스크랩 잠수이론-감압 이론의 기본 이해

[내사랑나나 / 이요한]

* 감압 이론의 기본 용어를 이해 해야 하는 이유......


장비나 다이빙 테크닉을 활용할 때, 왜 그렇게 해야 하는가에 대한 이론적 바탕이 있어야만

바르고 안전한 다이빙을 할 수 있기 때문이다.

다이버의 활동 공간인 수중 세계에는 압력[대기압+수압]이 존재한다.

그러므로 항상 압력의 영향을 받는 다이버는 압력과 신체의 영향에 대한 지식을 갖출 필요가 있다.

감압 이론은 압력과 신체의 영향을 연구하여 다이버가 안전하게 다이빙을 할 수 있는 모델을 구성하는 것을 목적으로 한다.

그러나 아직까지 완전한 감압 모델은 없기 때문에 다이버는 감압 에 관한 이론을 철저하게 이해하여 보다 더 안전한 다이빙을 할 수 있어야 하는 것이다.

감압 이론을 이해하기 위해서는 우선 기본 개념들을 알아야 한다.

1. 조직[Tissue]

거의 모든 물질은 압력을 받으면 기체를 흡수하고 압력이 감소하면 기체를 배출한다.

수압의 영향 속에서 활동하는 다이버의 몸에서도 이러한 현상이 동일하게 발생한다.

실제로 인간의 몸에는 4개의 기본 조직[근육 조직, 결합 조직, 상피 조직, 신경 조직]이 있고, 이 조직들은 구성적 차이가 있기 때문에 서로 다른 비율로 기체를 흡수하고 배출한다.

감압 이론에서는 이와 같은 신체 부위들을 조직이라고 한다.

조직은 '불활성 기체를 일정 비율로 흡수하는 신체 부위'라고 정의할 수 있다.

그러나 이 조직이라는 개념은 수학적 약속일 뿐임을 명심해야 한다.

왜냐하면 어떤 사람의 신체 조직이 어떤 비율로 질소를 흡수한다고 정확하게 증명할 수는 없기 때문이다.

그럼에도 불구하고 이 약속은 감압 이론의 바탕이 되기 때문에 매우 중요하다.

한편 감압 이론에는 여러 가지의 가상적 조직이 사용되기 때문에, 조직을 일반적으로 복합 조직[Multi-Tissue] 또는 구분[Compartment]이라고 부르기도 한다.

2. 흡수와 배출[Uptake & Outgassing]

인간은 흡기와 배기의 호흡 작용으로써 기체를 흡수하고 배출한다.

다시 말해서 인간은 호흡으로써 끊임없이 기체 교환을 하고 있는 것이다.

당신이 호흡을 통해 기체를 흡수하게 되면 기체의 구성 요소가 폐 속의 작은 공기 주머니인 페포를 통해 피 속에 용해되어 다양한 신체 조직으로 이동하게 된다.

각 조직에서 신진 대사에 사용된 기체는 다시 반대의 경로를 거쳐 배출된다.
이 과정에서 산소는 신진 대사에 사용되지만, 질소는 몸 속의 화학적 반응에 사용되지 않는 불활성 기체이기 때문에 각 조직 속에 축적되는 것이다.

질소의 축적량은 수심과 다이빙 시간의 증가에 비례한다.

3. 질소 압력[Nitrogen Tension]

질소 압력은 축적된 질소량의 단위이다.

이것은 부피가 아니라 압력으로 계산하여 해수 단위[fsw=feet of sea water]로 표시한다.

다이빙을 하게 되면 압력이 증가하게 되지만 조직이 압력의 영향을 받게 될 때까지는 어느 정도의 시간이 필요하며, 다이빙 시간이 길어질수록 조직의 질소 압력도 증가한다.

그리고 휴식 시간이 길수록 질소 압력은 감소한다.

그러므로 다이빙 사이에 충분한 휴식 시간을 갖는 것이 다이빙의 안전을 높여주게 된다.
육상이나 수면에는 100%의 공기가 우리를 누르고 있다.

[대기압] 즉 공기 속의 질소는 약 79%이므로 질소가 미치는 영향은 79%가 된다.

그래서 질소의 압력을 부분압이라고 한다.

예를 들어 육지에서 신체 조직은 대기압과 평형 상태에 있기 때문에 조직의 압력은 33fsw[1대기압]가 된다.

한편 질소는 약 79%를 차지하기 때문에 육지에서의 모든 조직의 질소 압력은 33×0.79=26.07fsw가 되는 것이다.
다이버들은 일반적으로 압축 공기를 사용하기 때문에, 다이빙 중에도 산소와 질소의 비율은 변하지 않지만 부분압은 증가하게 된다.

즉 2기압인 경우에는 1기압에서보다 2배의 부분압이 생기게 되는 것이다.

부분압은 조직의 기체 흡수에 영향을 준다.

다시 말해서 질소 부분압[ppN2 pp=partial pressure]은 조직의 질소 흡수력을 좌우하고, 산소 부분압[ppO2]은 조직의 산소 흡수력을 좌우하는 것이다.

이것은 잠수병의 치료에 산소 처치가 매우 유용한 이유가 되는데 질소의 양이 감소할수록 조직의 질소 배출 능력이 증가하기 때문이다.

4. 반감 시간 [Half Time : 질소의 흡수 및 배출 속도]

신체 조직은 구성 물질과 혈액 공급량이 다르기 때문에 질소를 흡수하고 배출하는 속도가 서로 다르다.

이렇게 서로 다른 질소의 흡수 및 배출 속도를 Half Time이라고 하며 T1/2로 표시한다. Half Time은 어떤 조직에 질소가 1/2씩 채워지거나 배출되는 시간을 분 단위로 나타내는 약속인 것이다.

'60-minute tissue'로 Half Time을 계산해 보자, 60 이 Half Time을 의미하므로 이 조직은 60분의 Half Time을 갖는 조직임을 알 수 있다. 즉 이 조직은 60분마다 질소가 1/2씩 축적되는 것이다.

다이빙 중에 이 조직은 최초 60분 후에 조직의 1/2이 질소로 채워지게 되고, 다시 60분이 지나면[총 2시간 후] 나머지 1/2의 1/2이[1/4] 질소로 채워질 것이며, 다시 60분이 지나면[총 3시간 후] 나머지 1/4의 1/2이[1/8] 질소로 채워지게 될 것이다.

그러므로 3시간 후에 이 조직은 전체의 7/8[1/2＋1/4＋1/8]이 질소로 채워지게 되는 것이다.

이처럼 조직의 질소의 흡수는 Half Time을 주기로 반복되며, 그 흡수 비율은 스펙트럼처럼 감소한다.

한편 어떤 조직에 질소가 축적되었다가 배출되는 것도 동일하다.

즉 60-minute tissue는 60분마다 1/2, 1/4, 1/8씩 질소를 배출하게 되는 것이다.

감압 모델 개발자는 이와 같은 Half Time을 다양하게 조합해서 감압 모델을 만들고 그것을 다이브 테이블이나 다이브 컴퓨터에 적용시킨다.

이 경우에 어떤 Half Time을 몇 종류나 사용할 것인지는 제작자의 자유이다.

그러므로 다이버는 자신이 사용하는 다이브 테이블이나 다이브 컴퓨터의 사용 설명서를 잘 읽어서 어떤 모델이 사용되었는지를 인식하고 사용 규칙에 맞도록 올바르게 사용해야 하는 것이다.
그러나 Half Time에도 문제가 있다.

Half Time에는 서로 다른 Half Time을 갖는 조직이 가까이 있을 때 발생할 수 있는 현상, 즉 한 조직에서 다른 조직으로 기체가 배출되는 조직 대 조직의 변화율[tissue to tissue gradient]이 배제되어 있다.

그리고 다이버들의 개인차나 다이버의 컨디션은 고려되어 있지 않다.

이처럼 감압 이론의 바탕이 되는 Half Time부터 완전하지 못한 수학적 가설에 불과하다.

따라서 다이버는 다이브 테이블이나 다이브 컴퓨터를 맹신하는 어리석음에 빠지지 말아야 하는 것이다.

5. 빠른 조직, 늦은 조직[fast tissue, slow tissue]

빠른 조직은 기체의 흡수와 배출이 빠르며 늦은 조직은 기체의 흡수와 배출이 상대적으로 늦다.

조직에 따라 기체의 흡수와 배출의 속도가 다른 것은 조직의 질소 수용 능력과 혈류량 때문이다.
폐나 복부와 같이 피가 잘 공급되는 조직은 다른 조직보다 질소를 더 빨리 흡수하는 빠른 조직이며, 지방질, 뼈, 연골 조직 등은 늦은 조직이다.

늦은 조직은 상승 후에 오랫동안 기포를 형성하는 기체 저장소가 된다.

특히 지방 조직[fatty tissue]은 지방의 특성 때문에 수용 조직[watery tissue]보다 더 많은 질소를 수용한다.

한편 질소의 축적에는 다이버의 활동도 영향을 주는 것으로 알려져 있다.

운동은 혈관 팽창을 일으켜 운동에 사용되는 근육에 피의 흐름을 증가시키고 더 많은 질소가 운반되게 한다.

이러한 현상은 결국 장기나 피부와 같은 비운동 조직에 대한 피의 흐름을 감소시켜 질소 배출을 늦어지게 한다.

또한 흡연 탈수 등도 부분적인 혈관 압축의 원인으로 알려져 있다.

이 외에도 많은 변수 요인들이 질소의 흡수 및 배출에 대한 완전한 계산을 가로막는 장애가 되고 있다.

그러므로 우수한 다이버가 되려면, 평소에 자신의 건강을 최상의 상태로 유지하기 위해 노력하고, 수중에서는 완벽한 부력으로 천천히 그리고 부드럽게 움직일 수 있는 능력을 갖추어야 하는 것이다.

6. 포화[Saturation]와 완전 배출[Desaturation]

어떤 조직이 특정 수심에서 흡수할 수 있는 모든 질소를 흡수한 상태를 의미한다.

이론상으로는 100%가 되어야 포화가 되겠지만, 감압 모델에서는 98%부터 포화 상태로 인정한다.

이 규정을 적용하면 어떤 조직이 포화상태에 도달하는 데에는 Half Time의 6 배가 걸리게 된다.

예를 들어 Half Time이 60분인 조직은 1시간마다 1/2씩 질소를 흡수하게 되므로 6시간 후에는 포화되는 것이다.

[1/2+1/4+1/8+1/16+1/32+1/64=63/64=0.984] 어떤 조직의 Half Time이 30분이라면 이 조직은 3시간만에 포화 상태에 이르게 될 것이며, Half Time이 5분인 조직은 불과 30분만에 포화 상태에 이르게 될 것이다.

이처럼 조직의 Half Time이 빠를수록 포화 상태에 이르는 시간이 짧아진다.

한편 어떤 조직의 질소가 완전 배출되는 것도 포화 과정과 같다.

실제로는 배출을 늦추는 많은 요인들이 있지만, 배출도 Half Time과 같은 비율로 이루어지는 것으로 본다.

7. 과포화[Supersaturation]

다이빙 시간이 60분이라면 Half Time이 10분 미만인 조직들은 모두 포화 상태에 도달하게 될 것이다.

이 상태에서 다이버가 상승을 하게 되면 압력이 감소하기 때문에 이 조직들이 과포화에 이를 수 있다.

위험의 여부는 과포화의 정도와 시간에 비례한다.

다이버의 수중 호흡을 통하여 용해된 기체들은 기체라기보다는 조직 세포 틈새에 압축되어 있는 분자와 같다.

그래서 압력이 떨어지면 조직 속에 용해된 기체 압력이 상승하여 이 분자들이 다시 기체로 변하게 된다.

그러므로 압력 감소에 의한 과포화를 방지해야만 안전하게 상승할 수 있는 것이다.

스포츠 다이빙의 감압 이론은 다이버가 수중에서 수면으로 직접 안전하게 상승할 수 있는 가능성을 바탕으로 하기 때문에 무감압 다이빙 시간에는 조직 압력의 과포화 비율이 산정되어 있다.

Haldane은 기포가 발생하는 조직 압력과 주변 압력의 비율을 2 : 1로 설정했었다.

다시 말해서 압력차가 2배가 나면 몸 속에서 기체가 발생하여 치명적일 수 있다는 것이다.

이 이론에 의해서 다이버가 상승할 때 가장 조심해야 하는 범위가 수심 10m에서 수면 사이가 되는 것이다.

1908년에 이루어진 Haldane의 연구 이후로 많은 연구가 진행되어 새로운 발견이 이어졌다.

예를 들면 Half Time이 빠른 조직이 늦은 조직보다 더 높은 과포화 비율에도 견디는 것을 알게 되었다.

즉 Half Time이 5분인 조직은 3 : 1이상이지만 Half Time이 120분인 조직은 2 : 1이하가 된다는 것이다.

8. 최대값[Maximum Value]

다이버가 수면으로 안전하게 상승하기 위해서는 조직에서 기포가 발생해서는 안 된다.

최대값은 어떤 조직에 이론적으로 허용되는 최대 압력이다.

다시 말해서 조직 속에 기포가 형성되지 않는 최대 한계인 것이다.

최대값은 조직에 따라 서로 다르다.

감압 이론 연구의 초창기에는 최대 압력을 초과하지 않으면 기체가 용액에서 분리되어 기포를 형성하는 일은 없다고 여겼다.

그러나 오늘날은 대부분의 조직 속에 항상 극소 기체상[Micronuclei=microscopic gas phases : 현미경으로만 보이는 기체상]이 포함되어 있으며, 개인마다 조직 구조가 다른 것으로 본다.

이와 같이 현대 다이빙에는 이러한 연구 업적들이 더해져서 다이빙의 안전이 상당히 강화되어 있다.

그러나 아직까지도 감압 이론은 100% 안전한 것이 아니기 때문에 다이버는 언제나 안전을 최우선으로 해야 하는 것이다.

압력에 노출되었던 신체가 정상적인 수준으로 회복되는 데에는 얼마의 시간이 걸리는가 하는 문제는 1908년 Haldane의 연구로부터 시작되었지만, 세기가 바뀐 지금까지도 여전히 의문으로 남아 있다는 것, 과거에 비해 많은 발전이 있었으나 질소에 의한 생리적 이상 현상의 요인이 완전히 밝혀지지 않았다는 점, 이 두 가지를 다이버는 반드시 인식하고 있어야 하는 것이다.