뼈(bone)

몸의 기본적인 틀을 이루는 단단한 구조물을 뼈대(골격 skeleton)라고 한다. 뼈대는 뼈(Bone) 와 연골(cartilages)의 두 가지로 구성되는데 그 중 대부분은 뼈이고 극히 일부만이 연골로 되어 있다. 뼈와 연골은 여러 개의 독립된 낱개 구조물로 되어 있으며 생체에서는 서로 이어져 관절(joints)을 이루고 있다. 관절을 이루는 뼈와 뼈 사이 또는 뼈와 연골 사이는 인대(ligame -ent)라고 하는 결합조직의 띠가 바깥에서 얽어 매고 있어 뼈의 이음새는 더욱 든든하게 보강 된다.

1. 뼈

몸의 뼈대를 이루는 한 부분인 뼈(bones)는 매우 단단한 것이 특징이다. 뼈는 화학적으로는 유기질과 무기질이 합쳐져서 이루어진 구조물로서 단단함(견고성)과 질긴 성질(강인성)이 큰 물리적 특성을 가지고 있다. 그러나 뼈는 생물학적으로는 몸의 다른 부분과 마찬가지로 엄연한 조직(tissues)의 하나이다. 분류상으로는 몸을 이루는 네 종류의 기본조직(primary tissues)중 결합조직(connective tissues)에 속하는데 원래의 결합조직 모양에서 많이 변형되어 있어 특수결합조직(specialized connective tissues)으로 분류 된다. 생체에서의 뼈는 단단한 물리적 특성을 가졌다는 사실 외에도 조직의 하나이기 때문에 몸의 다른 부분처럼 조직의 기본 구성 요소인 세포(cells) 및 세포사이물질(intercellular substances)을 모두 가지고 있고 여기에는 혈관과 신경의 분포도 잘 되어 있어뼈 안에서는 살아있는 조직으로서의 신진대사가 활발하게 이루어지고 있다. 따라서 뼈는 자주 쓰면 더욱 강해지고 오래 안 쓰면 가늘어지며 세균의 침범에 의해 염증이 생기기도하고 때로는 암에 걸리기도 하며 부러지면 살갗이 아물 듯이 스스로 아물어가기도 하는 살아 있는 조직이다.

2. 뼈의 기능과 구조

1) 뼈의 기능

단단한 물리적 특성이 있기 때문에 뼈는 몸에서 기본 고형구조물의 바탕을 이루게 되며 따라서 한 사람의 체격은 바로 이 뼈의 크기와 모양에 의하여 기본적인 틀이 좌우된다. 몸 속에서 뼈가 하는 일은 기본 틀을 이루는 것 외에도 여러 가지가 있다. 뼈끼리 서로 이어져 단단한 벽을 만들고 그 안에 내장을 간직하여 바깥에서의 충격으로부터 내장을 보호하는 기능도 가지는데 뇌를 간직하는 머리뼈(두개골 skull), 심장과 허파를 간직하는 가슴우리(흉곽 thoracic cage)같은 것이 그 예가 된다. 또한 근육을 뼈에 부착시키고 있어 근육이 수축할 때 뼈는 지렛대 역할을 함으로써 몸을 부분적으로 또는 전체적으로 움직이게 하는 운동장치로서의 작용도 한다. 뼈속에 생겨있는 공간인 골수공간(marrow cavity)이나 그 속에 얼기설기 놓여있는 뼈의 가는 기둥인 뼈잔기둥(trabecuae) 사이에는 골수(bone marrow)가 들어 있어서 피를 만들어내는 조혈작용을 하는데 태생기와 출생후 발육하는 동안에는 거의 모든 뼈에서 조혈작용을 하나 어른이 되면서 장소는 많이 제한된다. 뼈는 구성자체가 상당량의 무기질로 되어 있기 때문에 뼈는 곧 무기질의 저장 창고 구실을 하는데 실제로 몸의 칼슘 중 97%가 뼈에 저장되어 있고 필요에 따라 뼈에서 빠져나와 피 속으로 내보내기도 하고 다시 뼈로 들여와 보관하기도 함으로써 칼슘대사 과정에 적극 관여하는 기관으로서 작용한다.

2) 뼈의 구성성분

뼈에서는 세포사이물질로서 유기질인 아교섬유(collagenous fibers) 외에도 무기질이 많이 침착되어 있어 뼈에서는 세포 사이 물질을 특히 뼈바탕질(matrix of bone)이라고 부른다. 결국 뼈는 이 뼈바탕질에 침착되어 있는 무기질에 의해 다른 조직과는 달리 단단한 물리적 성질을 나타내게 되며 따라서 이 무기질이 제거되면 뼈도 다른 조직처럼 휘어지기도 하고 접혀지기도 하는 유기질의 특성만 남는다. 성분의 비율로 볼 때 전체 뼈의 약 3분의 1은 유기질이며 3분의 2가 무기질이고 무기질의 성분 중 약 85%는 인산칼슘(calcium phosphate)이고 약 10%는 탄산칼슘(calcium carbonate)으로 되어 있다. 유기질은 뼈의 탄력성과 강인성을 나타내며 무기질은 견고성을 나타내는데 발생 중에 있는 뼈에는 어른보다 유기질의 비율이 더 높아 탄력성이 높다.

3) 뼈의 기본 형태

뼈는 어느 부위이든 조직학적 구조는 모두 같지만 그 단면을 맨눈으로 보았을 때는 치밀뼈(compact bone)와 해면뼈(spongy bone)의 두 부분으로 구별이 된다. 치밀뼈는 뼈조직이전체적으로 단단하게 짜여진 뼈의 바깥쪽 부분이고 해면뼈는 뼈조직이 가느다란 기둥 모양의 뼈잔기둥(trabeculae)으로 나누어져 사이사이에 작은 공간을 이루고 있어 전체적으로 스폰지 모양으로 보이는 뼈의 속 부분을 말한다. 긴뼈의 경우 일반적으로 양쪽 끝은 뭉툭하게 되어 있고 가운데 부분은 가늘고 긴 원기둥 모양을 나타내고 있는데 이 가운데 부분이 뼈몸통(diaphysis)이고 양쪽 끝 부분은 뼈끝(epiphysis)이다. 뼈몸통의 경우 한 가운데의 공간을 제외하고는 공간 주위는 모두 치밀뼈로 되어있는데 이 가운데 공간이 골수공간(marrow cavity)이며 이 속에 조혈조직인 골수(bone marrow)가 들어 있다. 뼈끝은 바깥의 얇은 치밀뼈 층을 제외하고는 그 속이 해면뼈로 차 있으며 이 해면뼈가 이루는 뼈잔기둥의 작은 공간 속에는 골수가 차 있다. 갓 태어났을 때의 모든 뼈는 조혈작용을 왕성하게 하는 적색골수(red marrow)로 차 있으나 일곱 살 가량 되면서 골수공간의 한쪽 끝에서부터 지방질이 많은 황색골수(yellow marrow)로 바뀌기 시작하여 어른이 되면 머리뼈(두개골), 척추뼈, 복장뼈(흉골), 갈비뼈(늑골), 팔이음뼈와 다리이음뼈, 위팔뼈(상완골)및 넙다리뼈(대퇴골)의 근위 부분을 제외하고는 모두 황색골수로 바뀐다. 뼈몸통과 뼈끝의 사이는 뼈몸통끝(metaphysis)이라고 하는데 이것은 뼈의 부분 이름이고 실제로 성장 중에 있는 뼈에서는 이 부분이 얇은 연골판으로 되어 있어 이 때는 뼈끝판(epiphyseal plate)이라고 불리우는데 이 연골의 뼈끝판은 성장이 끝나게 되면 뼈조직으로 바뀌어 그 자리는 뼈끝선(epiphyseal line)이라는 흔적으로 남게 된다. 뼈의 바깥은 관절면에 해당되는 곳을 제외하고는 온통 뼈바깥막(골막 periosteum)이라고 하는 섬유질의 두꺼운 막에 의하여 덮여 있다. 이 뼈바깥막에는 혈관이 많이 분포되어 있어 여기서 뼈의 표면에 드문드문 나 있는 영양구멍(nutrient foramen)을 통하여 뼈 속으로 오가는 혈관이 드나든다.

3. 뼈의 발생 및 성장

1) 뼈의 발생

뼈는 이른 태생초기에 발생하기 시작한다. 뼈가 처음 생기기 시작할 때는 연골 중간엽조 직 같은 연한 조직에 의해 뼈가 될 모양이 만들어지고 이것이 뼈발생(골화 ossification) 이라고 하는 과정을 거쳐 단단한 뼈 성분으로 바뀌어 간다. 뼈발생(골화)은 '뼈로 바뀐다' 는 뜻으로서 뼈가 생기는 방식은 두 가지인데 하나는 막 뼈발생(membranous ossification) 이라고 하는 방식이고 다른 하나는 연골 뼈발생(cartilaginous ossification)이라고 하는 방식이다. 막 뼈발생(membranous ossification)은 납작한 모양의 머리뼈에서 흔히 볼 수 있는 방식 으로서 우선 태생기의 결합조직인 중간엽조직(mesenchymal tissue)이 장차 뼈가 될 모양 대로 납작한 모양의 막을 이루며 생겨나 그 안에 생겨난 뇌를 보호하다가 막의 중심 부 분에서부터 뼈로 바뀌기 시작하는 것이다. 연골 뼈발생(cartilaginous ossification)은 머리뼈를 제외한 나머지 뼈 특히 팔다리 뼈 처럼 길다란 뼈에서 볼 수 있는 뼈발생 방식으로서 우선 유리연골(hyaline cartilage)로 된 뼈의 기본 모양이 이루어지고 여기에 칼슘이 침착하면서 연골이 서서히 뼈로 바뀌어가 는 발생 형태이다. 긴뼈의 경우는 흔히 뼈몸통(diaphysis)의 한 가운데에서 뼈발생이 시 작되어 양 끝으로 퍼져가는데 이 곳을 일차뼈발생중심(primary ossification center)이라 고 한다. 뼈발생이 좀 더 진행되면 나중에는 양쪽 뼈끝(epiphysis)에도 뼈발생이 시작되 는 부위가 각각 또 생겨나 여기를 이차뼈발생중심(secondary ossification center)이라 고 부른다. 뼈발생은 이 두 중심에서 시작되어 전체 뼈로 퍼져 나간다. 그러나 손목뼈나 발목뼈 같은 작은 뼈에서는 단일한 뼈발생중심에서 변두리로 퍼져 나간다. 뼈발생은 가장 이른 것은 태생 8주에서 시작되어 늦은 것은 생후 10세가 되어야 그치므로 뼈의 발생이 진행된 정도를 가지고 나이를 추측할 수도 있다.

2) 뼈의 성장

일단 뼈가 생겨난 뒤에도 뼈는 어느 정도까지는 계속 성장을 하는데 팔다리뼈처럼 대롱 모양을 하고 있는 길이와 두께 양쪽으로 자라고 머리뼈 같은 납작한 뼈에서는 넓이와 두 께가 더해진다. 대롱 모양의 뼈는 일반적으로 가운데 뼈몸통과 양쪽 뼈끝을 가지고 있는데 길이로의 성 장은 두 뼈발생중심이 마주치는 뼈몸통과 뼈끝사이인 뼈몸통끝(metaphysis)의 뼈끝판(epi- physeal plate)에서 이루어진다. 즉 이 뼈끝판의 변두리인 뼈몸통쪽에서 연골이 새 뼈로 바뀌고 가운데 연골은 다시 증식을 하여 또 뼈로 바뀌는 일을 되풀이함으로써 뼈가 길이 로 늘어나는 것이다. 성자이 끝나가게 되면 이 뼈끝판이 더 이상 자라지 않고 그 자리가 완전히 뼈로 바뀌어 이것을 뼈끝선(epiphyseal lines)이라고 하며 이렇게 되면 더 이상 길이로의 성장은 안 된다. 머리뼈 같이 납작한 뼈에서는 뼈사이의 이름새 부분인 봉합과 납작한 뼈의 안팎 두 군데 서 뼈가 자라나가 뼈 전체가 넓게 되는 한편 두께도 두꺼워진다. 뼈의 바깥면과 속면에서 는 대롱 모양의 뼈처럼 바깥쪽의 머리뼈바깥막(두개골막 pericranium)에서는 증식이 되고 안의 머리뼈속막(두개골내막 endocranium)에서는 파괴가 되면서 모양을 만들어간다.

3) 뼈의 성장 이상과 형태의 변화

뼈가 자랄 때 우선 만들어진 연골의 틀에 칼슘 같은 무기염류가 침착이 되어 단단한 뼈가 되는 것인데 구루병(rickets)의 경우처럼 무기염류의 침착이 안 생기게 되면 연골세포는 계속 분열을 하여 연골이 남아돌게 되고 따라서 뼈끝판(epiphyseal plate)이 넓어지며 연 골의 틀은 물러진 채로 있어 무게를 못 이기면 뼈가 길이로 휘거나 덧 덮이는 변형이 오게 된다.

4. 뼈의 분류

사람의 몸에는 하나 하나에 고유한 이름이 붙여진 206개의 낱개 뼈가 있으며 몸의 부위에 따라 또는 뼈 모양에 따라 아래와 같이 분류된다.

1) 부위에 따른 분류

몸에 있는 뼈를 부위에 따라서는 크게 두 가지 즉 몸통뼈대(axial skeleton)와 팔다리뼈대 (사지골격 appendicular skeleton)로 나누는데 몸통뼈대에는 머리뼈(bones of the head)와 몸통뼈(bones of the trunk)가 포함되고 팔다리뼈대에는 팔뼈(bones of the upper extre- mity)와 다리뼈(bones of the lower extremity)가 포함된다.

2) 모양에 따른 분류

뼈는 생김새에 따라서 크게 네 가지로 구분되는데 긴뼈(long bones), 짧은뼈(short bones), 납작뼈(flat bones), 불규칙뼈(irregular bones)가 그것이다.

5. 연골

연골(cartilages)은 뼈와 함께 뼈대를 이루는 또 하나의 고형 구조물로서 뼈와 마찬가지 로 변형된 특수결합조직(specialized connective tissue)의 한 종류이다. 연골 역시 뼈의 경우처 럼 표면은 섬유성 막인 연골막(perichondrium)으로 덮여 있어 연골의 재생은 이 막에서이 루어진다. 그러나 뼈와는 달리 연골 속에는 혈관이나 신경이 분포되어 있지 않은 것이 특 징이다. 따라서 연골은 신진대사의 대사율이 낮고 재생도 느리며 조직이 한번 생기게 되 면 수명이 오래 가고 한편 물리적 특성은 매끄러우면서도 질기고 때로는 탄력성이 있기 때문에 몸에서는 힘을 많이 받는 곳, 저항력과 탄력성이 필요한 곳, 바깥의 힘을 흩어지 게 할 수 있는 곳에 연골이 놓여 있다.

연골의 종류

사람 몸에는 유리연골(hyaline cartilage), 섬유연골(fibrocartilage) 및 탄력연골(elastic cartilage)의 세 연골 종류가 있다.

1) 유리연골(hyaline cartilage)

우리 몸에 가장 많이 있는 연골 종류로서 연골바탕질과 아교섬유가 풍부하며 바탕질과 섬유의 굴절율이 같아 전체적으로 맑고 투명한 청백색을 나타낸다. 이 연골은 성장기에 있는 긴뼈의 뼈몸통과 뼈끝 사이에 있는 뼈끝연골(epiphy- seal cartilage)을 이루고 있어 성장 과정에서 뼈가 되기에 앞선 구조물 역할을 하게 되며 마찰에 견디는 힘이 커서 모든 윤활관절에서는 뼈와 뼈가 서로 마주닿는 관절면(arti- cualr srufaces)을 덮고 있는데 이것이 관절연골 joint cartilages)이다. 이 밖에도 갈 비뼈와 복장뼈 사이의 갈비뼈연골(costal cartilages), 후두(larynx) 및 기관(trachea) 에서도 이 연골을 볼 수 있다.

2) 섬유연골(fibrocartilage)

적은 양의 바탕질 속에 많은 양의 아교섬유가 들어 있어 마치 질긴 결합조직과 비슷한 성질을 가진다. 이 섬유연골은 관절 사이에 끼어 두 뼈의 마찰을 줄이는 일도 하고 있지만 서로 모양이 다른 관절면을 알맞게 맞추어 주는 일도 한 다. 이러한 종류의 연골로는 턱관절(temporomandibular joints)의 원반(discs), 무릎관절 속의 반달(meniscus) 및 위 아래 척추뼈 몸통 사이에 있는 척추뼈 사이 원반(intervertebral discs) 등이 있는데 충격을 흡수하며 제한된 범위 안의 관절운동을 원활하게 해준다. 골반의 두덩결합(symphysis pubis)에서도 양쪽 두덩뼈(치골) 사이에 이 연골이 들어 있다.

3) 탄력연골(elastic cartilage)

이름 그대로 바탕질 속에 탄력섬유가 많이 들어 있어 자 체가 매우 탄력성이 큰 연골인데 노란 빛깔을 띠며 몸에서는 귓바퀴(auricles)의 실제 내용물 대부분을 이루는 귓바퀴연골(auricular cartilate), 후두덮개(epiglottis), 귀인두관(중이관 auditory tubes) 및 바깥귀길(외이도 external acoustic meatus) 같이 탄력성이 크게 요구되는 곳은 이 연골로 구성된다.