذا كانت تشكيل نواة الخلية nucleation هي آلية تكوين الفقاعة، فيجب ان تحدث درجة معينة من تشكيل الفقاعات في الجسم دون التسبب في الإصابة بمرض تخفيف الضغط.

أدى ظهور كاشف موجات دوبلر بالموجات فوق الصوتية في اول السبعينيات 1970 من قبل الدكتور Merrill Spencer  في معهد علم وظائف الأعضاء والطب إلى احداث ثورة في أبحاث تخفيف الضغط.

باستخدام أجهزة الكشف الدوبلر، التي تستخدم الموجات فوق الصوتية ultrasound لرؤية الفقاعات التي تتحرك عبر القلب والاوردة veins، يمكن للفيزيولوجيين البحث عن الفقاعات في مواقع الاختبار بعد الغوص، وعلى الرغم من عدم اظهارهم لأي اعراض لمرض تحفيف الضغط، كشفت بحوث الضغط العالي عن وجود فقاعات في مجرى الدم، على الرغم من ان الغواصين لم يظهروا أي اعراض لمرض تخفيف الضغط.

ومن هنا تم اكتشاف “الفقاعة الصامتة” “silent” (وتم تسميها بذلك الاسم لأنها لا تؤدى الى مرض تخفيف الضغط)، والتي قد أيدت فكرة nucleation (تشكيل نواه الخلية) التي اشتبه فيها كثير من علماء الفسيولوجيا، التي قادت الى النظريات المنقحة بشأن كيفية قيام الجسم بإزالة الغاز الخامل المحلل dissolved inert gas والغاز الخامل في المرحلة الغازية gas phase، أي مثل الفقاعات على اختلاف الاشكال والاحجام في الانسجة، (الفقاعات داخل الشعيرات الدموية تميل الى ان تكون اسطوانية ومثل السجقcylindrical and sausage-like، عما تكون كروية spherical).

وعلى الرغم من وجود اختلاف في النماذج والنظريات الفيزيولوجية، الا ان جميع علماء الفيزيولوجيا الضغط العالي يتقبلون اليوم ان تشكيل نواة الخلية nucleation تفسر تكوين الفقاعات، وايضاً بعض درجات من أشكال مراحل الغاز gas phase forms في الجسم بعد كل عمليات الغوص.

نويات الغاز الصغيرة small gas micronuclei يفترض ان تكون مستقرة في الشقوق الكارهة للماء (غير قابلة للبلل) hydrophobic، او مستقرة بواسطة البروتينات او الجزيئات الأخرى المرتبطة بالحدود السائلة للغاز.

قد تنشأ النويات الصغيرة للغاز من حركة سطح فوق الأخر، مما يخلق مناطق الضغط المنخفض، وهذا ما يسمى تاربونيوكليشن tribonucleation.

 Tribonucleation is a mechanism that creates small gas bubbles by the action of making and breaking contact between solid surfaces immersed in a liquid containing dissolved gas. These small bubbles may then act as nuclei for the growth of bubbles when the pressure is reduced.

 تاربونيوكليشن هي آلية تخلق فقاعات غازية صغيرة بفعل صنع وكسر التلامس بين الاسطح الصلبة المغمورة في سائل يحتوي على غاز محلل.

Tribonucleation of bubbles

Tribonucleation of bubbles

الفقاعات الناتجة من تاربونيوكليشن

Snapshots of the tearing of thin foils of (A) aluminum submerged in ethanol at around 78 °C, bubbles form at the tip of the tear.

لقطات من تمزق رقائق رقيقة من الألومنيوم (A) المغمورة في الإيثانول عند حوالي 78 درجة مئوية، تتشكل فقاعات عند طرف الممزق.

يؤدى تجويف رينولد Reynold’s Cavitation (هو تشكيل مساحة فارغة داخل كائن صلب او الجسم)، والذي هو نتيجة تحريك السوائل التي تخلق الدوامات، والتي تعمل على إنتاج مناطق منخفضة الضغط والتي قد تسبب في حدوث نويات الغاز الصغيرة gas micronuclei، ومن المحتمل ايضاً ان تسببها الضغوط السلبية الناتجة عن نشاط العضلات.

كم عدد النويات الغازية gas micronuclei الموجودة في الجسم في أي وقت، وما إذا كان عددها يزداد مع الوقت، غير معروف حالياً، على الرغم من ان التمرينات القوية تجعلها تتشكل.

ومع ذلك، اثناء مرحلة تخفيف الضغط من الغوص، سوف ينتشر الغاز المتحلل في النوى nuclei ويؤدى الى نموها الى فقاعات. وكذلك ايضاً، اثناء تخفيف الضغط، لا يوجد حد أدني للتشبع العالي الذي لا يجعل الفقاعات تتشكل ولا حد اعلى للتشبع (فوق الحد الأدنى للتشبع) والتي دائماً تتكون عنده الفقاعات، ولكن بدلاً من ذلك، تنمو مرحلة الغاز gas phase في الجسم بمعدل يتعلق بدرجة التشبع العالي (درجة الامتصاص) والمرتبطة وقت الغطاس، العمق (الضغط)، عدد النويات الصغيرة، ومعدل الصعود. وبالطبع، نموذج تخفيف الضغط، سواء كان جدول او كمبيوتر، يتحكم في هذه العوامل.

ايضاً، في الانسجة المفرطة التشبع، ينتشر الغاز الخامل الى نويات صغيرة micronuclei، ويوسعها حتى تتحرر من سطح الانسجة كفقاعات صغيرة. وطالما هذه الفقاعات الصغيرة بقيت قليلة العدد نسبياً، فإن انسجتك سوف تتخلص تدريجياً من الغاز الخامل من خلال مزج الغازات المحللة المنتشرة (مفهوم هالدان الأصلي)، وحصر وانتشار الفقاعات الصغيرة في الشعيرات الدموية الرئوية pulmonary capillaries، وبالنسبة للفقاعات الصغيرة التي لم يتم حملها الى الشعيرات الدموية الرئوية يتم إعادة انتشارها حيث انخفاض ضغط الغاز في الانسجة المحيطة.

بالنسبة الى الفقاعات التي يتم اكتشافها بواسطة معدات دوبلر الموجات فوق الصوتية تكون موجودة في النظام الوريدي Venous System، بالرغم من انها تتكون في البداية داخل الشعيرات الدموية للعضلات والدهون.

 Venous System

Venous System

النظام الوريدي

 

عندما تنمو الفقاعات الصغيرة microbubbles في الشعيرات الدموية بعد تخفيف الضغط، فإنها تكبر ثم تنكسر او تتحد مع بعضها ثم تنكسر، ثم تدخل الى العائد الوريدي  Venous Return وتتدفق مع الدم، حيث تصبح قابلة للاكتشاف بواسطة جهاز الدوبلر الذى يوضع عادة على اللقب.

Venous Return – Hemodynamics

العودة الوريدية – ديناميكا الدم

تسافر الفقاعات عبر النظام الوريدي Venous System الى الرئتين، حيث تحاصرهم الشعيرات الدموية الرئوية، الغاز في هذه الفقاعات بغد ذلك ينتشر بدون ضرر الى الحويصلات الهوائية alveoli، ما عدا في حالة نادرة عندما يكون هناك الكثير منها فأنها تتراكم بشكل أسرع بكثير عن قدرتها في الانتشار (وهذا ما يسمى مرض تخفيف الضغط الرئوي او الاختناقات) (this is called pulmonary DCS or the chokes). وهذا هو نمو الفقاعات في مناطق أخرى مما تسبب مرض تخفيف الضغط.

 

بالنسبة للجانب الخاص بنمو مرحلة الغاز gas phase ببمكن انن يكون هو المسئول عن “الانحناءات” ” the bends” (عبارة عن الم في الأطراف ناتج من مرض تخفيف الضغط) ومن المحتمل ان يكون في الاوتار والاربطة حول المفاصل، هذه الفقاعات والتي تسبب هذه الإصابات من المرجح ان لا تكون في الشعيرات الدموية.

الفقاعات التي يمكن كشفها بواسطة أجهزة الدوبلر تكون مرتبطة في الواقع بفقاعات الغاز الفعلية المسئولة عن الآم المفاصل، ولكنها ليست من الضروري ان تكون نفس الفقاعات، ممكن ان تكون فقاعات أخرى غير المسئولة عن الآم المفاصل. مع اكتشاف الفقاعات، يقوم علماء الفيزيولوجيا بمراقبة التدفق الوريدي لمعرفة ماذا يحدث في بقية الانسجة.

هذا هو السبب في انه لا يمكن استخدام الدوبلر “كاشف الانحناءات” “bends detector” على أساس فردى، بمعنى ان لا نعتمد عليه في الكشف عن الفقاعات بشكل كامل، على الرغم من انه مفيد للغاية في تقييم تخفيف الضغط عند إجراء العديد من اختبارات الغوص مع العديد من الافراد.

يمكن لعلماء الفيزيولوجيا ان يستنتجون بشكل عقلاني ان توصيف رسومات تخفيف الضغط decompression profiles والتي تنتج مرحلة الغاز الصغيرة (من الانسجة العضلية او الانسجة الدهنية) ستنتج بشكل عام مرحلة الغاز الصغيرة في انسجة أخرى مثل الاوتار tendons و الاربطة ligaments. وعلى أساس إحصائي، مع العديد من الغواصين والعديد من الغطاسات، قد وجد ان هذا صحيحاً. ونتيجة لذلك، اصبح تقييم دوبلر لجداول تخفيف الضغط امراً شائعاً،  حيث يستطيع علماء الفيزيولوجيا قياس الفاعلية النسبية لاستراتيجيات تخفيف الضغط بينما تظل مواضيع الغوص (الغواصين) خالية من مرض تخفيف الضغط.        

النظرية الحالية، إذن، هي ان الجسم يزيل النيتروجين من خلال الانتشار diffusion، كما كان يعتقد في الأصل (مثل النظرية الاصلية لهالدان)، ولكن ليس على سبيل الحصر وليس من دون تكوين الفقاعات الإكلينيكي  subclinical bubbles(بدون اعراض).

قد يحدث بعض نمو في مرحلة الغاز (تكوبن الفقاعة) خلال مرحلة تخفيف الضغط في جميع عمليات الغوص. جدول الغوص او جهاز كمبيوتر الغوص الخاص بك لا يمنع تماماً حدوث الفقاعات، ولكنه يحاول تقييدها الى النقطة التي تظل فيها خالي من مرض تخفيف الضغط. بمعنى، انه لن يكون لديك أي علامات او اعراض صريحة من مرض تخفيف الضغط، ولكن قد يكون لديك بعض الفقاعات الإكلينيكي (الصامتة).

نظرية تخفيف الضغط الحديثة ونماذج تخفيف الضغط تركز الان على الدور الذى تلعبه تكوين الفقاعة في تطوير مرض تخفيف الضغط. حيث اظهرت الأدلة التجريبية، انه من الممكن التقليل او القضاء على نويات الغاز الصغيرة gas micronuclei (التي تكون الفقاعات). و تشير تجارب الضغط التي أجريت على المواد الهلامية أجار agar gels (هي مادة جيلاتينية يتم الحصول عليها من أنواع مختلفة من الأعشاب البحرية الحمراء تستخدم في وسائط التربية البيولوجية وكمكثف في الأطعمة) و الجمبري والجرذان الى ان اشكال مرحلة الغاز gas phase تكون اقل اثناء تخفيف الضغط عندما يتعرض الشخص لأول مرة لارتفاع سريع في الضغط، على افتراض ان زيادة الضغط الأولية هذه تسحق نويات الغاز الصغيرة gas micronuclei وتعيدها الى التحلل (الذوبان). وهذا يترك عدد اقل ليكون بمثابة “بذور” “seeds” للفقاعات لتنمو عندما تصعد من الغوص.

دراسات أخرى تشير أي انك قد تتمكن من اختيار السلوكيات التي تقلل من مخاطر تخفيف الضغط، الدراسات بينت ان احد هذه السلوكيات الوقائية هي ممارسة التمارين الرياضية بانتظام.

الرياضيات في نماذج الفقاعة هي اكثر تعقيداً بشكل ملحوظ من تلك المستخدمة من قبل هالدان، ومع ذلك، يمكن ان تحسن بشكل كبير استراتيجيات تخفيف الضغط بواسطة غواصين التيك، والغواصين التجاريين، والغواصين العسكريين.

من غير المحتمل ان تغير نماذج الفقاعات في الغوص الترفيهي (لا لعدم التوقف) لا لغوص التوقف بشكل كبير (الذى يكون فيه معدل الإصابة بمرض تخفيف الضغط اقل من 1%)، ولكن يمكن الاستفادة منها (ذات فائدة) في الغوص المتكرر وإجراءات وقفات السلامة.

I'm a PADI instructor, I love diving, I've more experience with much diving science and love sharing diving knowledge with other divers.