뼈의 다양한 역할과 성분, 여러 가지 구조와 형태

서서히 날이 추워지니 뼈가 시려지네요. 이번 주제는 뼈에 대해서 알아보겠습니다.

 

우리 신체의 지지장치인 뼈대는 약 206개의 뼈와 연골로 이루어져 있으며, 대부분 둘 이상의 뼈는 인대의 결합조직에 의해 기능적으로 연결되어 있어 관절운동이 가능해집니다.

 

뼈의 역할

● 지지작용(supporting): 신체의 견고한 버팀 역할을 하며 몸의 외형을 결정합니다.

● 보호작용(protection): 몸 안의 기초를 만들어주고 머리뼈안 속의 뇌, 척주관 속의 척수, 가슴안 속의 심장, 폐 등을 골반 안 속의 방광. 자궁 등을 보호해 줍니다.

● 지렛대 역할(leverage) : 부착되어 있는 근육이 수축하면 지렛대 역할을 하여 운동을 일으킵니다.

● 조혈 기능(hemopoisis) : 뼛속에 있는 연한 조직인 적색골수는 조혈기관으로 적혈구나 백혈구를 생산합니다.

● 무기질의 저장(storage of mineral salts) : 무기질 중 칼슘과 인을 저장해줍니다.

● 공기공간(함기강)의 역할 : 머리뼈의 일부에는 공기가 차 있는 공간이 있어 이는 뼈의 무게를 가볍게 해주고, 소리를 공명시키는 데에도 관여합니다.

 

뼈의 발생과 성장

뼈는 태생기에 발생이 시작되어 성인이 되면 대체로 성장이 끝납니다. 이러한 뼈의 형성은 환경에 따라 막뼈되기와 연골뼈되기로 나눌 수 있습니다. 막뼈되기는 머리뼈와 일부 얼굴 뼈를 비롯한 납작뼈의 뼈되기 방식으로서, 섬유결합조직의 막이 직접 뼈로 전환되는 방식입니다. 먼저 뼈가 형성될 부위에 간엽세포로 이루어진 태아 결합 조직층이 나타나고, 이어서 간엽세포들은 뼈모세포로 분화되어 유기성 뼈바탕질인 뼈조직을 형성합니다. 이 풋뼈조직에 무기물이 침착되면 뼈모세포가 뼈세포로 전환되면서 뼈되기가 시작됩니다. 뼈되기가 시작되는 부위는 주로 막의 중앙 부위에서 시작되며 뼈되기가 시작된 부위를 뼈되기중심이라고 합니다.

 

연골뼈되기는 처음 유리연골이 나중에 형성될 뼈의 모양대로 형성되었다가 칼슘이 침착되면서 연골이 뼈로 대치되는 과정을 말하며, 대부분의 뼈가 이러한 과정을 거쳐 형성됩니다. 연골은 임신 3개월 말에 완전히 형성되며, 점차 뼈되기와 성장이 일어납니다. 긴뼈의 경우, 뼈되기는 연골의 뼈몸통 부위에서 시작되며 1차 뼈되기중심은 점차 양쪽의 뼈끝 쪽으로 진행되고 인체에서는 빗장뼈가 가장 빨리 뼈되기가 됩니다. 출생 전후가 되면 양쪽 뼈끝에 2차 뼈되기중심이 생기는데 이때 1차와 2차 뼈되기중심 사이에 남아있는 연골 부분을 뼈끝 판이라고 하며, 계속해서 연골의 형성 및 뼈되기가 진행되어 뼈가 길어집니다. 뼈되기가 활발히 진행되는 부위를 뼈몸통이라 합니다. 성장이 끝나면 이 뼈끝 판은 뼈로 대치되며, 이를 뼈끝선이라고 합니다.

 

인체를 구성하는 다양한 모양을 하고 있는 뼈들을 알려드리겠습니다.

●  긴뼈 : 주로 팔다리에 있으며, 그 속에 골수가 있는 공간이 있으므로, 관상 뼈라고도 합니다. 전형적인 관상 뼈는 양쪽 끝부분의 뼈끝과 가운데의 뼈몸통이 있는데 뼈끝에는 다른 뼈와 연접하는 관절면이 있고, 유리연골로 된 관절연골로 덮여 있습니다. 예시로 위팔뼈, 노뼈, 자뼈, 넙다리뼈, 정강뼈, 종아리뼈 등이 있습니다.

●  짧은 뼈 : 넓이와 길이가 서로 비슷한 입방체 모양의 뼈이며 구조는 긴뼈의 뼈끝과 거의 같습니다. 예시로 손허리뼈, 발허리뼈 등 있습니다.

●  납작뼈 : 표면을 가진 넓은 판모양의 뼈이다. 치밀뼈인 바깥판과 속판으로 구성되고, 해면 뼈로 된 중간의 판사이층에는 적색골수가 들어 있습니다. 예시로 이마뼈, 마루뼈, 뒤통수뼈, 어깨뼈, 갈비뼈, 복장뼈 등 있습니다.

●  불규칙뼈 : 모양이 복잡하며 일반적으로 여러 개의 뼈와 연결되어 있는 뼈입니다. 예시로 척추뼈, 손목뼈, 발목뼈 등 있습니다.

●  공기뼈 : 뼛속에 공간이 형성되어 공기를 함유한 뼈입니다. 이것들은 모두 점막으로 덮여 있고 이 공간은 노인이 될수록 커진다. 예시로 이마뼈, 위턱뼈, 나비뼈, 벌집뼈, 관자뼈 등 있습니다.

●  종자뼈 : 주로 손과 발에 흔하며 힘줄이나 관절주머니에 묻혀 있는 여러 개의 계란 모양의 짧은 뼈입니다. 인접하고 있는 뼈들과 관절을 이루어 도르래 같은 역할을 하며, 힘줄과 인대가 뼈 면에서 탈구하는 것을 방지합니다. 예시로 무릎뼈 등 있습니다.

 

뼈의 구조

뼈에는 칼슘과 무기질을 포함하는 뼈세포로 이루어져 있습니다. 무기질은 단백질섬유로 둘러싸여 있어서 뼈조직을 단단하게 해주면서 탄력성을 제공해 줍니다. 뼈가 단단해지는 이유는 바탕 질이 석회화가 진행되어서 단단해지고 탄력성은 세포사이질 속의 아교섬유가 탄력을 가지게 해줍니다. 칼슘은 뼈에 힘이 가해졌을 때 부서지는 것을 막아줍니다.

 

1) 치밀뼈, 해면뼈

뼈의 형태는 치밀뼈와 해면뼈로 구성되어 있는데요. 현미경으로 관찰하게 되면 다른 구조를 가지고 있습니다.

 

치밀뼈는 치밀하기 때문에 매우 강합니다. 일차적으로 긴 뼈몸통과 다른 뼈의 표면층에 배열되어 있습니다. 현미경적 단위로 뼈 단위 또는 하버스계통(Haversian system)이라고 합니다. 치밀뼈는 많은 하버스계통이 각각 평행으로 배열되어 있습니다. 교통하고 있는 혈관은 가쪽으로 연결되고 뼈 주위에 있는 뼈 막과 각 하버스계통과 연결되어 있다. 혈관 그물(혈관망)은 뼈조직이 적절한 혈액공급을 받기 때문에 안전하여야 한다. 혈액은 산소와 필요한 영양분과 함께 조직에 공급합니다.

 

해면뼈는 갯솜뼈라고 부르는데요. 치밀뼈에 비해 덜 치밀합니다. 일차적으로 긴뼈의 말단 부위와 다른 뼈의중심에 배열되어 있고 치밀뼈와 달리 해면 뼈는 하버스계통을 함유되어 있지 않습니다. 해면뼈안에는 뼈조직이 일명 뼈잔기둥이라는 판이 배열되어 있는데 뼈 판은 불규칙 공간 또는 구멍에 의해서 나누어져 있고 해면 뼈는 스위스 치즈(Swiss cheese) 모양으로 구멍이 뚫려 있습니다. 이 구멍이 공간을 만들어주어서 뼈의 무게를 감소 시켜주어서 가벼워지고 적색골수를 함유하고 있어서 해면 뼈에 풍부하게 공급 해주어서 혈액세포를 생산시켜 줍니다.

 

하버스계통이란?

큰 혈관 주위에 농축된 원으로 배열된 성숙한 뼈세포로 구성되어 있고 긴 원통형으로 이루어져 있습니다. 뼈세포 주변 부위에는 칼슘, 다른 무기질과 단백질 섬유로 가득 차 있습니다.

 

2) 긴뼈의 구조

 

긴뼈에 분포해 있는 치밀 조직과 해면조직의 구조는 강도에 영향을 미친다고 합니다.

뼈몸통은 팔다리의 뼈처럼 긴뼈의 한가운데의 가늘고 긴 부분을 말한다. 바깥층은 치밀뼈를 구성하고 상당한 강도를 제공합니다. 뼈몸통의 내부에는 골수 공간이라는 공간이 있고, 혈액세포를 생산하는 골수가 있습니다.

뼈끝은 긴뼈의 양쪽 끝의 둥글고 굵은 부분이고 뼈끝은 관절화시킵니다. 즉 관절에서 둘째 뼈와 만납니다. 각 뼈끝은 해면 뼈에 중첩하여 치밀뼈의 얇은 층을 구성하고 뼈끝은 유리연골에 의해 덮입니다.

뼈끝 판은 성장 뼈의 끝 부위에 형성되며 뼈끝과 뼈몸통 사이의 유리연골의 띠로 형성된다. 연골 띠는 뼈 끝판 또는 성장판이라고 말하며 이 부위는 뼈의 길이 성장이 일어나는 곳입니다.

골수공간은 뼈몸통의 오목한 중심부에 있고 유아기에 골수공간 부위에 혈액세포를 생산하는 적색골수가 가득 차 있습니다. 성인기에 골수공간 부위는 황색골수로 가득 차며 지방의 저장소로서 기능하고 골수공간의 속면은 결합조직인 뼛속 막이라고 합니다.

뼈 막은 뼈몸통의 바깥면을 덮고 있는 질긴 섬유 결합조직 막인데요. 이는 관절연골을 제외한 모든 표면을 싸고 있고 뼈 막은 뼈를 보호하고 근육이 부착하는 장소가 되고 기초적인 뼈를 성장하게 하는 혈관을 포함합니다. 또한 뼈의 둘레 성장과 재생에 관여하고 힘줄과 인대의 부착점이 됩니다. 뼈 막이 기초적인 뼈에 혈액을 공급하기 때문에 상처가 난 구조는 건강한 뼈로 형성되고 다른 기관처럼 혈액 공급의 상실은 죽음을 초래할 수 있습니다.

관절연골은 뼈끝의 바깥 표면에 형성되어 있고 이는 관절의 마찰을 줄이기 위해서 부드럽고 반질반질한 표면을 나타냅니다. 관절연골은 운동 시 충격을 흡수하고 마모를 방지하며 관절의 맞춤을 원활하게 하여 탈구를 예방하게 합니다.

관절이란 뼈와 뼈를 연결해 주는 특수한 구조를 말하는데, 이때 뼈와 뼈 사이에 있는 연골을 관절연골이라고 말합니다.

 

뼈의 성분

뼈는 특수결합조직이며, 뼈세포와 뼈바탕질로 구성되어 있습니다.

뼈모세포는 뼈의 바탕질을 생산하여 뼈를 만드는 세포입니다. 석회화, 전해질 대사에 관여하고 나아가서는 뼈파괴세포의 분화와 유도에도 중요한 역할을 합니다. 뼈세포는 뼈를 이루는 세포를 말합니다. 세포사이질 속에 흩어져 있으며 단단뼈에서는 각 세포가 무수한 돌기를 내어 서로 연결되어 있습니다. 1mm³의 겉질뼈 속에 평균 700~900개가 존재합니다. 이 뼈세포는 뼈모세포에서 유래하였으며 스스로 형성한 뼈 무기질 속에 묻혀 있는 세포이고 활발한 뼈 바탕질 형성 능력이 있는 풋뼈 뼈세포, 어린 뼈세포, 성숙 뼈세포로 구분됩니다.

뼈파괴세포는 뼈가 자라도록 하기 위해 석회화한 연골과 뼈조직을 녹이는 세포로 다핵거대세포입니다. 2~100개의 핵을 가지고 있으며 지름은 20~100μm이고, 전형적인 것은 뼈파괴세포로 자신이 형성한 뼈 표면의 얕은 홈에 존재합니다. 용해소체를 다량 함유한 세포로서 뼈모세포에서 형성된 뼈를 기능에 맞게 뼈조직을 흡수하여 골수공간이나 혈관 및 신경의 통로로 만드는 역할을 하고 있습니다.

뼈 바탕질은 뼈의 세포를 뺀 세포 사이 물질로서 무정형의 바탕질 및 무기염류에 파묻힌 뼈 아교섬유로 구성되어 있습니다.