오픈워터다이버-호흡 기체와 신체에 미치는 영향 1

호흡계와 순환계의 기초 해부학

압력 상해를 예방하기 위해서는 신체에 대해서 그리고 산소가 어떻게 신체를 순환하는가에 대해서 이해해야 한다.

해부학을 잠시 살펴보고 압력 상해가 어떻게 발생하며 다이빙할 때 어떻게 예방할 것인지를 알아보도록 하자.

 

폐의 구조

폐에는 약 3억 개의 폐포가 있고 이들은 기관세지 끝부분에 포도 송이 형태로 붙어 있다.

전체 폐의 용적은 불과 5-6L 정도로 상대적으로 작은 편이나 이들 폐포의 표면적은 상당히 넓다.

이렇게 작은 용적에 이런 큰 면적을 수용하기 위해서 폐포의 벽은 매우 얇아서 갑작스러운 혹은 장기간 지속되는

압력의 변화에 손상을 잘 입는다.

 

순환계 구조

폐포는 폐 모세혈관망으로 둘러싸여 있다. 모세혈관은 매우 작고 벽이 얇은 혈관으로 동맥과 정맥을 연결해주고

공기가 전달되는 넓은 확산 지역을 만든다. 호흡할 때 우리가 흡입하는 공기에는 산소가 풍부하게 들어있다.

폐 모세혈관망에 되돌아오는 혈액은 신체의 다른 부분으로부터 위탁되어 온다.

여기에는 혈액 속의 산소가 낮고 이산화탄소가 높은 수치로 포함되어 있다.

 방금 흡입한 산소는 폐포의 내부로부터 조직층을 통해 폐 모세혈관으로 옮겨져서 혈류 속으로 들어간다.

이때 이산화탄소는 혈액에서 폐포 속으로 위탁된 후 숨을 내쉴 때 밖으로 배출된다. 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로

기체가 움직이는 것을 확산이라고 부른다. 산소와 이산화탄소는 서로반대 방향으로 끊임 없이 확산을 거듭한다.

 

확산 과정

폐와 심장은 산소를 온몸으로 보내고 이산화탄소를 배출하기 위해 서로 함께 작동한다.

숨을 들이쉴 때 산소가 많고 이산화탄소가 적은 폐 모세혈관망으로부터 오는 혈액이 심장의 좌측으로 폐정맥을 통해 흘러 들어간다. 폐정맥은 폐로부터 심장으로 혈액을 운반하고 산소가 높은 혈액을 운반하는 유일한 정맥이다.

그런 다음 혈액은 심장의 박동을 타고 신체에서 가장 큰 동맥인 대동맥으로 간다. 동맥은 혈액을 심장으로부터 모든 신체 부분의 모세혈관망으로 보낸다. 산소가 많이 함유된 혈액이 조직으로 가서 다시 확산 과정이 진행된다. 산소는 확산을 통해 혈액에서 나와 조직으로 들어가고 이산화탄소는 조직에서 혈액 속으로 옮겨진다.

혈액은 정맥을 타고 심장의 우측으로 옮겨지고, 우측 심장에서 폐동맥으로 가서 다시 폐 모세혈관망으로 간다.

 

상승 시 압력이 미치는 영향

보일의 법칙과 이로 인해 하강시 생기는 압력의 상승으로 인한 상해 - "압착" 상해에 대해 설명한적이 있다.

보일의 법칙은 압력이 증가하면 부피가 줄어들고, 압력이 감소하면 부피가 커진다는 것인데 이것은 그 반대 방향으로도

그대로 적용된다. 폐와 같이 유연성 있는 용기에 공기가 들어 있고 그 절대압이 감소하면 용기 속의 공기의 부피는 증가할 것이다.  30m(4bar)에서 다이빙을 하면서 폐(5L)에 공기를 넣고 수면(1bar)으로 숨을 내쉬지 않은 상태로 상승을 하면 폐는 자신의 용적인 5L의 4배인 20L까지 팽창하게 될 것이다. 이건 대단히 많은 양의 공기이고 우리 신체가 감당할 수 있는 양을 훨씬 초과하는 양이다.

인간의 폐는 이런 심한 팽창을 견디지 못하고 상해를 입게 된다. 만일 폐가 이미 최대 용량까지 부풀어져 있다면 추가로 1.2m에 해당하는 정도(0.12bar)의 압력만 떨어져도 폐의 손상을 입게 된다. 폐는 약 0.12bar의 초과 압력만 견딜 수 있다. 앞에서 설명한것처럼 바닷물에서는m당 압력이 0.1bar 변한다.

 

폐 과팽창 상해

과팽창 상해 혹은 폐가 팽창할 수 있는 능력을 초과하는 공기의 팽창에 의한 상해에는 몇 가지가 있고 다이빙 중 상해를

피하기 위해서는 이에 대해 정확하게 알아 둘 필요가 있다.

 이 모든 상해가 교육을 잘 받은 다이버에게는 거의 발생하지 않는다는 것을 유의해야 한다.

예방의 핵심은 적절한 지식, 다이빙 계획, 계속 규칙적으로 호흡하는 것, 적절한 장비 및 충분한 다이빙 스킬이다.

 

동맥 공기 색전증(AGE)

동맥 공기 색전증은 가장 심각한 다이빙 상해이다.  폐정맥이 폐에서 나와 심장과 심장에서 뇌로 산소를 공급하는 경동맥으로 이어지는 큰 동맥(대동맥)으로 연결되는 것을 보면, 교육을 받지 않은 다이버는 상승 시 숨을 참는다. 0.12bar의 초과 압력에서도 폐포가 파열되고 기포를 순환계(폐 모세혈관총)로 방출하게 된다. 이들 기포가 폐동맥을 따라 심장의 좌측(좌심방-좌심실), 대동맥 그리고 뇌로 가는 경동맥으로 들어가게 된다. 기포가 순환 경로를 따라 뇌로 이동한다. 뇌로 가는 동맥은 분화되어서 점차 작아지고 가장 작은 혈관인 모세혈관이 된다.

보일의 법칙에 의거해서 기포는 다이버가 상승할 때 팽창하고 궁극적으로는 작은 혈관을 막아서 소위 색전을 형성한다.

여러 혈관을 여러 기포가 동시에 막을 수도 있다. 순환 기능의 폐쇄는 심각한 손상으로 이어진다. 뇌는 손상에 예민하고 취약해서 산소 부족 상태(저산소증)가 4-5분 이내 해소되지 않으면 되돌릴 수 없는 손상을 입을 수 있다.

 

기흉

기흉은 두 번째로 심각한 폐 과다 팽창 상해로서 폐에서 빠져나온 기포가 폐를 싸는 막(늑막:Pluera)의 내면과 흉곽벽에 밀착되어있는 외부늑막 사이의 늑막 공간으로 이동하는 것이다. 공기가 팽창하면서 폐를 망가뜨리기도 하고 심장을 눌러서 혈액순환에 영향을 줄 수도 있다.

 

피하 기종

피하 기종은 폐에서 빠져나온 공기가 심장 부분(종격동)으로 들어갔다가 기관지를 따라 올라가서 쇄골 상부와 목 부분의 피하층에 형성된다. 종격동 기종 종격종 기종에서는 공기가 폐에서 빠져나와서 심장을 싸고 있는 공간(종격동)에 축적되어 심장과 주위 혈관을 압박한다.

네 가지 상해는 모두 호흡 공기가 흉곽이나 폐의 다양한 층간으로 밀려 들어가면서 생기는 것이고 발생 기전은 근본적으로 같다. 교육을 부실하게 받은 다이버가 숨을 참으면 서 상승하면 폐 속의 공기가 팽창하면서 폐포가 불과 0.12bar의 압력 차이에서도 파열되면서 발생하는 것이다.

프리다이버나 스노클러에게 불과 수중 1m에서라도 당신의 공기 전달 시스템으로 호흡하게 허용하면 절대 안되는 행동이다.