호흡기체의 오염과 일산화탄소 중독 (2012.3/4월호)

제1장 호흡기체의 오염

 

다이빙을 위한 공기탱크에 오염되지 않은 깨끗한 공기를 공급하는 것은 다이버에게 매우 중요하다. 왜냐하면 잠수를 깊이 할수록 그 분압이 상승하여 오염의 효과가 더욱 커지기 때문이다. 예를 들어 대기압에서 호흡기체의 5% 오염은 30m 깊이(4 ATA)에서는 20%로 증가한다. 이러한 오염은 대개 컴프레서로 유입되는 공기 자체에 문제가 있거나, 컴프레서 자체에 의해 오염물질이 만들어지는 경우이다.

 

압축공기의 준비

다음 두 가지 중 한가지의 방법으로, 대기 중의 공기는 컴프레서로 유입되어 압축된다. 대부분의 다이빙 샵에서는 피스톤과 실린더 컴프레서를 사용하여 다단계로 공기탱크(실린더)의 압력을 올린다. 좀 더 진보된 컴프레서는 냉각기의 컴프레서와 유사한 방식의 다이아프램식(격판식) 펌프(diaphragm pump)를 사용한다.
이상적인 경우, 압축된 공기는 오염물질의 제거를 위하여 여러 단계의 정화 카트리지를 통과해야 한다. 실리카겔(Silica gel)은 수증기를 제거하기 위해, 활성탄(activated charcoal)은 기름과 탄화수소(hydrocarbon)을 제거하기 위해, 아주 가는 체(molecular sieve)는 물방울과 먼지 입자들을 제거하기 위해, 촉매제는 일산화탄소를 제거하기 위해 사용된다. 비양심적인 제조업자들은 필터 대신에 여성의 생리대를 사용하는 것으로 알려져 있다.

 

기체 순도의 기준

미 해군이나 NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)와 같이 권위 있는 단체에서는 호흡기체의 순도에 대한 최소한의 기준을 마련해 놓고 있다.

 

<사례1>
조류가 있는 지역에서 경험이 많은 다이버가 조류가 약할 때 다이빙을 계획하였다. 그는 간조 때 자신의 배를 정박시키고, 수면 위에서 호스를 통하여 계속적으로 공기를 공급해주는 후카 컴프레서(hookah compressor)를 공기탱크에 연결하였다. 10m 수심에서 90분간 다이빙을 한 후, 다이버는 어지러움을 느끼고 의식을 잃었으나 다행스럽게도 버디의 도움으로 배위로 끌어올려져 심폐소생술을 받았다.

 

진단 - 일산화탄소 중독
설명 - 조류가 바뀌어 배의 방향 또한 바뀐 것이다. 다이빙을 시작할 때, 바람의 방향을 고려하여 제대로 놓인 공기 컴프레서의 공기 흡인구와 엔진배기장치(the motor exhaust)가 배의 방향이 바뀌면서, 엔진배기장치에서 나온 배기가스가 공기흡인구로 들어가게 된 것이다.

컴프레서는 내부적으로 치명적인 오염물질을 만들어 낼 수 있다. 피스톤은 충분한 윤활작용이 필요하고 여기에는 특별한 오일을 사용해야 한다. 컴프레서가 과다하게 마모되었거나, 높은 압력이 발생되면 윤활유가 질소산화물이나 일산화탄소와 같은 독성 오염물질로 변성될 수 있고, 이러한 오염물질이 다이버의 탱크로 들어갈 수 있는 것이다. 즉, 컴프레서의 관리 소홀로 인하여 오일과 탄화수소 입자들이 공기탱크로 들어가게 되는 것이다.

만일 공기 컴프레서가 깨끗하지 않은 상태로 가동이 된다면 먼지들이 공기탱크로 들어가면서 컴프레서와 레귤레이터의 유동 부위에 마모를 가져올 것이다. 공기 컴프레서로부터 공기탱크로 공기가 유입될 때, 수증기는 제거되어야 한다. 그렇지 않으면 그것들은 응축되어 스쿠버 실린더 내부를 녹슬게 하거나, 추운 상태에서는 다이빙을 할 때 레귤레이터를 얼게 할 수도 있다.

대부분의 컴프레서는 공기 유입 부분에서 먼지를 걸러내고, 공기 배출 부분에서 수증기와 오일을 걸러주는 필터장치가 장착되어 있다. 이들 필터의 효율은 컴프레서를 얼마나 정상적으로 작동하고 유지하며, 과부하를 걸지 않느냐에 따라 달라진다.

가끔 필터나 윤활 시스템의 파손으로 인하여 오염이 발생하기도 한다. 높은 인화점(flash point)을 가진 비탄화수소성 윤활유가 선호된다. 윤활유의 문제는 물이나 건조한 테플론(teflon)을 이용한 윤활시스템을 사용함으로써 해결될 수 있기는 하지만 가격이 비싸다는 것이 문제이다. 다이아프램식 펌프(diaphragm pumps)로도 오일로 인한 문제를 해결할 수 있는데 이 또한 매우 비싸다.

 

임상적 특징

오염된 공기는 이상한 맛과 냄새가 나기도 하지만 전혀 알 수 없는 경우도 있다.
-질소산화물은 폐에 손상을 입혀 기침, 쌕쌕거림(wheezing), 호흡곤란, 가슴이 답답함 등의 증상을 나타낸다.
-일산화탄소는 두통과 의식 소실을 가져온다.
-오일은 흉통, 호흡곤란, 기침, 폐렴 등을 일으킨다.

 

치료

다이버가 오염된 공기를 흡인하였을 때에는 우선적으로 응급처치를 하고, 다이버의 실린더(탱크) 안의 공기는 화학연구소 혹은 기체검사연구소로 보내서 기체분석을 의뢰해야 한다.

 

예방

다이버는 잠수하기 전에 미리 자신의 잠수장비를 통하여 공기를 흡인해 보고, 맛이나 냄새가 이상할 경우에는 사용을 금해야 한다. 공기압축에 대한 전문적 기술이 점점 발달하고 변하기 때문에 다이버는 평판이 좋은 제조업체로부터 나온 공기탱크와, 관련 검사기관 단체의 정기적 검진을 받은 공기를 사용해야 한다. 각각의 오염물질을 검출해 내기 위해서 화학적 검출관(chemical detector tubes)을 사용한다. Drager 회사에서 제공하는 “Drager 기체 검출 키트(Drager Gas Detection Kit)"가 대표적이다. 다이빙 사고 후에는 공기제조업체와 정부보건당국의 검사를 받을 수 있다.

 

<사례2>
한 다이빙 샵은 몇 년 동안 큰 실린더로 구성된 “공기은행(air bank)" 식의 압축장치를 이용하여 공기탱크를 채워왔다. 실린더의 목 주변에 흰색 테가 둘러쳐진 이 커다란 검은 실린더는 규모가 큰 가스공급업체로부터 검사를 받기 위해 보내졌다. 실린더 내부는 양호하다는 판정을 받은 후, 실린더의 색 표시(color code)에 따라 공기가 재주입되었다. 불행히도, 이 실린더는 100% 산소로 채워져 다시 보내졌고, 다이빙 샵은 자신들의 실린더에 100% 산소를 채워 넣은 것이다.

다이빙이 시작되었는데, 두 명의 다이버가 문제의 실린더를 메고 나가 20m에서 잠수를 하였다(다른 다이버들은 기존의 공기가 채워진 실린더를 사용함). 잠수를 시작한 지 10분 정도 지났을 때 한명이 갑작스레 발작을 하였고 자신의 버디에 의해 구조되었다.

구조 다이버(rescuing diver)에 의하여 적절한 응급처치를 시행한 후, 잠수전문의사에게 검진을 받았는데 “산소중독(oxygen toxicity)”으로 판정받았다. 경찰의 빠른 조치로 다른 다이버들이 사용하기 전에 100% 산소로 채워진 공기탱크는 수거되어 큰 사고를 피할 수 있었다. 만일 다이빙을 하기 전에 수면에서 미리 자신이 사용할 공기를 호흡해 보았다면 문제가 있다는 것을 알아낼 수 있었을 것이다.

 

제2장 일산화탄소 중독

일산화탄소(carbon monoxide)는 탄소화합물의 불완전한 연소로 형성되는 기체이다. 엔진의 배기장치로부터 나오는 연기의 한 성분이며, 난로나 담배의 불완전한 연소 때 생성되기도 하고 다이버의 공기 컴프레서의 매연에 의해서도 생성된다.

일산화탄소는 극소량만으로도 치명적이다. 혈중 헤모글로빈(Hb, 혈색소)의 산소결합부위에 산소대신 결합하여 카르복시헤모글로빈(carboxyhemoglobin, HbCO)을 형성함으로써, 헤모글로빈이 산소를 운반하는 것을 방해한다. 산소결합부위의 상당부분이 일산화탄소에 의해 결합되면 저산소증이 초래되어 죽음에 이른다. 일산화탄소는 세포에서 에너지를 생성하는 생화학적 경로를 차단하여 기본적인 세포기능을 마비시킨다.

임상적 특징

혈중 산소운반의 감소로 인해 저산소증의 증상이 점진적으로 나타나며, 호흡기체의 일산화탄소 농도에 의해 결정되는 카르복시헤모글로빈(HbCO)의 혈중 농도에 따라 다음 표와 같이 다양한 양상을 보인다.


 

일산화탄소의 영향은 누적되어 나타나며, 흡인한 기체의 농도와 노출 시간과 관련이 깊다. 400ppm의 농도로 한 시간 노출되어야 증상이 나타나는 반면, 1200ppm의 경우 단 20분 만에 증상이 나타난다. 카르복시헤모글로빈(HbCO)의 농도가 떨어지면 일산화탄소의 제거를 의미하며 임상적 특징도 차츰 감소하게 된다. 피부나 점막에 나타나는 전형적인 선홍색(cherry pink)은 호흡부전이 나타나기 전인, 급성 초기에만 볼 수 있다.

다이빙 수심이 깊어질수록 일산화탄소의 영향은 급격히 증가한다. 대기압에서 400ppm의 농도는 임상적 특징이 나타나지 않지만, 같은 농도라도 수심 30m (4 ATA)에서는 1600ppm (=4x400)의 효과를 나타내므로 심각한 중독현상을 일으킨다. 다이버가 수면 위로 상승함에 따라 산소의 분압이 감소하기 때문에 경미한 일산화탄소 중독 증상들은 상승 동안이나 상승 후에만 나타난다. 일산화탄소 중독으로 인한 지속적인 저산소증이 뇌에 영향을 미치게 되면  심각한 뇌손상을 일으킬 수 있다.

 

치료

다이버를 일산화탄소의 위험으로부터 빨리 격리시켜야 하며, 마스크를 통하여 100% 산소를 공급해 주어야 한다. 응급 소생술의 ABC 원칙에 의하여 적용해야 한다. 고압산소(HBO, hyperbaric O2)가 가장 좋은 치료법이다. 고압 챔버에서 높은 분압의 산소를 흡인하면 충분한 양의 산소가 혈액에 용해되어 헤모글로빈의 산소운반 없이도 산소요구량을 만족시켜 준다. 2.5~3ATA의 분압으로 산소가 흡인되면, 일산화탄소는 헤모글로빈과 결합된 상태에서 서서히 분리되어 폐를 통하여 배출되어지고, 헤모글로빈은 정상적으로 산소운반의 역할을 수행함으로써 생명을 유지하게 된다. 고압산소는 중독 수 시간 이내에 치료해야만 효과적이며 오랜 시간이 지체되면 돌이킬 수 없는 뇌손상을 피할 수 없게 된다.

 

예방

다이버들이 압축공기에 포함된 일산화탄소를 흡인하는 경우가 일산화탄소 중독의 가장 흔한 원인이며, 다음과 같은 경로들이 있다.
가솔린 엔진의 배기가스로부터의 일산화탄소의 직접 오염
이것은 컴프레서 모터 자체로부터, 혹은 주변의 모터나 배기가스의 출구로부터 흘러 들어온 경우이다. 가장 흔한 경우로는 컴프레서 모터의 배출구로부터 나온 배기가스가 바람을 타고 공기 컴프레서의 공기 유입구로 흘러 들어간 경우이다.

 

부적절한 윤활유의 분해산물로 인한 오염
공기 컴프레서에 부적절한(탄화수소를 주원료로 한) 윤활유를 사용하는 경우에 윤활유의 분해과정에서 일산화탄소, 탄소, 및 산화질소가 발생한다. 때로는 컴프레서의 과열에 의해서 생기기도 한다.

 

오염된 공기의 유입
압축공기를 공급하는 사람들은 압축되는 공기의 질을 주기적으로 검사하여 일산화탄소와 다른 오염물질이 압축공기에 포함되지 않도록 하는 것이 매우 중요하다. 적절한 여과장치가 모든 컴프레서에 장착되어 있어야 하고, 이들은 항상 제대로 작동하고 관리, 유지되어야 한다.

 

 

 

[참고문헌]
1.Carl Edmonds, Bart McKenzie, Robert Thomas "Diving Medicine for Scuba Divers" JL Publications, 1992
2.김희덕, 김동원, 김찬 역,“스쿠버 다이버가 꼭 알아야 할 잠수의학“, 정담, 2005
* 참고: 본 칼럼은 소유권을 가진 도서출판 정담(대표:김정찬)의 허락하에   
 참고문헌의 내용중에 일부 발췌하여 요약한 것입니다.

 

 

 

글/그림 편집부
글쓴날 : [12-04-17 15:12] 스쿠바다이버기자[diver@scubamedia.co.kr]
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