뼈의 구조와 기능, 뼈의 성장 어떻게 될까요?

뼈의 구조와 기능, 뼈의 성장 어떻게 될까요?

성인 뼈대계통은 몸통뼈대와 팔다리뼈대로 구성되며, 뼈의 구조 측면에서는 각각의 뼈가 적절하게 연결되어 튼튼하고 유동적인 신체의 기본 틀을 이룬다. 성인 뼈대 계통은 약 206개의 뼈로 이루어져 있으며, 정확한 수는 나이 또는 유전적인 요인에 따라 사람마다 다르다. 출생 직후 뼈대계통은 270개의 뼈로 이루어져 있다. 유년기에는 뼈의 발육이 진행될수록 뼈의 수가 많아진다. 하지만 사춘기 동안에는 뼈가 서로 융합됨으로써 뼈의 수가 적어진다. 각각의 뼈는 뼈대계통의 총체적인 작용에 중요한 역할을 하는 장기나 마찬가지이다. 오늘은 뼈의 구조와 기능, 그리고 뼈의 성장은 어떻게 되는지 한번 살펴보자.

 

 

 

 

몸통뼈대 Axial Skeleton

몸통뼈대는 몸의 축을 이루는 뼈와 머리, 목 그리고 몸통의 장기를 보호하고 지지하는 뼈로 이루어져있다. 

 

머리뼈 cranium

머리뼈는 뇌를 보호하는 뇌머리뼈와 눈, 코 및 입안을 지지하는 얼굴머리뼈의 2종류로 나눈다.

 

귓속뼈 ossicle

3개의 귓속뼈가 양쪽 귀의 가운데귀공간 내에 위치하여, 소리 자극을 전달해 준다.

 

목뿔뼈 Hyoid bone

목뿔뼈는 후두와 아래턱뼈 사이에 위치하며, 혀의 움직임을 지지하고 삼키는 것을 돕는다.

 

척주 vertebral column

척주는 26개의 다른 뼈로 이루어져 있으며, 연골성 척추원반이 이들 사이에 끼워져 있다. 몇 개의 척추뼈는 합쳐져서 다리이음뼈와 연결되는 엉치뼈를 형성한다. 또한 말단 척추들은 합쳐져서 꼬리뼈를 만든다.

 

가슴우리 thoracic cage

가슴우리는 뼈와 연골로 구성되며, 등뼈와 함께 가슴의 기본 틀을 이룬다. 가슴우리는 뒤쪽으로 12쌍의 갈비뼈가 등뼈와 연결되고, 앞쪽으로는 갈비뼈와 연결된 갈비연골에 의해 복장뼈와 연결된다.

 

 

 

 

팔다리뼈대 Appendicular Skeleton

팔다리뼈대는 팔뼈와 다리뼈 그리고 이들 뼈를 몸통에 연결하는 팔이음뼈와 다리이음뼈로 구성된다.

 

팔이음뼈 Shoulder girdle

한 쌍의 어깨뼈와 빗장뼈로 구성되며 몸통뼈대인 복장뼈와 연결되어 있다. 팔이음뼈는 위팔과 아래팔을 움직이는 근육의 부착점을 제공해 주는 구조가 발달되어 있다.

 

팔뼈

위팔에는 위팔뼈, 아래팔에는 자뼈와 노뼈가 있고, 손에는 손목뼈, 손허리뼈, 손가락뼈가 있다.

 

다리이음뼈

한쌍의 볼기뼈로 구성된다. 볼기뼈는 앞쪽으로 두덩경합, 뒤쪽은 엉치뼈와 연결되어 있다. 다리이음뼈는 척주를 통하여 체중을 지탱하고 골반안의 내장을 보호한다.

 

다리뼈

넓적다리에는 넙다리뼈, 종아리에는 정강뼈와 종아리뼈, 발에는 발목뼈, 발허리뼈, 발가락뼈가 있다. 그리고 부릎뼈가 넓적다리와 종아리 사이인 무릎관절의 앞면에 있다.

 

뼈의 기능 : 뼈대계통의 기능

뼈대의 뼈는 많은 신체 기능에 관여하며, 몸의 지지와 보호 그리고 운동의 지렛대 역할을 한다. 또한 적색골수에서 조혈이 진행되고 지방 저장 및 무기질 저장소로서의 대사기능을 담당한다.

 

지지

뼈들은 연한 조직과 장기가 부착되는 단단한 기본 틀을 형성한다. 우리 몸의 206개 뼈는 그 자체보다 5배나 무거운 장기나 근육들을 지지한다.

 

보호

머리뼈와 척주는 뇌와 척수를 감싸고 보호한다. 가슴우리는 심장, 허파, 큰 혈관, 간 그리고 지라를 보호하며, 다리이음뼈는 골반안의 내장을 보호한다.

 

신체 동작

뼈는 뼈대근육의 고정장치로서의 역할을 한다. 이러한 뼈의 고정된 힘은 근육이 수축할 때 지렛대역할을 해서 운동이 가능해진다.

 

조혈기능

혈액세포가 생성되는 과정을 조혈이라고 한다. 조혈은 골수공간내 적색골수에서 일어난다. 영아의 경우 지라나 간에서도 적혈구를 생성하지만 뼈가 성숙하면서 조혈은 골수에서 적혈구 생성은 대신한다.

 

지방저장

어떤 뼈의 골수공간에는 지방조직이 저장된다. 지방조직이 풍부한 골수를 황색골수라고 부른다.

 

무기질 저장

뼈의 무기바탕질은 주로 무기질, 칼슘과 인으로 형성되어 있다. 뼈 무개의 약 2/3를 차지하는 이 무기질이 뼈의 견고함과 강도를 유지해준다. 약 95%의 칼슘과 90%의 인은 인체의 뼈와 치아에 축척되어 있다, 이 2가지 무기질의 혈액농도는 낮지만 인체에는 꼭 필요한 요소이다. 칼슘은 근육수축, 혈액응고 그리고 세포막에서의 이온과 영양소의 이동에 필수적이며, 인은 핵산 DNA와 RNA의 활동과 더불어 ATP 이용에 꼭 필요하다. 여러 가지 원인으로 이러한 무기질의 혈중 농도가 저하되면 부족한 무기질을 보충하기 위하여 뼈에 저장된 무기질이 혈액으로 빠져나간다. 그 밖에도 소량의 마그네슘, 나트륨, 불소, 스트론늄이 뼈조직 안에 저장되어 있다.

 

뼈의 기능

• 지지

• 보호

• 신체동작

• 조혈기능

• 지방저장

• 무기질저장

 

뼈의 구조

뼈대계통을 구성하는 각각의 뼈들은 뼈, 근육, 장기와의 기능적 관계로 인하여 특징적인 표면구조를 가지고 있다.

 

긴뼈

긴뼈는 너비보다 길이가 길고 지렛대 역할을 한다. 대부분의 팔뼈와 다리뼈가 여기에 속한다.
ex) 위팔뼈, 자뼈, 노뼈, 손허리뼈, 넙다리뼈, 정강뼈, 종아리뼈, 손·발가락뼈

 

짧은뼈

짧은뼈는 대체적으로 입방체이고 보통 힘을 전달하는 손목이나 발목에 있는 뼈가 여기에 속한다.
ex) 손목뼈(8개), 발목뼈(7개)

 

납작뼈

근육의 부착과 장기의 보호를 위해 널찍한 면을 가지고 있는 판모양의 뼈이며, 뇌머리뼈를 이루는 뼈가 여기에 속한다.
ex) 뇌머리뼈, 갈비뼈, 팔이음뼈들

 

불규칙뼈

불규칙뼈는 근육의 부착과 관절을 위한 여러 표면구조가 발달되어 모양이 불규칙한 뼈가 여기에 속한다.
ex) 척추, 머리뼈의 몇며 뼈, 볼기뼈, 광대뼈

 

뼈의 구조

• 긴뼈

• 짧은뼈

• 납작뼈

• 불규칙뼈

 

 

 

뼈조직 : 뼈의 구조(내부적)

뼈조직 안에는 5가지의 기본 뼈세포가 있다. 뼈발생세포(osteogenic cells)는 뼈속막(ndosteum)과 뼈바깥막(periosteum)에 있으며 외상, 특히 골절에 반응한다. 뼈모세포(osteoblast)는 세포외기질을 합성하고 분비하여 뼈모양조직을 형성한다. 이 세포들은 뼈바깥막이나 골수공간과 경계되는 뼈속막부위와 같이 대사가 활발한 곳에 풍부하다. 뼈세포(osteocyte)는 완전히 성숙된 뼈의 으뜸세포로서 뼈바탕질 속에 파묻혀 있는 성숙된 뼈모세포를 말한다. 뼈세포는 효소와 뼈의 무기질을 조절하면서 건강한 뼈조직의 유지에 관여한다. 뼈파괴세포(osteoclast)는 골수 안에 단핵세포가 융합하여 이루어진 다핵거대세포의 효소작용으로 뼈바탕질을 파괴하여 칼슘, 마그네슘 및 기타 무기질을 혈액으로 방출하는 데 관여한다. 이러한 뼈의 세포들은 모두 뼈의 성장, 뼈의 재형성 및 뼈 치유에 중요한 역할을 하게 한다.

대부분의 뼈는 해면뼈(cancellous bone, spongy bone)와 치밀뼈(compact bone)조직으로 이루어져 있다. 해면뼈조직은 치밀뼈조직 깊숙이 위치하고 있고 구멍이 많이 뚫려 있다. 뼈조직의 잔기둥이라고 불리는 정밀한 기둥은 해면뼈를 격자 모양으로 만든다. 해면뼈는 혈관이 많고, 가볍지만 상당한 정도의 장력을 제공해 준다.  치밀뼈조직은 뼈의 외부를 구성하며 매우 단단하고 조밀하다. 뼈의 길이 방향에 평행한 원기둥의 미세구조가 정교하게 배열되어 있다. 이러한 원기둥 모양의 구조를 뼈단위 또는 하버스계(Haversian system)라고 불린다.

 

뼈단위의 바탕질은 동심원상의 층판구조로 되어 있으며, 그 중심에는 중심관이 위치한다. 중심관에는 조밀한 영양혈관과 신경이 지난다. 뼈세포방(lacuna osteocyti)이라 불리는 작은 공간 속에 위한 뼈세포는 층판 사이에 규칙적으로 배치되어 있다. 층판끼리는 아주 작은 통로로 연결되어 있는데 이러한 통로를 뼈세관(bone canaliculus)이라 하며 이곳으로 영양 물질이 확산된다. 뼈조직의 신진대사는 뼈단위에서 이루어진다. 뼈단위 사이에는 사이질계라고 불리는 뼈단위의 잔유물들이 있다. 관통관은 치밀뼈를 관통하면서 중심관 사이를 연결하고 골수공간까지의 신경과 혈관의 통로를 제공해 준다.

 

 

뼈의 성장

배아에서 성인까지의 뼈의 성장은 순차적으로 세포분화와 성장, 지속적인 뼈의 재형성과정에 의해 이루어지며 뼈의 성장은 유전, 호르몬 그리고 영양에 영향을 받는다. 대부분의 뼈는 연골모형의 연골조직이 뼈 형성시기에 점차 뼈조직으로 대체되며 만들어진다. 연골모형이 점차 커지면서 중심부의 연골세포는 비대되며 연골바탕질에 무기질이 침착된다. 이를 석회화라 한다. 동시에 연골막의 세포들이 뼈모세포로 분화된다. 이 세포들은 뼈바탕질을 주위에 분비하여 뼈모양조직을 형성하며 이곳에 칼슘 등이 침착된다. 그 결과 연골막은 뼈막뼈고리라는 얇은 치밀뼈조직으로 변화된다.

 

뼈막뼈고리는 뼈바깥막으로 피복된다. 연결모형 중심부의 석회화 및 뼈막뼈고리의 형성으로 영양성분의 연골조직 내로의 확산이 차단되기에 연골모형 중심부의 연골조직은 괴사된다. 뼈막뼈고리에 있는 뼈파괴세포의 작용으로 뼈바깥막 및 석회화된 바탕질에 구멍이 나게 되고 이 구멍을 통하여 혈관이 침입해 들어간다. 혈관을 따라 진입된 뼈발생세포는 뼈모세포로 분화되고 뼈모양조직을 분비하여 일차뼈발생중심을 형성한다. 뼈발생작용이 점점 퍼지면서 이 과정은 뼈끝의 먼쪽부위와 몸쪽부위 모두에서 일어나면서 해면뼈가 형성되는 이차뼈발생중심이 생긴다. 이차뼈발생중심이 형성되면 뼈의 관절부위와 뼈끝판을 제외한 부위에서 연골조직이 완전히 뼈조직으로 대체된다.

뼈끝판은 조직학적으로 5개의 층으로 구분된다. 예비층은 뼈끝을 경계지으며 세포사이물질에 불규칙적으로 퍼져 있는 작은 연골세포로 구성된다. 증식층은 예비충의 세포들이 분열하여 형성된 층으로 큰 연골세포들이 세로축으로 규칙적으로 배열되어 있다. 비대층은 증식층의 연골세포들이 매우 큰 세포들로 비대되어 있는 부위이다. 뼈의 길이 성장은 증식층의 세포 증식과 비대층에서의 세포 성장과 성숙으로 일어난다. 흡수층은 연골세포의 퇴화가 진행되고 바탕질 내 무기질이 침착되는 부위이다. 뼈발생층은 연골조직이 뼈조직으로 변환되는 층이다. 뼈발생층의 연골조직은 이를 둘러싸고 있는 세포사이물질이 석회화되기 때문에 죽는다. 그 후 뼈파괴세포가 석회화된 바탕질부위를 분해시키면 뼈모세포와 뼈몸통의 모세혈관으로 침투한다. 뼈모세포가 성숙하면 뼈모양조직이 분비되고 뼈조직이 형성된다. 뼈끝판에서 진행되는 이러한 과정의 결과, 뼈의 길이가 점차적으로 증가하는 것이다.