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구성

뼈의 세포간기질은 유기성분(섬유결합단백질인 콜라겐)과 무기성분(칼슘·인산·탄산염무기질)으로 구성되어 있다.

이 두 성분은 무기질결정이 콜라겐 섬유 사이에 묻힌 형태로 밀접히 결합되어 있다. 단단한 무기질결정은 압축력을 증가시켜 뼈로 하여금 무게를 잘 견디게 한다.

콜라겐 섬유는 탄성과 장력을 크게 해서 뼈가 외압을 견디게 한다. 뼈 속에 살아 있는 물질인 뼈세포는 성인 골격의 전체부피 중 겨우 1~5％를 차지한다.

뼈세포에는 다음의 4가지 기본 유형이 있다. ① 뼈의 내부·외부 표면에 있고 새로운 세포간기질을 만드는 작용을 하는 뼈모세포[造骨細胞 osteoblast], ② 뼈 표면에 있으나 골기질을 재흡수해 파괴시키는 작용을 하는 뼈파괴세포[溶骨細胞 osteoclast], ③ 세포간기질 안에 끼어 있는 뼈파괴세포에서 형성되며 뼈를 살아 있는 조직으로 유지시키는 작용을 하는 뼈세포, ④ 뼈의 바깥을 싸고 있는 막(골막)과 뼈의 내부공간에 주로 있으면서 새로운 뼈모세포와 뼈파괴세포를 형성하는 미분화 간엽세포이다.

구조

대부분의 뼈, 특히 긴뼈는 2가지 유형의 구조로 이루어져 있다. 뼈몸통[骨幹 diaphysis]은 치밀뼈[緻密骨 compact bone]로 이루어져 있고, 부풀어오른 양쪽 뼈끝[骨端 epiphysis]은 보통 치밀뼈로 이루어진 얇은 바깥층에 의해 둘러싸인 골해면질로 되어 있다.

이러한 배열이 무게와 압박을 골간에서 관절로 옮겨주는 작용을 한다. 해벌스 계통(haversian system) 또는 뼈단위는 치밀뼈의 구조적 단위이다. 이것은 현미경으로 볼 수 있는 크기인데, 불규칙적인 원통형에 가지를 친 형태로 벽이 두껍고 중심관은 좁으며, 하나 이상의 가는 혈관이 지나며 보통 뼈의 장축 방향으로 위치해 있다. 뼈단위의 벽은 콜라겐과 무기질결정의 동심원층 또는 뼈 층판(lamella)으로 이루어져 있다.

해벌스 계통의 중심관 주위에 배열되어 있으며, 많은 소강(小腔 lacuna), 즉 작은 공간을 포함한다. 소강 안에는 뼈세포가 있으며 세관(canaliculi)의 그물망과 연결되어 있다. 세관은 혈액에서 나온 액체가 골조직에 영양을 공급하는 통로이다. 골해면질에는 뼈단위가 없다. 골해면질은 강과 서로 교차하는 판, 뼈지주라고 하는 침상골(針狀骨)의 복잡한 체계로 이루어져 있다. 뼈지주는 뼈의 압박선을 따라 배열되므로 골해면질을 튼튼하게 해준다.

골형성

골형성 또는 골화는 새로운 뼈가 만들어지는 과정을 말한다. 골화는 사람의 경우 태아기 약 3개월째부터 시작되어 사춘기 후기에 끝난다.

여기에는 치밀뼈를 형성하는 과정과 골해면질을 형성하는 과정의 두 과정이 포함된다.

치밀뼈의 형성은 배 시기에 연골 모형의 골격이 점차 뼈로 대체되면서 이루어진다. 연골 안의 뼈모세포가 골유기기질이라는 물질을 분비하는데, 이 물질은 콜라겐과 유기아교인 뮤코 다당으로 이루어졌다. 골유기기질이 쌓이면 곧 그 안에 무기염이 침전되어 뼈라고 여겨지는 단단한 물질이 된다.

연골세포는 죽어서 없어지고 골화 중심부는 뼈모세포덩어리로 대체된다. 골형성은 이 중심부에서 바깥쪽으로 진행된다. 대부분의 짧은뼈[短骨]에는 뼈의 가운데 1개의 골중심이 있고, 팔·다리의 긴뼈에는 전형적으로 3개의 골중심이 있는데, 뼈의 중심에 1개, 양끝에 2개가 있다. 긴뼈의 골화는 연골의 얇고 가느다란 조각 하나가 양쪽 끝에 남을 때까지 진행된다. 골단판이라고 하는 이 연골은 어른의 뼈 길이만큼 자란 후 뼈로 대체된다.

두개골과 그외 다른 골해면질은 치밀뼈에서처럼 연골로 형성되지 않고, 주로 콜라겐과 혈관으로 이루어진 섬유막으로 형성되기 시작한다. 뼈모세포가 이 막에 골유기기질을 분비하여 해면 모양의 뼈지주 그물망을 형성한다. 새로운 뼈는 이 막에 있는 골화중심에서 바깥쪽으로 퍼지면서 형성된다. 두개골에는 골화중심이 여러 개 있다. 태어날 때는 골형성이 불완전해서 골화중심 사이에 물렁물렁한 부분을 느낄 수 있다. 이러한 골화중심에서 형성된 새로운 뼈가 만나는 선이 성인의 두개골 표면에서 볼 수 있는 두개봉합(頭蓋縫合)이다.

골재성형

두 골화과정을 통해 비교적 무작위적으로 뼈가 침착되면서 미성숙한 뼈가 만들어진다. 골재성형(骨再成形)은 파괴와 재형성의 과정으로 성숙한 뼈가 큰 힘을 가지도록 더욱 정돈된 단위로 뼈를 조직하는 것이다. 무기성분 때문에 다른 조직같이 세포분열을 통해 자라지 못하는 뼈는 뼈파괴세포에 의해 파괴 또는 재흡수함으로써 크기와 모양이 변화되어 성숙한 뼈로 자라게 된다.

뼈파괴세포는 뼈의 안쪽 표면, 골수강(骨髓腔)과 골해면질의 공간 안에서 작용하여 강(腔)을 넓히며, 뼈의 바깥 표면에도 작용하여 팔·다리의 긴뼈 끝에서 뼈끝(epiphysis)이 부어오르는 것 같은 뼈의 융기를 축소시킨다. 뼈파괴세포의 활동은 뼈끝의 성장부위 뒤에서 이루어져, 뼈끝의 융기를 늘어난 골간의 폭만큼으로 줄인다. 뼈 안에서 일어나는 뼈파괴세포의 파괴활동은 골원 발달의 중심으로 작용할 긴 관 모양의 공간을 깨끗이 치움으로써 흔히 무층골(無層骨)이라고 하는 미성숙한 뼈가 성숙한 치밀뼈로 전환되는 것을 돕는다.

뼈파괴세포가 여러 곳에서 뼈를 재흡수하는 동안, 뼈모세포는 골격구조를 유지하기 위해 새로운 뼈를 만든다. 어린시절에는 골형성의 속도가 파괴보다 빠르며 골격이 성숙하게 되면 두 과정은 어느 정도 균형을 유지한다. 뼈파괴세포가 새로운 뼈를 만드는 것보다 더 빨리 강을 확장시키면 골체계에는 대개 뼈파괴세포보다 뼈모세포가 더 많아지고 새로운 뼈의 합성이 점차 늘어나게 된다.

긴뼈 끝 성장이 일어나는 부분의 뒤에 있는 뼈파괴세포는 오래된 뼈끝 융기를 파괴하고, 성장이 일어나는 부분 앞의 뼈모세포는 새로운 뼈끝을 만들어낸다. 뼈 안에 있는 뼈파괴세포에 의해 깨끗이 청소된 관 모양의 각 공간 안에서 뼈모세포는, 새로운 뼈층을 형성하여 성숙한 골원을 만들고, 관을 이곳을 통과하는 혈관 크기로 좁혀준다. 뼈파괴세포와 뼈모세포가 활동하는 부분 사이에는 골기질을 포함하는 시멘트선이 있어서 재흡수 지역과 새로운 골형성 지역의 경계를 지어준다. 골형성은 뼈가 압력을 받는 부분에서 가장 잘 일어난다. 따라서 움직이지 못하게 된 다리처럼, 사용하지 않는 뼈는 재흡수되기 쉽다.

골재성형은 뼈의 구조를 변화시킬 뿐 아니라 혈액과 체액 중의 칼슘이온 농도를 조절할 수 있다. 신경전달 기능, 세포막의 통합성과 투과성, 혈액응고력을 적절하게 유지하려면 칼슘이온 농도가 매우 좁은 범위 안에서 유지되어야 한다. 인체에 있는 칼슘의 약 99％는 뼈에 들어 있다.

인체의 칼슘이온 수준이 너무 낮아지면 부갑상선호르몬이 뼈파괴세포의 활동을 자극해 칼슘이온이 혈류로 방출된다. 칼슘의 수준이 너무 높아지면 칼시토닌이 뼈에서 칼슘이 빠져나가는 것을 억제한다. 체내 칼슘 저장량을 유지하기 위해서는 칼슘을 충분히 섭취해야 한다. 그렇지 않으면 체내의 칼슘 수준을 유지하기 위해 뼈조직에서 재흡수를 하게 된다. 비타민 D 역시 섭취한 칼슘을 몸 안에서 사용할 수 있게 해주기 때문에 필수적이다.

질환

뼈 질환을 앓게 되는 정도는 나이에 따라 다르다.

어린이는 주로 뼈의 비정상적 발달에 문제가 많고, 젊은 사람들은 류머트관절염이나 척추측만증(scoliosis) 같은 척추질병에 걸리기 쉽다. 노인들은 골관절염 등의 관절질환, 뼈의 건강상태에 영향을 끼치는 순환계 질병, 뼈의 구성성분에 영향을 주는 대사성 질환에 걸리기 쉽다.

많은 뼈의 질환은 골조직의 구성이나 규모와 관계가 있다.

뼈가 평균 이상의 골조직을 함유하면 골경화증(骨硬化症), 평균보다 적으면 골감소증이라고 한다. 뼈에 무기질 성분이 부족하면 어린이는 구루병, 어른은 골연화증(骨軟化症)에 걸린다. 병에 걸린 뼈는 부드러워져서 변형되기 쉽다. 어린이의 경우 흔히 비타민 D 결핍으로 이러한 상태가 나타난다. 뼈의 질환 중 가장 흔한 것은 몸 전체의 골감소증을 보이는 골다공증(骨多孔症)이다.

이 병은 주로 노인들이 걸리고 남자보다는 여자에게 심하다. 노인 골절은 대부분 골다공증이 원인이다. 또 노인이 흔히 걸리는 다른 질병으로는 파제트병(Paget's disease)이 있는데, 뼈의 변형과 칼슘 불균형이 특징이다. 뼈세포는 혈액공급이 부족하면 죽게 되는데, 이렇게 조직이 죽는 것을 괴사(necrosis) 또는 골괴사(osteonecrosis)라고 한다.

동맥이 외상을 입거나 막히거나, 순환계에 문제가 생기거나, 다른 질병을 치료하기 위해 코르티코스테로이드를 투여할 때 또는 대사계 질환으로 인해 골괴사가 초래된다. 골수염(骨髓炎 osteomyelitis)은 뼈에 생긴 염증을 말하는데, 개방창(開放創)을 통해 또는 체내 다른 곳에 생긴 염증으로부터 전이되어 발생한다.

골조직 안에서 종양이 발달할 수도 있다. 1차 종양은 뼈에 한정되며, 악성일 수도 있고 아닐 수도 있다. 전이성(轉移性) 또는 2차 종양은 몸의 다른 부분에서 발생한 종양이 뼈로 전이된 것으로 항상 악성이다. 선천성골질환은 출생 때부터 지니고 있는 이상을 가리키는 것으로, 유전되는 것도 있지만 대부분 임신중이나 분만 때의 문제로 인해 생긴다.

골절은 뼈의 저항력보다 더 큰 힘이 가해져 일어난다.

가하는 힘이 골절을 일으킬는지의 여부를 결정하는 요소는 나이와 질환이다. 어린이의 뼈는 탄성이 있고, 젊은 사람들의 뼈는 힘에 대한 저항력이 강하지만, 노인들의 뼈는 깨지거나 골절되기 쉽다. 골절은 한번의 강한 힘을 가했을 때만 일어나는 것은 아니며, 압박골절이나 피로골절처럼 되풀이해서 힘을 가해 일어날 수도 있다. 골조직에는 혈관이 많으므로 출혈이 일어나 골절부위가 붓는다. 골절은 혈액공급이 충분하고, 감염이 없으며, 뼈조각이 분리되지만 않으면 골절된 순간부터 치유되기 시작한다.

뼈의 질환과 손상을 치료하는 방법에는 여러 가지가 있다.

견인법은 골격계 위의 근육이 과도하게 긴장하는 것을 풀어주고, 골절을 고정하는 데 도움을 준다. 내부고정술 또는 골접합술은 나사·못·판·철사 등을 이용해 치유되는 동안 뼈를 보호한다. 관절성형술은 일상적인 운동을 쉽게 하기 위해 뼈나 관절을 수술하는 것이다. 관절고정술은 관절 연골을 제거하는 수술로서 관절을 고정하거나 감염된 조직을 제거하는 것이 목적이다.

골단고정술은 뼈끝을 골간에 유합시켜 더이상 성장하는 것을 막는 것으로, 상응하는 뼈의 길이가 다를 때 사용한다. 건전이(腱轉移)는 손상된 힘줄[腱]을 대체하거나 관절의 운동을 변화시키기 위해 이용한다. 골세편(骨細片)의 이식은 대개 환자 자신의 뼈를 이용하는데, 골형성을 촉진하고 치유되는 동안 뼈를 안정시켜준다.

심한 부상, 종양, 동맥계 질환, 뼈의 발달과정에서 나타나는 눈에 띄는 기형의 경우에는 절단이 필요하다.→ 인간의 골격계