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제20화 방사선의학의 미래(3) - 방사선과 우주의학 ②한국원자력의학원 김희진, 김정영 공저2020-11-09

  크리스토퍼 놀란 감독의 영화 ‘테넷’이 개봉했다는 소식을 듣고 오랜만에 영화관에 갔다. 인셉션과 인터스텔라에 이은 놀란 감독의 시간 3부작 중 마지막 작품이라는 말을 듣고 기대해서 일 까? 거장의 깊은 뜻을 미처 헤아리지 못한 탓 일까? 테넷의 슬로건처럼 이해하지 말고 느끼면서 영화를 감상하려 했으나 완벽히 몰입하기에는 어려웠던 영화였다.

 




< 크리스토퍼 놀란 감독의 시간 3부작, 인셉션(2010)1), 인터스텔라(2014)2), 테넷(2020)3)

 

  시간 3부작 중 필자가 가장 재미있게 본 영화는 ‘인터스텔라’ 이다. 물론 세 영화 모두 참신한 소재와 탄탄한 스토리를 겸비한 수작이지만 블랙홀·웜홀, 그리고 광활한 우주 공간을 컴퓨터 그래픽으로 구현한 장면들에서 느껴지는 영상미는 인터스텔라가 한수 위 라고 생각한다. 특히 영화에 등장하는 가르강튀아 블랙홀은 2019년 4월 인류 최초로 관측한 블랙홀과 흡사한데, 영상미와 과학적 고증이라는 두 마리 토끼를 모두 잡은 좋은 예이다. – 여담으로 인터스텔라 자문을 맡았던 킵 손은 2017년 노벨 물리학상을 수상했으며 인셉션에서 잠시 언급된 ‘펜로즈의 계단’의 주인공인 로저 펜로즈는 2020년 노벨 물리학상을 공동수상 했다.

  장거리 우주탐사를 소재로 하는 영화답게 인터스텔라에도 냉동수면 장면이 등장한다. 우주탐사를 위한 냉동수면기술의 구현에는 우주방사선, 무중력, 진공상태. 극저온 등 지구와는 다른 우주환경에서 나타나는 인체변화에 대응하기 위한 우주의학 지식이 필수적이다. 이 밖에 우주임무 수행 중 발생할 수 있는 각종 응급상황에 대처하기 위해서도 우주의학은 지속적으로 연구해야 할 분야다. 이 번호에서는 지난 호에서 다뤘던 우주인의 인체변화와 우주에서 일어날 수 있는 의료상황들을 보다 자세하게 다뤄보려 한다.

 

 

 

  장기 우주임무 수행 시 고려해야 할 가장 중요한 요인은 우주방사선과 무중력이다.4) 이 두 요인들은 근골격계, 신경계, 면역계, 순환기계 등 인체 전반에 영향을 미친다. 우선적으로, 무중력 환경은 뼈의 칼슘 배출을 증가시켜 근·골격계의 탈 무기질화에 원인이 된다. 이로 인해 골절 위험도가 증가하고 신장 관 결석 형성이 촉진된다. 주로 척추, 대퇴경부, 골반 등에서 매 달에 1.0~1.6% 정도 칼슘과 미네랄이 감소하는 것으로 보고되어 골다공증 치료제 투약이나 다이어트와 같은 의학적 요법과 특히 운동 요법을 통해 골격량 감소를 조절한다. 운동이 골격근 감소를 방지하는 가장 핵심적이기 때문에 ISS에 체류하는 우주인들은 지구중력만큼 하중이 걸린 기구를 통해 개별적으로 운동하지만 근육량과 근력 감소는 여전히 나타나는 것으로 발표된 바 있다.5)

 

 

< 우주비행이 인체에 미치는 영향6)>

 

  우주인들은 급격한 환경변화로 인해 우주적응증후군(Space Adaptation Syndrome)이나 전정신경계 장애와 같은 신경계 이상을 경험하기도 한다. 우주인들 중 절반 이상이 멀미와 메스꺼움을 느끼는 우주적응증후군을 경험했으며, 2011년 Mader 연구진은 따르면 우주를 다녀온 300명의 우주비행사들 중 28%가 시력 감소를 경험했고 60%가 원근감 이상을 경험했다고 발표했다.7) 이 밖에 시신경 원판 부종, 망막 혈관 폐쇄 질환 등의 증상을 보이는 우주비행 관련 신경안구 증후군(Spaceflight Associated Neuro-ocular Syndrome)에 시달리기도 한다.

  우주비행은 B세포와 과립구 증가 및 NK세포와 림프구 감소 등 면역 시스템에도 영향을 미친다. 또한 적혈구 질량 감소가 원인인 ‘우주 빈혈(Space anaemia)’, 우주비행사 업무량과 낮밤주기 변화로 인한 불면증과 같은 생체 교란 현상을 겪는다.

 

 

 

  우주왕복선 시대에 우주인들 건강관리시스템은 승무원들의 건강을 유지하고 건강이상이 나타나기 전에 예방 하는 것을 목표로 하고 있다. 이러한 조치에도 불구하고, 우주인들이 심각한 응급상황에 처할 위험은 68명이 1달 동안 우주공간에 머무는 동안 1번의 응급상황이 발생할 것이라는 통계결과가 발표된 바 있다.8) - 이는 우주인 6명이 900일 동안 화성임무를 수행하는 동안 적어도 한 번의 응급상황이 생긴 다는 의미다.9) - 그렇기 때문에 화성탐사와 같은 장기 임무수행에는 우주공간에서 생길 수 있는 응급상황 대비와 의료상황 발생 대응을 위한 우주의사가 필요하다. 그렇다면 우주공간 일어날 수 있는 의료상황은 어떤 것 들이 있을까?

  마취 및 수술 우주환경에서 마취하려면 무중력뿐 아니라 극도로 제한된 공간, 마취 후 생체기능을 유지시켜 줄 여러 의료장비들의 운용 등 여러 가지 문제들에 직면하게 된다. 특히 마취를 하게 되면 산소 호흡기를 착용해야 하는데, 우주승무원들이 생활하는 공간인 우주선과 우주정거장은 폐쇄된 환경이기 때문에 수증기는 오염되기 쉽다. 이는 승무원들의 호흡 시스템에 영향을 주게 되고 추가적으로 산소 호흡기에서 산소누출이 발생 할 경우는 화재 위험이 있어 매우 위험하다. 이 밖에 무중력 환경으로 인해 변화된 생리작용이 마취제와 혈관의약품 등의 인체 내 작용도 변화시켜 사망에 이르게 하거나 지구로 귀환한 뒤 여러 부작용을 보일 수도 있다. 전신마취용으로 많이 사용하는 케타민과 부분 마취가 우주탐사 시 발생 할 수 있는 마취 상황에 대응하는 방법으로 제안된 논문들10),11)이 발표되었지만 후속 연구가 많이 필요한 상황이다.

  우주공간에서 진행되는 수술 역시 도전의 연속이다. 환자와 시술자가 고정될 수 있는 안전장치가 있어야 하고, 여러 가지 종류의 가벼운 수술 장비들을 매달아 두는 설비들로 인해 안전과 감염에도 유의해야한다. 동맥혈 출혈을 제외하면 스펀지와 흡입기가 출혈로 인한 우주선 내 감염을 효과적으로 방지할 수 있으며12) 포물선 비행 상태에서 진행한 다양한 동물 수술 사례가 여러 논문에 발표된 바 있다.13),14)

  심폐소생술 무중력환경에서는 다양한 방법으로 심폐소생술(CPR)을 수행하게 된다. 과거에는 고정 장치를 이용하는 방법을 우주비행사들에게 교육했지만, 3분 안에 CPR을 하지 못할 경우 뇌손상 위험도가 증가하기 때문에 지지대나 고정 장치를 사용하지 않고 혼자서 CPR을 할 수 있는 방법들이 개발되었다.

 



<무중력상태에서 CPR 하는 법, 왼쪽부터 Handstand(HS) 법, Reverse bear hug(RBH) 법, Evetts-Russomano(ER) 법>15)

 

  각 방법마다 장단점은 존재한다. 먼저 Handstand 법은 다른 CPR 기법들보다 효과적이지만 구조자의 신장에 제약을 받고 – 키가 작으면 CPR도 하기 어렵다. - 다리에 가해지는 힘 때문에 우주선 내부가 손상을 입을 수 있다. Reverse bear hug 법은 위 세 가지 방법 중 육체적으로 가장 힘들고, 가슴 압박 깊이가 충분하지 않아 효과가 떨어진다. Evetts-Russomano 법은 포물선 비행과 지상에서 시뮬레이션 한 결과 CPR에 효과적인 것으로 나타났다고 2005년 미국 심장 협회 가이드라인에 언급된 바 있다. 하지만 여성이 무중력 상태에서 Evetts-Russomano 법으로 CPR을 했을 경우 효과가 떨어진다는 연구결과도 있다.16)

  기타 응급상황 일반적인 의료상황 외에 우주선에서 일어날 수 있는 여러 가지 응급상황들도 존재한다. 대표적으로 1) 실내기압 감소, 2) 화재, 3) 암모니아와 같은 독성물질 유출 등이 있는데, 이 3가지 경우 모두 인간 우주비행 역사에서 실제로 일어났던 사고들이라 한다.17) 특히 실내기압 손실은 미세한 균열이나 기체 손상으로도 발생 할 수 있는 흔한 사고로 기압장애, 동맥 가스 색전증, 급성 저산소증, 감압증과 같은 신체 손상을 야기한다.

 

  일부 독자분들은 이번 호 내용과 방사선의학과 연관성에 의구심을 품을 수 있다고 생각한다. 하지만 많은 사람들에게 아직까지 미지의 영역인 우주공간과 그 우주공간에서 일어날 수 있는 인체변화와 의료상황들을 소개하는 것 도 의미가 있다고 생각했다. 혹시 아는가, 우주방사선 차폐 외에 우주공간의 의료상황에서도 방사선을 안전하게 활용할 수 있는 기술이 가까운 미래에 개발될 수도 있다. 또한 우주선에 의료용 방사선기기를 설치한다면 위에 언급된 의료 상황들도 충분히 고려해야 할 것이다.

  지난 달, 톰 크루즈가 영화촬영을 위해 영화감독 외 2명의 우주인과 함께 내년 10월 민간 우주정거장으로 떠난다는 기사를 봤다. 내년에 톰 크루즈가 무사히 우주에 간다면 역사상 최초로 우주에서 촬영되는 영화가 될 것이라는데, 개인적으로 5월에 민간자본으로 우주선 발사에 성공했다는 기사보다 우주시대가 눈앞에 있다는 것을 실감나게 해주는 기사였다. 만약 영화가 대박을 친다면 5년 내로 민간 우주여행이 현실화 되어 우주의학에 대한 사람들의 관심도 높아질 것이다. - 우주여행 활성화 전에 코로나19 사태부터 진정되길 진심으로 소망한다. - 다음 회에서는 우리나라와 주요 국가들의 우주의학을 보다 면밀히 파헤쳐 보려 한다. ◼(다음 회에 계속 됩니다.)

 

1) https://movie.daum.net/moviedb/main?movield=50364
2) https://movie.daum.net/moviedb/main?movield=62730
3) https://movie.daum.net/moviedb/main?movield=132861
4) P.D.Hodkinson et al, An overview of space medicine, British Jouranl of Anaesthesia, 2018, 119(S1)i143-i153
5) Trappe S et al, Exercise in space: human skeletal muscle after 6months aboard the International Space Station, J Appl Physiol 2009; 106:1159-1168
6) P.D.Hodkinson et al, An overview of space medicine, British Jouranl of Anaesthesia, 2018, 119(S1)i143-i153
7) Mader TH et al, Optic disc edema, globe flattening, choroidal folds and hyperopic shifts observed in astroduts after long-duration space flight. Ophthalmology, 2011;118:2058-2069
8) Houtchens BA, Medical-care systems for long-duration space missions, Clin Chem 1993; 39:13-21
9) Komorwski M et al, Fundamentals of anesthesiology for spaceflight, J Cardiothorac Vasc Anesth, 2016;30:781-790
10) Komorowski M et al, Potential anesthesia protocols for space exploration missions, Aviat Space Environ Med 2013;84:226-233
11) Silverman GL et al, Regional anesthesia for the management of limb injuries in space Aviat Space Environ Med 2008;79:620-625
12) Campbell MR et al, A review of microgravity surgical investigations. Surg Gynecol Obstet 1993;63:524-528
13) Campbell MR et al, Laparoscopic surgery in weightlessness. Surg Endosc 1996;10:111-117
14) Kirkpatrick AW et al, Percutaneous aspiration of fluid for management of peritonitis in space. Aviat Space Environ Med 2002;73:907-912
15) Rehnberg L et al, Three methods of manual external chest compressions during microgravity simulation, Aviat Space Environ Med, 2014;85:687-693
16) Kordi M et al, Gender influence on the performance of chest compressions in simulated hypogravity and microgravity, Aviat Space Environ Med, 2012;83:643-648
17) P.D.Hodkinson et al, An overview of space medicine, British Jouranl of Anaesthesia, 2018, 119(S1)i143-i153

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