산소결핍과 유독성가스중독
1.1 산소결핍 1.1.1 산소결핍에 대한 생체의 반응 산소부족 상태의 생체 세포 안에서는 유산의 생성량이 증대하므로 혈액은 산성으로 변한다. 이에따라 호흡중추등이 자극되어 호흡심도, 호흡수, 심장박동수의 증가가 일어나게 된다. 이러한 상태에서는 공기를 상대적으로 많이 호흡하여 산소 부족량을 보충하고, 산소함유량이 저하된 혈액을 보다 다량으로 순환시키며, 뇌의 혈관을 확장하여 대량의 혈액을 받아들이기위한 여러가지 보상기구나 기능이 동원된다. 그러나 이와 같은 생리적인 적응의 한계는 산소농도 16% 정도까지로, 이보다 낮은 농도에서는 생체적 보상이 불가능하며, 산소 결핍증상이 나타난다. 인체 중에서 산소 부족에 대하여 가장 민감한 반응을 나타내는 부분은 최대의 산소 소비기관인 뇌이며, 특히 대뇌의 피질이다. 산소 결핍증의 증상은 대뇌피질의 기능저하를 비롯하여, 궁극적으로는 뇌세포 손상에 의한 기능 상실을 거처 죽음에 이르게 된다. 1.1.2 급성 산소결핍
작업환경에 따라서는 그다지 저농도의 산소가 아니라도, 근력저하에 의해 몸을지지할 수 없다거나, 어지러움 등에 의한 추락,전락, 익사등의 사고가 발생한다. 또한 대외, 기능의 저하에의한 착각, 오조작, 헛디딤, 등의 다른 사고를 유발할 가능성이 매우 높다. 또한 가지 증상이 구토증인데, 구토시 흉부가 하늘을 향한 상태이면, 구토물이 기관지내로 흡입하여 질식사 하는 경우나, 엎드린 자세로 물이 고여 있는 곳에 쓰러져 폐 내에 물을 흡입하여 익사한 것과 같은 결과가 되는 사례도 있다.
무산소 공기에 순간적으로 노출될 때 숨을쉬면, 호흡중추를 극단적으로 자극하여 흉곽이 확장되면서 무산소 공기를 토출하는 동작이 불가능하게 된다. 이때 폐 안에 남아있던 산소는 더욱 희석되어 산소분압의 저하를 초래, 폐 모세혈관의 혈중 산소분압이 상승하지 않은 상태에서 그대로 뇌에 운반된다. 산소를 대량 소비하는 뇌에 있어 그 순간 활동을 지지하는 산소분압이 급격히 떨어지기 때문에 즉각적인 기능정지상태가 된다. 이같은 반응은 무산소 공기를 흡입한 후, 적어도 2초 이내에 일어난다. 무산소 공기를 흡인한 경우, 폐포 및 폐정맥의 산소 분압변화는 그림 1-2와 같이 나타난다. 즉, 무산소 공기의 1회 호흡으로 폐정맥혈의 산소분압은 40mmHg 정도로 저하되고, 이 혈류는 1초 이내에 뇌로 도달한다. 뇌의 활동을 유지하기 위한 산소 분압인 60mmHg 을 밑도는 상황이 처하게 된다. 반면 숨을 참는 경우, 미리 폐에 총량 6 리터의 공기를 저장하고 있으므로 혈중산소 분압 전하가 급격히 일어나지 않는다. 1.1.4 소생의 한계화 후유증 1.1.5 산소분압과 기압의 관계 [1-1] 절대기압은 게이지 압력에 1기압을 더한 수치이며, 따라서 대기중에서는 다음과 같은 식에 의하여 보정된다. [1-2] 1.1.6. 산소 결핍증 발생의 원인 공기중의 산소 비율은 표 1-2와 같이 약 21%로 나타나지만 맨홀, 발효 탱크, 곡물 사일로, 우물, 터널 등 환기가 나쁜 장소에서는 미생물의 호흡이나 토양중에 포함된 철의 산화현상, 그리고 동식물의 호흡이나 유기물의 부패 등에 의해서도 산소 농도가 저하된다. 금속의 산화에 의한 산소 결핍 현상은 선박, 탱크, 보일러 등의 밀폐된 철 구조물에서도 빈번하게 발생한다.
표 1-2 공기의 조성 가 스 명
또한, 일반적인 공업 제품이나 농산물 등에 있어서도 품질 향상, 유통비용 저하, 부식 방지 등을 위하여 불연성 가스의 이용이 높아지고 있어, 취급을 소홀히 할 경우에는 산소 결핍의 위험이 따르게 된다. 지하의 토목공사에서 압기 공법을 이용할 경우, 배출된 압축공기 중의 산소가 흙에 함유된 철에 의하여 소비되어 산소 결핍 공기가 만들어지는데, 이 공기가 조건에 따라서는 예상치 못한 장소로 유입되어 재해를 일으키는 일이 있다. 산소 결핍 공기로 인한 재해는 대부분 환기가 나쁜 장소에서 형성되므로, 이러한 장소에서 작업을 수행할 때에는 계속적인 주의를 기울여야 한다. 또한, 드문 일이지만, 통풍이 좋은 옥외에서도 밸브나 배관에서 돌발적인 대량의 가스가 분출되거나 에어라인 마스크의 장착 상태가 불량하여 불연성 가스가 송급되는 등의 원인으로도 산소 결핍증이 발생한다.
1.1.7. 사고 사례 및 방지 대책 ① 작업자 A와 B는 우현갑판 위에서 선측을 따라 일정한 간격마다 가스 절단에 의하여 4개의 점검 구멍을 구멍을 뚫었다. ② 평상시 작업과 같이, 선미 측에 있는 4번의 점검 구멍으로 에어 호스를 이용하여 잠시 동안 공기를 주입하였다. 이때, 호스의 내경은 17mm였고, 공기압은 5kg/cm2 정도로 설정하였다. ③ 3번 및 4번 점검 구멍으로 일본 N사의 가연성 가스 검지기를 삽입하여 내부 공기를 측정한 결과, 이상이 발견되지 않았다. ④ 준비가 끝났다고 판단한 작업자 A는 3번의 점검 구멍으로 들어가 탱크 바닥에서 다시 가스를 검지한 후, 이상이 없음을 알리기 위해 사다리를 오르다가 발을 헛디디며 떨어졌다. ⑤ 갑판 위에서 감시하고 있던 작업자 B는 이것을 보고, 하청 회사의 페인트공에게 연락함과 동시에 탱크 속으로 들어가, A를 안고 오르려다가 그대로 쓰러져 버렸다. ⑥ 페인트공 C는 내부에 유독성 가스가 있음을 직감하고, 비상용 방독 마스크를 구하여 장착한 후, 탱크 안으로 들어가 A와 B의 신체에 로프를 감다가 고통스런 몸짓을 하며 쓰러졌다. ⑦ 잠시 후, 갑판에서 일하던 다른 작업자들이 몸에 로프를 매고 호흡을 참으며 교대로 들어가서 피해자인 A, B, C 세 명을 신속히 구출하였고, 병원에 연락하여 호송하였다. ⑧ 작업자 A와 C는 병원으로 옮기던 중에 사망하였고, B는 목숨을 건졌으나 후유증으로 심각한 언어장애가 유발되어 정상적인 생활을 할 수 없게 되었다.
해당 탱크의 내부는 산소 결핍의 위험장소이므로, 안전수칙에 규정된 작업 방법에 따라 충분한 공기로 내부를 치환하여야 되고, 산소 및 주요 유독성 가스에 대한 연속적인 측정이 필요하며, 유사시를 대비한 각종 안전 장치를 구비해야 할 것이다. 또한, 산소 결핍 증상이 나타난 사람을 구출할 때에는 공기 호흡기나 산소 호흡기, 또는 호스 마스크를 사용하여야 한다. 특히 방독 마스크나 방진 마스크가 산소 결핍에 대하여 전혀 도움이 되지 않는다는 사실을 알아야 한다. 또한, 본 사례와 같은 경우에 있어서, 원청 회사는 조선소의 사업 실시를 통괄 관리하는 자로서, 통괄 안전위생 책임자를 선임하여 작업 환경의 안전점검 및 조업 가부의 판단, 작업간의 연락과 조정, 작업 장소의 순시, 작업자 및 청부인에 대한 안전위생 교육 및 지도를 수행할 책임이 있다.
반도체 공장 등에서 사용되는 포스핀, 아르신, 실란과 같은 일부 맹독성 가스를 제외하더라도, 산업 현장에서는 상당한 종류의 유독성 가스가 취급되고 있으며, 대표적인 것으로 CO, H2S, SO2, NO, NO2, Cl2, HCN, HCl, NH3, O3 등의 무기 유독가스를 꼽을 수 있다. 이러한 가스들은 각기 고유의 발생 기작 및 용도를 갖고 있으며, 인체에 미치는 영향의 정도나 그 증상도 다양하므로 개별적인 접근이 필요할 것이다. 본 절에서는 사고 발생 빈도가 높은 일산화탄소와 황화수소에 한정하여 간단히 고찰하기로 한다.
Hb + O2 -> HbO2
이 반응에서, 일산화탄소가 결합하는 반응에 대한 평형상수는 산소의 경우에 비하여 약 200배에 달하므로, 일산화탄소의 농도가 낮은 상태에서도 활발한 결합이 수행된다. 정상적인 사람의 혈구 내에 있는 카르복시헤모글로빈(COHb)은 전체 헤모글로빈의 약 0.5% 수준이며, 이것의 대부분은 자체 신진대사로부터 발생된다. 그러나 흡입된 공기 중의 일산화탄소 농도가 높을 경우, COHb은 거의 다음의 식 1-4에 따라 증가한다.
이러한 평형 상태는 일산화탄소를 흡입할 때 즉시 성립되는 것이 아니고, COHb의 수준이 평형에 도달하기까지 통상 수 시간 정도가 소요된다. 그러나 신체 활동, 즉 운동량이 증가하면 이 평형 시간이 급격히 감소하게 된다. 일산화탄소의 농도, 신체 활동 정도 그리고 가스 흡입 시간에 따른 혈중 COHb의 농도 증가 및 신체에 미치는 영향을 그림 1-4에 나타내었다.
한편, 흡연은 폐속의 CO 농도 수준을 400ppm에서 500ppm 정도로 증가시킬 수 있으며, 이러한 농도 하에서는 짧은 시간 내에 우려할 만한 COHb가 생성될 수 있다. 실제로 흡연자들은 정상인에 비해 14배 이상의 혈중 COHb 농도를 가질 수 있는 것으로 확인되었다. 대기 중에 있는 CO는 낮은 농도에서도 만성적인 건강 장해를 유발시킨다. 로스엔젤레스에서 수행된 한 연구에서는 대기중의 일산화탄소가 20ppm 정도의 높은 농도일 때, 정상 농도인 7ppm일 때에 비하여 하루 11명의 추가 사망자를 발생시키는 것으로 보고하였다.
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