뼈의 구조(bone structure)로 보는 해부생리학(anatomy and physiology)

김형욱의 칼럼언어

 뼈(bone)는 뼈의 의미에서부터 구조(meaning & structure of bone)까지, 어느 것 하나 뼈의 기능(bone function)을 대변하지 않는 것이 없습니다. 본래 몸의 조직(tissue)들은 타고난 구조(natural structure)에 따라 본연의 역할을 발휘하며 인체의 생명을 유지합니다. 이러한 사실은 지극히 당연하지만, 그만큼 놓치기 쉽습니다.
 우리는 각 조직에 대한 기능(tissue function)은 잘 알고 있지만, 이것을 구조(structure)와 연결시키는, 더 나아가서는 구조(structure)로부터 비롯되는 기능(function)이라는 것은 좀처럼 실감하지 못합니다. 본 포스팅에서는 이러한 관점에 따라, 뼈(bone)의 구조로 보는 해부학적 관점에 대한 이야기를 풀어보고자 합니다.

 

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 먼저, 뼈(bone)라는 것이 단단하다는 것(hardness) 정도는 누구나 다 알고 있습니다. 이것은 뼈의 구조(bone structure) 이전에, 해부생리학적으로 뼈의 성분(bone component)에서부터 반영됩니다. 뼈(bone)는 밀도(density)가 매우 높습니다. 이것은 콜라겐 섬유(collagenous fiber)와 무기질(mineral)과 수분(water)으로 구성되기 때문에 가능한 사실입니다.
 섬유(fiber)란, 지구상에 존재하는 생명체를 형상화시킬 수 있는 물질입니다. 섬유(fiber)는 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 이들은 콜라겐 섬유(collagenous fiber)와 엘라스틴 섬유(elastin fiber)입니다. 뼈(bone)는 주로 콜라겐 섬유(collagenous fiber)로 이루어져 있습니다. 그 비율은 약 30~40%입니다. 콜라겐 섬유(collagenous fiber)는 분자 구조(molecular structure)가 비교적 빽빽하고 복잡합니다. 이것은 더 높은 강성(strongness)과 저항력(resistance)을 지닐 수 있게 합니다. 그러니까 외부로부터 전해지는 압력과 스트레스(external force & stress)에 강하게 저항(resistance)할 수 있는 것을 의미합니다. 이때 체내의 대표적인 무기질(mineral)이라고 할 수 있는 칼슘(calcium)의 도움으로 뼈(bone)는 더욱 단단해집니다. 칼슘(calcium)은 마치 접착제와 같은 역할을 함으로써, 골격(skeleton)을 이루는 세포(cell)들을 연결(link)하고지지(supporting)하는 데에 작용합니다. 여기에 뼈(bone)는 단순한 구조물(structure)이 아니라 대사활동(metabolic activity)이 가능한 구조물(structure)입니다. 그렇기 때문에 적지 않은 수분(water)이 필요하며, 실제로 평균적으로 뼈(bone)는 약 20% 정도의 수분(water)을 지니고 있습니다. 하지만 이 수분(water)마저 밀도(density)가 높은 성분이기 때문에, 콜라겐 섬유(collagenous fiber)에서부터 칼슘(calcium)과 수분(water)까지, 이 모두가 뼈(bone)의 강성(strongness)을 향상시켜줄 수 있는 성분(component)이라고 할 수 있습니다.

 해부생리학적 관점으로 뼈의 구조(bone structure)를 보자면, 위와 같은 모습을 띄고 있다는 것을 알 수 있습니다.
 먼저 뼈의 구조(bone structure)에 대해서 표면(surface)만 살펴보자면, 뼈(bone)는 골막(periosteum)으로 둘러싸여 있지만, 뼈의 양 끝(epiphysis)은 골막(periosteum)과 더불어 관절연골(articular cartilage)로도 덮여있습니다. 이것은 두 뼈(bone)가 만나 관절(joint)을 이루게 되는 구조(structure)에서만 관찰됩니다. 관절연골(articular cartilage)은 뼈(bone)에 비해서는 엘라스틴 섬유(elastin fiber)를 좀 더 많이 함유하고 있습니다. 엘라스틴 섬유(elastin fiber)는 비교적 강성(strongness)은 낮지만 부드럽고 탄성(elasticity)을 지니고 있는 구조(structure)입니다. 이로 인해 딱딱한 뼈끝(epiphysis)과 딱딱한 뼈끝(epiphysis)이 관절(joint)을 형성하는 것이 아니라, 좀 더 부드러운 뼈끝(epiphysis)으로 관절(joint)을 형성시킵니다. 이때 관절연골(articular cartilage)은 관절(joint)을 감싸는 윤활막(synovial membrane)으로부터 분비되는 윤활액(synovial fluid)과 접촉됩니다. 이는 관절연골(articular cartilage)에 끊임없이 영양분(nutrient)을 공급(supply)시키며, 관절연골(articular cartilage) 또한 고체(solid)이기 때문에 양측의 고체(solid)를 사이로 윤활액(synovial fluid)이라는 액체(fluid)가 보충됨으로 인해 관절(joint) 사이의 연골(cartilage)이 충돌(crash)되는 것을 방지합니다.
 뼈끝의 구조(epiphysiolysis structure)는 위와 같지만, 뼈가운데의 구조(middle structure)는 위와는 다릅니다. 이곳은 관절(joint)을 형성하지 않으니, 관절연골(articular cartilage) 없이 골막(periosteum)으로만 덮여있습니다. 게다가 심지어 뼈끝(epiphysiolysis)의 비해 구조적으로 가로 면적이 더 좁습니다. 뼈끝(epiphysiolysis)의 가로 면적이 좀 더 긴 이유는 관절(joint)을 형성함에 있어 접촉면적(contact area)을 최대화시키기 위함입니다. 하지만 뼈가운데는 관절(joint)하지 않으니, 이곳에서의 안정성(stability)만 확보시키기 위한 정도로 가로 면적이 형성된 것입니다. 결과적으로 뼈(bone)의 상단부(superior)와 하단부(inferior)와 중단부(middle)는, 각각 필요에 의한 구조(structure)로만 제작되어 있다는 사실입니다.

 뼈의 구조(bone structure)를 들여다봤을 때 재미있는 점은 치밀골(compact bone)과 해면골(cancellous bone)이 단계별로 나누어져 있다는 것입니다. 이것은 뼈끝(epiphysiolysis)에 대해서 관절연골(articular cartilage) 내부(internal)에는 치밀골(compact bone)로 채워져 있으며, 이보다 좀 더 내부(internal)에는 해면골(cancellous bone)로 채워집니다. 반면, 뼈가운데는 골수강(marrow space)을 제외하곤 해면골(cancellous bone) 없이 치밀골(compact bone)로만 구성되어있습니다.
 뼈끝(epiphysiolysis) 지점에서 치밀골(compact bone)과 해면골(cancellous bone)이 단계적으로 나뉘는 이유는, 뼈(bone)의 내부(internal)를 보호(protection)하기 위해 가쪽(lateral)을 치밀골(compact bone)로 채우는 것이고, 안쪽(internal)은 이미 가쪽(lateral)의 치밀골(compact bone)에 보호(protection)받고 있기 때문에, 굳이 치밀골(compact bone)이 아니라 해면골(cancellous bone)로 구성되어있는 것입니다. 만약 안쪽 전체까지 치밀골(compact bone)로 구성되어 있었다면, 뼈(bone)는 더욱 무거웠을 것이고, 혈관(blood vessel)이 지나다닐 수 있는 경로(pathway)는 더욱 좁았을 겁니다. 이렇게 되면 뼈(bone)에 대한 대사활동(metabolic activity)도, 그리고 움직임(movement)을 발휘함에 있어서도 효율적이지 못했을 겁니다.
 뼈가운데(bone middle) 지점은 해면골(cancellous bone)이 존재하지 않습니다. 이는 치밀골(compact bone)이 굉장히 두꺼운 두께(thickness)만큼 골수강(marrow space)을 감싸고 있기 때문입니다. 게다가 뼈끝(epiphysiolysis)과는 달리 이곳에서는 관절(joint)하지 않으니, 움직임(movement)을 수행함에 있어서도 부하(load)가 걸리거나 충격(crash)을 받게 될 가능성도 현저하게 떨어집니다. 그로 인해 이곳에서는 해면골(cancellous bone)이 존재하지 않는 것입니다.

 뼈의 성분(bone component)은 단단하고, 구조적인 배열(structural arrangement)로 단단하게 이루어져 있습니다. 이로 인해, 뼈(bone)는 뼈의 기능(bone function)을 온전히 수행해낼 수 있습니다. 뼈(bone)는 인체에 대해서 골격(skeleton)을 형성합니다. 골격(skeleton)은 뼈(bone) 전체의 집합체이자, 인간과 같이 특정 생명체가 나타나는 구체적인 형상입니다. 지금까지 살펴봤던 것처럼 뼈(bone)는 매우 단단한 성격을 지니고 있기 때문에, 생명체의 구체적인 형상을 나타낼 수 있는 것입니다. 동시에 뼈(bone) 내부를 탁월하게 보호(protection)하기도 합니다. 이는 외부(external)에 뼈(bone)가 위치(position)함으로 인해서, 상대적으로 내부(internal)에는 그에 따른 공간(space)이 형성됩니다. 이 공간(space)에는 생명과 직결되는 내부 장기(organs)들로 빽빽하게 채워져 있습니다. 생명을 영위하는 데에 있어 필수적인 몸의 성분이기 때문에, 이들은 몸이 지니고 있는 가장 단단한 조직(essential tissue)으로부터 보호(protection)받아야 합니다. 이것을 뼈(bone)가 수행하는 것입니다.

 또한, 뼈(bone) 그 자체에 대해서도 내부 공간(internal space)이 존재합니다. 이것은 아까도 언급되었던 골수강(marrow space)이라는 공간(space)입니다. 골수강(marrow space)은 골수(marrow)가 채워져 있는 공간(space)입니다. 골수(marrow)는 크게 두 가지의 종류로 채워지는, 혈액세포(blood cell)를 생성(production)하는 적색골수(red marrow)와 지방세포(fat cell)를 저장(storage)하는 황색골수(yellow marrow)입니다. 혈액(blood)은 인체 전체에 대해서 영양분(nutrient)을 공급(supply)하고 순환(circulation)시키는 데에 작용하는 필수 물질(essential matter)이며, 지방(fat)은 평시 수준에서의 에너지 공급원(energy source)이 되는 필수 물질(essential matter)입니다. 둘 모두 생명유지의 관점에서는 가장 중요한 물질 중 하나입니다. 이렇게 중요한 물질이기 때문에, 이들 역시 단단한 곳 내부(internal)에 존재하여 외부(external)로부터 보호(protection)받아야 합니다. 이것을 뼈(bone)가 수행하는 것입니다.
 또한 뼈(bone)는 머리(head)에서부터 발끝(foot end)까지 존재합니다. (물론 중추에서는 적색골수가, 말초에서는 황색골수가 두드러지지만) 그렇다 보니, 위와 같은 기능(function)을 온몸에서 수행해낼 수 있게 합니다.

 해부생리학적 관점에서 뼈의 구조(bone structure)와 뼈의 성분(bone component)이 단단함(hardness)을 내포할 수 있는 특징을 지니지 못했다면, 지금까지의 기능(function)을 하나도 제대로 수행해내지 못했을 겁니다. 이렇게 몸의 성분들은 제각기 타고난 운명에 맞게, 그 역할을 발휘하고 있습니다. 그래서 우리가 더 큰 관심을 가지고 있는 근육(muscle)과 신경(nerve), 그리고 이외의 조직(tissue)들도 이러한 관점에서 이해하고 해석해야 합니다.

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 김형욱이 읽어주는 '뼈의 구조(bone structure)로 보는 해부생리학(anatomy and physiology)'

 본 포스팅은 뼈(bone)의 단단한 성격으로 인해 가능한 기능(function)들을 살펴봤지만, 실제로는 이외에도 더 많은 역할을 수행합니다. 1차적으로는 골격을 지지(skeleton supporting)하고 내부 장기를 지탱(organs supporting)하는 것이지만, 각 조직(tissue)들이 적절하게 부착(attachment)될 수 있는 장소를 제공하는 공간(space)으로도 활용됩니다. 이것은 뼈(bone)가 단단한 것(hardness)뿐만 아니라, 뼈의 구조상(bone structure) 각 지점에 따라 상이한 표면(surface)과 면적(area)을 지니고 있기에 가능한 일입니다. 아니, 더 정확히는 인체가 발달하면서 더 강하게 부착(attachment)될 수 있는 장소가 필요합니다. 인체의 발달로 인한 조직의 성장(tissue development)이, 이러한 뼈(bone)의 특징적인 성격들을 계속해서 부추겼을 겁니다. 그러니 인체의 다른 조직(tissue)을 자세히 이해하기 위해서도, 뼈(bone)의 이해는 항상 고려되어야 합니다.

 

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