수중환경에 따른 인체의 특성

물속 환경은 우리가 생활하고 있는 공기 중 환경과 많은 차이점이 있다.

수중환경 중 인간의 활동을 가장 크게 방해하는 것은 수심 10m 마다 1기압씩 상승하는 압력이며,

두 번째로 중요한 것은 공기보다 25배나 열전도율이 커서 체온유지가 어렵다는 것이다.

이외에도 소리의 전달, 색깔의 변화, 부력현상, 무중력 현상 등에 대한 의학적 이해는 자못 흥미를 끌게 한다.

기압 또는 압력을 표시할 때 kg/㎠ 단위를 사용한다.

1기압은 1 kg/㎠ 으로서 가로, 세로 1㎝인 평면적 위에 1㎏의 무게가 가해지는 것을 뜻한다.

 

현재까지 수립된 세계 최고 잠수기록이 686m(68.9 kg/㎠)라고 하였던 바

이 경우 인체의 체표면적 1㎠마다 약 68.6㎏의 무게,

우리 몸 전체 표면적(약 15,000㎠)에는 약 2,200톤(68.6×15,000)의 무게가 얹혀져 있었다고 상상하면,

어떻게 그런 엄청난 압력조건에서 인간이 형태를 유지하고 생존할 수 있었는지 의아심이 생기지 않을 수 없을 것이다.

 

특수강철로 건조된 전투용 잠수함도 수심이 200-250m를 넘어 잠함하면 수압에 의해 찌그러드는데,

근육, 혈액, 뼈, 피부 등으로 구성된 인간이 수중 수백 m 수심에서 찌그러듬 없이 생존할 수 있는 것은 인간의 몸 구성분의 대부분이 액체로 되어 있기 때문이다.

왜냐하면 증가된 압력은, 기체에는 부피의 변화를 일으키지만 액체 성분에는 부피의 변화를 가져오지 않기 때문이다.

즉, 인체의 구성분을 액체성분과 기체성분으로 구분하면 허파, 콧속, 귓속, 입속 등의 부분을 제외하면

나머지 전부분은 액체 성분이라고 볼 수 있는데,

인체가 높은 압력조건에 노출되면 기체를 함유한 부위는 압력에 의하여 찌그러들지만,

나머지 부분에는 찌그러듬 현상이 발생하지 않는다는 것을 뜻한다.

 

그러므로 신체의 일부분이 찌그러듬을 예방하기 위하여는 인체 주변의 압력이 높아질 때 공기를 함유한 부분의 압력을 주위 압력과 같게 만들어 주어야 한다.

이를 위하여 수중의 잠수자는 수심이 깊어질수록 더욱 높은 압력의 기체를 호흡하게 된다.

스쿠바(SCUBA) 잠수장치는 자동적으로 수압과 같은 압력의 기체가 공급되도록 개발되어 있다.

만약 잠수자에게 수압과 같은 압력의 공기가 공급되지 못하면 잠수자의 허파나 기타 공기를 가지고 있는 신체 부위는 찌그러들어 손상받게 된다.

 

사람이 팔다리의 근육을 움직이면 공기 중에서는 체열생산이 증진되어 추위를 이겨나갈 수도 있지만,

수중에서는 팔다리를 움직여 생산되는 체열보다 팔다리를 움직일 때 주위의 물에 빼앗기는 체열이 훨씬 많기 때문에 추운 물 속에서의 몸동작은 오히려 체온유지에 불리하다.

 

따라서 바다에서 조난을 당하여 수면에서 장시간 구조를 기다려야 하는 상황이라면,

피부로부터의 체온손실을 최소화하기 위하여 몸을 최대로 웅크려 체온손실을 적게하는 것이 생명유지에 유리하다.

그러기 위하여는 해상 조난시에는 반드시 구명대를 착용하고 있어야 한다.

구명대를 입지 않으면 수영을 잘하는 사람도 수면에 떠 있기 위하여 계속적으로 팔다리를 움직여야 하는데, 이러한 동작은 체온을 더 빨리 빼앗기기 때문에 생명 유지가 어려워진다.

 

수온이 섭씨 15도일 때는 통증을 느끼며,

충분한 체온유지 대책이 없는 잠수자는 섭씨 5도인 수중에서는 1시간 이내에 사망한다.

 

흔히 스쿠바 잠수 때는 체온유지를 위하여 네오프렌 이란 재료로 제작된 잠수복을 착용하는데,

이 잠수복 재료에는 스폰지처럼 조그만 공기 방울들이 들어 있고,

이 공기방울들은 물과 신체 사이에서 열차단 기능을 한다.

그러나 잠수 수심이 깊어져 수압으로 이 공기 방울들이 압축되면,

잠수복이 얇아지고 열차단 효과가 감소하여 잠수자의 체온유지에 문제점이 발생한다.

 

 

수중에서 소리의 전달 속도는 초속 1,400여 m로 공기 중에서 보다 4배나 빠르다.

공기 중에서 인간은 양쪽 귀에서 듣는 소리의 청취 시간의 차이를 인지하여 그 소리가 오른쪽에 났는지 왼쪽에서 났는지를 구분할 수 있다.

그러나 물 속에서는 소리의 전달속도가 너무 빠르기 때문에 양측 귀에서 소리 청취시간의 차이를 느끼지 못하여 소리가 발생하는 곳의 위치를 구별하지 못한다.

수중에서 모든 물체는 부력을 갖는다.

어떤 물체를 물이 가득 담긴 통 속에 담그면 그 물체의 부피 만큼 물이 넘쳐 나오게 되는데,

이 넘쳐나온 물의 무게와 그 물체의 무게를 비교하여

물의 무게가 무거우면 그 물체는 뜨고(양성 부력),

물의 무게가 가벼우면 그 물체는 가라앉는다(음성 부력).

 

예를 들어 납 덩어리는 넘쳐 나온 물의 무게가 가볍기 때문에 가라 앉고,

나무토막은 넘쳐 나온 물의 무게가 더 무거우므로 뜨게 된다.

 

사람의 몸은 호흡에 따라 숨을 내 쉴 때는 음성부력이 되어 가라 앉는다.

왜냐하면 사람의 몸무게는 호흡에 따라 변하지 않지만 체적은 변하여 숨을 깊게 들이 마시면 가슴이 부풀어 더 많은 물을 물통 밖에으로 넘치게 할 수 있기 때문이다.

 

한편 스쿠바 다이버가 네오프렌으로 제작된 잠수복을 입고 공기통을 휴대하고 물 속에서 활동할 때는 음성부력을 유지하기 위하여 납덩이 무게추(벨트)를 착용하는데,

수심이 깊어지면 잠수복이 수압으로 얇아져 음성부력이 더 심해지게 된다.

또 공기통의 공기가 소모됨에 따라 잠수장비가 가벼워지면 양성 부력화 되어 위로 떠오르려는 현상이 생겨 수중에서의 활동에 제약을 받으며,

부주의로 납 벨트가 몸에서 풀려나거나 구명대가 부풀어 오르면 양성부력이 되어 수면으로 급속히 떠오르게 된다.

이때 잠수자가 당황하여 호흡을 멈추면 앞으로 설명할 허파 파열증과 그에 따른 치명적 건강장해를 일으킬 수 있다.

수중에서는 중력을 느끼지 못한다.

사람이 공기 중에서 있을 때는 중력의 영향을 받아 혈액이 신체의 아랫쪽으로 몰리게 된다.

 

팔을 심장 보다 위로 쳐들었을 땐 손등에 혈관이 나타나지 않지만 아래로 내리고 있을 땐 손등에 혈관이 불거져 나오는데,

이와 같이 중력에 의한 체액의 위치 변화는 우리의 위치감각 인지에 중요한 영향을 미친다.

 

그러나 수중에서는 육상에서와 같이 팔을 내리고 반듯이 서 있어도 손등이나 발등에 혈관이 불거져 나오지 않는다.

그 이유는 손이나 발이 위치한 수심의 수압이 심장이 위치한 수심의 수압 보다 높기 때문에,

 더 큰 외부로부터의 압력으로 혈관이 불거져 나올 수 없는 것이다.

그 결과 지상에서와 달리 다리 쪽에 혈액이 모이는 현상이 없어져 위치감을 인지하는 능력에 변화가 나타난다.

 

그러므로 캄캄한 수중에서, 또는 눈을 감고 있을 때 잠수자의 부력이 뜨지도 가라 앉지도 않는 중성부력 상태라면 잠수자 자신은 어떠한 자세로 물 속에 위치하고 있는지 구분할 수 없게 된다.

이와 같은 현상을 이용하여 우주 비행사들에게 무중력상태를 체험시킬 때 잠수방법이 이용되기도 한다.

 

출처: http://www.kordi.re.kr/