مرز ۱.۴ ای‌تی‌ای و آستانه ۱۳۰ فوتی: مسمومیت با اکسیژن و تخدیر نیتروژن چگونه عمق غواصی تفریحی را تعیین می‌کنند؟

یک غواص آزاد که به زیر آب‌های یک صخره مرجانی گرمسیری سر می‌خورد، با یک محدودیت ساده و غریزی روبرو است: او فقط تا زمانی می‌تواند زیر آب بماند که همان یک نفس اجازه می‌دهد. وقتی به سطح آب برمی‌گردد، ریه‌هایش به حالت عادی بازمی‌گردند و این تبادل فیزیولوژیکی به پایان می‌رسد. اما یک غواص اسکوبا که در امتداد همان دیواره مرجانی پایین می‌رود، با واقعیتی کاملاً متفاوت روبرو است. از آنجا که او گازی را تنفس می‌کند که با فشار محیطی آب اطرافش هم‌تراز است، محدودیت‌هایش نه با ظرفیت ریه، بلکه با تغییرات شیمیایی خود هوا در اثر فشرده شدن تعیین می‌شود.

صنعت جهانی غواصی تفریحی، حداکثر عمق مجاز را با سخت‌گیری روی ۱۳۰ فوت یا ۴۰ متر تنظیم کرده است. برای یک فرد تازه‌کار، این مرز ممکن است دلخواه به نظر برسد و شاید فکر کند به حجم هوای یک کپسول آلومینیومی استاندارد یا وزن خردکننده آب بالای سرش ربط دارد. اما در واقعیت، آستانه ۱۳۰ فوتی کاملاً بر اساس نحوه واکنش سیستم عصبی انسان به دو جزء اصلی هوایی که تنفس می‌کنیم، یعنی نیتروژن و اکسیژن، تعریف شده است.[4]

در سطح دریا، هوایی که یک کپسول غواصی را پر می‌کند تقریباً از ۷۹ درصد نیتروژن و ۲۱ درصد اکسیژن تشکیل شده است. بدن ما اکسیژن را برای انرژی متابولیک مصرف می‌کند و نیتروژن بی‌اثر را نادیده می‌گیرد؛ گازی که به سادگی وارد ریه‌های ما شده و از آن خارج می‌شود. اما هرچه غواص پایین‌تر می‌رود، وزن آب فشار محیط را افزایش می‌دهد و رگلاتور را مجبور می‌کند تا همان هوا را با چگالی بالاتری برای پر کردن ریه‌ها به جریان بیندازد.[3][7]

این سازوکار توسط قانون فشارهای سهمی دالتون کنترل می‌شود که می‌گوید فشار کل یک مخلوط گازی، برابر با مجموع فشارهای اجزای تشکیل‌دهنده آن است. در عمق ۱۳۲ فوتی، فشار محیط پنج برابر بیشتر از سطح آب است. در نتیجه، غواص با هر نفس، پنج برابر مولکول‌های اکسیژن و نیتروژن بیشتری را استنشاق می‌کند که این امر نحوه تعامل این گازها با بافت‌های بدن انسان را به شدت تغییر می‌دهد.[6]

اولین سد فیزیولوژیکی که یک غواص در فرود به اعماق با آن مواجه می‌شود، تخدیر نیتروژن است. در حالی که نیتروژن در فشار یک اتمسفر از نظر بیولوژیکی بی‌اثر است، افزایش فشار سهمی در عمق آب، این گاز را مجبور می‌کند تا در لایه‌های چربی سلول‌های عصبی بدن حل شود. این نفوذ فیزیکی، در انتقال سیگنال‌های الکتریکی در سیناپس‌های مغز اختلال ایجاد می‌کند.[3][6]

بر اساس بررسی‌های بالینی موسسه ملی بهداشت (NIH)، این وضعیت به صورت «تغییر برگشت‌پذیر در هوشیاری که هنگام غواصی در عمق رخ می‌دهد» بروز می‌کند. نتیجه تجربی آن، یک اثر بی‌حس‌کننده و مست‌کننده مشهود است که غواصان اغلب از آن با عنوان «قانون مارتینی» یاد می‌کنند. یک باور قدیمی در میان غواصان می‌گوید که این اثر مخدر تقریباً معادل نوشیدن یک مارتینی خشک با معده خالی به ازای هر ۳۳ فوت عمق بیشتر از ۶۰ فوت اولیه است. غواصان از احساس ناگهانی گرما، سرخوشی، دید تونلی و یک اعتماد به نفس کاذب و خطرناک خبر می‌دهند.[3][6]

خطر اصلی تخدیر نیتروژن این نیست که خود گاز سمی می‌شود، بلکه این است که اختلال شناختی ناشی از آن، قدرت قضاوت غواص را از بین می‌برد. یک غواص که به شدت دچار این حالت شده، ممکن است بررسی میزان هوای خود را فراموش کند، همیار غواص خود را نادیده بگیرد یا در موارد شدید، با این باور که می‌تواند زیر آب نفس بکشد، رگلاتور را کاملاً از دهانش خارج کند.[6]

از آنجا که حساسیت به این حالت تخدیر از فردی به فرد دیگر و از روزی به روز دیگر به شدت متفاوت است، آژانس‌های آموزشی مانند فدراسیون جهانی فعالیت‌های زیر آب (CMAS) و انجمن مربیان حرفه‌ای غواصی (PADI) خط قرمز سفت و سختی کشیده‌اند. محدودیت ۱۳۰ فوتی نشان‌دهنده عمقی است که در آن تخدیر نیتروژن برای اکثریت قریب به اتفاق افراد به شدت ناتوان‌کننده می‌شود و آن را به کف مطلق غواصی تفریحی با هوای استاندارد تبدیل می‌کند.[4][5]

با این حال، اگر یک غواص بتواند از این مه آلودگی مخدر عبور کند و به پایین رفتن ادامه دهد، در نهایت به دومین سد فیزیولوژیکی که بسیار مطلق‌تر است برخورد می‌کند: مسمومیت با اکسیژن. در حالی که اکسیژن همان مولکولی است که حیات انسان را حفظ می‌کند، وقتی در فشارهای سهمی بالا تنفس شود، به یک سم مهلک برای سیستم عصبی مرکزی تبدیل می‌گردد.[1]

در پزشکی پرفشار و غواصی تفریحی، حداکثر فشار سهمی ایمن اکسیژن (PO2) در سطح جهانی روی ۱.۴ اتمسفر مطلق (ATA) محدود شده است. برای درک بهتر این موضوع، باید بدانید که فشار سهمی اکسیژن هوایی که در سطح دریا تنفس می‌کنیم ۰.۲۱ ای‌تی‌ای است. در یک بررسی بالینی در سال ۲۰۲۰، شبکه هشدار غواصان (DAN) خاطرنشان کرد که مرز ۱.۴ ای‌تی‌ای یک آستانه شناخته‌شده بین‌المللی است که در آن، خطر مسمومیت حاد سیستم عصبی مرکزی از حالت ناچیز به شدید تغییر می‌کند.[1][7]

وقتی یک غواص از سقف ۱.۴ ای‌تی‌ای عبور می‌کند، حجم عظیم مولکول‌های اکسیژن بر دفاع آنتی‌اکسیدانی بدن غلبه می‌کند. این امر باعث مسمومیت اکسیژن در سیستم عصبی مرکزی (CNS) می‌شود. علائم هشداردهنده آن ظریف هستند و به راحتی در محیط زیر آب نادیده گرفته می‌شوند: اختلالات بینایی، زنگ زدن گوش، حالت تهوع، تحریک‌پذیری و پرش‌های عضلانی موضعی، به ویژه در اطراف لب‌ها و عضلات صورت.[1][8]

وحشتناک‌ترین پیامد مسمومیت اکسیژن در سیستم عصبی مرکزی، یک تشنج تونیک-کلونیک ناگهانی و بدون هشدار است. در خشکی، تشنج یک اورژانس پزشکی است اما به ندرت فوراً کشنده است. اما در زیر آب، غواصی که دچار تشنج شده تقریباً به طور اجتناب‌ناپذیری رگلاتور خود را از دهان بیرون می‌اندازد و غرق می‌شود؛ موضوعی که مسمومیت با اکسیژن را به یکی از مرگبارترین خطرات در غواصی عمیق تبدیل می‌کند.[2][7]

با هوای استاندارد حاوی ۲۱ درصد اکسیژن، یک غواص تا زمانی که به عمق ۱۸۷ فوتی (۵۷ متری) نرسد، به مرز ۱.۴ ای‌تی‌ای برخورد نمی‌کند؛ یعنی بسیار پایین‌تر از محدودیت ۱۳۰ فوتی غواصی تفریحی که به دلیل تخدیر نیتروژن تعیین شده است. با این حال، زمانی که غواصان به استفاده از هوای غنی‌شده نایتروکس - یک ترکیب گازی محبوب برای افزایش زمان ماندن در کف آب - روی می‌آورند، محدودیت اکسیژن به محدودیت اصلی تبدیل می‌شود.[4][7]

ترکیب‌های نایتروکس میزان اکسیژن را به ۳۲ یا ۳۶ درصد افزایش می‌دهند که به نسبت، میزان نیتروژن را کاهش می‌دهد. نیتروژن کمتر به معنای تخدیر کمتر و خطر پایین‌تر بیماری رفع فشار است. اما این مبادله فیزیولوژیکی هزینه گزافی دارد: هرچه درصد اکسیژن بیشتر باشد، عمقی که غواص در آن به سقف مسمومیت ۱.۴ ای‌تی‌ای می‌رسد، کمتر خواهد بود.[7]

برای غواصی که نایتروکس ۳۲ درصد تنفس می‌کند، مرز ۱.۴ ای‌تی‌ای تنها در عمق ۱۱۱ فوتی (۳۴ متری) فرا می‌رسد. اگر او از ترکیب ۳۶ درصد استفاده کند، این کف مطلق به ۹۵ فوت (۲۹ متر) می‌رسد. غواصان به شدت آموزش می‌بینند تا حداکثر عمق عملیاتی (MOD) را برای ترکیب گازی خاص خود پیش از هر غواصی محاسبه کنند تا مطمئن شوند که هرگز به طور تصادفی از سقف اکسیژن شخصی خود پایین‌تر نمی‌روند.[4][8]

غواصان فنی متخصص و نیروهای نظامی به طور معمول بسیار پایین‌تر از محدودیت ۱۳۰ فوتی غواصی تفریحی می‌روند، اما آن‌ها این کار را با تغییر اساسی در ترکیب شیمیایی گاز تنفسی خود انجام می‌دهند. برای دور زدن تخدیر نیتروژن، آن‌ها نیتروژن را با هلیوم جایگزین می‌کنند؛ گازی بسیار سبک‌تر که عملکرد اعصاب را مختل نمی‌کند. برای جلوگیری از مسمومیت با اکسیژن نیز، آن‌ها درصد اکسیژن را در کپسول‌های آب‌های عمیق خود به شدت کاهش می‌دهند، که گاهی این میزان به ۱۰ درصد هم می‌رسد.[2][5]

این عملیات‌های مبتنی بر گازهای ترکیبی نیازمند آموزش‌های گسترده، تجهیزات پشتیبان و ساعت‌ها زمان برای رفع فشار هستند که آن‌ها را کاملاً خارج از قلمرو غواصی تفریحی قرار می‌دهد. برای میلیون‌ها غواص ورزشی که در حال کاوش در صخره‌ها و کشتی‌های غرق‌شده جهان هستند، مرزهای فیزیولوژیکی ثابت باقی می‌مانند. آستانه ۱۳۰ فوتی و مرز ۱.۴ ای‌تی‌ای به عنوان نرده‌های محافظ نامرئی عمل می‌کنند که کاوش در دنیای زیر آب را به یک ماجراجویی امن و تکرارپذیر تبدیل می‌سازند.[9]