تأثيرات الضغط الجوي في الإنسان

لغرض فهم المشاكل الفسلجية والتكيفات التي تحصل داخل الخلايا وأنسجة الجسم يجب علينا فهم الطبيعة الفيزيائية لجو الأرض. ويمكن تعريفه أنه الغلاف الهوائي المحيط بالأرض وبعبارة أخرى هو محيط من الغازات قعره هو سطح الأرض إذ يعيش الإنسان طبيعياً.(1)
والغازات هذه عبارة عن خليط من غازات مختلفة ولكن يحتفظ كل غاز بخواصه الطبيعية وهذه ما يتفق مع جميع التقسيمات لغازات الجو كما في الجدول(1).

الجدول (1)
يبين أهم الغازات ونسبها في الهواء الجوي

الغـــاز	النسبة المئوية لحجمه في الجو
النتروجين	78.09 %
الأوكسجين	20.95 %
ثاني أوكسيد الكاربون	0.03 %
بخار الماء وغازات أخرى	0.93 %

وما يهمنا في دراسة الغازات هما غازي النتروجين والأوكسجين اللذان يكونان أكبر نسبة في تركيب الهواء الجوي. والهواء الجوي له وزن وأن الضغط الجوي في أي مكان على الأرض يرتبط بوزن الهواء ويبلغ الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر 760مليمتر زئبق، بينما عند قمة جبل أفرست التي تعد أعلى نقطة على سطح الأرض إذ يبلغ ارتفاعها (8.848) ألف متر أي حوالي (29) ألف قدم ويكون الضغط الجوي (250) مليمتر زئبق فقط كما يبينه الجدول الآتي.(2)

الجدول (2)
يبين التغير في الضغط الجوي وضغط الأوكسجين في الارتفاعات المختلفة

المرتفعات / متر	الضغط الجوي مليمتر زئبق	ضغط الأوكسجين مليمتر زئبق
مستوى سطح البحر	760	159.2
1000	674	141.2
2000	596	124.9
3000	526	110.2
4000	462	96.9
9000	231	84.4

وعلى الرغم من اختلاف الضغط الجوي وضغط الأوكسجين في المرتفعات إلا أن النسبة المئوية للغازات في الهواء تضل ثابتة وعند أي ارتفاع فأن الهواء دائماً يحتوي على 20.95 % أوكسجين و0.03 % ثاني أوكسيد الكاربون و79% نتروجين تقريباً.
وعلى هذا الأساس يمكن تجاهل الغازات الأخرى ويمكن عد الهواء الجوي مكوناً من غازي النتروجين والأوكسجين بالنسب الآتية وعلى التوالي 79 % , 21 % أي أن 4 / 5 الهواء متكون من نتروجين و1/5 من أوكسجين(3).
فللهواء ضغط مقداره 760 مليمتر زئبق كما هو معروف عند مستوى سطح البحر وأن نسبة الأوكسجين إذا كانت 21% كما بينها فأنها تعطي ضغطاً جزئياً مقداره (160 مليمتر) زئبق عند مستوى سطح البحر(4).
أما جنتر لانج فيعبر عن الضغط الجوي ونسبة الأوكسجين بأنه وزن جزيئات الهواء فوق سطح ما في الجو. وأن جزيئات الهواء لها وزن وبعبارة أخرى تسحب جاذبية الأرض هذه الجزيئات نحو سطح الأرض ويمكن لهذا الوزن أن يقاس بواسطة بعض الآلات الخاصة وتختلف هذه الآلات فمنها يعطي قياس الضغط بالمليمترات من الزئبق والأخرى بالرطل على الأنج المربع. ولا ينخفض الضغط الجوي بخط مستقيم أي أنه مقدار انخفاض الضغط من مستوى سطح البحر الى ارتفاع 1000 قدم ولا يساوي الانخفاض بين 2000 قدم و3000 قدم أو لا يساوي 1000 قدم أخرى(5).
والجدول (3) يبين تغيرات الضغط الجوي لكل 1000 قدم وبالتالي يعكس انخفاض الضغط الجزئي للأوكسجين نتيجة هذا الاختلاف المتأثر بالارتفاع عن مستوى سطح البحر(6).

الجدول (3)
تغيرات الضغط الجوي لكل 1000 قدم وفي مختلف الارتفاعات

الأرتفاع	الضغط الجوي	الفرق
60000 قدم	54.1  ملم زئبق	2.7 ملم زئبق
59000 قدم	56.8  ملم زئبق
50000 قدم	78.3  ملم زئبق	4.2  ملم زئبق
49000 قدم	91.5  ملم زئبق
35000 قدم	170.1 ملم زئبق	8.6 ملم زئبق
34000 قدم	178.7 ملم زئبق
25000 قدم	281.8 ملم زئبق	12.6 ملم زئبق
24000 قدم	294.4 ملم زئبق
15000 قدم	428.8 ملم زئبق	17.6 ملم زئبق
14000قدم	446.4 ملم زئبق
10000 قدم	522.6 ملم زئبق	20.6ملم زئبق
9000 قدم	543.2 ملم زئبق
2000 قدم	706.6 ملم زئبق	26.3 ملم زئبق
1000 قدم	732.9 ملم زئبق
سطح البحر	760.0 ملم زئبق

لهذا علينا أن نلم ببعض قوانين الغازات الأساسية لأن غازات الجسم والجو تعتمد على هذه القوانين.

قانون دالتون

يشرح هذا القانون أسباب إصابة الإنسان بنقص الأوكسجين إذا تعرض الى ضغط جوي منخفض وينص هذا القانون على ((الضغط الكلي لخليط من الغازات يساوي مجموع الضغوط الجزئية للغازات المكونة لذلك الخليط))(7).
ويشرح حسابياً كما يأتي:
الضغط الكلي = الضغط الأول + الضغط الثاني + الضغط الثالث + الخ

إذ نجد أن الهواء الجوي خليط من غازات النتروجين والأوكسجين وثاني أوكسيد الكاربون وكميات ضئيلة جداً من غازات أخرى. أن الضغط الكلي= 760 ملم زئبق واستنادا الى قانون دالتون فأن هذا الضغط يساوي مجموع ضغط الغازات وهذا ما يؤكده هاشم الكيلاني ((من أن الضغط الكلي للمزيج عبارة عن حصيلة الضغوط الجزئية للغازات منفردة))(8).
من خلال ذلك نجد أن هذا المعنى يدل أن كل غاز يبذل تلك النسبة المئوية من الضغط الكلي فمثلاً يبذل غاز النتروجين 78.9% من الضغط الكلي.
إذن = 593.4 ملم زئبق
وغاز الأوكسجين = 159.2 ملم زئبق
760 X 0.97
وتبذل بقية الغازات وبخار الماء = 7.4 ملم زئبق
فالضغط الكلي = 593.4 + 159.2 + 7.4 = 760 ملم زئبق

أما الضغط الكلي الذي يساوي 760 ملم زئبق كما ذكرنا فان هذه الضغوط تختلف داخل الرئتين عن الهواء الجوي عند مستوى سطح البحر إذ ((يكون الأوكسجين 14 % وثاني أوكسيد الكاربون 5.5 – 6 % و 80% نتروجين و 47% بخار الماء))(9).
ولو عملنا الشرح نفسه للضغط الجوي لتمكنا من الوصول الى أن:(10)
14 % أوكسجين = 100 ملم زئبق
5.5 – 6 % ثاني أوكسيد الكاربون = 40 ملم زئبق
80% نتروجين = 573 ملم زئبق
بخار الماء المشبع = 47 ملم زئبق
المجموع 760 ملم زئبق

قانون انتشار الغازات

تظهر جزيئات الغاز حركة سريعة عشوائية، تتناسب سرعتها مع درجة الحرارة والكثافة والضغط، فجزيئات الغاز ذو الضغط العالي نشيطة الحركة جداً ولهذه الجزيئات قابلية الهجرة الى مناطق حركة جزيئاتها أقل نشاطاً نسبياً (مناطق الضغط الواطئ) فحركة الغازات من مناطق الضغط العالي الى مناطق الضغط الواطئ تسمى بالانتشار(11).
ويعتقد الباحث أن الأهمية الفسلجية لهذا القانون هي كيفية انتقال الغازات مثل الأوكسجين وثاني أوكسيد الكاربون من مناطق الضغط العالي ومناطق التركيز العالي الى مناطق ضغط منخفض من خلال أغشية الحويصلات الرئوية والشعيرات الدموية في أثناء التبادل الغازي.

 

أثر الضغط الجوي المنخفض في العمليات الوظيفية

يبلغ مقدار الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر 760 ملم زئبق كما بينا سابقاً وهـذه (760 ملم) هي مجموع الضغوط للغازات التي يتكون منها الهواء الجوي. أما إذا أنخفض هذا الضغط عن طريق الارتفاع فوق مستوى سطح البحر أو بواسطة تخفيض الضغط داخل الغرفة البارومترية الخاصة فأنها تؤثر في كفاية الإنسان البدنية مع تزايد انخفاض الضغط الجوي الذي يسبب انخفاض الضغط الجزئي للأوكسجين الذي يعد العامل الأساسي الذي يؤثر في الإمكانيات الجسمية الوظيفية وهو عامل قلة الأوكسجين في الدم.
ويؤدي هبوط فاعلية الضغط الجزئي للأوكسجين في الدم إلى تقليل تبادل الأوكسجين بين الشعيرات الدموية والأنسجة ونتيجة ذلك تنخفض كفاية نقل الأوكسجين إلى الأنسجة وتقل سرعة عمليات الأكسدة.
وأن الضغط الفعلي لغاز الأوكسجين داخل الحويصلات الرئوية هو أكثر العوامل أهمية في التأثر بانخفاض الضغط الجوي ويمكن معرفة هذا الضغط اعتمادا على قانون دالتون للغازات الجزئية الذي تم توضيحه في هذا الفصل إذ أن الضغط الجزئي النهائي لغاز الأوكسجين في الحويصلات يساوي 100ملم زئبق بعد التعديلات المتعلقة ببخار الماء وثاني أوكسيد الكاربون واستنادا إلى قانون أنتشار الغازات ستحاول الغازات المختلفة الضغوط والمنفصلة عن بعضها أن تتساوى ضغوطها , وستنتقل الغازات في مناطق الضغط العالي إلى مناطق الضغط الواطئ حتى يتم التعادل وأن الضغط الجزئي للأوكسجين في الحويصلات على سطح البحر يساوي 100 ملم زئبق وأن النسبة المئوية لتشبع الهيموكلوبين 98% وهذه القيمة الطبيعية للأسنان، فاذا انخفضت هذه النسبة المئوية للتشبع سيؤدي ذلك إلى حدوث حالة نقص الأوكسجين في الدم والخلايا والأنسجة إلى درجة كافية تؤدي إلى عطل وظائف الجسم . تعتمد كمية الأوكسجين التي تنتقل خلال غشاء الحويصلات إلى الدم أساساً على ضغط الأوكسجين في الحويصلات وعلاقتها بضغط الأوكسجين بالدم كما قلنا ويسمى هذا بالاختلاف الضغطي. ويمكن فهم كيفية حدوث نقص الأوكسجين بانخفاض الضغط الجوي بمقارنة ضغط الأوكسجين بالحويصل مع الاختلاف الضغطي والنسبة المئوية لتشبع الهيموكلوبين في مستوى سطح البحر مع هذه العوامل نفسها في انخفاضات للضغط الجوي في غير مستوى سطح البحر.

---

المصادر:
(1) Felixp suslon: Basic principles of training at high altitude , new studies athletics printed by multiprint – maoaco ,1994 . p . p 15 . 16.
(2) بهاء الدين ابراهيم سلامة: فسيولوجيا الرياضة والأداء البدني (لاكتات الدم) , القاهرة , دار الفكر العربي , 2000, ص258 .
(3) GEORGE . A & OTHERS : EXEVCISE BHYSIOLOY HUMAN BIOENEGETICS & ITS APPLICATION,USA,1984.P242
(4) عمار قبع : الطب الرياضي , مطابع جامعة الموصل , دار الكتب , 1989 , ص137 .
(5) Glunter Iange : High altitude training , new studies , printed by multiprint – monaco 1994 , p23.
(6) Ilea popov : the pros & cons of altitude training , monato , new studies in athleticd , the international amatenr athletic federation , 1994 , pp 15 – 16
(7) Manfred Reiss : methodology of altitude training for endurance ,new studies in athletics , printed by burg verlag gastinger stolber , Germany , November , 1999 p. 18
(8) هاشم الكيلاني : الأسس الفسيولوجية للتدريبات الرياضية , الإمارات المتحدة , مكتبة الفلاح للنشر والتوزيع , 2000, ص284 .
(9) Christiane. Ayotte : nutiritional subblewents & doping controls of altitude training of endurance sports,new studies in athietics, printed by burg 1998 p.15
(10) جسي . أج . كرين , ترجمة ظافر إبراهيم الياسين : أسس الفسلجة السريرية , مطابع دار بغداد , 1986, ص238
(11) R enato canova : altitude acclimatization , printed , Sweden , 1998 ,p.p443.