스크랩 정확한 감압이론공부

[바다새]

정확한 감압 이론이란?

1878년 폴 버트(Palul Bert)이 벤즈를 일으키는 것이 질소 기포라는 이론을 발표했습니다.
이에 따라 1907년 존 스코트 할데인(John Scott Haldane) 박사가 처음으로 벤즈를 예방할 수 있는 감압이론을 발표했고, 그후 1983년 알버트 불만(Albert Buhlmann) 박사가 이를 더욱 심화시킨 저서를 발표했습니다.

그러나 내용은 크게 달라진 바가 없으며 최근까지 레크리에이션 감압 테이블과 다이브 컴퓨터들은 대부분 이들 이론의 연장선 상에 있는 네오 할데인/불만 모델(neo Haldane/Buhlmann)의 “조직 구획(tissue comparments)” 개념을 채용하고 있습니니다.

이들 이론을 살펴보면 다음과 같습니다.
인체는 70%가 수분으로 되어 있기 때문에 조직 속에는 기체들이 녹아있습니다. 평상시에는 신체가 대기압에 적응되어 기체들이 흡수되는 양과 배출되는 양이 동일한 평형상태를 이룹니다.

그러나 다이버가 물 속으로 들어가면 주변 압력이 증가하면서(기체의 용해량은 압력에 비례한다-헨리의 법칙) 다이버의 몸 속으로 기체들이 흡수되기 시작하고, 다이버가 상승을 시작하여 주변압이 감소하면 신체는 반대로 흡수된 기체를 배출하기 시작합니다.

신체가 기체를 흡수하거나 배출할 때는 반감기(half time)를 따릅니다. 기체를 흡수하거나 배출할 수 있는 최대량(포화량)의 50%를 흡수(배출)하는데 소요되는 시간을 반감기라고 합니다.

그런데 사람의 신체 조직은 부위에 따라 반감기가 달라집니다. 혈액 같은 조직은 불활성 기체의 흡수와 배출이 빠른 조직이며, 뼈 같은 경우는 흡수와 배출하는데 시간이 많이 걸리는 느린 조직입니다.

 예를 들어 혈액 같이 빠른 조직은 5분이면 50%가 포화될 것이고, 반면 뼈 같은 느린 조직은 수 시간이 걸릴 수도 있습니다.

사람의 몸은 칸막이로 나눈 격실들이 아니지만 할데인은 반감기가 5분, 10분, 40분, 80분 등으로 각각 다른 개념적인 가상의 조직 구획(tissue compartment)으로 대체하여 기체의 흡수와 배출을 계산하고 검증할 수 있는 하나의 수학적인 모델을 만들었습니다.

기체의 누적과 관련해 기준이 될 수 있는 값을 찾던 할데인은 실험을 통해서 1.58:1이라는 조직 내 질소 압력 비율에 주목하게 되었다. 조직의 질소 압력이 주변압의 1.58 배를 넘지 않으면 질소는 어떤 조직 내에서도 액체상태로 머문다는 것입니다.

 이후 많은 시행착오를 거쳐서 할데인은 안전한 다이빙 시간과 수심을 예측할 수 있는 몇 가지 다이빙 스케줄을 고안했습니다. 다양한 신체 조직 내부에 불활성 기체가 과포화되는 것을 피하거나 최소화시키고, 상승 속도를 제한함으로써 다이버는 생리적으로 해를 일으킬 수 있는 큰 기포의 형성을 회피할 수 있게 되었습니다.

 그리고 수면 근처에서 감압정지를 통해서 불활성 기체를 충분히 배출시킨 다음 다이빙을 마칩니다. 이런 일반적인 개념이나 이를 약간 변형 시킨 개념이 대부분의 다이브 컴퓨터가 질소의 흡수와 제거를 계산할 때 이용하는 알고리즘(연속적인 수학적 계산 모델)의 배경이 되었습니다.

세계적인 다이빙컴퓨터인 순토나 마레스에서는 가능한 많은 불활성 기체를 용해된 상태로 유지시켜서 상승 과정에 가능한 적은 기포가 발생되도록 하는 감압계획을 세워 기포가 형성된 다음에 어떻게 하려 하지 말고 기포의 성장 자체를 막자는 것입니다.

그래서 다이빙컴퓨터는 그만큼 중요하다는 것입니다.

그리고 만약 기포가 생겼다고 하더라도 상승하는 동안 부피가 커지는 것을 최소화하여 몸밖으로 무사히 내보내자는 것입니다. 

기포는 조직 내 액체의 움직임이나 근육의 마찰 같은 메카니즘으로 형성된 “씨앗(seeds)”에서 성장합니다. 빠르게 흘러가는 개울물이 바닥의 돌을 만나서 기포를 만드는 것처럼 혈액이 혈관 속을 흐르다가 혈관의 미세한 홈 같은 곳에서 기포를 이룰 수 있는 씨앗을 만들 수 있습니다.

 이런 씨앗으로 부터 만들어진 미세 기포는 다이빙할 때마다 다이버의 몸 속에서 생기며 심지어는 다이빙을 시작하기 전에도 몸 속에 이미 존재할 수 있습니다.

1960년대 후반과 1970년대 사이에 도플러(Doppler) 초음파 기포 탐지기는 수많은 다이버들을 검사했는데 매우 보수적인 상승 스케줄을 따랐던 많은 다이버들에서도 상당한 양의 기체 상태 질소가 있다는 충격적인 보고서가 나왔습니다. 미해군 테이블을 따른 경우는 보다 높은 기포 형성율을 보여주었습니다.

 연구자들을 놀라게 한 것은 실제 기포가 생성되었음에도 불구하고 많은 테스트 다이버들은 아무런 감압병 증상도 느끼지 않는다는 것이었습니다. 이를 사일런트 버블(Silent bubble)이라고 하는데 정맥혈에 있는 미세 기포(micro bubble)들을 말합니다.

 정맥혈에 있는 기포는 많은 양이 아니라면 혈액의 순환 과정을 따라 흐르다가 폐로 가서 폐포에서 확산을 통해서 배출됩니다.

그러나 이런 사일런트 버블이 다이빙 중에 성장하게 되면 결국 다이버들에게 감압병을 일으킬 수 있습니다. 기포의 양과 벤즈 사이에는 연관성이 있으며 어떤 정해진 수준을 넘어서면 벤즈의 증상이 발병됩니다.

기포의 압력차 성장 이론
기포의 내부와 외부 조직 사이에 불황성 기체의 압력차가 있으면 기체는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동합니다. 기포 내부의 압력이 높으면 조직속으로 기체 분자가 빠져나가서 기포의 크기가 계속 작아지며, 조직 속에 용해된 기체 분자의 압력이 높으면 기포 속으로 기체 분자가 들어와서 기포는 더 커지게 됩니다.

 그런데 표면장력의 영향으로 크기가 작은 기포의 내부 압력은 큰 기포의 내부 압력 보다 높습니다. 이것이 기포의 사이즈를 가능한한 작게 유지해서 배출해야 하는 이유입니다.

따라서 상승하는 동안 딥스톱(Deep Stop)을 통해 주변압이 더 낮아지지 않게 하여 기포가 성장하지 못하게 하면 몸 속에 흡수된 기체가 큰 기포를 만들기 위해 기포 속으로 들어가는 것이 더 힘들어 집니다. 그리고 이렇게 작은 크기의 기포는 딥스톱 동안 폐를 통해서 빠져나갈 수 있습니다.

헨리의 법칙인 콜라병을  예를 들어 기포의 성장 과정을 알아봅시다. 뚜껑을 열기 전의 콜라병 이산화탄소(CO2)가 콜라속에 녹아서 균형을 이루고 있습니다.

 병 속의 이산화탄소는 정상적인 대기 조건에서 녹을 수 있는 것보다 훨씬 큰 압력을 받고 있습니다. 병 속의 압력이 유지되는 동안은 미세기포가 생겨도 특정 크기 이상으로 성장하지 않습니다. 그러나 병을 따면 유리 표면의 긁힌 곳이나 홈 같이 핵을 만드는 장소에서 기포가 빠르게 형성됩니다.

기포는 서로 붙어 사이다 위로 거품층을 형성합니다. 얼핏 보아도 기포들이 컵의 상층으로 올라오는 동안 직경이 몇 배는 충분히 커지는 것을 알 수 있습니다. 병의 바닥에서 위로 올라오는 동안의 수압 변화가 충분하지 못하기 때문에 보일의 법칙만으로는 이를 설명할 수 없습니다.

 콜라속에 녹아있는 CO2가 새로 형성된 기포 속을 뚫고 들어가는 확산이 함께 일어나서 기포가 팽창하는 것입니다. 기포가 팽창하면 내부 압력이 더 감소되므로 더 많은 CO2가 확산되어 들어갈 수 있습니다. 이런 과정은 기포들이 서로 만나 거품을 형성하거나 용해된 CO2와 평형상태에 도달하게 될 때까지 지속됩니다.

그런데 여기서 병 뚜껑을 조금만 열어서 압력이 아주 천천히 감소하게 만들면 작은 기포들이 조금씩 천천히 발생하는 것을 관찰할 수 있습니다. 이 때 작은 기포들은 표면으로 상승하는 동안에도 크기가 별로 증가하지도 않으며, CO2가 평형상태에 도달할 때까지 오랫 동안 조금씩 빠져나옵니다.

 다이버가 상승을 느리게 해야 하는 이유가 바로 여기에 있습니다. 압력의 감소가 천천히 진행되도록 하여 다이빙 도중 생긴 미세 기포가 갑자기 팽창하지 않고 폐에서 확산을 통해 배출되도록 하자는 것입니다.

이상에서 알 수 있듯이 기포 내부의 기체 압력을 변화시키는 것은 주변 조직이나 액체에 녹아있는 기체 압력과의 차이와 관련이 있습니다.

 주변 조직으로 들어오는 기체 분자가 적을수록 기포 내부에 이미 존재하는 기체에 더해지는 양은 적어진다는 뜻입니다. 다이버의 조직 내에 있는 질소 압력을 감소시키는 방법은 천천히 감압함으로써 폐에서 일어나는 확산을 통해 질소를 배출시키는 것 뿐만 아니라 상승하는 동안 산소의 비율이 높고 질소의 비율이 낮은 나이트록스를 호흡하여 산소창(Oxygen window)을 크게 열어 놓는 것도 효율적인 방법입니다.

모든다이빙컴퓨터들은 현재  나이트록스기능이 있어 나이트록스 다이빙도 가능합니다.

감압병 위험의 최소화
다이버들이 이해해야 하는 것은 감압스케줄이 감압병의 위험을 최소화하기 위해 디자인 된 것이지 감압병의 위험을 완전히 제거할 수는 없다는 것입니다. 기체 이론과 관련된 물리학을 제외하면 인체 시스템 내에서 불활성 기체의 행동은 매우 복잡합니다.

우리 몸 속에 있는 모든 기관과 조직들에는 매 순간 수 천 가지의 생화학적 반응들이 일어나고 있는데 이들 대부분은 직간접적으로 기체의 확산과 기핵의 성장에 영향을 줄 수 있고, 기포 역시 주변 조직에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 신체의 수분 함량, 전체적인 신체적성, 휴식 정도, 활동량, 수온 등등 감압병의 발병 가능성을 증가시킬 수 있는 다른 요인들도 매우 많이 있으며 이들은 매일 매일 달라지기도 하고 사람에 따라서 달라지기도 한다.

따라서 감압병의 위험성을 줄이기 위해서 레크리에이션 교육단체들은 표준화된 안전절차로써 안전정지 또는 감압정지를 실시하도록 계몽했습니다. 전형적인 안전정지는 5m 수심에서 3분간 정지하는 것으로 오늘날 모든 다이빙컴퓨터들은  이를 채용하고 있습니다.

순토나 마레스(Mares)등의 다이브컴퓨터들은 무감압 다이빙에서도 딥스톱(deep stop)을 실시하도록 요구합니다. 최대수심의 절반에 해당하는 수심에서 1분간 정지하도록 하는데 이는 이미 발생된 미세기포가 더 이상 커지지 않고 폐에서 확산을 통해서 배출되도록 해주는 역할을 하여 다이빙을 훨씬 안전하게 만들어 줍니다.

 이른 전통적인 감압 계획에 비해 안전도는 증가시키면서도 감압 시간은 상당히 줄여 준다는 장점이 있습니다.

안전 정지(SAFETY STOP)
최대 수심이 10미터를 초과하게 되면 컴퓨터는 수심 2.5미터와 5미터 사이에서 3분간의 안전정지를 제시합니다.

다이빙컴퓨터는 모든 기능에서 백라이트 기능이 있어 야간에도 다이빙을 즐길수가 있답니다.

대용량의 기억 장치(LARGE MEMORY CAPACITY)
20초 간격의 프로파일로 50회 잠수기록의 로그북을 자체 저장할 수 있는 대용량의 기억장치를 갖추었습니다.

공기 소모량 정보 기능(AIR CONSUMPTION)
특히 마레스네모 컴퓨터는다이빙하는 동안 공기소모량의 정보를 즉각적으로 제공하고 다이빙 종료시의 평균 공기 소모량 정보 등을 제공하여 줌으로, 호흡과 피로도에 관한 변화를 계속 추적하는 데 아주 이상적입니다.
따라서 좀더 정밀한 다이빙 계획을 완벽하게 수립할 수 있습니다.

상승 속도의 디지탈 표시 기능
(DIGITAL ASCENT RATE INDICATOR)
아날로그 표시 기능에 추가하여, 다이버에게 정확한 상승 속도를 분당 미터 또는 피트로 제시하여 줍니다.
모의실험 다이빙기능(DIVE SIMULATOR)
간단하고 쉽게 이용할 수 있습니다.
어떠한 종류의 반복적인 다이빙이나 모의실험 다이빙도 가능합니다.
강사용 또는 교육용 장비로도 이상적입니다.

고도 설정 기능(ALTITUDE PROGRAMS)
4가지의 고도 프로그램을 마음대로 선택할 수 있습니다.

자유 재량의 감압 불필요 한계 설정
(PERSONALIZED PRUDENTIAL PROGRAMS)
컴퓨터의 감압 불필요 한계를 개개인에 맞추어서 좀더 보수적으로 설정할 수 있습니다.

담수와 해수(기본 담수셋팅) 선택 기능(FRESH WATER / SEA WATER SETTING)
더욱 정밀한 수심 측정을 위하여 이상적인 기능입니다.

잔류 질소 메모리 삭제 기능(RESET RESIDUAL NITROGEN)
잔류 질소 메모리를 삭제할 수 있습니다.
이는 다이빙리조트 또는 다이빙 교육용으로 사용할 때 편리한 기능입니다.

PC 인터페이스(IRIS INTERFACE USING INFRA-RED RAYS / 선택사양)
연결선이 필요하지 않습니다.
더욱 간단하면서도 성능이 좋은 초현대적 연결 방식으로서 적외선을 이용한 인터페이스입니다.