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SEA LIFE

다이빙 이론 게시판 입니다.

조회 수 : 20291
2012.11.08 (06:49:13)
안전 정지(SAFETY STOP) 의 이해

얼마전 강사 교육 도중에 Fun 다이빙을 할 기회가 있었다.
그 강사 지망생은 다이빙을 대단히 열심히 하며 이론도 중시하는 학구파였었는데 이상하게도 다이빙을 마친 뒤 무척 불안해하는 모습이여서 그 이유를 물어보았다.
낮에 했던 두번의 다이빙 중 한번을 안전 정지 1분밖에 못하고 상승했기 때문에 혹시 감압병 증세가 나오면 어쩌나 하며 안절부절하는거란다.
또 다른 다이버, 강사를 목적으로 열심히 다이빙 공부를 하는 20대 다이버가 우연한 대화 도중에 하루 중 첫번째 다이빙은 안전 감압 정지를 안하고 둘째나 세번째에는 꼭 한다는 것이다. 그 이유를 물었더니 몸안에 질소가 첫 다이빙에는 포화 되지 않으니 안전 정지 할 필요가 없을거라는 설명을 자신있게 한다.
SAFETY STOP 은 말 그대로 안전 정지이다. 감압정지와 같이 안하면 감압병에 노출 된다는 필수조건이 아니다. 하지만 감압 이론이 점점 발전하고 많은 물리학자와 생리학자 그리고 감압병 전문의사들의 연구가 어디에 와있는지 궁금하여 관련 서적을 찾기로 하였다.
 

안전 감압 정지의 시작은 언제 부터였던가?

수면으로 머리를 내밀기 전 5미터 수심에서 약 3분동안 머문다는 것은 현대 다이빙에서 가장 중시하는 다이빙 룰중에 하나이다.
솔직히 내가 언제 부터 이 중요한 룰을 지키기 시작했는지 확실한 기억은 없다.
1980년 여름 제주 지귀도에서 실종된 선배 다이버 수색 다이빙에 나섰을 때 당시 한국 최고의 다이빙 선구자였던 황치전 선배님과 짝이 되어 40미터 다이빙 직후 낮은 수심(3미터 또는 5미터)에서 탱크의 잔량을 다 소비 하고 수면으로 나온 기억이 있다. 그 때 황선배님이 지시했던 낮은 수심에서의 정지가 안전 감압이였음이 틀림 없었는데 그 당시 그것이 일반적인 다이빙 룰이 아니였음이 확실하다.
그 뒤 스포츠 다이버로서의 안전 감압에 대한 기억은 감압병에 대한 두려움 때문이 아니라 안전 정지를 하므로서 초보시절 이후 가끔 발생되던 다이빙 후 두통 증세가 말끔히 없어지고 기분도 한결 상쾌한 것을 스스로 느끼면서 안전 정지를 거르지 않게 되었다.

안전 정지가 일반 다이버들에게 처음 소개된 정확한 시기를 찾기위해 관련 서적을 뒤져보았는데 약 20년전, 또는 1980년 중반 이라는 대략의 년도만 찾을 수 있었다.
더구나 그것을 실시하는 학문적 이유와 발전 과정에 대해서 일반 다이버들이 쉽게 알 수 있는 교재나 컬럼을 구하기 어려웠다.
최초의 안전 감압은 여러 형태로 변하였고 지금도 변하고 있다.
예를들어 내가 처음 안전 감압 정지를 접할 때는 ‘수심 20미터보다 더 깊은 다이빙을 하였을 경우 3미터에서 가능하면 3분 정도 안전 정지’라는 정보를 확실히 기억하고있고, 얼마 후인지 모르지만 확실한 설명도 없이 정지 수심도 3미터에서 5미터로 바뀌였다. 그리고 최근에는 안전을 위한 정지가 아니라 꼭 해야될 감압 정지라는 이론이 나오면서 5미터 전후 즉 6미터 부터라고 계몽하고 있다.

안전 정지는 상승 도중 5미터에서 정지 함으로서 질소 가스 배출을 돕고 감압병에 걸릴 확률을 적게하기 위해서라는 정도는 대부분의 다이버들은 알고 있다.
즉, 감압병의 원인인 질소 버블을 줄이거나 없애거나 예방하는데 목적이 있다.
우선 안전 감압의 규칙이 다이빙에서 자리 잡게 된 역사와 이론적 발전을 감압 원리의 발전 과정을 통해 찾아 보았다.
(참고 문헌 : Undersea and Hyperbaric Medicine, 2004 Vol. 31 저자 A. Maroni, P.B. Bennett, F.J. Cronje, R. Cali-Corleo; DIVE TRAINING May 2007 p36 – 44 Alex Brylske)
 

다이버 인체에 공기방울이 만들어지는 원리

1904년 - 할데인의 감압이론 탄생
근대 감압원리의 시조는 유명한 스코트랜드의 생리학자 John Scott Haldane이다. 높은 압력에 의해 액체 상태로 녹아있던 기체는 주변압이 급격히 두배로 낮아지기전 까진 체내에 버블이 생기지 않는다는 것이 그의 기본 이론이다. 그의 이론을 바탕으로 20세기 초에 감압 테이블이 만들어졌고, 미 해군에서는 그의 기본 이론을 더욱 발전시켜 미해군 다이브 테이블 을 완성 하였다. Haldane의 기본 이론은 오래동안 감압원리의 중심이 되어왔다.
할데인의 가설중에 하나인 “몸안에 생기는 버블 이론”에서는 조직의 포화 한계(얼마나 많은 질소를 조직에 가둘 수 있는가)를 넘어서면 자동적으로 조직안에 질소 버블이 생긴다는 것이다. 약간의 임신이 있을 수 없듯이 버블이 생겼다 하면 무조건 감압병(벤즈)이라는 이론 이다.

1940년대 - 기체 씨 (Gas Seeds) 이론
미해군의 연구관이였던 ALBERT BEHNKE에 의해서 할데인의 이론은 첫 도전을 받는다.
할데인이 감압 이론의 시조였다면 벤키는 미해군 다이빙 프로그램의 대부이자 당시 최고의 다이빙 생리학자였다.
그는 1940년에 감압병의 원인이 되는 질소 방울 이전에 “작고 해가 없는 질소 방울(Small Harmless Bubble)” 이론을 제기 하였다.
벤키의 이론적 암시는 할데인이 제창한 이미 생성된 버블이 감압병을 자동적으로 발병시킨다는 것이 아니라 아주 미세한 질소 방울이 점차적으로 발전하여 감압병을 발병시킨다는 것이다.
즉 처음에는 기체의 씨(Gas Seeds) 라고 불리우는 아주 미세한 기체방울이 형성된다는 이론이다.
그러나 그 당시만 해도 벤키의 가설은 기술적으로 입증 되지 않은 학설에 불과하였다.

1950년 후반 - “싸이런트 버블” 과 울트라 소닉
감압을 연구하는 다수의 연구원들로부터 동시에 매우 중요하고 진보된 이론인 싸이런트 버블 학설이 발표되었다.
즉 1960년에 연구원들이 사용하기 시작 하였던 울트라소닉(초고주파음) 파동을 이용하여 피의 흐름과 심장기능을 검사 할수 있었고 싸이런트 버블의 존재 가능성을 제시하기 시작하였다.
 
1968년 싸이런트 버블 발견
도플러 울트라소닉 프로메터(Doppler Ultrasonic Flow meter) 라는 더욱 발전된 기계를 이용하여 감압을 연구한 최초의 과학자는 Merrill Spencer 와 S.D. Campbell 이다.
이 두 과학자는 61 미터 수압에서 한시간 있게한 양들의 체내에서 기체 방울들을 측정하였고 바로 뒤를 이어 다이버의 인체에서 최초로 조용한 방울이라 일컷는 Silent Bubble 을 발견하였다. 하지만 시작부터 싸이런트 버블과 감압병과의 상관관계에 대한 논란이 거듭되었다.

1970년대 - “도플러 버블 디텍터”와 싸이런트 버블 실험
도플러 버블 디텍터라고 이름 지워진 기계와 기술로 싸이런트 버블 형성 과정에 대한 획기적인 연구가 몇차례 발표되었다.
그 중 가장 영향력있는 연구 발표는 USC의 카타리나 해양과학쎈타의 Dr. Andrew Palmaris 이다.
그의 가설은 몇몇 다른 과학자와 마찬가지로 감압이 필요없는 다이빙의 감압정지 즉 안전정지(Safety Stop)가 싸이런트 버블을 없애거나 축소 시킬 수 있다는 것이다. 그의 주장은 만약 싸이런트 버블을 더욱 적게 만들 수 있다면 감압병의 위험을 확실히 축소 시킬 수 있다는 이론이다.
 
그는 자신의 이론을 설명하기 위해서 그 당시 미해군 무감압 한계시간인 30m/25분 다이빙에서 세구룹의 다이버들을 체내의 버블을 도플러 기술로 관찰하는 실험을 하였다.
1 구룹 - 곧장 수면 상승 (미해군 상승속도 19m/1분)
2 구룹 - 3m/2 분 감압정지
3 구룹 - 6m/1분, 3m/4분 두번 정지
모든 구룹의 다이버들을 수면 상승 직후부터 2시간 동안 모니터 하였더니
안전 정지를 안했던 1 구룹에는 상승직후 70개, 15분 후 110개의 싸이런트 버블이 관측 되었고 30분 후에는 60개로 떨어진 후 60분 후에는 최소 숫자인 25개가 2시간 까지 관측 되었다.
그러나 3m/2분 안전정지했던 2 구룹은 수면 상승 직후 18개, 15분 후 20개, 그 뒤 2시간 까지 버블의 숫자 변화가 없었다.
마지막 3 구룹, 즉 2번 안전 정지한 구룹은 최초 10개의 싸이런트 버블이 측정된 후 그나마 30분 부터 현저히 숫자가 줄었고 60분 이후에는 한개의 버블도 발견 할 수 없었다.
 
이 실험은 안전 정지를 하지 않고 상승한 구룹 1의 사이런트 버블은 매우 위험스런 숫자 라고 결론 내렸고,
한번 안전 정지를 실시한 구룹의 사이런트 버블의 숫자는 급격하게 줄었으며 두번의 정지를 실시한 그룹은 거짓말처럼 거의 버블이 발견 되지 않았다는것이다.
싸이런트 버블과 감압병과의 관계가 명확하게 설명 되지 않은 상황에서도 다이빙 질병에 관계하는 대부분의 의사들은 갑압병을 피하는 최선의 방법으로 싸이런트 버블을 최소로 해야 한다고 주장하여 이실험 결과를 매우 중요시 하였다.
 
1980년대 - 새로운 다이브 테이블과 다이브 컴퓨터 개발의 황금기
‘도플러 버블 디텍터’ 관측 장비로 무장한 많은 감압병 연구원과 의사들은 다이버가 무감압 한계 수준에 가까이 가는 높은 레벨의 사이런트 버블에 대한 깜짝 놀란 만한 연구결과를 계속 발표하었고 그 결과로 감압 테이블의 한계를 피하기 위한 몇가지 강력한 건의가 발표되었다.
물론 새로운 기술의 발전으로 다이빙계에 출시되기 시작한 다이브 컴퓨터에도 같은 종류의 충고가 내장되었다.
이 시기의 새로운 원칙을 제공하는 연구 발표도 많았는데 특히 새로이 선보인 미 해군 공기 감압 테이블은 도플러 방식으로 인간 실험을 통하여 잠수 시간을 줄이는 새로운 버전이였다.

1988년 PADI의 협력 연구소인 다이빙 사이언스 테크놀로지의 Dr. Raymond E Rogers 가 개발한 RDP(Recreational Dive Planner)에서 이런 연구들의 정점을 이루웠다.
이 다이브 테이블은 무감압 다이빙을 위한 일반 다이버 즉 레크레이셔날 다이버들만을 위한 최초의 연구 발표인것이다.
물론 이 연구는 감압 챔버와 다이빙 현장에서 다이버의 인체를 도플러 모니터링을 광범위하게 사용된 것이다.
 

또 다른 감압병 예방법에 대한 기대
이런 새로운 기술과 지식으로 만들어진 더욱 안전한 다이빙 테이블과 컴퓨터는 잠수 시간을 줄이고 상승속도 경고는 물론 안전정지(Safety Stop) 까지 실시하도록 강조 하지만 실지로 감압병의 발병 비율은 그 전과 비교하여 달라진 것이 없다.
특히 레크레이션 다이버의 감압병 발생중에 가장 심각한 감압병인 신경성 감압병 즉 중추 신경 감압병이 65%나 차지 한다는 것이다.
그래서 과학자들은 사이런트 버블과 감압병이 이론적으로 확실한 연관이 있음을 추정하고 만약 혈관속에 사이런트 버블을 관찰 할 수 있다면 인체 어딘가에 더 심각한 버블이 형성 되고 있다는 의심을 하게 되었다. 물론 이것은 이론이며 아직 증명된것은 아니지만 이 추론이 가장 효과적으로 감압병을 밝혀낼 수 있다고 믿고있다. 그러나 분명한것은 그 당시 까지 알려진 대부분의 감압병 예방법 외에 다른 예방법이 비밀스럽게 존재 하고 있을거라는 확신을 갖게 되었다.


1990년대 - 자연 발생된 기체 방울 (Free Phase Dynamic) 가설
할데인의 감압 이론이 현실적이지 못하다는 논리를 펼치는 생리학자들이 늘어나면서 새로운 가설이 무게를 받기 시작하였다. 그것은 인간의 인체를 포함하여 지구상의 액체 또는 액체를 포함한 모든 물질들은 실질적으로 혹은 자연적으로 아주 미세한 공기 방울들을 이미 가지고 있다는 것이다. 더 나아가서 여러가지 생리학적 이유로 인해 스스로 아주 작은 기체 방울들을 만들려고하는 경향 마저 있다는 것이다. 이와 같은 아주 미세한 기체방울들이 “기체 씨” 역활을 하면서 더 큰 기체방울로 쉽게 진전 된다고 하여 이 가설은 “미세 버블 모델(Tiny Bubble Model)” 이라고 더 잘 알려지게 되었다. 이 가설을 옹호하는 과학자들은 비활성 기체의 흡수와 배출 과정이 생체물리학적으로 더 정확하게 설명 될 수 있다고 주장하였다. 따라서 할데인의 모델로 만들어진 다이브 테이블보다 미세 버블 모델로 만들어진 테이블이 더 신뢰성이 있다는것이다. 물론 할데인이론을 근거로 발전된 감압 모델들이 감압병의 위험을 많이 끌어 내렸지만 미세 버블 모델 신봉자들은 이 이론이 더 안전 하다고 믿고 있다.
다시 말하자면 기체 방울이 만들어 지는것은 불가항력이며 인체가 가지고 있는 기체핵이 부득이 모든 다이빙에서 기체 방울 형태로 변하게 된다는 것이다. 그래서 감압병에 걸리지 않으려면 미세 방울들을 감압병 위험 수준 아래의 숫자나 크기로 유지 해야 한다는 것이다.


2000년대 - RGBM (Reduced Gradient Model) 의 탄생
1980년대 부터 1990년대 까지 계속 수정된 미세 버블 모델 이론 VPM (Varying Permeability Mode)을 발표한 과학자는 하와이 대학교의 David Yount 와 Don Hoffman 이다.
이보다 더 최근에 로스 알라모스 국립 연구소의 물리학 박사 Bruce Weinke 에 의해 발표된 RGBM 이론은 충분히 현실적이라는 평가를 얻어 여러 다이빙 컴퓨터는 물론 테크니컬과 산업잠수의 감압 원리로 사용되기 시작했다. 특히 새로 발표된 NAUI 다이브 테이블의 기초로 이용되고 있다.
이 새 이론 즉 미세 버블 모델의 특이 사항은 기존 다이버들이 실시 하고 있는 안전 정지 보담 더 깊은 수심에서의 정지 즉 DEEP STOP을 요구하고 있다.
 

다이빙 감기와 DEEP STOP
1970년대는 다이빙 장비개발 시대라 한다. 부력조절기, 보조 호흡기와 기타 계기들이 개발 되면서 동굴 다이빙 단체들이 그 덕에 태동되었다. 그 뒤 10년 뒤인 1980년대에는 풋내기 테크니컬 다이버들이 단체를 만들면서 서서히 커가기 시작 하였다. 그러나 대심도 잠수를 하는 텍 다이빙에서 한가지 문제점이 생겨났다. 그것은 “다이빙 감기(Diver’s Flu)”라고 이름지어진 대심도 다이빙 후에 발생되는 불안감과 무기력함, 피곤함 등이다.
싸이런트 버블의 연구가 활발히 진행될 즈음인 당시 그 증세는 싸이런트 버블이 원인이고 “무증상의 감압병(Subclinical Decompression Sickness)” 이라고까지 명명되었다. 실제적으로 감압병 증세가 전혀 아니면서도 미세 버블이 부작용을 준다는 사실이 증명된 셈이다. 마치 우리몸이 미세 버블을 이물질 즉 병원체가 들어온 것으로 판단하고 그것과 싸우기 위한 항체를 만들어 내면서 생기는 후유증이라는 설명이 성립되었다.
이 문제를 해결하기 위해서 텍 다이버들의 지도자들은 그들 스스로 해결 방법을 만들기 시작 하였고 이 때 만들어진 방법이 깊은 수심에서의 정지 즉 DEEP STOP 이다.


파일의 정지 (Pyle Stops)
DEEP STOP 은 하와이의 조류학자 Dr. Richard Pyle 의 이름을 따서 ‘파일 정지(Pyle Stops)’ 이라고 더 알려져 있다. 그는 대심도 다이버로 널리 알려져있는데 깊은 수심의 산호 물고기 채집 다이빙 후에 생기는 무기력증과 피곤함 등이 매 다이빙 마다가 아닌 특정한 날에만 나타난다는 것을 발견하고 그 이유를 쫒게 되었는데 마침내 고기 채집에 성공한 날에는 그 증세가 없음을 알게 되었다. 60미터 이상 대심도에서 잡는 산호초 고기들을 살려서 연구실에 가기 위해서는 30-40 미터 수심에서 정지하여 아주 작은 주사바늘로 고기의 부레에서 공기를 빼주어야 하는데 그 작업을 아무리 빨리해도 1분 정도 걸리는 것이였다. 그 작업을 하는, 즉 고기를 잡은 날이면 영락없이 다이빙 후의 이상한 증세가 없고 머리도 맑아 연구소로 돌아오는 길에 전혀 졸립지도 않았다는 것이다.
(참고 자료 : www.divetekadventures.com/Technical_PyleStops.htm)
오늘날 모든 텍다이버들의 감압 모델에는 깊은 수심의 정지를 사용하고 있다.


레크레이션 다이버에게 적용되는 DEEP STOP 이론
불과 3년전인 2004년에 발표된 Undersea and Hyperbaric Medicine 에 의하면 텍다이버나 산업 잠수에서 전용되는 깊은 수심에서 정지 이론이 일반 다이버들에게도 적절하다고 발표되었다. 그 이유로 레크레이션 다이버들에게 잘 발생되는 신경계통 감압병에 대한 예방으로 매우 중요하다는 것이다. 즉 신경계통 감압병은 주로 중추신경에서 발생되는데 그곳은 매우 짧은 반감기(조직에 기체가 반 포화되는 시간)를 가지고 있으며 빠른 조직은 기체의 흡수 시간도 짧지만 낮은 수심의 안전정지에서 배출도 빠르다고 알려졌고 특히 DEEP STOP 즉 깊은 수심에서 안전 정지에서는 빠른 조직의 기체 압력이 현저히 준다고 주장하였다.
결론적으로 이 보고서는 싸이런트 버블의 숫자를 최소화 하고 빠른 조직의 기체 긴장을 누그러뜨리는 최고의 방법으로는 1분당 9미터의 상승속도와 최대 수심의 반 되는 깊이에서 1분간 정지, 그리고 5미터에서 3-5분 안전 정지가 가장 적절한 방법이라고 강조하고 있다.


바뀌어야 할 일반 다이버들의 고정관념
인간을 포함한 지구상의 모든 포유류들은 어떤 종류의 테이블이나 컴퓨터를 사용하든 고압 기체를 마시며 하강하면서 가압(Compression) 되고 상승을 통해서 감압(Decompression)이 매번 이뤄지고 있다. 즉, 레크레이션 다이버의 기준이라고 하는 ‘무감압 다이빙’이란 세상에 없는 다이빙이라는 것이다. 다시말해 일반 레크레이션 다이버가 텍 다이버들이 하는 감압 절차 다이빙을 하지 않기 때문에 감압에 별로 신경 쓸 필요가 없다고 말하는 자체가 잘못된 사고라는 것이다.
 

결론
안전정지가 레크레이션 다이버에게 소개된지 20년이 넘었지만 아직도 감압 현상에 대해서는 완벽히 이해가 어렵다. 이제껏 발표되고 사용되는 감압 모델은 단지 모델일 뿐이다. 우리 일반 다이버가 이해 할 수 없는 복잡한 물리현상과 수학적 개념들이 실제 생리적으로 어떻게 작용하는지, 즉 감압정지 중에 우리 인체에서 실제로 일어나는 현상은 확실히 모른다. 다만 할데인의 원리가 지금까지 무리없이 사용되고 있고 새로 발표된 미세버블 원리 또한 이론적으로 더 효과가 있다고 믿고있다.
우리가 할 수 있는 일는 신중하게 판단되고 검증된 새로운 학설을 충실하게 따라가는 것이 더욱 안전하게 다이빙을 즐기는 것이라 하겠다.
최근 다이빙계에서 받아드린 가장 다끈따끈한 감압에 대한 충고는 더 깊은 수심에서 부터 감압 정지를 하라는 것이다.
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