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ヘリオックスは、ヘリウム（He）と酸素（O₂ ）の混合ガスで、呼吸ガスとして用いられます。この混合ガスは、肺の気道を通過する際に大気よりも抵抗が少ないため、呼吸困難のある患者の治療に用いられます。そのため、患者は肺への吸気と呼気に必要な労力を軽減できます。また、高圧下でも麻酔作用がなく、呼吸に必要な労力も少ないため、深海潜水用の呼吸ガスとしても使用されています。
ヘリオックスは1930年代から医療に使用されており、当初は上気道閉塞の症状を緩和するために医療界で採用されましたが、その後、主にガスの密度が低いことから、医療用途の範囲は大きく拡大しました。[ 1 ] [ 2 ]ヘリオックスは飽和潜水や、テクニカルダイビングの深度段階でも使用されることがあります。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
中気道疾患（クループ、喘息、慢性閉塞性肺疾患）にもヘリオックスが使用されることがある。最近の試験では、ヘリウムの濃度を低く（40%未満）することで酸素濃度を高くすると、上気道閉塞に対しても同様の有益な効果が得られる可能性が示唆されている。 [ 6 ]
これらの状態の患者は、呼吸困難（息切れ）、低酸素血症（動脈血中の酸素含有量が正常値より低い）、そして最終的には疲労による呼吸筋の衰弱など、さまざまな症状を発症する可能性があり、呼吸不全につながり、挿管と人工呼吸器が必要になる場合があります。ヘリオックスはこれらの影響をすべて軽減し、患者の呼吸を楽にする可能性があります。[ 7 ]ヘリオックスは、人工呼吸器からの離脱や、特に高齢者向けの吸入薬のネブライザー投与にも有用であることがわかっています。[ 8 ]また、麻酔の投与にヘリウムと酸素の混合物を使用することの利点も研究で示されています。[ 9 ]
医学においては、ヘリオックスとは、酸素21％（空気と同じ）とヘリウム79％の混合物を指す場合があるが、他の組み合わせ（70/30や60/40）も存在する。
ヘリオックスは空気よりも気道抵抗が少ないため、肺を換気するために必要な機械的エネルギーが少なくて済みます。[ 10 ]「呼吸仕事量」（WOB）は、次の2つのメカニズムによって減少します。
ヘリオックス20/80は酸素よりも1.8倍速く拡散し、酸素流量計からのヘリオックス20/80の流量は酸素の通常の流量の1.8倍である。[ 11 ]
ヘリオックスは空気とほぼ同じ粘度ですが、密度は著しく低くなっています（標準状態（STP ）で0.5 g/Lに対し、空気は1.25 g/L ）。気道を通るガスの流れは、層流、遷移流、乱流から構成されます。それぞれの流れの傾向はレイノルズ数で表されます。ヘリオックスの低密度はレイノルズ数を低くし、したがって、どの気道でも層流になる確率が高くなります。層流は乱流よりも抵抗が少ない傾向があります。
気道が細く、流れが層流である場合、抵抗はガスの粘度に比例し、密度とは関係がないため、ヘリオックスの効果は小さい。ハーゲン・ポアズイユの式は層流抵抗を表す。一方、気道が太く、流れが乱流である場合、抵抗は密度に比例するため、ヘリオックスの効果は大きい。
ヘリオックスは1930年代初頭から医療に用いられてきました。気管支拡張薬が登場する以前は、急性喘息の治療の主軸でした。現在では、ヘリオックスは主に大気道狭窄（腫瘍や異物による上気道閉塞、声帯機能障害など）の治療に用いられています。
ヘリウムで希釈した呼吸ガスは、不活性ガス酔いの影響を排除または軽減し、深度でのガス密度の増加による呼吸仕事量を減らすために使用されます。1960年代から、フランスのエンジニアリングおよび深海潜水作業を専門とする企業COMEXが運営する高圧実験センターにより、数十年にわたり、 45～610 m (148～2,001フィート)でヘリウムを使用した飽和潜水生理学研究が行われました。[ 12 ]ヘリウムは高価であるため、[ 13 ]深海飽和潜水ではヘリオックスが最もよく使用されます。また、特にリブリーザーを使用するテクニカルダイバーによって使用されることもあります。リブリーザーは、オープンサーキットスキューバよりも深度での呼吸ガスをはるかに節約できます。ヘリオックス混合物の使用はヘリオックス潜水として知られており、混合ガス潜水のサブカテゴリーであり、単にガス潜水としても知られています。[ 14 ]
潜水用混合ガス中の酸素の割合は、潜水計画の最大深度によって異なりますが、多くの場合低酸素状態であり、10%未満になることもあります。各混合ガスは、ガス混合技術を用いて個別に調合されます。この技術では、低圧の酸素ボンベやヘリウムボンベから、ブースターポンプを使用して、一般的な潜水用ボンベの圧力である200～300バール（2,900～4,400psi ）まで加圧することがよくあります。
ヘリウム酸素中では空気中よりも音が速く伝わるため、声のフォルマントが高くなり、ダイバーの話し声は非常に高音になり、聞き慣れていない人には理解しにくくなります。[ 15 ]水上職員は、通信機器を介して中継されるダイバーの声のピッチを電子的に下げて理解しやすくする「ヘリウムデスクランブラー」と呼ばれる通信機器をよく使用します。
トライミックスは、深海潜水用のヘリオックスよりも安価な代替手段であり、計画された深度に対して窒素酔いとガス密度を許容レベルに制限するのに十分な量のヘリウムのみを使用します。[ 16 ]トライミックスはテクニカルダイビングでよく使用され、プロのダイビングでも使用されることがあります。
2015年、米国海軍実験潜水部隊は、トリミックスを使用したバウンス潜水からの減圧は、ヘリオックスを使用した潜水よりも効率的ではないことを示した。[ 17 ]