뼈의 구조와 화학 성분

뼈는 인체에서 엄격하게 정의된 위치를 차지합니다. 다른 장기와 마찬가지로 뼈는 다양한 유형의 조직으로 구성되는데, 그중에서도 결합 조직의 일종인 뼈 조직이 주요 위치를 차지합니다.

뼈(os)는 복잡한 구조와 화학적 조성을 가지고 있습니다. 살아있는 유기체에서 성인의 뼈는 최대 50%의 수분, 28.15%의 유기물, 그리고 21.85%의 무기물로 구성되어 있습니다. 무기물은 칼슘, 인, 마그네슘 및 기타 원소의 화합물로 나타납니다. 침연골은 1/3이 "골질"이라고 불리는 유기물, 2/3가 무기물로 구성되어 있습니다.

뼈의 강도는 무기물과 유기물의 물리화학적 결합과 구조적 특성에 의해 보장됩니다. 유기물이 우세하면 뼈의 탄력성과 유연성이 크게 향상됩니다. 무기물 함량이 증가하면 (노년기, 일부 질병 등) 뼈는 부서지기 쉽고 약해집니다. 뼈 구성에서 무기물의 비율은 사람마다 다르며, 같은 사람이라도 평생 동안 변화하고, 영양 상태, 직업 활동, 유전, 환경 조건 등에 따라 달라집니다.

성인의 뼈는 대부분 층상골 조직으로 이루어져 있습니다. 층상골은 치밀하고 해면질의 물질을 형성하며, 그 분포는 뼈에 가해지는 기능적 부하에 따라 달라집니다.

뼈의 치밀질(substantia compacta)은 관형 뼈의 골간(diaphyses)을 형성하고, 얇은 판 형태로 골단(epiphyses)을 바깥쪽으로 덮으며, 해면골과 편평골도 해면골로 이루어져 있습니다. 뼈의 치밀질은 혈관과 신경 섬유가 지나가는 얇은 관이 관통하고 있습니다. 어떤 관은 주로 뼈 표면과 평행하게 위치하며(중심관 또는 하버스관), 어떤 관은 뼈 표면에 영양 공급 구멍(foramina nutricia)으로 열려 있어 동맥과 신경이 뼈 두께 속으로 침투하고 정맥이 빠져나갑니다.

중앙(하버스관)의 벽은 4~15µm 두께의 동심원판으로 이루어져 마치 서로 끼워져 있는 것처럼 보입니다. 한 관 주변에는 4~20개의 이러한 골판이 있습니다. 중앙관과 이를 둘러싼 판들을 골원(하버스관 시스템)이라고 합니다. 골원은 뼈의 치밀한 물질의 구조적, 기능적 단위입니다. 골원 사이의 공간은 삽입된 판으로 채워져 있습니다. 치밀한 물질의 바깥층은 골막의 골 형성 기능의 산물인 바깥쪽을 둘러싼 판들에 의해 형성됩니다. 골수강을 경계로 하는 안쪽 층은 골내막의 골형성 세포로 형성된 안쪽을 둘러싼 판들에 의해 표시됩니다.

뼈의 해면질(해면체질)은 스펀지와 유사하며, 골판(뼈 기둥)과 그 사이에 세포들이 배열되어 있습니다. 뼈 기둥의 위치와 크기는 뼈가 받는 장력과 압축력의 형태로 결정됩니다. 뼈 기둥의 방향에 해당하는 선을 압축 및 장력 곡선이라고 합니다. 뼈 기둥이 서로 비스듬히 위치하면 압력(근육 견인력)을 뼈에 고르게 전달하는 데 도움이 됩니다. 이러한 구조는 뼈의 소모를 최소화하면서 뼈의 강도를 높여줍니다.

관절면을 제외한 뼈 전체는 결합 조직막인 골막으로 덮여 있습니다. 골막은 뼈 깊숙이 침투하는 결합 조직 관통 섬유(샤페이 섬유) 덕분에 뼈와 단단히 결합되어 있습니다. 골막은 두 겹으로 되어 있습니다. 바깥쪽 섬유층은 콜라겐 섬유로 구성되어 골막에 특별한 강도를 부여합니다. 혈관과 신경이 지나갑니다. 안쪽 층은 성장층인 형성층입니다. 뼈의 바깥쪽 표면에 직접 인접해 있으며, 골형성 세포를 포함하고 있어 뼈가 두꺼워지고 손상 후 재생됩니다. 따라서 골막은 보호 및 영양 기능뿐만 아니라 뼈 형성 기능도 수행합니다.

안쪽, 즉 골수강 측면에서 보면 뼈는 골내막(endostom)으로 덮여 있습니다. 얇은 판 형태의 골내막(endostom)은 뼈의 안쪽 표면에 밀착되어 있으며, 골 형성 기능도 수행합니다.

뼈는 상당한 가소성을 가지고 있습니다. 훈련과 신체 활동의 영향으로 쉽게 재생되며, 이는 골원(osteon) 수의 증가 또는 감소, 그리고 치밀하고 해면질 물질로 이루어진 골판의 두께 변화로 나타납니다. 최적의 뼈 발달을 위해서는 적당하고 규칙적인 신체 활동이 바람직합니다. 앉아서 생활하는 습관과 낮은 운동량은 뼈의 약화와 얇아짐을 촉진합니다. 뼈는 대세포 구조를 가지게 되며, 심지어 부분적으로 용해되기도 합니다(골흡수, 골다공증). 직업 또한 뼈 구조의 특성에 영향을 미칩니다. 환경적 요인 외에도 유전적, 성적 요인 또한 중요한 역할을 합니다.

뼈 조직의 가소성과 그 활발한 재구조화는 기존 뼈 조직의 파괴(흡수)를 배경으로 새로운 뼈 세포와 세포간 물질의 형성에 기인합니다. 이러한 흡수는 파골세포의 활동에 의해 촉진됩니다. 파괴된 뼈 자리에 새로운 뼈 기둥과 새로운 골원이 형성됩니다.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]