تاریخچه استفاده از گاز هلیوم

تاریخچه استفاده از گاز هلیوم

نام هلیوم از واژه یونانی هلیوس به معنای خورشید گرفته شده است. این عنصر در صدر ستون گاز های نجیب در گروه هجدهم جدول تناوبی قرار دارد. در سال 1895 ویلیام رامزی، شیمیدان بریتانیایی، اولین کسی بود که توانست هلیوم را جداسازی کند. طی جنگ جهانی اول از هلیوم به عنوان گاز بالابرنده غیر آتشگیر برای پر کردن بالن ها استفاده می کردند. به دلیل داشتن ویژگی های فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد، هلیوم دارای کاربرد های متعدد و در حال گسترشی در حوزه پزشکی شده است. بی اثر بودن و عدم واکنش پذیری آن یکی از مهم ترین ویژگی های آن است.

خواص فیزیکی و شیمیایی هلیوم

هلیوم سبک ترین عنصر گروه گاز های نجیب است. رنگ و بو و مزه ندارد و برخلاف بسیاری از گازها که دو اتمی هستند، ترکیب تک اتمی دارد. هلیوم هم غیر سمی است و هم کاملاً بدون واکنش پذیری. نقطه ی ذوب و جوش هلیوم از هر عنصر دیگری کمتر است. هلیوم پس از هیدروژن نیز کمترینن چگالی را دارد. این عنصر خیلی نزدیک به گاز ایده آل رفتار می کند. هلیوم در حدود 4 درجه کلوین مایع می شود و خواص آن به طرز چشمگیری تغییر می کند و به ابر مایع مبدل می گردد.

فراوانی و تولید هلیوم در کره زمین

هلیوم به عنوان دومین عنصر فراوان در جهان شناخته شده و رتبه ی اول متعلق به هیدروژن است. اما مقادیر آن در جو زمین بسیار ناچیز است و استخراج آن از هوا مقرون به صرفه نخواهد بود. عمده هلیوم موجود در کره زمین ار فروپاشی رادیاکتیو عناصر سنگین تر (ذرات آلفا) تولید می شود و در میدان های گاز طبیعی محبوس است. هلیوم را از طریق روش تثطیر جزء به جزء از گاز سبیعی استخراج می کنند.

اثرات فیزیولوژیکی هلیوم

گاز هلیوم از نظر فیزیولوژیکی کاملاً بی اثر است. این گاز سبب ایجاد حساسیت در راه های تنفسی نمی شود ولی می تواند صدای افراد را تغییر دهد. هلیوم باز نازک و جیغ شدن صدای افراد می شود.

این پدیده گاهی خطر آفرین می شود و افراد را دچار کمبود اکسیژن می کند که در موارد شدید منجر به مرگ خواهد شد.

کاربرد های هلیوم در پزشکی

هلیوم چند کاربرد مهم در پزشکی دارد. همه ی کاربرد های هلیوم در پزشکی به علت خواص ویژه ی فیزیکی و شیمیایی آن از قبیل نقطه جوش پایین، چگالی کم، انحلال پذیری کم، هدایت حرارتی بالا و بی اثر بودن آن است.

درمان مشکلات تنفسی

برای تنفس هوا درون ریه های انسان جریان پیدا می کند. هر چه چگالی این هوا کمتر باشد راحت تر در مسیر های تنفسی حر کت می کند. این موضوع برای بیمارانی که دچار مشکلات تنفسی و انسدادی هستند بسیار اهمیت دارد. ترکیب هلیوم با اکسیژن باعث می شود، اکسیژن راحت تر در مسیر های تنفسی حرکت کند.

هلیوم سبب کاهش تنش در تنفس میشود، کارایی تنفسی را بالا می برد و سبب طبیعی شدن pH می گردد و حذف CO2 از ریه ها را تسریع می کند. هلیوم سبب می شود داروهایی که به صورت تنفسی وارد ریه می شوند، بهتر اثر کنند. در این راستا ترکیب دو گاز هلیوم و اکسیژن با نام تجاری هلیوکس در بازار عرضه می گردد.

هلیوم در تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI)

برای حفظ حالت ابر رسانایی، دستگاه های MRI باید خنک نگه داشته شوند. برای این منظور هلیوم مایع با دمایی در حدود 4 درجه کلوین بهترین گزینه به شمار می رود.

تصویربرداری MRI از نقاط مختلف بدن برای برخی از تشخیص های پزشکی حیاتی است. به همین دلیل است که نبود هلیوم بزرگترین ضربه را در این بخش از پزشکی وارد خواهد کرد.

هلیوم در لاپاروسکوپی و آزمایش ریه

از هلیوم در آزمایش عملکرد ریه نیز استفاده می کنند. در لاپاروسکوپی گاز کربن دی اکسید به دلیل قیمت کم در سال 1960 مورد بهره برداری قرار گرفت. اما این گاز خطر آمبولی را در پی دارد و از طریق غشاء جذب می گردد. کربن دی اکسید می تواند درد های شکمی را نیز افزایش دهد. هلیوم به عنوان جایگزینی برای کربن دی اکسید معرفی شده است و مضرات ان را ندارد و می تواند سبب انجام جراحی ایمنی شود. البته انحلال هلیوم در خون نسبت به کربن دی اکسید 50 برابر بیشتر است. اما، تا کنون گزارشی از خطرات آن به دست نرسیده است.

هلیوم و پلاسمای آرگون در جراحی

از پلاسما برای لخته سازی حرارتی بافت ها استفاده می شود. دستگاه مخصوص این کار از هلیوم یا گاز آرگون استفاده می کند.

کاربرد هلیوم در نشتی یابی

از هلیوم در شناسایی و نشتی یابی خطوط لوله های کوچک در بیمارستان ها استفاده می کنند. زیرا تامین امنیت بیمارستان حیاتی است و کوچکترین نشت گاز باید سریعا مشخص گردد. هلیوم به دلیل چگالی کم و اندازه اتم کوچک قادر است از ریزترین حفرات عبور کند و همچنین به دلیل اشتعال ناپذیر بودن و عدم واکنش دادن از آن برای نشتی یابی بهره می گیرند.

از هلیوم در کنترل کیفی آمپول ها و لوله های تزریقی و … نیز استفاده می کنند.

هلیوم در غواصی عمیق

هلیم در غواصی عمیق کاربرد ویژه ای دارد زیرا در عمق بسیار زیاد آب، فشار وارد شده بر قفسه سینه ی غواص بسیار بالا می رود و در این زمینه استفاده از گاز های دیگر به عنوان گاز تنفسی مشکل ساز خواهد بود. برای مثال نیتروژن در فشار های بالا مانند مخدر عمل کرده و به غواص حس خواب آلودگی می دهد. با جایگزینی نیتروژن با هلیوم در کنار اکسیژن چنین مشکلی رفع خواهد شد. البته هدایت حرارتی هلیوم نسبت به هوا 5 برابر است و از این نظر می تواند کمی خطر آفرین باشد.

لیزر هلیوم نئون

لیزر منبع نوری است که فوتون ها را در یک پرتو منسجم منتشر می کند. از انرژی نور لیزر بر بافت های بدن می تواند برای کاربرد های مختلف پزشکی استفاده نمود. از لیزر هلیوم نئون در شمارش سلول های خونی و انالیز ها و .. استفاده می شود. همچنین لیزر هلیوم-کادمیوم آزماشی های غیر تخریبی را ممکن می سازد.

دیگر کاربرد های هلیوم در پزشکی

از دیگر کاربردهای هلیوم در پزشکی عبارتند از سوانگاری (کرئماتوگرافی) گازی که در آن از هلیوم به عنوان سیال متحرک استفاده می شود و همچنین در پرتو درمانی نیز از یون های هلیوم برای درمان تومور های کوچک بهره می گیرند. کاربرد های هلیوم در پزشکی همه روزه در حال گسترش است.

منبع: تاریخچه استفاده از گاز هلیوم