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다이버들이 꼭 알아야 할 과학1
추위와 다이빙
COLD & DIVING

다이버들 중에는 추위를 많이 타는 사람들이 있다. 그래서 수온 20℃ 이하의 국내 바다에서는 다이빙하지 않고, 심지어는 해외 다이빙 중이라도 26℃ 정도로 수온이 낮아지면 다이빙하는 것을 머뭇거리기도 한다. 찬물에 대한 반응이 사람마다 다른 것은 실제로 여러 가지 이유가 있다. 사실 다이빙을 하기 때문에 우리가 추위를 느끼는 것을 피하기는 힘들다. 충분한 경험이 있는 다이버라면 따뜻한 욕조에서조차 추위를 느낄 수 있음을 안다. 따라서 동해의 찬 바다와 아이스 다이빙까지 즐기는 적극적인 사람들은 물론이고 따뜻한 열대바다만 좋아하는 사람들까지 다이버라면 누구나 열 손실 현상에 대해 이해할 필요가 있다.

차가운 바다에서는 체온유지에 각별히 신경을 써야 한다.

신체의 온도는 대부분 세포 수준의 대사 과정에서 생성된다. 근육 활동을 하거나, 주변 온도를 높임으로써 신체 핵심부(core)의 온도를 증가시킬 수도 있다. 정상적인 환경과 건강 상태에서 신체는 너무 뜨겁지도, 너무 차갑지도 않은 적당히 안정적인 체온의 균형을 유지하려고 한다(항상성).

열대바다에서도 바람막이를 착용하는것이 열손실을 막는데 도움이 된다

하지만 미지근한 열대 바다에서 맨몸으로 수영을 하면 몰라도, 다이버들이 접하는 환경에서는 열이 몸에서 빠져나가지 않는 상황이란 거의 없다. 사실 보온용 슈트를 입지 않는 사람들에게 열 손실이 열 생산과 맞먹는 최적의 온도 범위는 33℃~35℃인데 그 정도는 되어야 오랫동안 편안하게 물 속에 머물 수 있다. 그러나 수영을 통해서 생성되는 운동대사 발열이 있다면 24℃ 근처의 수온에서도 체온의 밸런스를 맞출 수 있다. 이는 가만히 있으면 약간 춥다고 느낄 수 있는 온도이다. 이렇듯 체온 유지와 관련해서는 수온, 보온용 슈트, 다이빙 하는 동안의 활동량 등 어려가지 변수들이 함께 작용하기 때문에 열 손실이 구체적으로 어떻게 일어날지 예측하는 것은 쉽지 않다.


열손실의 메커니즘
인체든 욕조의 물이든 다음과 같은 현상들로 인해서 열 손실이 일어난다.
●복사: 적외선 에너지를 통한 열의 방출
●증발: 액체에서 기체로 전환되는 과정을 통한 열의 이동
●전도: 두 표면 사이의 직접적인 접촉을 통한 열의 전달
●대류: 유체(액체, 기체)의 움직임을 통한 열의 전달
일반적으로 복사는 다이버들과는 상관이 없다. 증발 열 손실은 수면휴식시간에 젖은 웻슈트나 레쉬가드를 입고 있을 때 추위를 느끼는 현상을 설명해준다. 호흡을 통한 열 손실 또한 다이버들에게는 피할 수 없는 것이다. 하지만 다이버들이 가장 걱정해야 할 것은 전도와 대류이다. 물이 공기보다 20배~25배 정도의 많은 열을 전도시킬 수 있다는 것은 오픈워터 코스에서 배웠을 것이다.

15도 이하의 바다에서 웻슈트로 다이빙을 하게 되면 급격한 저체온증이 올 수 있다

전도성 열 손실은 피부와 해수 또는 슈트의 표면과 해수 사이의 직접적인 접촉을 통해서 일어난다. 열 손실의 속도는 두 접촉면 사이의 온도 차이에 비례한다. 대류성 열 손실은 유체(공기 또는 물)의 움직임에 의해서 일어난다. 물이 움직인다면 피부 옆에 있으면서 데워졌던 물이 계속해서 새로운 차가운 물로 대체되면서 열 손실의 속도가 더 빨라진다.
다이버가 수중에 들어가면 전도에 의한 열 손실이 시작되는데 그 속도는 입고 있는 슈트의 두께나 종류에 따라 달라진다. 가장 좋은 슈트라 해도 열 손실을 멈출 수는 없고, 다만 견딜 수 있는 수준에서 열 손실의 속도를 감소시킬 뿐이다. 웻슈트가 몸에 잘 맞지 않으면 슈트 속으로 계속 해서 차가운 물이 새로 들어오기 때문에 열 손실이 가속화된다. 그러나 몸에 잘 맞는다고 해도 웻슈트에서는 물이 드나드는 문제가 완전히 해소되지는 않는다.


또한 하강 중에 네오프렌이 압축되면서 얇아지면 열 차단효과가 떨어지게 된다. 30cm 두께의 단열재와 5cm 두께의 단열재 간의 효과 차이를 생각해보면 알 수 있다. 예를 들면 네오프렌 웻슈트는 20m만 내려가도 50%의 보온효과를 상실하며, 30m까지 내려가면 75%의 보온효과를 상실하게 된다.
드라이슈트는 왯슈트에 비해서 몇 가지 장점이 있다. 옷 속으로 물이 들어가지 않기 때문에 웻슈트 같은 플러싱(물이 드나드는) 문제를 걱정할 필요가 없다. 보다 중요한 것은 공기와 내피를 단열재로 사용하기 때문에 내부에 물 층을 가지고 있는 것보다는 훨씬 효과적이다. 또한 슈트 속에 기체를 주입할 수 있어서 수심이 깊어져도 항상 적당한 단열효과를 유지할 수 있으므로 외피의 두께 자체는 별로 문제가 되지 않는다.
컴머셜 다이버들의 경우는 호스를 이용해서 지속적으로 슈트 속으로 따뜻한 물을 주입시켜 주는 “온수슈트”를 사용하지만 레크리에이션 다이버들에게는 맞지 않는 방식이다. 드라이슈트나 웻슈트 내에 착용할 수 있는 열선조끼가 실제적인 도움이 될 수 있을 것이다.

드라이슈트가 완벽하게 체온손실을 막는 것은 아니지만 그래도 버틸 수 있을 만큼 체온유지를 해준다

추위의 생리학
신체 핵심부(뇌, 심장 등 내장 기관)의 온도가 떨어지는데 대응하는 신체의 반응은 복잡한 과정이다. 체온조절 과정은 우리 피부의 표면에 있는 온도 감각기와 더불어 척수와 내장, 다른 기관 내에 있는 심층 감지기로부터 전달되는 자극에서부터 시작된다.
감각기에서 온 신호들은 뇌의 시상하부에서 통합되고 그곳에서 메시지가 전달되어 땀샘, 근육의 강직과 전율(발열) 등의 반사 조절을 통해서 열의 배출과 생산을 제어하도록 한다. 전율(몸의 떨림)은 실제로 평상시에 비해 5배까지 대사 열 생산량을 증가시킨다.
시상하부는 혈관수축(혈관의 내경을 감소시키는 것) 및 다른 메커니즘을 통해서 중심부에서 주변부로 가는 혈류량을 조절하기도 한다. 이는 신체의 내부기관에서 피부로 가는 열 전도를 막는다. 따라서 열은 피하지방 층을 통해서만 피부로 전도되므로 손실 속도가 늦춰진다. 또한 피부가 차가워지면 신체와 환경 사이의 온도 차이가 줄어들어 전도성 열 손실 또한 감소된다.
“온혈어류”라고 불리는 참치나 새치 그리고 일부 상어 같은 물고기들이 가지고 있는 고도로 발전된 체온유지 메커니즘(괴망, 그물망 같은 혈관 조직)과 비슷한 대략적인 반류 시스템이 사람에게도 있다. 이런 혈관 배열은 해부학적인 열 교환기라고 볼 수 있다. 말단부 동맥은 심장으로 돌아가는 혈액을 운반하는 큰 정맥 옆을 지난다. 이를 통해 동맥혈이 심장으로 되돌아가는 정맥혈에게 열을 전달해서 전체적인 열 손실을 감소시켜 주는 것이다. 몇몇 연구에 따르면 사람의 생리도 추위에 적응하면 열을 잘 보존할 수 있는 능력이 있다고 하지만 이런 적응도 추위에 노출되지 않게 되면 단 몇 주 만에 사라져 버리는 것으로 나타난다.
사람의 신체 부위 중에서 열 손실이 가장 큰 곳은 목의 기부, 겨드랑이, 사타구니 그리고 머리이다. 이유는 주요 동맥들이 이들 부위에서는 피부와 가까이 있기 때문이다. 머리에서의 열 손실은 잘 따져봐야 한다. 신체의 열 손실에서 30~40%(일부 자료에 따르면 70%까지)가 머리를 통해서 일어난다고 믿는 사람들이 많다. 이런 속설의 근거는 미군의 오래된 생존 매뉴얼 때문이지만 최근 영국에서 수행된 연구는 이러한 속설과 완전히 배치된다.

드라이 슈트 입수

이런 오해는 1950년대 미군이 수행했던 모호한 과학적 실험을 잘못 해석함으로써 생겼다고 한다. 당시의 연구는 극지 생존복을 입은 자원자들을 매우 추운 조건에 노출시켜서 진행한 것이다. 신체 중에서 보호되지 않고 노출된 곳은 머리가 유일했기 때문에 대부분의 열이 머리를 통해서 손실되었다. 실제 머리의 표면적은 신체 전체에서 약 10%만 차지한다. 머리에서 일어나는 혈관확장 방식이 다른 신체 부위와 다를 수도 있겠지만 만약 실험에 참가한 자원자들이 수영복만 입고 있었다면(즉 다른 부위도 똑 같이 노출되었다면) 머리에서의 열 손실은 10%에 보다 가깝게 측정되었을 것이다. 실제 얼굴, 머리 그리고 가슴은 신체의 다른 부위에 비해 온도 변화에 더 민감하여, 열 손실을 막기 위해서 이들 부위를 더 보호하고 싶도록 느끼게 하는 것 같다.
찬물 탱크에서 실시한 영국의 실험에서 연구자는 각각의 신체 부위와 노출된 피부의 양을 통해서 핵심부의 온도를 모니터링 하여 열 손실 속도를 비교해보았다. 열 손실의 속도는 노출된 피부표면의 양에만 영향을 받고, 머리를 통한 열 손실 퍼센티지는 신체의 다른 부위와 동일하다는 것을 발견했다. 연구주제는 두피를 통한 열 손실이 일시적으로 증가하는 것을 보여주었지만 계속해서 운동을 하자 두피에서의 열 손실은 전체 피부의 7% 정도인 일반적인 수준으로 돌아왔다.
머리를 특별하게 보온해야 하는 상황이 있다면 저체온증 환자를 다룰 때이다. 저체온증 환자가 몸을 떨지 않고 누워있다면 머리를 통한 열 손실은 7~10%를 유지한다. 그러나 환자가 떨기 시작하면 큰 변화가 생기는데 그때부터 두피를 통한 열 손실은 상당한 수준으로 증가할 수 있다. 이는 몸을 떠는 저체온증 환자는 운동하는 사람들과 달리 주변부 순환으로 혈관확장을 하지 않기 때문이다. 대신에 전율하는 근육은 심장의 박출량을 증가시키며, 결과적으로 뇌혈액순환도 증가시키게 된다. 따라서 이 상황에서 머리를 잘 보호하는 것은 저체온증 환자의 체온을 유지하고 치료하는데 매우 중요한 부분이 된다.

열대바다에서도 후드를 착용해주는 것이 좋다

추위의 지속과 몸의 반응
신체 중심부의 온도가 떨어지면 팔다리에서 가장 뚜렷한 반응이 나타난다. 종종 손과 발의 마비가 동반되기도 하는데 중심부의 온도가 계속해서 떨어지면 상황은 점점 심각해진다. 특정 근육의 정교한 움직임도 어려워지며, 통합적인 운동에도 장애가 일어난다. 격렬한 육체적 활동을 하지 않는다면 초기 증세로는 몸이 떨리기 시작한다(오한). 증세가 정신적인 혼란이나 장애 수준으로 발전하면 조치를 해야만 한다. 다이빙을 포기하고, 몸을 따뜻하게 유지하는 것이 가장 시급하다.
신체 중심부의 온도가 35℃ 이하로 떨어지면 단순히 추운 것이 아니라 가벼운 저체온증의 영역에 들어가게 된다. 물론 체온이 계속해서 떨어지면 다양한 방식으로 악화된 양상들이 나타나게 된다.
33℃ 근처에서는 근육 공조 능력이 엄청나게 떨어지게 된다. 게다가 오한이 늦춰지거나 아예 멈추기도 하며, 쇠약, 무관심, 졸음, 혼란, 불명료언어 등의 다양한 증상들을 겪기도 한다.
32℃ 이하로 떨어지면 정말 심각한 저체온증 상태가 된다. 오한이 중지되고, 근육 강직이 많아지며, 의식 상실, 생존 신호를 찾기 힘들고, 심장 부정맥 등이 나타난다. 더 심해지만 마침내 심장 및 호흡 마비가 일어난다. 중심부의 온도가 16℃까지 떨어지고도 살아난 경우도 있지만 그것은 극히 드문 예외적인 경우이며, 생존 가능성은 거의 없어진다.
추위와 열 손실에 대한 이야기는 저체온증에 초점이 맞춰지긴 하지만 대부분의 경우 다이버들은 저체온증이 일어나기 훨씬 전에 다이빙을 포기하게 된다. 정말 문제가 되는 것은 찬물이 다이버가 더 이상 활동을 못할 정도로 까지 신체의 에너지를 고갈시켜서 무기력증을 일으킨다는 것이다. 심한 경우는 근육들의 기능이 마비되어 희생자는 저체온증에 굴복하는 것이 아니라 익사하게 된다. 무기력에 의한 유영불능 현상이 일어나는 것이다.
물론 열 손실이 일어나는 동안 우리 신체도 더 많은 열을 발생시켜서 반응하게 된다. 체열은 몇 가지 방법으로 생산된다. 첫째는 정상적인 세포 활동으로 인한 기본적인 대사에서 발생하는 것이다. 그 다음은 근육 활동으로 열이 생기는 것으로 오한이나 경련으로 생기는 것을 포함한다. 실제로 오한은 보통 때에 비해 5배나 많은 열을 만들 수 있으며, 단순히 근육이 단단해지는 것만으로도 열 발산을 50%까지 증가시킬 수 있다.
여성이 남성에 비해 저체온증에 더 민감하다는 속설도 맞지 않다. 이 속설은 여성이 남성에 비해 부피 대비 표면적이 더 넓다는 것을 근거로 한다. 하지만 엄청나게 큰 사람과 작은 사람을 비교하지 않는다면 성별에 따른 이 비율의 차이는 거의 없다. 그러나 남자와 여자의 신체가 열 손실에 어떻게 반응하는가 하는 메커니즘은 차이가 있다. 일반적으로 여성은 중심부에 더 많은 열을 보존할 수 있지만 남성은 손실을 상쇄할 수 있을 만큼 더 많은 열을 생산할 수 있다. 성에 따른 차이가 분명한 것은 신체 중에서 오한을 통해 열 생산이 가능한 근육부피의 차이이다. 그러나 대부분의 연구에서 여성들이 남성에 비해 저체온증에 처할 위험성이 충분히 크다고 할 수 있는 증거를 찾지는 못했다고 한다.

열대의 바람막이

다이버의 열 손실
다이빙에서는 단순히 호흡하는 것만으로도 열 손실이 일어난다. 문제가 되는 것은 우리가 호흡하는 공기가 탱크에서 나오는 차가운 공기라는 것이며, 압축된 통에서 나와 팽창되기 때문에 열대바다에서 조차도 다이버가 호흡하는 공기는 항상 주변 공기보다 차갑다. 숨을 들이쉴 때 다이버의 폐가 공기를 데우게 되면서 많은 열이 소모된다. 다이버가 깊이 하강할수록 이 현상은 더 심화되는데 수심이 증가하면 호흡하는 기체의 밀도도 증가하기 때문이다. 밀도가 높은 공기는 온도를 올려야 할 분자 수가 더 많다는 뜻이고, 결과적으로 더 많은 열이 흘러나가게 된다. 하지만 호흡을 통해 발생하는 열 손실을 막기 위한 인체의 조절 반응은 아무 것도 없다. 다만 재호흡기를 이용하는 경우에는 이미 폐를 통해서 데워진 기체가 호흡루프를 통해서 되돌아오기 때문에 호흡으로 인한 열 손실이 상대적으로 많이 줄어든다.
한편, 질소마취가 신체의 경련 반응을 억제함으로써 저체온증에 대한 경고 신호를 못 보내고 넘어갈 수 있다는 연구가 캐나다에서 있었다. 질소마취 때문에 열 손실 상태를 제대로 인지하지 못해서 안전 한계를 넘어서까지 다이빙을 계속할 수도 있다는 것이다. 또한 찬물 스트레스는 질소마취의 효과를 증가시키기도 하고, 질소배출을 늦춰서 감압병의 위험성을 증가시키기도 한다.
앞에서 설명한 추위로 인한 혈관수축현상은 열 손실을 증가시키는 또 다른 반응을 일으킨다. 수중에 들어갔을 때 신체 바깥 쪽에서부터 중심부 쪽으로 혈액을 몰아주면 뇌에서는 수분과다 상태로 해석하게 된다. 그래서 항이뇨 호르몬의 생산을 멈추고, 더 자주 소변을 보도록 만든다. 소변은 체온과 같기 때문에 배변을 하면 상당한 열 손실이 일어난다.
거의 모든 다이빙에서 다이버의 몸은 열 손실을 막기 위해 싸워야 한다. 다양한 환경 조건에서도 상대적으로 편안하고, 기능적으로 안전하게 머물 수 있다는 것은 쉬운 일이 아니다. 사람은 수중에서 잘 기능할 수 있도록 디자인된 존재가 아니기 때문에 열 손실을 잘 관리하려면 결국 현대 기술과 잘 훈련된 신체 적성의 도움을 받을 수 밖에 없다.

국내의 바람막이

추위 스트레스의 대책
심한 추위 스트레스에 대응할 때 가장 중요한 응급처치는 추가적인 열 손실을 막는 것이며, 이는 물에서 나와서 체온을 회복하는 것이다.
일단 물에서 나오면 바람과 추위를 막을 수 있는 곳으로 환자를 옮겨서 슈트를 벗기고 따뜻한 마른 옷으로 갈아 입힌다. 힘들다면 방풍의류나 알루미늄 코팅 돗자리, 비닐 시트 등 주변에서 구할 수 있는 것으로 다이버를 덮어서 슈트의 수분이 급속히 증발되면서 열을 뺏어가지 않도록 해준다. 저체온증으로 판단될 경우는 차가워진 심장이 부정맥을 일으키지 않도록 환자를 매우 조심스럽게 다루어야 한다.
환자가 뭔가를 삼킬 수 있고, 의식이 있는 상태라면 따뜻하고, 단 액체를 많이 주는 것이 좋다. 어떤 상황에서라도 다이버에게 알코올 음료를 줘서는 안 된다. 알코올을 마시고 따뜻해진다고 느끼는 것은 알코올이 흡수되는 초기에 나타나는 혈관확장의 효과일 뿐이다.
저체온증 환자는 단열수단 확보와 본인의 대사열 생산을 통해 스스로 정상 체온을 회복할 수 있다. 가벼운 저체온증 환자는 운동을 통해서 체온 회복이 가능하며, 그렇게 하는 것이 더 편할 것이다. 그러나 심각한 상황에서는 운동을 하면 안 된다. 열 손실이 가장 많은 부위(머리, 목, 겨드랑이, 사타구니)의 단열에 특히 신경을 써야 하며, 환자가 누워있다면 바닥 쪽의 단열에도 주의해야 한다. 환자가 따뜻함을 느끼기 시작했다고 해도 너무 빨리 체온 회복 노력을 멈춰서는 안 된다. 또한 환자가 너무 덥다고 말해도 단열 수단을 바로 제거해서는 안 된다. 환자가 충분한 체온을 회복했다는 유일한 증거는 땀이며, 땀을 흘릴 때까지 체온 회복을 위한 노력을 계속해야 한다.
환자가 나아지는 기미가 보이지 않는다면, 또는 체온 회복 시도 이후로 증세가 더 악화된다면 심각한 응급상황이라고 간주해야 한다. 즉시 응급의료구조센터에 연락해야 하며, 매우 세심한 주의를 기울려 환자를 다루어야 한다. 가능하다면 환자를 엎드려 있게 한다. 거칠게 다루면 심장 부정맥을 초래할 수도 있다. CPR이 필요할 수도 있으며, 호흡과 맥박이 상당히 약해져 있을 수도 있기에 적어도 2분간 생명 징후를 평가해야 한다.

동상이 아니라도 추위로 인해 손상을 입을 수 있다.
일반적인 생각과 달리 추위로 인한 조직의 손상이 꼭 동상에 의해서만 생기는 것은 아니다. 주요논문들에서는 추위로 인한 혈관확장이 10~12℃ 근처에서 일어날 수 있다고 설명한다. 이 온도 보다 낮은 수온에 팔다리가 장시간(보통 6시간 이상)노출되면 신경과 근육에 영구적인 손상이 일어날 수도 있다.
매우 심각한 경우가 아니라면 신체를 다시 따뜻하게 해주면 종종 혈액의 흐름이 재개되면서 사지가 점차 뜨거워지며, 붉어지고, 부으며, 통증을 느끼게 된다. 나중에 사지는 온도에 매우 민감해지는데 추위지면 강한 혈관수축이, 더워지면 강한 혈관확장과 많은 땀을 흘리게 된다. 심각한 경우에는 혈류가 되살아나지 않아서 괴저나 심한 신경 손상을 초래할 수 있다.

열대에서의 맨몸수영

다이빙하는 동안 추위 스트레스 피하는 방법
●필요하다고 생각하는 것보다 보온 효과가 더 큰 슈트를 입는다. 열대바다 다이버들은 후드를 구매하는 것이 열 손실을 피할 수 있는 가장 현명한 투자이다.
●물이 드나들면서 대류성 열 손실이 일어나는 것을 피하려면 몸에 잘 맞는 웻슈트를 구해야 한다.
●물에서 나온 뒤에 배에서 입을 수 있도록 보온 자켓을 휴대한다. 따뜻하고, 방풍이 되어야 한다. 필요하다고 생각하는 것보다 더 많이 가져가는 것이 좋다.
●젖은 웻슈트와 레쉬가드는 달리는 보트 위에서는 냉장고 역할을 한다. 따라서 수면휴식 시간이나 보트로 돌아오는 동안에도 젖은 채 계속 입고 있어야 한다면 그 위에 덧입을 수 있는 방풍 자켓이나 겉옷을 휴대한다. 이는 급속한 증발로 인한 열 손실을 막아준다.
●춥다고 느끼면 물에서 나온다. 몸이 떨릴 때까지 기다리지 말아야 하는데 심한 운동, 알코올 섭취, 질소마취 등의 요인들로 인해 떨림이 늦어질 수 있다. 다이빙 전에는 알코올 섭취를 피해야 하는데 추위를 느꼈다면 다이빙 후에도 알코올을 섭취해서는 안 된다. 알코올로 몸이 따뜻하다고 느껴질 수도 있겠지만 그것은 속임수이며, 실제로는 열 손실을 가속화시킨다.
●오한이 오기 시작했다면 즉시 물에서 나와서 체온 회복 절차를 따른다. 떠는 것이 몸의 체온을 회복시키는데 도움이 되기는 하지만 육상에서만 효과가 있지 물속에서 떠는 것은 열 손실을 더 촉진시킨다.