DDS를 이용한 바운스 잠수법

일본 해상자위대는 포화잠수선을 이용해서 70미터 이상 100정도까지의 수심에서 비교적 짧은 시간에 작업이 가능한 일은 DDS를 이용해서 바운스 잠수법으로 잠수를 하고 있습니다.

현재 우리 나라에서는 이 잠수법으로 작업을 하는 경우는 매우 드물고,

이 잠수법이 제대로 소개가 되어 있지도 않습니다.

 

바운스잠수란?

인간의 몸을 혼합기체로 포화시키기 이전에 즉 2시간이내 100미터 정도의 수심에서 작업할 수 있는 정도라면 훨씬 경제적인 이 잠수법으로 잠수작업을 할 수 있습니다.

그리고 그로인한 다이버들의 감압병은 어느 정도 받아 들여 줄 만한 정도입니다.

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DDS를 이용한 바운스 잠수법

일본 해상 자위대 잠수의학 실험대

요약

일본의 해상자위대에서는 1991년부터 DDS를 이용하여 심해 바운스 잠수(PTC diving)을 해 왔다.

감압 스케줄은 Decompression Computation and Analysis Program(DCAP)을 이용하여 계산하였다.

PTC diving을 정확하게 하기 위하여,

그들은 M-mode echocardiography를 이용하여 감압 bubbles을 관찰하였고,

감압병의 빈도를 조사하였다.

M-mode echocardiography상 매 잠수때 마다 3명에 1명꼴로 decompression bubbles 이 발견되었다.

1991년부터 1999년까지 34번의 잠수 행위가 있었고,

102명의 잠수사중에 4번의 잠수병이 발생하여 그 빈도는 3.92%였다.

그 증상은 대부분 경미하였고 한 번의 치료로 모두 완치되었다.

 

이들은 잠정적으로 수심 100미터까지 해저 채류시간 120분까지는 이 기술을 실제적으로 적용하기로 결정하였다.

 

중요 단어: PTC(Personal Transfer Capsule),

          deep bounce dive,

          DCAP(Decompression Computation and Analysis Program),

          UPTD(Unit Pulmonary Toxic Dose),

          M-mode echocardiography,

          decompression sickness.

개요

현재, 일본 해상자위대에서는 잠수함 모함(submarine mother tender ship; CHIYODA)을 가지고 있고,

이 함정의 작전 수심은 DDS를 이용하여 350m까지 가능하며,

2000년에는 다른 함정 “CHIHAYA"를 건조하였다.

 

비록 포화잠수가 실제적으로 이점이 많지만,

긴 감압기간은 불가피한 현실이다.

 

예를 들어, 400m의 포화잠수를 위해서는 18일간의 감압 기간을 필요로 한다.

그러나 100m보다 낮은 수심이거나 몇 시간내에 끝낼 수 있는 작업인 경우에는 긴 감압 기간과 비용적인 측면에서 포화잠수법은 적절한 선택이 아니다.

 

1991년 이후로, 일본 해상 자위대에서는 DDS를 이용하여 deep bounce dives를 위한 감압표를 개발하고 연구해 왔었다.

이 논문에서 그들은 deep bounce dives를 위한 절차와 그들이 경험했던 것,

즉 감압병의 빈도와 감압표의 정당성에 대해 기술하였다.

PTC diving의 과정

일본 해상자위대에서는,

이러한 바운스 잠수법을 PTC와 DDS를 이용한다고 해서 deep bounce dive PTC diving이라고 명명하였다.

이 PTC는 DDC에서 잠수작업 수심까지 잠수사를 운반하는 역할을 한다.

실제적인 과정은 Figure 1에서 볼 수 있다.

 

 

 

 

 

 그림 1) Schematic presentation of deep bounce (PTC) diving in JMSDF

1. 3명의 잠수사가 구조함의 deck위에 있는 PTC내에 들어 간다.

2. PTC를 해저로 내리고, 헬륨과 산소의 혼합 기체로 수심에 맞게 가압 한다.

3. 2명의 잠수사가 lock-out하여 작업을 하고,

   한 명의 잠수사는 PTC내에 있으면서 텐더 역할을 하면서 2명의 잠수사를 돕는다.

4. 작업을 마치고 나면, 2명의 잠수사가 PTC내로 이동한다.

5. PTC를 수표면으로 끌어올리고 공기로 가압된 DDC에 접합시킨다,

   그리고 잠수사들은 DDC로 이동한다.

6. 잠수사들은 15m수심에서 수표면까지는 반복되는 산소호흡사이클(repeating oxygen breathing cycles)로 감압하고 나머지는 절차에 따른 감압을 한다.

 

감압 스케줄(Decompression Schedule)

감압을 컴퓨터를 이용한 방식으로 하기위해,

Decompression Computation and Analysis Program(DCAP)을 적용하였다.

이 DCAP은 1980년대 후반 Dr. Bill Hamilton에 의해 개발되었다.

 

DCAP에 입력시키는 요소로는 잠수수심, 해저체류시간, 해저에서의 호흡기체, 감압 간격과 속도(decompression interval and speed), gas switching, 잠수 장비와 시스템(diving equipment and system), 기체 생리 작용에 영향을 주는 다른 요소들이다.

 

출력으로는 특정 잠수프로파일에 대한 감압표와 단위 폐독성량(Unit pulmonary toxic dose; UPTD)이다.

이렇게 만들어진 감압표는 다른 믿을 만한 표와 비교 조사한다.

만약 이렇게 만들어진 감압표에 이상이 있다고 판단되면,

확신이 있을 때까지 입력 요소들을 변화시켜 가며 다시 컴퓨터 분석을 한다.

이렇게하여 얻어진 마지막 감압표는 안전성과 작전상의 적절성을 위해 DDS를 이용한 재현 잠수를 시행하여 테스트해 본다.

테스트 잠수시에 어떤 문제가 발생하면, 감압표를 다시 계산해서 교정한다.

 

60m 수심에서 해저체류 시간 60분 PTC 잠수를 할 경우,

감압 시간과 UPTD을 계산하면 각각 285분과 418이 나온다.

원래, 산소호흡 사이클(oxygen breathing cycles:25분간 산소호흡 5분 공기호흡하는 것이 1 사이클)은 감압중 12msw 수심에 도착하면 즉시 스케줄대로 시행한다.

1995년부터 이러한 산소호흡 사이클이 15msw로 바뀌었는데,

그 이유는 이 수심에서 고압 산소를 호흡하는 것은 충분히 안전하고 감압병이 적게 이완되며 감압 시간이 짧아진다는 것이다.

 

같은 수심(60m), 같은 해저채류 시간(60분), 이라도 감압 스케줄은 이용하는 감압표에 따라 다를 수 있다.

Figure 2는 같은 수심과 같은 해저채류 시간에 따른 바운스 잠수 스케줄을 비교하여 보았다.

이표에는 USN table, DCIEM table in Canada, COMEX table in France, 그리고 DCAP table이 있다.

 

1.USN table에서는 해저에서 사용하는 기체를 16 - 20% Heliox를 사용하고,

산소를 호흡하기 시작하는 수심이 15msw이다.

마지막 감압 정지는 바다에서의 수중 감압을 고려하여 12msw이다.

 

2.DCIEM table은 기체를 16% heliox로 사용하고 처음 감압 수심에서부터 공기호흡을 한다.

산소 호흡은 미해군 감압과 같이 15msw이다.

그리고 마지막 수중 감압 수심은 9msw다.

 

3.COMEX table은 해저 사용 혼합기체를 18% heliox로 사용하고 산소 호흡 사이클은 12msw에서 시작 한다.

그리고 마지막 챔버 감압 수심은 6msw다.

 

이 4가지 table 가운데 DCAP table 이 감압 시간이 가장 길다.

 

  그림 2) Comparison of the decompression time in a 60 msw / 60 min dive according to various decompression schedules

 

감압병의 발생빈도와 감압 공기 bubbles의 관찰

감압표의 안전성을 확인하기 위해서는 감압병의 증상의 적응증을 관찰하는 것이 가장 믿을만 하다.

감압 bubbles이 감압병으로 발전한다는 것은 확실하지만,

그 병태생리학적인 기전은 정확하지 않다.

감압 bubbles의 양과 감압병의 발생빈도와는 연관성이 없다는 보고도 있다.

비록 초음파를 이용한 bubbles의 조사가 감압볍의 발생빈도를 예측할 수는 없다고는 하나,

이 방법이 개발한 감압표를 검증하는데는 가장 유용한 방법중에 하나이다.

 

이들은 PTC 바운스 잠수 모두에서 M-mode 심초음파를 이용하여 bubbles을 감압 과정 동안과 표면에 상승하고 난 뒤 조사하였다.

PTC 잠수를 60msw보다 깊은 수심에서 잠수를 시행하였을 때,

3명의 잠수사중 1명의 잠수사에서 감압 심도가 15msw보다 낮았을 때 bubbles을 보였다.

 

1991년부터 99년까지 시행한 PTC 잠수를 Figure 4에서 설명하였다.

여기에서 별표로 표시된 것은 감압병이 발생한 것을 의미하며,

별표 한개는 1명의 잠수사를 가리킨다.

여기서 총 102명의 잠수중에 4례의 감압병이 발생하여 그 빈도는 3.92%였다.

정확하지는 않지만, 이들 4례 모두에서 항상 bubbles이 발견되었다.

발견된 bubbles의 정도와 감압병의 발생 사이에는 개인간 차이가 많았다.

 

4례의 감압병중 2례는 동일 잠수사에서 생겼으며,

그는 양쪽 손가락 끝에 저린감과 무감각을 호소하였다.

다른 2명의 잠수사는 경미한 무릎관절통과 불편감을 호소하였다.

이 4례의 감압병은 미해군 치료표로 성공적으로 치료하였다.

이들은 한 차례의 감압 치료후 증상이 없어졌으며,

남은 증상은 없었다.

 

 그림 4. PTC diving conducted at Undersea Medical Center from 1991 to 1999 An asterisks stands for the occurrence of decompression sickness. The incidence rate is 3.92%.

 

고찰(discussion)

이러한 잠수법을 고려하는데는 항상 많은 조건에 따라 좌우된다.

즉, 잠수 작업 심도와 시간, 작업 부하, 해상 상태, 다른 작전적인 요소 등이다.

잠수법의 조류가 어떤 것이던간에 그 잠수법의 적절한 심도와 시간이 있기 마련이다.

비록 수중 작업이 작전적인 환경에 영향을 받는다고는 하지만, 

짧은 시간안에 끝낼 수 있는 일이라면 우리는 당연히 스쿠바나 표면공급식 잠수법을 선택할 것이다.

반면에 수심이 100msw보다 깊고, 여러 시간이 걸릴 것으로 판단되면 우리 해군에서도 당연히 포화잠수법을 선택한다.

그래서 우리는 이 PTC 바운스잠수를 적절한 수심에서 비교적 적은 비용으로 적절하게 사용하기 위해 연구하였다.

 

이 PTC 바운스 잠수법의 장점은

1) 감압 기간이 포화잠수보다 훨씬 짧으며,

2) 감압의 마지막 단계를 DDC에서하므로 압력조절을 정확하게 할 수 있고,

   그 감압과정을 수중 감압보다 더 안전하게 시행할 수 있으며,

3) 만약 해저채류 시간이 처음 예상했던 것보다 길어지면 포화잠수법으로 계속할 수 있다.

4) 만약 감압병 환자가 발생하면, 즉시 DDC내에서 치료 할 수 있다.

 

단점으로는 단지 산소호흡 사이클이 반복되면서,

마스크에 의한 통증을 유발할 할 수 있으며,

잠수사가 지칠 수 있다.

다른 하나로는 수심이 6msw보다 낮을 때 호흡하는 마스크의 호흡 저항이 증가하고, 잠수사가 탈진 할수도 있다.

 

필요 이상으로 감압 시간이 길어지고 구조함상 탑재할 수 있는 혼합기체양이 한정되기 때문에 우리는 잠정적으로 PTC 바운스 잠수의 최대 수심을 100msw 전후로 결정하였다.

그리고 해저채류 시간, PTC내에 있을 수 있는 제한 시간, 총 잠수 시간을 각각 120분, 4시간, 20시간 이내로 제한한다.

이 잠수법의 잠정적인 한계는 120msw 수심에 60분 해저채류 시간이다.

 

그러나 이 시간은 너무 길다,

왜냐하면, 가압을 시작해서 표면까지 완전히 감압하는데까지 걸리는 시간이 DCAP table에 의하면 1500분(25시간)으로 오래 걸린다.

 

신경학적 증상은 없었지만,

감압병의 받아들일 수 있는 증상(경미한 증상)은 아직 풀리지 않은 미결의 문제로 남아 있고,

그리고 감압병이 존재할 수 있다는 견해를 무시 할 수는 없다.

 

미해군에서는 3-4%의 감압병이 생길 수 있는 정도의 감압표는 받아들일 수 있다고 보았다.

그러나 산업 잠수계에서는 0.1 - 0.5%의 빈도,

반면에 과학적인 잠수나 취미잠수에서는 0%의 빈도가 있어야 할 것이다.

 

1999년 그들은 동시에 2례의 감압병을 경험하였다.

그 차이는 이전에 잠수 작업부하와 비교해 볼 때 감압병 발병 빈도가 이상하게 높았다고 보여진다.

왜냐하면, 2례중의 한 명은 PTC내에 남아있었던 텐더였기 때문이며,

아직까지 그 이유는 정확하게 규명할 수 없었다.

 

그들은 잠수재현장치와 구조함에 탑재되어 있는 DDS를 이용하여 계속해서 연구를 시행하여 DCAP에서 제안하는 감압 스케줄이 믿을 만한 것인지 아닌지를 결정할 예정이다.

 

 

결론

비록 102명의 잠수에서 4례의 잠수병이 발병하여 그 빈도가 3.92%라고는 하지만,

그 증상이 경미하고 단순하여 한 차례의 치료로 완치되었기 때문에 DDS를 이용한 바운스 잠수법이 100msw에서 120분 정도의 해저채루 시간이라면 효과적인 잠수법이라고 생각한다.

그리고 DCAP에서 말하는 감압 스케줄이 적법하며 필수적인 잠수 방법이라고 생각한다.

 

출처: 미상