Hypoxia (저산소증)과 비행용 산소마스크에 대하여

[지바고]

새해 첫 글 올립니다.

2019년 새해 첫 글은 저산소중(Hypoxia)에 대하여 알아 보겠습니다.

저산소증(Hypoxia)이란 고산지대 등반시 또는 높은 고도로 비행시 공기밀도(산소량)가 낮아 인체에 영향을 주는 상태를 말합니다.

1. 분압이란 (Partial Pressure)

먼저 이글을 이해하기 위하여는 “분압" 또는 “부분압력” (Partial Pressure)이란 용어에 대하여 알아야 하므로 분압이란 무엇인지 먼저 설명드리겠습니다. 

혼합기체 전체의 압력을 "전체압력" 또는 "전압력" (Total Pressure)이라고 하며 "분압" (Partial Pressure)이란 혼합기체 속에서 각 성분의 기체가 나타내는 압력을 말합니다.

이를 좀더 쉽게 설명하자면

대기압이 1000 밀리바((Total Pressure)라고 하면 공기속의 산소함유량은 21퍼센트이므로

산소의 분압(Partial Pressure)은 1000 밀리바의 21퍼센트인 210밀리바가 되고

산소를 제외하면 대부분이 질소이므로

질소의 분압은 1000밀리바의 79퍼센트인 790밀리바가 되는데

이를 합하면 즉 전압력은 (산소210밀리바 + 질소 790밀리바 = 1000 밀리바)가 되는 것입니다.

이와 같이 혼합기체의 전체압력(Total Pressure)은 혼합기체를 이루는 각 성분 기체의 부분압력(Partial Pressure) 의 합과 같게 되는 것을 돌턴(Dalton)의 "부분 압력의 법칙”이라 합니다

2. 저산소증(Hypoxia)의 종류

Hypoxia를 의학적으로 상세히 분류해보면 아래와 같은 네가지의 경우가 있습니다.

저산소증의 종류는 "네이버백과"에서 퍼왔습니다.

1) 저산소성 저산소증(hypoxic hypoxia) :

높은 고도로 비행시 발생하는 현상으로서 동맥혈의 산소분압이 감소되어 초래된 저산소증으로서 흡입 공기 중의 산소 농도가 감소한 경우가 대표적입니다. 

또한 호흡중추억제, 기도폐쇄, 호흡근마비 등 폐포환기가 감소한 경우,

무기폐, 폐렴,폐부종 등 폐포에서의 가스 교환이 부적절하여 일어나는 경우,

 고열, 신진대사항진 등 조직의 산소 소모가 증가하여 일어나는 경우,

아산화질소(N2O)로 전신마취 후에 드물게 나타나는 확산성 저산소증 등에 의해서도 발생할 수 있습니다.

2) 빈혈성 저산소증(anemic hypoxia) : 

혈색소가 정상 이하로 감소한 경우, 일산화탄소중독 처럼 혈색소가 산소를 운반할 수 없는 경우에 나타나는 저산소증으로서 산소분압은 정상 범위 내에 있으나 동맥혈의 산소 함량이 크게 감소되어 있는 경우가 대부분입니다.

3)정체성 저산소증(stagnant hypoxia) :

동맥혈의 산소분압은 정상이나 조직의 혈액순환이 장애를 받아 나타나는 저산소증으로 심박출량이 감소하여 오는 경우도 있고, 색전증, 외상, 혈관수축, 정맥폐쇄 등에 의해 발생할 수도 있습니다.

4) 조직독성 저산소증(histotoxic hypoxia) :

사립체의 산소 이용률이 낮아진 경우에 나타난다합니다.

혈관확장제를 과량 사용하게 되면 세포 내 효소의 독성에 의해 저산소증이 올 수 있다고합니다.

3. 저산소증이 주요 장기에 미치는 영향.

저 산소증이 인체의 각 장기에 미치는 영향은 아래와 같습니다.

(인체에 미치는 영향은 네이버 백과에서 퍼왔습니다).

1) 중추신경계 :

뇌의 조직은 다른 조직에 비해 저산소증의 영향을 많이 받는데, 기분이 변하거나 행동이 이상해지고 점점 정신이 혼란해지다가 의식을 잃는 증상이 나타난다.

척추도 저산소증에 아주 예민하므로 저산소증이 장시간 지속되면 심한 손상이 올 수 있다.

2) 심혈관계 :

전신의 혈관이 확장되어 혈압이 떨어진다.

성인의 경우에는 초기에 빈맥이 나타나고 더 진행되면 서맥이 나타나지만 신생아의

경우에는 처음부터 서맥이 나타나고  더 진행되면 심장이 멎을 수도 있다.

3) 호흡계 :

폐혈관이 수축하는데, 이것은 일종의 방어작용이라고 볼 수 있다.

또한 화학수용체가 자극을 받아 호흡중추를 자극함에 따라 1회 환기량과 호흡 수가 증가하게 된다.

4) 간 :

문맥순환에 의존하고 있는 간의 중심소엽세포는 1차적으로 손상을 받으며, 급성 저산소증일 경우 중심소엽세포는 괴사에 빠지고 장시간 계속되면 섬유화 된다.

5) 신장 : 급성 신세뇨관 괴사가 나타나며, 이어 신피질이 괴사에 빠지게 된다.

또한 이 상태가 장시간 지속되면 2차성 적혈구증다증이 발생한다.

6) 대사 : 대사성 산증에 이르게 된다.

이상으로 저산소증이란 무엇이며 인체에는 어떠한 영향을 주는지 "네이버 백과"를  통해서 알아 보았습니다.

4. 고도별로 착용해야 하는 산소마스크의 종류

다음으로는 높은 고도에서 비행시 이같은 저산소증을 막기 위하여는 고도 별로 어떠한  산소마스크를 착용하여야 하는가에 대하여 알아 보겠습니다

1) 12500 피트에서 18000 피트 사이

이 고도에서는 아래 그림과 같은 간단한 비강캐뉼라(Nasal Canuala)를 착용합니다.

비강캐뉼라의 산소공급량은 보통 분당 2리터 0 5리터 정도로 공급되어 집니다.

그러나 비강캐뉼라는 안면과의 밀착력이 낮고 산소공급량이 적기 때문에 18000 피트 이상에서의 사용은 위험합니다.

2) 18000 피트 – 25000 피트 사이 비행시

18000 피트 이상에서 비행시에는 비강캐뉼라 보다 산소공급이 좀더 안정적으로 공급되어지는 아래 그림과 같은 재호흡마스크(Rebreather Mask)가 필요하게 됩니다.

이는 안면을 완전히 밀폐시키지는 못하지만 폐의 산소비율을 약간 더 높여줄 수 있으며 산소분압을 유지시켜 25000 피트까지 사용할 수 있습니다. 산소 공급량은 분당 6리터 - 15리터 정도입니다.

3) 25000 피트 – 4만 피트 사이 

이 정도의 고도에서는 아래 그림과 같이 안면 주위를 완전히 밀폐시켜주는 마스크를 착용하여야 합니다.

이 마스크는 순수한 산소와 공기를 자동적으로 혼합해 주며 폐에 산소분압의 퍼센트를 유지시켜 4만피트 이상에서도 사용이 가능합니다.

4) 4만피트 이상 비행시

그러나 4만피트에서 100 %의 산소를 폐에 공급한다 해도 산소분압을 유지하기 위한 총 대기압은 부족하다는 점입니다.  따라서 4만 피트 이상의 고도에서 비행하는 경우에는 압력을 가하여 산소를 자동으로 공급해주는 압력마스크를 착용하여야 합니다.

이때의 마스크는 아래 그림과 같은 전투기 조종사들이 착용하는 군용마스크입니다.

결론적으로 경량항공기의 일반적인 비행고도는 5000 피트 정도이고 경우에 따라서는 1만 피트 까지 올라 갈 경우가 있습니다. 

1만 피트 정도에서 한두시간 정도의 비행시에는 별도의 산소마스크가 굳이 필요하지는 않겠지만 분명한 점은 피로가 더욱 빨리 오게 된다는 점을 염두에 두어야 하겠습니다.

터보엔진을 장착한 비행기로 장거리 비행시 기상상황 문제로 부득이하게 12000 피트 이상의 비행이 필요할 경우가 있을 수도 있습니다.

그럴 경우에는 반드시 비강캐뉼라 정도는 예비로 비치하여야 저산소증으로 부터 안전해질 수 있습니다.

산소마스크를 착용하기 위하여는 산소공급원인 산소씰린더(Oxygen Cylinder)를 싣고 다녀야 합니다. 

이 산소씰린더는 대부분의 국제공항이나 대형 공항에는 산소공급이 써비스되도록 준비되어 있습니다.

아울러 높은 고도에서 장시간 비행시 현재 산소가 부족한지 어떤지를 알기 위하여는 혈액내의 산소상태를 알려 주는 아래 그림과 같은 간단한 “산소포화도” 측정기가 있습니다

이 측정기는 간단히 손가락에 접촉하여 현재의 산소포화상태를 알려주는 간단한 측정기 이며 통상 90 이하가 되면 산소를 공급해주어야 한답니다.

아래 동영상은 저산소증에 대비한 산소마스크에 대한 내용을 제가 번역하여 자막을 넣었으니 아래 동영상을 참고하여 주시기 바랍니다. 이것으로 하이폭시아(저산소증)에 대하여 알아 보았습니다.

감사합니다.

Good Pilot is always Learning !!

훌륭한 파일럿은 항상 공부합니다 !!

[장등]

좋은 정보 감사합니다.

[지바고]

읽어주시고 댓글주셔서 감사합니다.
앞으로도 많은 관심부탁드립니다.

[돈브로]

오 약간 전문적이면서도 필요한 내용이네요...마스크 용도가 이런부분이었군요 흥미롭네요..좋은 정보 감사드려요😄

[지바고]

네.. 앞으로도 좋은 정보 찾아 올리겠습니다.

[지바고]

위의 산소마스크는 조종실내에 산소공급을 해주는 여압(Pressurization) 이 안되었을 경우에 착용하는것입니다
칵핏에 여압이 되는 경우 또는 여객기의 경우에는 칵핏이 밀폐되어 산소분압을 유지할수 있으므로 정상적인 운항의 경우 산소마스크가 필요치않습니다
참고사항으로는 경량항공기의 경우에는 법적으로 "캐빈에 여압이 되지 않는것일것" 이라고 명시되어 있습니다.
이는 다시말해서 오천피트 이상 너무 높게 올라가지 말라는 의미입니다