저산소증(Hypoxia)
저산소증의 발생원인
고공 비행에 있어서 가장 문제가 되는 것은 산소의 부족으로 인한 영향이다. 고공비행에 있어 경험하게 되는 저산소증은 오래 전부터 항공기 사고를 유발하는 요소가 되어 왔으며, 앞으로도 항공우주비행에 있어 하나의 큰 위험 요소로 계속 남게 될 것이다.
저산소증이 특히 문제가 되는 것은 비행중 그 증세가 발생하였을지라도 운항승무원들은 이를 쉽게 인지하지 못한다는 데 있다. 따라서 항공기 승무원들은 비행 안전을 위하여 저산소증에 대한 철저한 지식과 저압실 비행 훈련을 통한 경험을 갖추어야 한다.
저산소증이란 인체의 생리기능을 저하시킬 만큼 혈액이나 세포 및 조직에 산소가 저하된 상태를 말하는 것으로, 원인별로 저산소성, 빈혈성, 조직중독성, 정체성 등이 있으나, 여기에서 비행관 관련된 것은 저산소성 저산소증으로 호흡환경의 산소분압이 낮기 때문에 폐내의 산소분압이 저하하여 발생하는 것을 말한다.
폐포내의 산소 분압이 떨어지게 되면 혈류로 확산되는 산소량이 감소하게 되고 따라서 조직이 충분한 산소를 공급받지 못하게 된다. 비행중 고공으로 상승할수록 기압은 저하되고, 이에 비례하여 산소분압도 낮아지게 되며 이러한 공기를 호흡하게 되면 저산소중에 빠지게 되는 것이다.
1. 저산소증의 인지와 신체기능에 미치는 영향
항공기 승무원들은 인위적으로 만들어 놓은 저압실에서 고공 비행중 노출되는 훈련을 받게 되며 이 훈련 중 중요과정의 하나는 바로 저산소 상태에 노출되는 것이다. 이렇게 저산소증을 경험함으로써 실제 저산소 환경에 노출될 때 적절한 조치를 신속히 처리할 수 있게 된다.
특히 저산소증에 승무원들에게 위험시되는 이유는 그 증세가 통증이나 기타 불편한 증세는 다르게 인지할 수 없는데 있다. 저산소증의 증세는 사람에 따라 다르고 같은 사람이라도 때에 따라 다르다. 저압실 훈련에서 저산소상태에 노출시 느낄 수 있는 자각증세는 다음에 나열하는 것 중에 하나 혹은 두개나 아니면 전혀 느끼지 못하는 가운데 무의식 상태에 빠질 수도 있다.
자각증세로는 공기 부족감, 불안 및 초조함, 두통, 현기증, 피로감, 메스꺼움, 오열 및 오한, 시력저하, 시야 협소증, 마비감, 주의력 장애 등이며 타인이 관찰할 수 있는 타가적 증세로는 과호흡증, 청색증, 정신혼란, 의식상실 등이 있다.
저압실에서 저산소중에 빠진 예를 보면 운항승무원이 저산소중 실습을 마치고 마스크를 제대로 착용하지 못해 저산소중에 빠져 어떤 증세를 느꼈는지 질문을 해보니까, 갑자기 사람들이 달려와서 마스크를 씌워 주더라는 얘기를 하는 것을 보아도 저산소중이 얼마나 인지하기 힘들고 또한 위험하다는 것을 알 수 있을것이다.
산소의 저하로 인하여 장애로 일어나는 곳은 인체의 체세포인데 신경조직은 다른 어떤 조직보다도 산소 소모량이 많기 때문에 죄 조직이 산소저하에 대하여 가장 먼저 영향읖 받는다(뇌용량은 1,450g, 다시말해 70kg성인의 2-3% 정도인데 혈류양은 전체혈액의 20-25%를 받는다).
시각기관의 일부인 망막은 생태학적으로 뇌조직으로부터 파생된 것으로 충분한 산소의 공급을 받지 못할 때 먼저 시력 장애를 초래하게 된다. 만약 산소 부족 상태가 지속된다면 뇌 활동이 중지되고 사망을 초래하게 된다.
2. 유효의식 시간(Time of Useful Consciousness)
유효의식 시간이란 저산소 환경에 노촐되는 순간부터 정상적인 업무수행능력에 장애가 일어나기 시작할 때까지의 시간을 가리킨다. 유효의식 시간이 경과될 때 가장 문제가 되는 것은 저산소중을 치료하기 위한 자위능력을 상실한다는 것이며 유효의식 시간의 경과가 곧 의식 상실은 아니다.
산소가 전혀 없는 맨홀에 어떤 사람이 작업을 하러 들어갔다면 이 사람의 유효의식 시간은 9-12초 정도가 될 것이다. 왜냐하면 50,000ft 이상의 상공에서와 같이 산소를 전혀 받을 수 없기 때문이다. 고도별 유효의식시간의 평균치를 보면 <표 1-2-1>과 같다.
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고 도 (feet) |
유효 의식 시간 (TUC) |
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18,000 |
20-30 분 |
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22,000 |
10 분 |
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25,000 |
3-5 분 |
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30,000 |
1-2 분 |
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35,000 |
30-60 초 |
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40,000 |
15-20 초 |
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50,000 이상 |
9-12 초 |
3. 저산소증의 예방
저산소중은 비행하는 사람들의 폐포내 산소 분압을 60-100mmHg로 유지 할 수 있도록 산소를 충분히 공급하면 예방할 수 있다. 그러므로 고공을 비행하는 항공기는 기내에 장착된 산소장구나 조종실 여압을 통하여 혹은 양자를 혼합하는 방식으로 기내에 적절한 산소분압을 유지하여야 한다.
T-38과 같은 항공기가 여압장치 없이 25,000ft의 고공을 비행하는 경우 산소장구만으로 저산소증을 예방할 수 있다. 여객기나 수송기, 폭격기들은 대부분 어떠한 고도를 비행하던지 10,000ft 이하의 기내고도를 유지하므로 특별히 산소장구의 사용은 필요없으나, 10,000ft 이사의 고공을 비행하는 항공기들은 여압상실에 대비해 산소장구를 항상 갖추고 있도록 규정하고 있다. 따라서 10,000ft 부터 34,000ft 이하의 고도에서는 호흡기중 산소를 보충해 주고 이에 도달한 이후부터는 100% 산소를 공급해 주며 40,000ft 까지 올라갈 때 미량의 양압을 가해주고 그 이상 상승시 여압량을 점차 늘려주어 여압호흡으로 비행하게 해주어야 한다.
조종실 고도가 34,000ft에서 100% 산소를 호흡하면 해면에서 호흡할 때와 생리적으로 대등한 고도가 된다. 그러나 34,000ft 이상의 고공으로 상승하면 대기압의 저하로 인하여 계속 100% 산소를 호흡하더라도 폐내에 형성되는 산소분압은 점점 저하하게 된다. 그래서 40,000ft에서 100% 산소를 호흡하는 것은 10,000ft에서 대기를 호흡하는 것과 생리적으로 유사하므로 이때에는 산소보충시 압력을 가해서 호흡시키는 여압호흡이 필요하다.
그러나 50,000ft이상의 고공으로 상승하고자 한다면 마스크 내부압력이 30mmHg(인체가 견딜 수 있는 한계)이상이 필요하므로 잠시도 견디기 힘들다. 그래서 50,000ft 이상 비행시는 특수 여압복 즉 우주복을 착용해야 한다.