Bühlmann의 ZH-L16

출처 : https://diverite.com/gradient-factors/

Buhlmann의 ZH-L16 감압 알고리즘은 스쿠버 다이빙에서 감압병(DCS, Decompression Sickness)을 예방하기 위해 다이버가 수면으로 올라오는 과정에서 필요한 감압 정지(Decompression Stop)를 계산하는 모델입니다. 이 알고리즘은 스위스의 의사이자 다이빙 생리학자인 알버트 A. 뷸만(Albert A. Bühlmann)이 개발했으며, 현대 다이빙 컴퓨터와 감압 테이블의 핵심으로 널리 사용됩니다.

1. 감압병과 감압 정지의 기본 개념

스쿠버 다이빙 중에는 수심이 깊어질수록 높은 압력 때문에 질소(Nitrogen) 같은 불활성 기체가 체내 조직(근육, 뼈, 혈액 등)에 더 많이 흡수됩니다. 수면으로 빠르게 올라오면 압력이 급격히 낮아지면서 이 질소가 기포로 변해 혈관이나 조직을 막을 수 있고, 이는 감압병을 유발합니다. 감압병은 피로, 관절통, 마비, 심하면 생명을 위협할 수 있는 심각한 상태입니다.

감압 정지는 다이버가 특정 깊이에서 일정 시간 머물며 체내 질소를 안전하게 배출하도록 돕는 과정입니다. Buhlmann의 ZH-L16 알고리즘은 이 과정을 수학적으로 계산하여 다이버가 안전하게 수면으로 올라오도록 안내합니다.

2. ZH-L16 알고리즘의 기본 원리

인체는 다이빙 중 질소를 축적하는 16개의 속도가 서로 다른 ‘조직’으로 이루어져 있고, 각각 질소를 흡수하고 배출하는 속도가 다릅니다. 뷸만 알고리즘은 이 16개의 ‘조직 구획’을 계산해 언제 감압 정지를 해야 하는지 알려주는 수학 모델입니다.

ZH-L16은 인체를 여러 “조직 구획(Tissue Compartments)”으로 나누어 질소 흡수와 배출을 모델링합니다. 이 알고리즘의 이름은 다음과 같은 의미를 가집니다:
– ZH : 뷸만 박사의 고향인 스위스 취리히(Zürich)를 나타냅니다.
– L : “Limit”로, 감압 한계를 의미합니다.
– 16 : 인체를 16개의 조직 구획으로 나누어 계산한다는 뜻입니다.

 조직 구획이란?
우리 몸의 여러 조직(근육, 지방, 뼈 등)은 질소를 흡수하고 배출하는 속도가 다릅니다. 예를 들어:
– 빠른 조직(예: 폐)은 질소를 빨리 흡수하고 빨리 배출합니다.
– 느린 조직(예: 뼈, 지방)은 질소를 천천히 흡수하고 천천히 배출합니다.

ZH-L16은 이 조직들을 16개로 나누고, 각 조직의 질소 흡수/배출 속도를 “반감기(Half-Time)”로 정의합니다. 반감기는 특정 조직이 질소를 절반으로 배출하는 데 걸리는 시간을 말합니다. ZH-L16의 반감기는 4분(빠른 조직)에서 635분(매우 느린 조직)까지 다양합니다.

3. ZH-L16의 주요 구성 요소

이 알고리즘은 두 가지 핵심 파라미터를 사용해 감압을 계산합니다:
1. M-값(M-Value) : 각 조직이 견딜 수 있는 최대 질소 압력(즉, 기포가 형성되지 않는 한계)을 나타냅니다. M-값은 수심과 조직마다 다르며, 이를 초과하면 감압병 위험이 높아집니다.
2. 질소 포화도 : 각 조직 구획에 얼마나 많은 질소가 축적되었는지를 추적합니다. 이는 다이빙 시간, 수심, 호흡한 공기의 질소 비율(보통 공기는 약 79% 질소)에 따라 계산됩니다.

알고리즘은 다음 과정을 통해 감압 정지를 결정합니다:

– 다이버가 특정 수심에 머무르는 동안 각 조직 구획의 질소 포화도를 계산.
– 상승 시 질소가 안전하게 배출될 수 있도록 각 구획의 질소 압력이 M-값을 초과하지 않도록 수심별로 정지 시간과 깊이를 계산.

출처 : Understanding M-values – Erik C. Baker, P.E

4. ZH-L16의 변형: ZH-L16A, B, C

ZH-L16에는 세 가지 변형이 있습니다. 이들은 보수성(Conservatism) 정도가 다릅니다:
– ZH-L16A : 가장 덜 보수적. 주로 군용 다이빙이나 전문 다이버에게 사용됩니다.
– ZH-L16B : 중간 정도의 보수성. 레크리에이션 다이빙에 적합하며, 다이빙 컴퓨터에 자주 사용됩니다.
– ZH-L16C : 가장 보수적. 감압병 위험이 높은 상황(예: 고령자, 반복 다이빙, 추운 물)에서 사용됩니다.

초보자는 ZH-L16C를 사용하는 다이빙 컴퓨터를 선택하는 것이 더 안전합니다, 왜냐하면 이 설정은 더 긴 감압 정지 시간을 제공해 안전 마진을 높입니다.

5. ZH-L16의 실제 적용

현대 다이빙 컴퓨터는 ZH-L16 알고리즘을 기반으로 실시간으로 데이터를 계산합니다. 다이버는 컴퓨터 화면에서 다음 정보를 확인할 수 있습니다:

– No-Decompression Limit (NDL) : 감압 정지 없이 안전하게 다이빙할 수 있는 최대 시간.
– 감압 정지 정보 : 특정 수심에서 멈춰야 하는 시간과 깊이.
– 안전 정지(Safety Stop) : ZH-L16은 보통 3~5m 수심에서 3~5분간의 안전 정지를 권장합니다.

예를 들어, 30m 수심에서 20분 다이빙한 후, 컴퓨터는 9m와 6m에서 각각 몇 분간 감압 정지를 하라고 지시할 수 있습니다. 이는 체내 질소가 M-값을 초과하지 않도록 조절하는 과정입니다.

6. 사용자를 위한 팁

– 다이빙 컴퓨터 사용 : ZH-L16 알고리즘은 복잡하므로 직접 계산하기 어렵습니다. 다이빙 컴퓨터를 사용하면 실시간으로 감압 정보를 확인할 수 있습니다.
– 보수적 설정 선택 : 초보자는 ZH-L16C 기반 컴퓨터를 사용하거나, 컴퓨터 설정에서 “보수적 모드”를 활성화하세요.
– 안전 정지 준수 : 감압 정지가 없더라도 3~5m에서 안전 정지를 꼭 하세요.
– 반복 다이빙 주의 : 하루에 여러 번 다이빙하면 질소가 누적되므로, 컴퓨터의 경고를 잘 따르세요.
– 교육 이수 : 다이빙 강습에서 감압 이론과 ZH-L16의 기본을 배울 수 있습니다.

7. ZH-L16의 장점과 한계

장점 :
– 일정 수준 검증된 모델로, 다양한 다이빙 조건에 적용 가능.
– 다이빙 컴퓨터에 통합되어 실시간 계산이 가능.
– 16개 조직 구획을 사용해 인체의 다양한 조직을 정밀하게 모델링.

한계 :
– 개인차(체중, 체력, 건강 상태 등)를 완전히 반영하지 못함.
– 극한 다이빙(예: 매우 깊은 수심, 장시간 다이빙)에서는 추가적인 보수적 조정이 필요.
– 산소 독성이나 다른 가스(예: 헬륨) 사용 시 별도 계산이 필요.

8. 요약

ZH-L16은 스쿠버 다이빙에서 체내 질소가 안전하게 배출되도록 감압 정지를 계산하는 알고리즘입니다. 인체를 16개 조직으로 나누어 질소 흡수/배출을 추적하며, 다이빙 컴퓨터가 이를 실시간으로 계산해 다이버에게 안전한 상승 경로를 알려줍니다. 다이버는 다이빙 컴퓨터를 믿고, 보수적 설정을 사용하며, 안전 정지를 준수하면 감압병 위험을 크게 줄일 수 있습니다.