산소결핍과 유독성가스중독

[atom]

산소결핍과 유독성가스중독

1.1 산소결핍

1.1.1 산소결핍에 대한 생체의 반응

산소부족 상태의 생체 세포 안에서는 유산의 생성량이 증대하므로 혈액은 산성으로 변한다. 이에따라 호흡중추등이 자극되어 호흡심도, 호흡수, 심장박동수의 증가가 일어나게 된다. 이러한 상태에서는 공기를 상대적으로 많이 호흡하여 산소 부족량을 보충하고, 산소함유량이 저하된 혈액을 보다 다량으로 순환시키며, 뇌의 혈관을 확장하여 대량의 혈액을 받아들이기위한 여러가지 보상기구나 기능이 동원된다. 그러나 이와 같은 생리적인 적응의 한계는 산소농도 16% 정도까지로, 이보다 낮은 농도에서는 생체적 보상이 불가능하며, 산소 결핍증상이 나타난다.

인체 중에서 산소 부족에 대하여 가장 민감한 반응을 나타내는 부분은 최대의 산소 소비기관인 뇌이며, 특히 대뇌의 피질이다. 산소 결핍증의 증상은 대뇌피질의 기능저하를 비롯하여, 궁극적으로는 뇌세포 손상에 의한 기능 상실을 거처 죽음에 이르게 된다.

1.1.2 급성 산소결핍

평지의 작업환경에서 나타나는 산소 결핍은 대부분 급격한 저산소 환경의 노출에의하여 예기치 못한 재해를 발생시킨다. 산소결핍증상이 나타나는 산소 농도는 건강상태나 개인차에 따라 다르게 나타난다. 일반적으로 16%정도에서 자각 증상이 나타나고, 저농도가 될수록 증상이 무거워진다. 또 10%이하에서 는 치명적인 위험을 수반한다. 가장 큰 문제는 작업장소에 별도의 표지가 없을 경우, 이 증상이 산소결핍에의한 것임을 알 수 없다는 것이다.

표 1-1 산소 농도 저하에서 산소 결핍증상

		공기		동맥혈
		산소농도 (%)	산소분압(mmHg)	산소 포화도(%)	산소분압(mmHg)
1	증상	16~12	20~90	89~85	60~45
		맥박 및 호흡수 증가, 정신 집중력저하, 계산틀림, 근력저하, 두퉁, 귀울림, 제중지지 불가, 구투할것 같은 느낌, 장시간 작업시 사망가능성 있음
2	증상	14~9	105~68	89~74	55~40
		판단력 저하, 안면 창백, 불안정한 정신상태, 상처의 통증 못느낌, 심한 두퉁, 귀울림, 구토, 당시의 기억이 없음, 체온상승, 전신 근육경련, 의식불명, 질식사 가능성 있음.
3	증상	10~6	70~45	74~33	40~20
		혼란가중, 의식소실, 중추신경장애, 스트로크형 호흡출현, 치아노제, 전면근육 경련, 10분이내 사망.
4	증상	6이하	45이하	33이하	20이하
		실신, 혼수, 호흡 느려짐 -> 호흡정지 -> 심장정지 -> 1 분이내 뇌사.

표 1-1 은 Henderson 과 Haggard 가 산소농도와 증상의 관계를 4단계로 분류한 것에, 공기 중 및 동맥혈 중의 산소 분압값을 추가한 것이다. 이러한 증상은 힘든 노동 중이나 피로할경우 또는 숙취 상태의 경우 더 심해진다. 또 빈혈이나 순환기 장애를 가지고 있는 사람은 2단계 정도에서도 사망할 수 있다.

작업환경에 따라서는 그다지 저농도의 산소가 아니라도, 근력저하에 의해 몸을지지할 수 없다거나, 어지러움 등에 의한 추락,전락, 익사등의 사고가 발생한다. 또한 대외, 기능의 저하에의한 착각, 오조작, 헛디딤, 등의 다른 사고를 유발할 가능성이 매우 높다. 또한 가지 증상이 구토증인데, 구토시 흉부가 하늘을 향한 상태이면, 구토물이 기관지내로 흡입하여 질식사 하는 경우나, 엎드린 자세로 물이 고여 있는 곳에 쓰러져 폐 내에 물을 흡입하여 익사한 것과 같은 결과가 되는 사례도 있다.

1.1.3 무산소 1회 호흡의 위험성

산소 결핍 재해 중에서 환기 불량이 폐쇄적 공간이 아니더라도, 무산소 공기의 1회 호흡이 파국을 초래하는 경우가 적지 않다. 예컨데, 가연성 가스를 질소로 불어낸 후, 탱크 내부를 점검하다가 불어 넣은 질소에 휩쓸려 추락하는 사고가 발생한다.

무산소 공기에 순간적으로 노출될 때 숨을쉬면, 호흡중추를 극단적으로 자극하여 흉곽이 확장되면서 무산소 공기를 토출하는 동작이 불가능하게 된다. 이때 폐 안에 남아있던 산소는 더욱 희석되어 산소분압의 저하를 초래, 폐 모세혈관의 혈중 산소분압이 상승하지 않은 상태에서 그대로 뇌에 운반된다. 산소를 대량 소비하는 뇌에 있어 그 순간 활동을 지지하는 산소분압이 급격히 떨어지기 때문에 즉각적인 기능정지상태가 된다.

이같은 반응은 무산소 공기를 흡입한 후, 적어도 2초 이내에 일어난다. 무산소 공기를 흡인한 경우, 폐포 및 폐정맥의 산소 분압변화는 그림 1-2와 같이 나타난다. 즉, 무산소 공기의 1회 호흡으로 폐정맥혈의 산소분압은 40mmHg 정도로 저하되고, 이 혈류는 1초 이내에 뇌로 도달한다. 뇌의 활동을 유지하기 위한 산소 분압인 60mmHg 을 밑도는 상황이 처하게 된다. 반면 숨을 참는 경우, 미리 폐에 총량 6 리터의 공기를 저장하고 있으므로 혈중산소 분압 전하가 급격히 일어나지 않는다.

1.1.4 소생의 한계화 후유증

중증의 산소결핍에서는 뇌세포가 재생물가능한 상태로 파괴되어 목숨을 잃게 된다. 이때 그 파괴가 대뇌 피질에 나타나기 시작한 단계에서 응급처치에 의한 생명유지가 성공하더라도, 즉각적인 의식 회복이 곤란하게 된다. 珂? 파괴의 정도가 심하지 않은 경우에도 때때로 후유증을 유발한다.

1.1.5 산소분압과 기압의 관계

산소분압(mmHg)은 기압과 산소농도(%)의 곱으로 나타내는데, 동일한 산소 농도에서 산소의 분압은 기압에 비례하게 된다. 갈바니전지 방식의 산소농도계에 나타나는 지시치는 산소가 폐에서 체내에 들어가는 것과 같이 산소분압에 비례한다. 따라서 1기압 하에서 산소 농도로 눈금을 매긴 계측기를 사용할 때 같은 농도라도 기압에 따라 다른 지시치를 나타낸다.

[1-1]

절대기압은 게이지 압력에 1기압을 더한 수치이며, 따라서 대기중에서는 다음과 같은 식에 의하여 보정된다.

[1-2]

1.1.6. 산소 결핍증 발생의 원인

산소는 무색 무취의 가스로, 인간의 감각으로는 산소 결핍 현상을 판단할 수 없기 때문에 산소 결핍증으로 인한 재해를 초래하게 된다. 이와 같은 산소 결핍증에 의한 질식 사고를 막기 위해서는 가스의 측정 및 경보, 환기, 안전위생 교육 등 많은 대책이 확립되어야 하며, 산소 결핍 현상을 유발하는 각종 가스의 성질과 산소 결핍증의 발생 원인을 정확하게 이해하는 것이 중요하다.

공기중의 산소 비율은 표 1-2와 같이 약 21%로 나타나지만 맨홀, 발효 탱크, 곡물 사일로, 우물, 터널 등 환기가 나쁜 장소에서는 미생물의 호흡이나 토양중에 포함된 철의 산화현상, 그리고 동식물의 호흡이나 유기물의 부패 등에 의해서도 산소 농도가 저하된다. 금속의 산화에 의한 산소 결핍 현상은 선박, 탱크, 보일러 등의 밀폐된 철 구조물에서도 빈번하게 발생한다.

표 1-2 공기의 조성 가 스 명

가 스 명	용 적 (%)	가스의 성질
질 소	78.09	불 연 성
산 소	20.95	조 연 성
알 곤	0.93	불 연 성
이산화탄소	0.03	불 연 성

또한, 일반적인 공업 제품이나 농산물 등에 있어서도 품질 향상, 유통비용 저하, 부식 방지 등을 위하여 불연성 가스의 이용이 높아지고 있어, 취급을 소홀히 할 경우에는 산소 결핍의 위험이 따르게 된다. 지하의 토목공사에서 압기 공법을 이용할 경우, 배출된 압축공기 중의 산소가 흙에 함유된 철에 의하여 소비되어 산소 결핍 공기가 만들어지는데, 이 공기가 조건에 따라서는 예상치 못한 장소로 유입되어 재해를 일으키는 일이 있다.

산소 결핍 공기로 인한 재해는 대부분 환기가 나쁜 장소에서 형성되므로, 이러한 장소에서 작업을 수행할 때에는 계속적인 주의를 기울여야 한다. 또한, 드문 일이지만, 통풍이 좋은 옥외에서도 밸브나 배관에서 돌발적인 대량의 가스가 분출되거나 에어라인 마스크의 장착 상태가 불량하여 불연성 가스가 송급되는 등의 원인으로도 산소 결핍증이 발생한다.

1.1.7. 사고 사례 및 방지 대책

1.1.7.1. 사고의 개요
본 사례는 선박수리업을 하는 한 회사에서 발생한 산소 결핍 사고의 개요와 피해 상황, 그 원인 등을 요약한 것이다. 재해 발생 당일, 보수를 위하여 들어온 1,260 톤급 흙 운반선의 부력 탱크를 점검하기 위해 작업을 진행하였으며, 사고 경위는 다음과 같다.

① 작업자 A와 B는 우현갑판 위에서 선측을 따라 일정한 간격마다 가스 절단에 의하여 4개의 점검 구멍을 구멍을 뚫었다.

② 평상시 작업과 같이, 선미 측에 있는 4번의 점검 구멍으로 에어 호스를 이용하여 잠시 동안 공기를 주입하였다. 이때, 호스의 내경은 17mm였고, 공기압은 5kg/cm2 정도로 설정하였다.

③ 3번 및 4번 점검 구멍으로 일본 N사의 가연성 가스 검지기를 삽입하여 내부 공기를 측정한 결과, 이상이 발견되지 않았다.

④ 준비가 끝났다고 판단한 작업자 A는 3번의 점검 구멍으로 들어가 탱크 바닥에서 다시 가스를 검지한 후, 이상이 없음을 알리기 위해 사다리를 오르다가 발을 헛디디며 떨어졌다.

⑤ 갑판 위에서 감시하고 있던 작업자 B는 이것을 보고, 하청 회사의 페인트공에게 연락함과 동시에 탱크 속으로 들어가, A를 안고 오르려다가 그대로 쓰러져 버렸다.

⑥ 페인트공 C는 내부에 유독성 가스가 있음을 직감하고, 비상용 방독 마스크를 구하여 장착한 후, 탱크 안으로 들어가 A와 B의 신체에 로프를 감다가 고통스런 몸짓을 하며 쓰러졌다.

⑦ 잠시 후, 갑판에서 일하던 다른 작업자들이 몸에 로프를 매고 호흡을 참으며 교대로 들어가서 피해자인 A, B, C 세 명을 신속히 구출하였고, 병원에 연락하여 호송하였다.

⑧ 작업자 A와 C는 병원으로 옮기던 중에 사망하였고, B는 목숨을 건졌으나 후유증으로 심각한 언어장애가 유발되어 정상적인 생활을 할 수 없게 되었다.

1.1.7.2. 발생원인 및 방지대책
본 부력 탱크는 상당한 기간 동안 밀폐되어 있던 강철재의 탱크였기 때문에, 그 내벽의 산화 등에 의해 내부 공기의 산소가 소비되어, 탱크 내는 산소 결핍 상태로 되어 있었다. 이때, 충분한 공기교환을 수행하지 않은 상태에서 가연성 가스의 잔류에만 주의를 집중하였고, 산소 결핍이 있을 가능성을 잊었다. 이러한 생각으로 산소 농도를 측정하지 않은 채 작업을 시작했으며, 특히, 페인트공 C는 구출을 위하여 산소 결핍에 아무런 효과가 없고 오히려 호흡을 곤란하게 만드는 방독 마스크를 착용하는 등 무지에 의하여 더욱 큰 피해가 나타난 것이다.

해당 탱크의 내부는 산소 결핍의 위험장소이므로, 안전수칙에 규정된 작업 방법에 따라 충분한 공기로 내부를 치환하여야 되고, 산소 및 주요 유독성 가스에 대한 연속적인 측정이 필요하며, 유사시를 대비한 각종 안전 장치를 구비해야 할 것이다. 또한, 산소 결핍 증상이 나타난 사람을 구출할 때에는 공기 호흡기나 산소 호흡기, 또는 호스 마스크를 사용하여야 한다. 특히 방독 마스크나 방진 마스크가 산소 결핍에 대하여 전혀 도움이 되지 않는다는 사실을 알아야 한다.

또한, 본 사례와 같은 경우에 있어서, 원청 회사는 조선소의 사업 실시를 통괄 관리하는 자로서, 통괄 안전위생 책임자를 선임하여 작업 환경의 안전점검 및 조업 가부의 판단, 작업간의 연락과 조정, 작업 장소의 순시, 작업자 및 청부인에 대한 안전위생 교육 및 지도를 수행할 책임이 있다.

1.2 유독성 가스에 의한 중독

산업의 발달과 함께 인간이 취급하는 화학 물질의 종류도 꾸준한 증가 추세를 보이고 있다. 이들 가운데는 작업 공정상의 목적을 위해 불가피하게 사용하거나, 부산물 또는 폐기물의 형태로 생성되는 유해 물질이 많이 포함되어 있다. 노동부에서 관리하고 있는 산업 현장의 유해물질 종류는 약 700종 정도이며, 이들 중 대다수의 물질은 일반적인 환경 조건에서 가스 형태로 존재한다.

반도체 공장 등에서 사용되는 포스핀, 아르신, 실란과 같은 일부 맹독성 가스를 제외하더라도, 산업 현장에서는 상당한 종류의 유독성 가스가 취급되고 있으며, 대표적인 것으로 CO, H2S, SO2, NO, NO2, Cl2, HCN, HCl, NH3, O3 등의 무기 유독가스를 꼽을 수 있다. 이러한 가스들은 각기 고유의 발생 기작 및 용도를 갖고 있으며, 인체에 미치는 영향의 정도나 그 증상도 다양하므로 개별적인 접근이 필요할 것이다. 본 절에서는 사고 발생 빈도가 높은 일산화탄소와 황화수소에 한정하여 간단히 고찰하기로 한다.

1.2.1. 일산화탄소의 생리적 영향

일산화탄소(CO)는 신체 각 부분으로 산소 운반되는 것을 방해하는 작용으로 인하여 인간과 동물에게 치명적인 영향을 미치게 된다. 즉, 식 1-3과 같이, 적혈구의 헤모글로빈(Hb)에 결합된 산소를 대신하여 일산화탄소로 바꾸어 결합함으로써 혈관을 통하여 산소가 운반되는 것을 방해한다.

Hb + O2 -> HbO2

HbO2 +CO -> COHb + O2

이 반응에서, 일산화탄소가 결합하는 반응에 대한 평형상수는 산소의 경우에 비하여 약 200배에 달하므로, 일산화탄소의 농도가 낮은 상태에서도 활발한 결합이 수행된다.

정상적인 사람의 혈구 내에 있는 카르복시헤모글로빈(COHb)은 전체 헤모글로빈의 약 0.5% 수준이며, 이것의 대부분은 자체 신진대사로부터 발생된다. 그러나 흡입된 공기 중의 일산화탄소 농도가 높을 경우, COHb은 거의 다음의 식 1-4에 따라 증가한다.

% COHb in blood = 0.16 X (ppm CO) + 0.5

이러한 평형 상태는 일산화탄소를 흡입할 때 즉시 성립되는 것이 아니고, COHb의 수준이 평형에 도달하기까지 통상 수 시간 정도가 소요된다. 그러나 신체 활동, 즉 운동량이 증가하면 이 평형 시간이 급격히 감소하게 된다. 일산화탄소의 농도, 신체 활동 정도 그리고 가스 흡입 시간에 따른 혈중 COHb의 농도 증가 및 신체에 미치는 영향을 그림 1-4에 나타내었다.

그림 1-4. CO 농도, 신체활동도, 흡입시간에 따른 COHb의 농도

혈액 중의 증가된 COHb는 산소가 필요한 여러 기관, 특히 대뇌에 영향을 주게 되어 상응하는 신체적 활동에 피해를 주게 된다. 일산화탄소 농도를 변화시키면서 인간의 감지시간에 대한 능력을 시험한 결과에 따르면, 흡입한 공기 중의 CO 농도가 높아질수록 짧은 시간 이내에 감지 능력에 지장이 초래됨을 알 수 있다. 만일, 이와 같은 일이 자동차를 운전하는 중에 일어나면 감지 능력의 장애로 인하여 교통사고로 이어질 수 있다.

한편, 흡연은 폐속의 CO 농도 수준을 400ppm에서 500ppm 정도로 증가시킬 수 있으며, 이러한 농도 하에서는 짧은 시간 내에 우려할 만한 COHb가 생성될 수 있다. 실제로 흡연자들은 정상인에 비해 14배 이상의 혈중 COHb 농도를 가질 수 있는 것으로 확인되었다.

대기 중에 있는 CO는 낮은 농도에서도 만성적인 건강 장해를 유발시킨다. 로스엔젤레스에서 수행된 한 연구에서는 대기중의 일산화탄소가 20ppm 정도의 높은 농도일 때, 정상 농도인 7ppm일 때에 비하여 하루 11명의 추가 사망자를 발생시키는 것으로 보고하였다.

1.2.2 일산화탄소 농도에 대한 인체의 반응 ?

9ppm	ASHRAE에 따른 주거지역 내 단기 노출시의 최대 허용 농도
35ppm	미국 연방규정에 따른 8시간 지속 노출시의 최대 허용 농도
200ppm	2∼3시간 후의 경미한 두통, 피로, 권태감, 현기증, 메스꺼움
400ppm	1∼2시간 내 두통, 3시간 후 생명이 위험 EPA와 AGA에 따른 연소 가스에서의 최대 허용 농도
800ppm	45분내 현기증, 메스꺼움, 경련, 2시간내 의식 잃음 (2∼3시간내 사망)
1,600ppm	20분내 두통, 현기증, 메스꺼움 (1시간내 사망)
3,200ppm	5∼10분내 두통, 현기증, 메스꺼움 (30분내 사망)
6,400ppm	1∼2분내 두통, 현기증, 메스꺼움 (10∼15분내 사망)
12,800ppm	1∼3분내 사망

1.2.3. 황화수소 농도에 대한 인체의 반응

농도	증상
0.2ppm	냄새 감지
3∼5ppm	악취 감지, 불쾌감
10ppm	심한 악취, 불쾌감 가중, 안전 한계
20∼30ppm	취각 신경계 이상
100∼200ppm	2∼15분내 취각 신경계 마비, 취각 감지 능력 감소 8∼48시간내 기관지염, 폐렴, 폐수종, 사망에 이름
170∼300ppm	1시간내 중독 증상
600ppm	30분내 생명 위독
800∼900ppm	어지러움, 호흡 정지, 사망
1,000ppm	호흡 정지, 사망
5,000ppm	즉사