감압다이빙의 예술

 

감압 다이빙의 예술: 사실과 허구 그리고 마술

( The Art of Decompression Diving : Fact, Fiction and Voodoo )

------------------------------------------------by Kevin Gurr, IANTD ITT #9

IANTD 󰡒��Nitrox Diver󰡓�� 志 Vol 99-3에서 발췌

이 글을 쓰는 취지는 너무 깊은 과학적인 접근없이 혼합 가스를 사용한 다이빙에 있어서 감압의 실제적인 요소들을 다루기 위함인데 이렇게 함으로써 불필요한 혼란을 피하고 과학이 계속 발전하고 있기 때문에 다른 해석 방법이 나올 수 있다는 것을 반영하는 의미가 되기도 한다.

수년동안 감압 다이빙의 과학이 민간인-할데인(Haldane) 같은 개척자 -의 초창기 실험을 통하여 발전되어 왔지만 이것은 레크레이션 시장에서도 폭넓게 수용될 만큼 효과적인 시험이었다고 인식되고 있다.

최근에 스포츠 다이버들이 나이트록스(Nitrox)와 트라이믹스(Trimix) 같은 "색다른" 가스 혼합물에 접촉하고 있는데 특히 트라이믹스는 불만 교수(Professor Bulmann)에 의해 개발된 알고리즘의 발전으로 깊은 수심의 다이빙에 우선적으로 사용되고 있다.

수년간의 연구에 의해 어떠한 다이빙 프로파일이라도 거기에 사용된 가스의 감압 프로파일을 예측할 수 있게 하는 다양한 감압 󰡒��모델󰡓��을 발견하게 되었다. 이 모델들은 일련의 이론에 바탕을 두고 감압병의 위험과 예방을 설명하기 위해 노력하고 있다.

감압 메카니즘의 많은 부분이 이해되고 있지만 아직도 알려지지 않은 부분이 많이 있다. 우리가 하강할 때 인체는 가스를 흡수한다. 고전적인 감압 모델의 해석에 의하면, 우리 인체는 일련의 󰡒��구획󰡓��으로 나누어지는데 이 구획들에서 일정 비율로 가스가 흡수되고 배출된다는 것이다. 만약 인체가 충분히 오랫동안 압력하에 있다면 어느 구획에 있는 가스라도 그 가스의 부분압은 결국엔 우리가 호흡하는 혼합물의 동일한 가스의 부분압과 같아지게 될 것이다. 이 현상은 󰡒��포화(saturation)󰡓��라고 알려져 있다.

상승할 때 가스는 구획내에서 팽창한다. 이때 가스 팽창이 도달할 수 있는 한계는 󰡒��과압󰡓��상태에서 가스가 용해 상태에서 벗어나 기포를 형성하고 잠재적으로 상해를 일으키는 수준의 전 단계까지 구획이 견딜 수 있는 양에 의해 결정된다. 과압에 대한 이 현상은 󰡒��과 포화(supersaturation)󰡓��로 알려져 있다. 어떤 수심에서 한 구획이 1bar 의 부분압으로 포화된다면 이론적인 상해의 발생없이 1.5bar의 과포화(압력의 감소로 인하여 구획내의 가스가 팽창하여 장력이 1.5bar가 된다)가 될 수 있다. 이러한 감압 한계를 빠르게 지나가 버리면 가스는 용해 상태에서 벗어나 기포가 형성된다. 감압정지에 소요되는 시간의 길이는 구획이 새로운 안전한 수준- 어떠한 변화에도 과도한 가압이 발생하지 않는-에 도달하는 시간에 의해 결정된다. 어떤 컴퓨터는 3m로 수심이 고정된 감압보다는 완만한 감압 프로파일을 지시하는데 이것은 󰡒��곡선 비행(flying the curve) 󰡓��으로 알려진 완곡한 방법으로서 점진적으로 상승을 증가시키는 것이다.

이론적으로 압력 변화의 한계내에서 감압이 실행된다면 그것은 안전한 것인데 여기서 󰡒��안전하다󰡐��는 것은 벤즈에 걸리지 않는다 는 것이 아니라 단지 치료가 필요한 명확한 징후가 없다는 것이다. 감압의 안정성을 말해주는 좋은 지침은 다이빙후 우리가 느낄 수 있다는 것이다. 다이빙 후의 피로(고전적인 감압병 징후가 아니다)는 잠재적인 감압병의 징후이다.

그러나 포화 모델 이론에 의한 기포의 조절은 분명 충분치 못한 것이다. 인체에서 심장관에서의 공동 현상의 결과로 기포가 발생한다는 증거가 있다. 기포는 미세핵의 형태를 가지는데 이것이 다이빙중 가스를 흡수하고. 상승중에 과도한 압력 변화(이 결과로 인한 기포 형성)가 발생하지 않더라도 팽창한 핵이 자체적으로 기포를 형성할 수 있다.

 

폐포내에 갇혀있는 가스를 인체내에서 제거하는 가장 이상적인 방법은 기포가 어떤 크기로 되는 것이다. 기포의 크기가 너무 작다면 기포는 폐를 통과하여 순환계의 동맥에 다다른다. 상승을 계속하게 되면 기포 팽창이 증가하고 중추신경계에 과도하게 기포가 형성되며 감압병이 발생하게 될 것이다.

따라서 이런 작은 기포들을 어떻게 관리해야만 깊은 수심에서의 혼합 가스 다이빙의 경우에 최적의 감압에 도달할 수 있을까? 필요한 것은 여러 가지 감압 모델의 조합일 것이다.

미세 기포의 관점에서 본다면, 계획된 첫 번째 감압 과정전에 짧은 감압 정지를 함으로써 다이빙 후의 피로 증상을 줄일 수 있는데 이것은 미세 기포의 성장이 조절될 수 있다는 것을 의미한다. 몇몇의 생리학자들은 이러한 깊은 수심 정지(deep water stop)와 그 지속 시간을 예측하려 노력하고 있다. 자신들의 경험이 실제로 효과적이라고 믿는 극한의 다이버들이 많이 있지만 의학적으로 검증된 어떠한 알고리즘도 아직 없다 . 이렇게 깊은 수심 정지(deep water stop)를 시행하는 것은 현저하게 상승비를 줄일 수 있는 효과가 있다. 몇몇의 고전적인 모델들은 단지 즉각 상승하여 첫 번째 감압을 하도록 하는 바닥 시간(bottom time)의 한계를 명시하고 있다. 최근의 연구에 의하면 급상승은 어떠한 형태이든지 나쁜것이며 깊은 수심 정지(deep water stop)와 병행하여 10 m/min 이하의 상승비가 적절하다고 말하고 있다

그렇다면 깊은 수심의 트라이믹스 다이빙의 경우는 어떠한가?

헬륨은 트라이믹스의 주 성분인 질소보다 󰡒��빠른󰡓�� 가스이다. 대부분의 트라이믹스 다이빙에서는 질소 마취를 극복하려고 높은 비율의 헬륨을 사용한다. 용해비 때문에 헬륨은 질소보다 짧은 바닥 시간(bottom time)이 허용된다. 그렇기 때문에 트라이믹스 다이빙시 바닥 시간 (bottom time)의 한계에 이르렀을 때 질소보다는 헬륨이 더 많이 용해되어 있다. 결과적으로 감압의 첫 단계는 헬륨을 제거하도록 설계되어 있다. 헬륨은 감압병의 관점에서 보면 󰡒��호의적인󰡓��가스로 알려져 있다. 이것 때문에 대심도 공기 다이빙이나 헬륨+공기(낮은 헬륨 비율/높은 마취 효과)의  다이빙에 높은 비율의 헬륨을 사용하게 된다.

이렇기 때문에 깊은 수심의 트라이믹스 다이빙시 감압은 2가지 방법으로 시행된다. 첫 번째는, 감압중일 때 사용되는 호흡 가스는 헬륨이 아주 적은 혼합 가스로 대체될 수 있다. 그러면 헬륨은 탈-기화(off-gassing)가 발생하게 된다. 만약 헬륨이 적은/거의 없는 가스로 호흡한다면 질소는 다시 인체의 여러 구획에 용해될 것이다. 가스 교환 수심 또는 어떤 프로파일을 선택하는가에 따라서 전체적인 감압을 길게 할수도/없을 수도 있게 된다. 그러나 이 교환 수심의 한계가 명시되어 있다면 다른 방법을 찾아야 한다. 두 번째는 호흡에 사용되는 혼합 가스는 적절하게 높은 산소 분압을 유지해야 한다는 것이다. 일반적인 산소 분압의 범위는 1.0 ~ 1.6 bar 로 유지되어야 한다. 공기를 예로 들어보자. 공기는 약 37m에서 산소 분압이 1.0 bar가 된다. 따라서 깊은 수심에서의 감압에 사용된다면 37m 수심에서 산소 비율이 더 많은 가스로 교체되야 한다는 것이다. 다시 말해서 산소 분압을 높게 유지하면 감압 과정 동안 우선적으로 질소의 탈- 기화(off-gassing) 비율을 가속시킨다는 것이다.

산소는 생명 유지 가스이며 신진 대사의 중심이다. 산소 중독의 한계내에서 유지된다면 높은 산소 분압의 가스를 사용하여 효과적인 감압 프로파일을 만들 수 있다.

아주 깊은 수심에서의 다이빙에서는 조정된 트라이믹스 혼합 가스가 사용되는데 많은 장점이 있다. 첫째, 앞에서 언급되었던 수준까지 산소 부분압을 유지한다. 두 번째, 이 혼합 가스는 질소 마취를 저지한다. 셋째, 헬륨 레벨을 감소시켜서 잠수중 포화된 높은 수준의 헬륨을 제거하게 한다. 중요한 질문은 어디에 이러한 중간 레벨의 트라이믹스 개념이 사용되었냐 하는것인데 여기엔 몇가지 이론이 있다.

 

어떤 잠수 연구 그룹에서는 바닥에서 사용되는 혼합 가스를 21m 정도의 얕은 수심까지 사용하고 그다음, 깊은 수심 정지(deep water stop)에 낮은 산소 분압 가스가 사용될 경우에 발생할 수 있는 질소의 기화를 피하고 감압을 완료하기 위해 높은 분압의 산소로 교환하여 사용할 것을 주장한다. 실제적으로 이 이론은 너무 많은 질소가 기화되는 문제에 부딪치는데, 다이버를 높은 수준의 헬륨 분압에 노출되게 하며 이것은 자체적으로 감압병의 징후를 일으킨다. 이와 같이 얕은 수심에서 높은 산소 분압의 혼합 가스를 이용하는 트라이믹스의 사용에 있어서 생길 수 있는 질문은 감압병의 예방에 대한 것보다는 󰡓��과연 치료할 수 있는가󰡓�� 이다.

앞에서 좋은 감압이란 아마도 두가지 이론-용해 모델과 기포 메카니즘-의 조합이다 라고 말한적이 있다. 앞에서 언급된 가스 교환 개념은 실제 감압 과정에서 문제를 일으키는데 이러한 문제를 해결하기위해  얕은 수심에서 높은 비율의 산소를 사용하여 감압을 시행한다.

이 방법 이외에 다이버에게 잠재적인 스트레스를 주지않는 다른 방법이 있을까?

아마도 있을 것이다 ! 적절한 산소 분압과 불활성 기체 교환, 그리고 기포 메카니즘을 조합하면 다음과 같은 사항을 관찰할 수 있다.

인체내에 미세 기포 핵이 발생했다고 가정하자. 이것들은 다이빙 동안 가스를 흡수한다. 이러한 핵의 팽창을 조절하기 위해 깊은 수심 정지(deep water stop)가 적용된다. 알고리즘이 미약할 경우 바닥 수심과 첫 감압 정지 수심을 이등분하고 그 수심에서 1-2분간 정지하는 것(주: deep water stop 깊은 수심 정지)이 적용될 수 있다. 만약 깊은 수심 정지(deep water stop)로 인하여 미세 기포 발생이 멈추는 수심과 실제적인 첫 감압 정지 수심사이가 10m 보다 크면 이러한 과정은 반복된다. 그러면 미세 기포는 조절 가능하게 된다.

이제 산소에 대해 언급해 보자. 질소 마취의 관점에서 볼 때 트라이믹스 혼합물의 산소 분압이 1bar가 되는 수심이 너무 깊지 않으면 공기나 나이트록스(중독이 없는 한계내에서)의 사용이 적합하다. 산소 분압이 1bar 또는 그이상인 경우에 비해서 새로운 호흡 가스의 증가된 질소 비율(51m 이하 수심에서 사용된다면) 때문에 발생하는 문제는 훨씬 적어진다. 수심이 아주 깊다면 마취의 문제를 극복하기 위해 높은 산소 분압(최대 1.6bar)과 낮은 헬륨비율의 트라이믹스가 사용되어진다.

헬륨 비율이 적은 새로운 가스의 경우는 탈-기화 기울기(off-gassing gradient)가 적용된다.인체내의 어떤 구획이 질소를 포함하고 있어도 깊은 수심 정지(deep water stop)에서의 짧은 시간동안 이것은 문제가 되지 않는다. 다음 단계에 산소 분압을 1.0 ~ 1.6bar범위내에 유지시키기 위해 산소 분압을 증가시키고 가스 교환을 하여 산소 중독을 조절한다. 산소 분압을 증가시키면 질소 분압은 감소하게 되어 적절한 탈-기화(off-gassing) 프로파일이 지속된다.

이것으로 모든 것이 완료되었는가? 아마도 그렇지 않을 것이다. 깊은 수심 정지(deep water stop)가 기포 성장을 억제하고 가스 교환이 기포가 용해 상태에서 벗어나는 것을 막는다 하더라도 얕은 수심에서 또다시 미세 기포가 문제가 될 것인가? 아마도 그럴 것이다 ! 한계 수심은 21m에서부터 시작된다 (이 수심은 사용중인 트라이믹스를 높은 산소 분압의 나이트록스로 교환하는 수심과 우연히 일치한다). 실제 경험을 보면 이 지점에서 6m 수심 사이에서 감압을 조금 연장하는 것이 효과적이었다.

가스 교환이 생리학적으로 적응되기 위해서는 시간이 필요하고 각각의 가스 교환 시점에서 1-2 분간의 짧은 정지 시간이 요구된다는 것은 또다른 중요한 의미를 갖는다.

이와 더불어 다이빙 마지막에 최소 4-6m에서 감압을 한다는 것은 얕은 수심에서의 기포 성장 문제와 과포화를 줄이게 하고 전체적인 과정에서 산소 수용을 조절할 수 있게 한다.

- 기포에 대한 최종적인 언급

공기 다이빙의 경우 수일동안의 재잠수는 불활성 가스의 잔류양을 발생시킨다. 공기 다이빙의 경우와는 달리 헬륨 비율이 높은 트라이믹스 다이빙의 경우에는 포화된 헬륨이 다이빙 완료전에 충분히 배출되고 질소는 작은 양만 남게되며 헬륨 잔류양은 빠르게 줄어든다. 포화 모델의 관점에서는, 특히 전체 다이빙 일정이 상대적으로 짧은 경우에 재잠수시 미리 포화된 양이 없다고 가정하는 것이 타당하다. 이것은 레크레이션 목적의 트라이믹스 사용 범위(50~80 m)에서 명확히 유효하다.

기포의 경우는 어떠한가? 인체가 자연적으로 미세핵을 생성하는 동안 규칙적인 감압이 그것을 없애고 기포가 재생성되는 시간을 주지 않아서 재잠수의 경우에 예상되는 양을 감소시킨다. 기포의 관점에서 볼 때 몇일간의 재잠수 동안 이것은 효과적일까?

- 산소에 관한 문제

아마도 산소는 모든 문제에 해답이 되고 그 양이 많을수록 좋다고 여기지만 꼭 그렇지는 않다. 산소는 독성이 있고 마취 작용이 있으며 일시적인 벤즈를 일으키고 혈관 수축을 유발하기도 한다. 이것은 다이버인 우리에게 어떤 의미인가?

산소는 잠재적인 마취 효과가 질소의 2배이다.

통상의 운영 범위(0.21 ~ 1.6bar) 에서는 산소 마취는 문제가 되지 않는다. 이 범위에서는 높은 분압의 질소가 우선적으로 문제가 된다.

산소의 혈관 수축 작용은 잘 알려져 있다. 혈관 수축으로 혈유양이 감소하여 20%까지 탈-기화(off-gassing)가 감소하는 결과가 온다. 그러나 이것은 산소분압이 2.0bar를 초과한 경우에만 명백히 문제가 된다. 혈관 수축의 결과로는 압박으로 인한 산소 분압 증가로 자체적으로도 경련을 유발시킬 수 있다는 것이다.

그렇다면 산소 경련은 어떻게 조절할 수 있을까?

산소 중독 정도를 표시하기 위하여 중추신경계의 산소 축적양을 계산하는 방법이 레크레이션 다이버에게 소개되어 왔고 이것은 레크레이션 혼합 가스 다이빙에도 적절하다. 그러나 깊이,오랫동안 노출되었다면 다른 조절 방법이 필요하게 된다. 몇가지 일반적인 지침을 소개하면,,,

* 모든 다이빙 관련 문제를 치료하려면 수분을 유지한 상태여야 한다.

* 챔버 치료에서 25분 산소 호흡마다 5분의 공기 호흡을 사용하면 징후 발생을

   감소 시킬  수 있다.-이것은 단순히 산소 호흡이 중지된 경우와 이론적으로

   중추신경계 노출값이 150% 를 초과한 경우에도 적용된다.

* 1.4bar 이하의 범위에서 산소 분압을 증가시켜서 감압을 시행해야 한다

* 높은 산소 분압의 감압중에는 과도한 운동없이 휴식을 취해야 한다.-이렇게

  함으로써 이  이산화탄소 레벨이 감소하며 혈유량과 산소양의 증가로 인한 산소

 경련 징후를 미리 감지할 수 있게 된다.