소위 "깊은 수심의 환각"(Rapture of the Deep)이라고 불리는 질소 마취는 그것으로 인해 익사할 염려가 있기때문에 스쿠바 다이빙에서는 아주 위험한것이다.
수심 100피이트 이상에서 압축 공기를 마시면 판단력과 몸의 행동 조절이 잘되지 않는다. 다이버는 자신의 마우스피스를 빼어 버린다든지 자신의 탱크 를 벗어 던진다든가 혹은 의식을 잃을때까지 멍청한 다이빙을 하거나 공기가 모두 소진되는지도 모르고 있다가 당할 수 있다는 것이다.
옆의 그림이 그 극단적인 한 예이다.
마취된 다이버는 자신의 생각에 해저 세계가 너무도 즐겁기만 하고 자신은 초능력의 소유자 같아서 아무런 위험이 있을수도 없어 그저 모든것이 유쾌하기만 하다. 자기 주변을 돌아다니는 물고기들은 공기통을 메고 다니지 아니하는데 내가 굳이 탱크를 지고 있을 필요가 있을까? 하고 생각되는 것이다.
이렇게 마취된 한사람의 기록을 보면 "수심 270피이트에서 너무 정신이 혼란된 이사람은 자신의 잠수복에서 탈출하기 위하여 헬멧의 유리창을 뜯어 내려고하여 나사가 풀려 하였다" 라고 되어 있다.
질소마취가 일어났다고 알려진 수심은 30피이트부터지만 이사실이 기록상으로 남아 있는 근거도 없고 여간해선 있지도 아니한 일이다.
일반적으로 질소마취의 기운은 약 100피이트 근방에서 나타난 다. 마취 현상은 자신도 모르게 엄습해 오기때문에 다이버 자신은 어떤 지장을 받고 있는지 모르게 된다.
그러나 키슬링(Kiessling)의 연구에 의하면 수심100피이트에서 추상적 심상(抽像的 心像)의 추리력 반응시간(Conceptual Reasoning Reaction Time)과 공작 시간(Mechanical Dexterity )이 변하는 것을 발견했는데 전자의 반응 시간은 가장 크게 영향을 받았으며 후자의 기능은 가장약한 변화를 일으켰다.
수심 150에서 250피이트 범위가 되면 판단력의 저하와 반사 기능의 감퇴가 확실히 나타난다. 300피이트 이하에서는 지능과 육체 기능이 현저히 후퇴된다. 전신경련(Convulsion)과 의식상실도 일어날 수 있다. 일부 실험 대상자들은 질소의 압력을 높인경우에 정상적이든 EEG(뇌파) 패턴이 변형된다.
알코올 마취도 이와 비슷한 임상학적 경과를 일으킨다. 일반 마취제를 사용해도 의식을 잃기전에 섬망상태(Delirium:일시적 인 정신 착란)가 일어난다. 이들 3가지 유형의 마취는 기본적으로 동일한 형식의 영향을 중추신경에 가하는것이 확실하다고 보는것이다.
마취의 메카니즘에 관해 몇가지 이론이 나와 있으나 완전한 것을 파해친 논문은 하나도 없다.
인체 조직이 질소를 신진대사에 이용하지 않는다는 연유로 해서 불활성 기체(Inert Gas)라고 알려진 질소는 혈액과 조직으로 녹아 들어가기는 하지만 세포에서 전혀 사용되지는 않고 조직을 빠져나와 호흡을 통해서 다시 내쉬어진다.
이런 관점에서 보면 질소는 여타 마취용 기체와 비슷하다.질소 이외의 다른 불활성 기체는 공기중의 미량속에 포함되어있다. 이 기체들은 수소, 헬륨, 크립톤, 알곤, 네온 및 그세논 이다. 이들 기체는 어느것이나 충분한 분량이면 마취를 일으키는 것이다.
의료용의 마취제들은 1기압에서 모두 효과를 나타내지만 질소가 마취 효과를 나타내려면 압력이 필요하다. 수심 100피이트에서는 질소의 분압이 수면의 4배인 2400mm가 된다. 신경조직이 이 정도의 질소 분압 과 균형을 취하게 된다면 기능이 저하되는것이다. 수심이 더 깊어진다면 N의 압력은 증가되고 마취 효과는 강해질것이다.
▣ 수심과 질소 압력의변화 (79% 의 N₂인 공기)
수심
총압력
질소 부분압
수면
760mmHg
600mmHg
33ft
1,520mmHg
1,200mmHg
100ft
3,060mmHg
2,420mmHg
200ft
5,360mmHg
4,230mmHg
500ft
12,300mmHg
9,700mmHg
1,000ft
23,760mmhg
18,800mmHg
마이어.오버톤 마취론(The Myer - Overton Theory of Anesthe sia)은 기체가 지방질에 용해 될때 마취 작용을 일으키는것에 관해 언급하고 있다.
그 이론에 의하면 어떤것이든 불활성 기체가 신경계의 지방 질 부분에 과다하게 농축되면 신경이 눌려진다(Depression). 본 이론은 결함을 가지고 있기는 하지만 불활성 기체가 마취를 일으키는 형식을 이해하는데에 유용하다.
지방이나 기름에 높은 수준으로 용해되는 기체는 최강의 마취성이 있다고 판단할 수 있는 것이다. 일반 적으로 '물 용해도 대 지방 용해도 계수'(Fat-To-Water Solubility Rations)가 높은 기체일수록 마취력 이 강한 성질이 있다(Partition Co-effici ent:분리층 통과 계수).
그러나 분리층 통과 계수가 질소와 같은 값을 갖고 있는 알곤은 마취력이 2배나 강하다. 알곤은 지방이나 물 양쪽에서 모두 높은 용해도를 갖고 있어서 같은 부분 압력이면 더 많이 용해되는 것이다.
다음의 도표는 불활성 기체의 용해도를 나타낸것으로 참고로 비교 값을 주기 위해 두가지 종류의 마취제를 견주어 놓았다.
불활성 기체중에서 가장 용해도가 높은 크세논은 실제로 대기압 상태에서 외과용 마취제가 될수있다.
수소는 지방/물 용해도가 헬륨보다 약하다는 연구가 있어 이를 믿는 전문가들이 있으나 확실한 증거는 없다.
▣ 기체의 용해도(섭씨 37도 기준) 기 체 명
분자량
용해도(물)
용해도(지방)
오일과 물 대비
이산화 탄소
44
0.56
0.856
1.6
산 소
32
0.024
0.12
5.0
헬 륨
4
0.0085
0.015
1.7
수 소
2
0.0169
0.048
3.1
네 온
20
0.00097
0.019
2.07
라 돈
222
0.15
0.19
1.25
아 르 곤
40
0.026
0.14
5.3
크 립 톤
83.7
0.045
0.43
9.6
크 세 논
131.3
0.085
1.7
20
질 소
28
0.013
0.067
5.2
이산화 질소
44
0.549
1.76
3.2
사이크로프로톤
42
0.204
7.14
35
일반 공기로 하는 다이빙은 질소의 마취 효과 때문에 수심 200피이트 이상의 잠수는 제한된다.
그 이상 깊은 수심의 잠수는 산소와 마취력이 약한 다른 기체를 혼합해서 대체품을 호흡해야만 한다. 헬륨+산소의 혼합 기체가 가장 흔히 사용되며 이것이 가장 마취력이 약하며 깊은 수심에서의 호흡장애도 질소보다 미약하다.
수소도 역시 마취성이 약하지만 폭팔의 위험 때문에 그 사용에는 문제가 있다. 수소를 안전하게 사용할 수 있는 경우는 대심도 잠수에서 산소 비율을 4%이하로 할수 있을 때다. 수소는 산소 4% 이하의 혼합 비 율에서는 폭팔하지 않기 때문이다. 네온을 한모금 마시는 값이 50달러나 되고 호흡기 계통 능률에는 더 큰장애가 있어 마취성은 약하지만 사용하지 못하고 있다. 라돈(Radon:방사성 기체 원소)은 방사능을 갖 고 있으므로 두말할 필요도 없는것이다.
지방분에서 질소의 용해도는 헬륨의 4.5배이다. 마취력은 지방분의 용해도에 비례하기 때문에 그 기준에 의하면 헬륨을 수심 1,350피이트에서 마실때의 마취 효과는 질소가 수심 300 피이트 에서 나타내는 마취 력과 동일하다. 이것은 깊은 수심때문에 일어나는 다른 생리적 영향을 배제했을 때의 이야기 이다.
그러나 베네트(Bennett)의 연구에 의하면 실제실험에서 HeO₂로 수심 800 피이트에 내려간 결과 마취와 동시에 전신 근육이 경련을 일으켰으며, 이증상은 일반 공기로 수심 300피이트에 내려간 효과와 동일하 다고 간주했다. 과도기적 증상은 HeO₂에 있어 수심 600 피이트에서 나타 났으며 쥐를 실험해본 결과는 수심 4000 피이트까지 강압시켜도 살아났으나 역시 경련과 행동 불능은 확실히 나타났다. 이러한 실험 결과로 비추어 볼때 잠수 수심을 증가 시킨다는 노력은 중요한 문제에 부딪치는 것이다.
사람들은 각자 질소 마취의 감수성이 큰 폭으로 차이를 드러 낸다. 그리고 높은 수압에 생리적 적응 (Acclimatization to Depth)을 일으킬수 있을까 하는 문제는 아직 미해결의 장인것이다.
경험 많은 다이버들은 자기들 스스로는 좀더 내성이 강하다고 주장하지만, 실제 실험을 통해서 보면 이 들도 역시 자기도 모르는 장애를 나타내고 있을때가 번번히 일어난다. 확실한것은 훈련이 잘된 다이버는 깊은 수심에서 뛰어난 작업 능력을 가지고 있다. 초심자들은 겁이나서 초조해지기 때문에 마취를 당할 가능성을 높히고 있으며 소위, 고참 다이버들은 그 마취를 자주 경험해 보았기 때문에 그런 징후가 나타나면 더욱 작업에만 정신을 집중해야 된다는 요령을 알고 있 는 것이다.
자주 제기되는 의문은 아니지만 어떤 사람이 술에 강하다는것과 불활성 기체의 마취 효과에 저항이 강하 다는 것과는 관계가 어떤것인가?
"술을 마시고 취해도 깨끗한 정신을 유지하는 사람은 마취에도 비슷한 저항을 갖고 있는것이 확실하다"
대심도 잠수에서 자주 발생하는 이산화 탄소의 압력 상승이 마취를 일으키는 하나의 원인으로 간주되어 왔다. 이사실은 대 심도 에서 HeO₂자체가 유발시키는 마취 효과가 더욱 크게 나타날 수 있다는것을 설명 한 것이다.
그러나 일반적으로 있을수 있는 CO₂의 농도 증가만 가지고는 마취를 일으키기에 충분한 양이 되지는 못한다. 예를 들어 공기 호흡으로 수심 230 피이트에 내려가 아무일도 하지않고 편히 있으면 CO₂의 증 가는 수면에 있을때보다 더 커지지는 않 는데도 마취는 일어난다. 반면에 깊은 수심에서 편히 쉬고 있을 때보다는 얕은 수심에서 힘든일을 할때 CO₂는 더욱많이 증가하지만 마취는 일어나지 않는것이다.
동일한 값의 압력(수심)이라 하더라도 마취 효과는 압력실(Chamber)보다는 물속에서 자주 나타난다. 이 사실은 1939년 최초의 HeO₂장비를 사용해서 유.에스.에스 스콸루스 (U.S.S.Squalus) 호를 샐비지 (Salvage) 작업할때 발견 되었다. 잠수복 자체 속의 이산화탄소가 갇혀있게 된다는 사실 때문에 바다와 압력실의 차이가 일어난다고 설명할수 있을것이다.
마취 증상은 기체의 압력이 낮아지면 즉 물위로 상승하면 사라진다. 인체에 용해된 기체가 제거되는데는 시간이 소요되므로 예를 들어 수심 250 피이트까지 감압단계를 거쳐오지 않는한 깨끗히 사라지지 않는다. 마취가 되면 위험하다는 생각 자체가 없어지게 되는바 스쿠버 다이버는 상승해야겠다는 생각조차 해보지 도 못하고 미궁속으로 사라져 버리게 되는것이다.
깊은 수심의 잠수가 스포츠 다이버에게 특히 위험한 이유는 수면위와 물속의 다이버간에 연락이 잘되지 않기 때문이다. 따라서 깊은 수심의 잠수는 하지 말아서 마취되는 일을 피해야한다. 짝 다이빙도 두사람 모두가 마취되므로 별 도움이 안된다.
스포츠 다이버는 여하튼 미해군의 스쿠바 한계 수심인 125 피이트 밑으로 내려가서는 안되며 깊이 들어가기 기록을 세우려고 시도하면 큰일날 일이다.