폐산소 독성

[GOLFAM]

산소 중독 (Oxygen Toxicity)

지난 호에서 고압산소에 의한 중추신경계 독성에 관한 내용들을 언급하였고 , 이번 호에서는 폐중독에 관한 내용들을 정리한다. 중추신경계 산소 독성에 관해서는 많은 잠수인들이 어느 정도 잘 알고 있는 것 같지만, 폐독성에 관해선 그렇지 못한 것 같다. 그렇지만 실제 발생할 수 있는 가능성은 폐독성이 훨씬 높음에도 불구하고 증상이 명확하지 않은 것부터 단순히 기침과 가벼운 흉통 정도만 있는 것이 대부분이기 때문에 많은 잠수인들은 폐독성을 인식하지 못한 채 살아간다.

그러나 필자는 잠수인들에게 발생할 수 있는 폐산소중독의 내용을 정리하고 , 이러한 지식을 통해 많은 잠수인들이 잠수의학에 관심을 갖고, 더 안전한 잠수와 잠수 후에 발생할 수 있는 여러 증상들을 간과하지 않도록 하며, 건강한 삶을 영위할 수 있도록 도와주고자 하는 것이 이 글을 쓰는 목적이다.

지난 호에서 고압산소가 어떻게 하여 중추신경계에 독성 작용을 일으키는 지에 대해 언급하였고 , 독성작용을 유발시킬 수 있는 산소분압등에 관해서 언급하였다. 그러므로 저자는 이에 대한 것들은 생략하고, 바로 폐산소중독에 관한 내용들을 기술한다.

폐산소중독이 발생되기 위한 조건들은 ?

호흡기체 중 꼭 필요한 산소는 인간의 생존을 위해 반드시 필요하다는 것은 잘 알고 있을 것이다 . 대기중에는 약 21%정도 차지하고 있다. 분압으로는 0.2 ATA 혹은 0.2 bar 이다. 그러나 산소의 분압이 증가되어 0.55ATA 혹은 0.55bar 즉, 55% 산소 농도의 대기압으로 호흡을 오랫동안 할 경우 폐 독성이 발생된다. 그러나 0.75ATA 혹은 0.75bar 또는 75% 산소 농도를 호흡을 할 경우에는 24시간 내에 폐 독성 증상이 나타난다. 실제로 대기중에서 75% 산소 농도로 호흡을 하는 경우는 중환자실이나 응급실에서의 환자치료로 산소공급시 발생할 수 있는 것이지만, 응급실의경우 마스크나 비관을 통한 산소 공급 시에는 50% 이상의 산소농도를 유지할 순 없다. 실제로 잠수인들에게 이런 고농도의 산소를 호흡할 수 있는 경우는 거의 없다. 그러나 이것은 커다란 오류라는 것을 알아야 한다. 잠수인이 압축공기로 호흡을 할 경우 수면에서는 21% 산소 분압은 0.21ATA 가 되고, 10미터 수심에서는 21% 산소 분압은 0.42ATA 로 되며, 20미터 수심에서는 21% 산소 분압은 0.63ATA 이다. 그리고 30미터 수심에서는 21% 산소 분압은 0.84ATA 이다. 30미터 수심에서 압축공기로 호흡을 할 때 산소분압이 0.84ATA 로 대기 퍼센트로 환산하면, 84% 산소 농도로 호흡하는 것과 같다.
그러므로 30미터 수심의 잠수를 하는 경우에는 높은 산소 분압에 의한 폐 독성을 유발할 수 있는 조건을 한 가지는 충족시킨다. 그러나 폐산소중독은 낮은 산소 분압에도 불구하고 장시간 노출이 되어야 한다. 그러므로 30미터 수심에서 24시간이상 체류할 경우에 폐산소중독이 나타난다. 그렇기 때문에 실제로 압축공기를 사용하는 잠수에서는 폐산소중독이 발생하지 않는다고 보아도 된다.
그러나 산업잠수 혹은 어패류 채취 잠수인들 사이에서는 수중에서 상상을 초월할 정도의 8시간 혹은 12시간이상 수중작업을 하는 경우도 있고, 감압시간을 줄이기 위한 편법으로 수중 산소치료가 있는데, 상승하여 10미터 혹은 15미터에서 정지하여 100% 산소를 호흡한다. 이때는 주로 중추신경계 즉, 뇌 산소 중독증이 발생하지만, 폐에 어떠한 영향을 미치는 지에 대한 정확한 연구는 되어있지 않다. 왜냐하면 이러한 잠수방법은 한국이 유일하기 때문에 선진국에서는 연구할 대상이 되지 못한다. 만약 연구를 한다면 바로 한국 잠수의학 전문의가 해야 하지만 저자는 당장 해야 할 연구들이 더 많이 산적되어 있어 이에 대한 고려를 하지 못하고 있다.그러나 잠수인들이 감압병과 혹은 잠수시 여러 질환으로 인하여 재압치료를 받게 되었을 경우에는 중추신경계 산소중독과 더불어 폐산소중독이 유발될 수 있음을 유념해야 한다 . 재압챔버 치료시 100% 산소로 18미터 수심의 압력으로 가압한다. 이때 산소 분압은 2.8ATA 혹은 2.8bar 이다. 그리고 대기로 환산하면 280% 산소 농도가 된다. 뇌산소중독증이 없었다면 장시간 치료시는 폐산소중독증이 발생될 수 있다. 그러므로 폐산소중독증의 조기 증상들을 우리 잠수인들은 잘 알고 있어야 할 것이다. 다만 폐산소중독에 관한 것은 동물실험을 통해 많은 내용들이 알려졌다 . 일단 폐 독성의 증상이 발생되면, 이어서 호흡부전이 진행되고 최종적으로 사망에 이른다. 동물마다 병의 진행정도가 달라 이러한 병 진행과 병리소견이 과연 사람에게도 그대로 적용될 수 있는가에 대해선 이견이 많지만, 비교적 조기에 나타나는 증상은 동물과 사람이 거의 같을 것이라고 믿어진다.

폐산소중독의 증상은 무엇인가 ?

잠수인들 개개인들마다 차이가 있기는 하지만 , 대체로 호흡기체의 산소분압과 노출시간이 가장 중요한 요인이라 할 수 있다. 정상인들에게 2.0ATA 혹은 2.0bar의 산소 분압으로 약 3시간 정도 호흡하게 하면 폐산소중독의 증상이 나타난다. 그러나 어떤 사람들에서는 8시간 이상 호흡을 하여도 증상이 발생되지 않는 경우도 있다. 폐산소중독 증상 중에서 가장 먼저 나타나는 것은 일반인들이 쉽게 이해할 수 있는 것 중에서 감기에 걸리면 기침과 가래가 섞여 나오는 증상이 있는데 이것은 기관지염에 의한 것인데 , 바로 이런 기관지염과 비슷한 기도 자극증상이 나타난다. 이 증상은 숨을 깊게 들이마실 때 더 심한 기도 자극증상이 유발된다. 즉, 기침이 유발되는 것이다. 흡연자들은 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 담배를 연속해서 많이 피게 되면 가래 섞인 기침을 하게 되는 것과 유사하다. 기침과 더불어 흉통(chest tightness)을 호소하게 된다. 이 흉통은 앞가슴 중간부분의 통증(substernal pain)을 말한다. 이 증상 또한 깊은 숨을 들이쉬거나 기침을 할 때 통증이 더 심해짐을 알 수 있다. 폐산소 독성의 증상이 더 심해지면 기침을 하게 되고, 이 기침은 점점 더 심해지고 악화된다. 이렇게 되면 호흡곤란(dyspnea)이 발생하고 더 심해지면 몸을 움직이지 않고 가만히 있어도 호흡곤란이 나타난다. 이런 증상이 발생되었는데도 불구하고 계속 고농도의 산소를 호흡할 경우에는 아주 빠르게 이런 증상들이 진행되어 호흡마비를 유발시키기도 한다. 정리하면 고농도의 산소를 호흡하면 할수록 상기에서 언급한 증상들이 빠르게 아주 심하게 유발되는 것이다.이학적 소견 (physical signs)들은 청진기를 이용하여 폐부분을 청진하면 알 수 있는데, 수포음(rales(뽀글뽀글 소리)), 코 안을 들여다보면 점막부위가 뻘겋게 부어있음을 알 수 있고, 또한 체온이 상승되어 열이 나는 것을 알 수 있다. 폐산소중독의 증상이 폐독성을 알 수 있는 가장 중요한 소견이지만 , 이보다 덜 민감하지만 폐활량 FVC or VC을 측정함으로써 폐독성의 진행과 발생을 알 수 있기도 하다. 폐활량 VC을 측정하여 이수치의 감소가 있으면 고농도의 산소에 의한 폐독성이 진행됨을 알 수 있다. 폐활량의 감소는 고농도의 산소 호흡을 중단하고도 수시간 동안 진행되고 , 때로는 12일이 지나야 정상수치로 회복되는 경우도 있다. 그러나 폐활량을 검사는 검사자의 지시에 잘 응해야 하는 환자의 협조가 필요한 쉽지 않은 검사이며 더군다나 심각한 감압병의 환자 치료 시에는 더욱 검사하기 어려운 경우가 많다. 그러므로 챔버 치료시 이 검사를 치료전과 치료중간 또 치료 후로 나누어 검사하기 어렵다. 단지 치료전과 치료 후를 검사하여 100% 고농도 산소로 환자를 치료한 것이 환자의 폐에 독성을 유발했는지에 대한 검사만 이루어질 수 있다. 치료 중에는 검사할 수 없으므로 실제로 폐 독이 유발되었는지에 대한 객관적 자료는 얻을 수 없다. 그러나 챔버 치료시 챔버내 환자와 같이 입실하여 치료에 임하는 치료보조자 혹은 잠수의학전문의가 환자의 임상증상을 살피거나 중간중간에 환자에게 질문을 하여 기침 혹은 흉통의 발현유무를 확인하거나 대화가 불가능한 환자는 청진을 해 봄으로서 확인할 수 있다. 그렇기에 챔버 치료시 치료보조자나 잠수의학전문의가 환자와 같이 입실하여 치료에 임하는 것은 매우 중요한 것이다.
폐활량 검사 중에서 가장 믿을 수 있고 확실한 것은 폐확산 능력 (diffusing capacity) 검사이다.
한 연구를 통해 폐산소중독 증상의 발현을 살펴보면 , 챔버 치료압력은 2.8ATA 이지만 3.0ATA 에서 13명의 건강한 잠수인들을 대상으로 실험했다. 시간 별로 증상의 유무를 확인했다. 약 3.5시간 정도 지났을 때 대상 잠수인들 모두에서 기침, 흉통, 그리고 호흡곤란이 나타났다.
물론 100% 산소를 호흡했다. 이때 산소분압은 3.0ATA이었다. 이 증상이 발생한 후에 감압을 통해 대기로 돌아온 후 이들을 대상으로 폐활량 검사를 실시했다. 대부분의 폐활량검사는 정상범주에 있었고, 기도 저항 등은 관찰되지 않았다. 또 다른 연구에서는 폐활량 변화가 감지된 경우도 있었다. 그러나 이런 변화들이 관찰된 실험들은 주로 포화잠수시였다. 그러므로 압축공기를 이용한 스쿠버 잠수나 후카, 나이트록스 잠수 등에서는 안전 규정만 잘 준수한다면 폐 독성은 걱정할 필요가 없다는 것을 알았고, 챔버 치료 시에도 현재 사용하고 있는 미해군치료표를 이용한 치료에는 커다란 문제가 없다는 것이다.
다만 , 한국 해군에서 실시하고 있는 150미터 혹은 300미터 포화잠수시는 문제가 있을 수 있으나, 저자가 5년째 포화잠수 프로젝트에 참가하고 있는데, 이들 포화잠수사들에 대한 신체검사에서 아직 폐 기능 이상이 발생된 경우를 발견하지 못하고 있다. 그러므로 잠수시 발생할 수 있는 여러 문제들 중에서 폐산소중독은 잠수방법에 따른 각각의 안전수칙과 규정을 잘 준수한다면 문제없는 것으로 주장하고 싶다. 다만, 일부 잠수인들이 문제인 것이다. 규정을 숙지하지 못하거나 알고 있어도 무시하는 잠수인들이 문제를 유발한다. 예를 들어 깊은 잠수를 하고 감압을 해야 하나 감압을 하지 않기 위해서 상승 중 15미터 혹은 10미터 수심에서 100% 산소를 30분 혹은 60분 호흡하고 상승하는 경우이다. 이 경우 산소 분압은 2.5ATA 혹은 2.0ATA 가 된다. 중추신경계 산소중독을 피했다고 하더라도 이정도 시간경과라면 폐산소중독 증상이 발생할 수도 있다. 실제로 그런 잠수를 한 잠수인들을 면담해보면, 상승하여 수면에 도착했을 때 기침과 약간의 호흡곤란을 경험했다고 하는 잠수인들도 상당수 있었다. 그러나 이들 대부분은 시간이 경과하면 그런 증상이 사라졌다. 그렇기에 그들은 대수롭지 않게 여기고 또다시 그런 방법의 잠수를 선호하게 되는 것이다. 그러나 이런 증상들이 계속 된다면 폐 손상들이 반복되어 어느 순간에는 매우 위험한 경우에 처하게 됨을 우리 잠수인들은 명심해야 한다.

폐산소중독의 폐병리소견은 어떨까 ?

이 부분은 일반 잠수인들이 이해하기 어려울 수 있다 . 그러나 이 글의 독자층이 일반잠수인들 뿐만 아니라 잠수를 즐기는 의사들도 있다는 것을 알고 있다. 가끔 그들에게서 질문을 받기도 한다. 그래서 그분들을 위해서 이 부분을 언급하고자 한다.
폐산소중독의 폐장기의 병리적 소견은 크게 둘로 나눌 수 있다 . 흡입하는 산소분압에 따라서 급성과 만성으로 나뉜다.
흡입하는 산소분압이 0.8ATA 이상일 경우는 급성 폐산소중독 증상이 유발되고, 급성은 삼출성(exudative)과 증식성 (proliferative) 과정으로 세분화된다. 삼출성기는 폐혈관주위와 폐간실질내 염증반응 그리고 폐포 부종과 출혈, 모세혈관내막파괴와 제1형 폐포내 세포의 파괴가 주로 관찰된다. 이런 증상이 계속 진행되어 증식기에 접어들면, 염증반응들은 어느 정도 해결되고, 섬유아세포들과 제2형 폐포내 세포들이 증식한다. 이런 증식과정이 진행되어 폐포와 모세혈관 사이의 거리가 증가된다. 폐모세혈관이 파괴되고, 혈전들로 인해 몇몇 소동맥들이 막히게 된다.
만성적 변화들은 흡입하는 산소분압이 0.5ATA 에서 0.8ATA 사이이며 장시간 노출되어야 한다. 제2형 폐포내 세포가 제1형 폐포내 세포를 대치하면서 증식되고, 진행되어 폐섬유화를 진행시킨다. 이때 폐섬유화는 폐포 격막보다는 폐포관에 더 집중적으로 발생된다. 이런 변화들은 응급실이나 중환자실에서도 흔히 관찰될 수 있는데, 어떤 쇼크, 익수, 그리고 어떤 종류의 외상에 의한 성인폐부전증후군시 고농도의 산소를 공급하면서 치료하는 경우에 같은 병리적 소견을 볼 수 있다. 그러나 이런 병리적 폐 변화를 일으키는 것이 산소가 직접 손상을 주는 것인지 조기의 폐 손상을 악화시키는 것인지에 대한 연구결과는 아직 명확하지 않다.
이런 병리적인 폐 조직의 변화들은 호흡 생리적으로 볼 때는 환기 -확산 불일치를 증가시키고, 폐 소동맥의 혈전에 의한 막힘으로 사강의 증가를 유발하여 폐 기능에 악영향을 끼친다고 할 수 있다.

폐 산소중독 예방
고농도 산소에 의한 폐 조직의 손상을 늦추거나 막을 수 있는 특별한 방법은 아직 없다 . 다만, 고농도 산소에 노출되는 것을 중간중간에 휴식기를 두어 호흡하게 하는 것이 폐 산소중독 발생을 늦추는 것으로 증명되고 있다. 이렇게 휴식기를 두는 것은 폐 산소중독에 의한 폐 세포들의 변형 발생율보다 회복률이 더 크기 때문인 것으로 연구되고 있다. 그래서 실제로 챔버를 이용한 감압병 환자 치료시 적용되고 있는 미해군 치료 표를 포함한 거의 모든 치료 표는 20분내지 25분간의 100% 산소를 호흡하고 5분내지 10분간의 챔버내 압축공기를 흡입하는 휴식기를 두는 이유가 바로 여기 있는 것이다.

고농도의 산소를 흡입하거나 챔버 치료 중에 폐 독성의 증상이 명확하게 나타나면 , 산소분압을 감소시켜야 한다. 이때 중요한 것은 폐 산소중독의 조기 증상이 무엇인가를 분명히 알고 있어야 한다. 기침, 흉통, 호흡곤란 등이며 이런 증상은 의료인들만이 알아야 하는 것이 아니고 환자 본인도 잘 알고 있어야 한다.

잠수직후 혹은 챔버 치료 전후로 폐 기능검사를 실시하는 것은 전통적으로 폐 산소중독 여부를 알 수 있는 신뢰 할 만한 검사로 인정되고 있다 . 폐활량의 감소는 챔버를 이용한 치료 시 어쩔 수 없이 받아드려야 하는 것이다. 그러나 정상적인 챔버 치료후의 감소된 폐활량은 어느 정도 시간이 지나면 정상화된다. 챔버 치료시 허용되는 폐활량의 감소는 치료전의 20%정도이다. 그러나 챔버치료 이외의 경우 즉, 어떠한 잠수방법에 의한 잠수후 폐활량 감소가 10%이상이라면 이것은 폐 산소중독이라고 보아야 하며 이에 대한 정밀검사와 집중적인 관찰이 필요한 것이다.

만약 폐활량의 감소가 2%내외라면 폐 독성의 증상은 없고, 완전 회복되는 것으로 알려지고 있다. 그러나 폐활량의 2% 감소를 측정할 수 있는 장비나 정확도는 기대하기 힘들다. 첫째는 환자가 증상이 없기 때문에 검사할 필요성을 못 느끼고, 둘째로 검사자체가 매우 정밀하기 때문에 상황과 조건에 따라서 검사 결과가 달리 나타날 수 있기 때문이다.

폐활량이 10%정도 감소되었다면, 기침과 흉통 등이 숨을 깊게 들이쉴 때 나타날 수 있다. 이런 경우 회복은 인체실험은 없었지만, 동물실험을 통해 확인한 결과 2-3일 후에 회복됨을 알 수 있었다. 감압병 등의 챔버 치료 이외에 고압산소치료요법이 있는데, 이 치료를 시행할 경우에는 폐활량 감소가 10%이내가 되도록 해야 하며 바로 폐활량 10%감소가 이 치료의 한계점이 된다. 그러므로 챔버를 이용한 치료 시 특히 여러 번 오랜 시간 동안 고농도의 산소에 노출될 경우에는 반드시 폐활량 측정을 실시해야 폐 산소중독을 예방할 수 있는 것이다.

아직까지 개개인 별로 산소 분압과 노출시간 그리고 폐 산소중독과의 관계를 계산해내는 수식은 없다 . 지금까지의 잠수의학전문의들의 치료 시 경험과 동물 그리고 인체실험을 통해 얻은 지식이 전부이다. 그러므로 일반 잠수인들은 잠수 시 안전과 잠수규정 등을 숙지하여 그 규정내의 잠수를 실시하는 것이 제일 중요한 예방법이 되겠다. 또한 감압병 환자가 일반 병원 응급실에 도착했을 경우 응급실에서 근무하는 의사들도 잠수의학을 공부하여 환자를 더 악화시키지 않아야 하겠다.