뼈 및 연골 (1)

 

뼈(bone)와 연골(cartilage)은 결합조직의 특수한 형태로서 다른 결합조직과 같이 세포, 섬유 및 무형질(바탕질)로 치밀하게 이루어져 있습니다.

 

인간의 몸에서 뼈는 우리 몸에 존재하는 칼슘 이온의 99%를 저장하는 부위입니다. (나머지 1%는 몸을 순환하며 생리 대사에 참여하며, 부족한 경우에는 항상성 유지를 할 수 없고, 심하면 질병 및 사망을 유발합니다.) 또한, 인도 많이 저장하고 있습니다. 그리고 몸 보호 및 지지를 하며, 몸이 움직일 수 있게 해주며, 조혈기관의 역할도 합니다.

 

 

[뼈의 구성]

 

뼈를 구성하는 세포 성분은 뼈조상세포(Osteoprogenitor) → 뼈모세포(Osteoblast)  → 뼈세포(Osteocyte)  → 뼈파괴세포(Osteoclast)의 형태로 변하면서 구성되게 됩니다.

 

그리고 뼈를 구성하는 뼈바탕질은 아래와 같이 크게 유기질과 무기질로 구성되어 있습니다.

• 유기질(35%): Collagen type 1(95%), GAG, Proteoglycan (Aggrecan, Osteocalcin, Decorin, Byglycan), Glycoprotein (Osteonectin, Osteopontin, Bonesialoprotein)
• 무기질(65%): 대부분 Ca, P (99%), → 수산화인회석(Ca10(PO4)6(OH)2)의 형태로 존재

 

 

 

[뼈의 분류]

 

뼈를 분류하는 방식은 크게 두 가지가 있습니다. 하나는 눈으로 관찰했을 때 볼 수 있는 특징인  '육안적 구조', 또 다른 하나는 육안으로는 관찰할 수 없는 특징인 '현미경적 구조' 입니다.

 

육안적 구조 (Gross Observation): 크게 '치밀뼈'와 '해면뼈'로 구분됩니다.

• 치밀뼈(compact bone): 밀도가 높고, 단단한 구조를 가지고 있어 무게를 지탱합니다.
• 해면뼈(spongy bone or cancellous bone): 구멍이 많이 있고, 그 속이 골수로 차 있습니다. 또한, 뼈 잔기둥이 많이 존재합니다.

 

현미경적 구조 (Microscopic Observation): 크게 '성숙뼈'와 '미성숙뼈'로 구분됩니다.

• 미성숙뼈(Primary bone or immature bone): 세포가 아직 많이 존재하며, 불규칙 섬유가 많습니다. 아직 덜 강화된 상태이며, 신생아 뼈 또는 뼈 발생과정/재생과정에서 주로 발견됩니다.
• 성숙뼈(Secondary bone or mature bone): 첨판이 존재하며, canaliculi(뼈모세관)이 존재합니다. 배열이 규칙적이고, 치밀안 배열을 보이며, 석회화가 많이 진행되어 있습니다.

 

 

 

[층판구조]

 

석회화된 뼈바탕질은 층판을 이루며, 각 층판 안에는 뼈세포가 들어 있는 작은 공간인 뼈세포방이 층판을 따라 배열되어 있습니다. 뼈의 층판구조는 뼈모세포(Osteoblast)가 혈관을 빠져나온 뒤에 층판을 형성하면서 만들어지는 구조입니다. 층판구조는 동심원 구조를 보이며, 가장 바깥이 가장 먼저 만들어집니다.

 

층판구조에서 관찰할 수 있는 구조는 다음과 같습니다.

• 중심관(central canal or Haversian canal): 첨판 구조의 중심에 위치하는 구조물로, 혈관 및 신경이 주행하고 있습니다. 그리고 성긴결합 조직으로 구성되어 있으며, 이것은 Volkmann’s canal(주위의 중심관들과 연결되는 관통관)과 연결되어 있습니다.
• 뼈단위(osteon or Haversian system): 뼈의 기본단위를 의미하는 구조로, 중심관을 동심원상으로 싸고 있는 '뼈세포+뼈바탕질'로 이루어져 있습니다.
• 뼈세포방(lacuna): 뼈세포가 존재하는 공간으로, 방사상의 뼈모세관(canaliculus)을 형성하여 주변 뼈세포방과 연결되어 소통합니다. 중심관과 연결된 canaliculi을 통해 영양분 공급받고, 외부 충격이 canaliculi로 전달되면 뼈 재구성 신호를 전달하여 뼈기질 재구성이 이루어지게 됩니다.

 

 

 

[치밀뼈 (compact bone)]

 

치밀뼈는 아교원섬유가 조밀하게 배열되어 있으며, 뼈에 작용 힘 방향에 따라 층판 배열 양상이 다르게 나타납니다. (힘을 받는 방향에 따라 그것에 반응하여 뼈의 층판 배열이 형성되게 됩니다.) 또한, 관통섬유가 존재하는데 이것은 뼈를 보호하고, 뼈막 돌기로 뼈에 단단히 붙어있어 잘 떼어지지 않습니다. 주로 머리뼈나 뻐막인대 등에 많이 존재합니다.

 

치밀뼈에서는 크게 네 가지의 층판구조가 존재합니다.

• 뼈단위층판(하버스층판, lamellae of osteon): 중심관 주위에 3~25개 정도의 층판을 형성합니다. 모양은 원주형의 구조물 형태를 보이며, 형성 순서는 겉에서 안쪽으로 형성됩니다. (바깥으로 갈 수록 오래된 층판)
• 바깥둘레층판(outer circumferential lamellae): 뼈막과 평행하게 배열되어 있는 층판을 의미합니다. 가장 바깥에 위치하는 것 입니다.
• 속둘레층판(inner circumferential lamellae): 골수공간에 접하는 면과 평행하게 배열되어 있는 층판을 의미합니다. 가장 안쪽에 위치하는 것 입니다.
• 사이층판(interstitial lamellae): 뼈단위(osteon)와 뼈만위 사이에 위치하는 층판입니다. 이것은 불규칙한 층판구조로, 미처 뼈단위층판을 이루지 못하고 층판이 남은 구조입니다.

 

 

 

[해면뼈 (spongy bone)]

 

긴뼈의 양쪽 뼈끝에 위치하거나, 납작뼈의 속을 구성합니다. 불규칙 잔기둥이 많고, 중심관이 존재하지 않으며, 규칙적인 층판구조를 보이지 않습니다. 중심관이 없기 때문에, 확산을 통해 영양 공급을 수행합니다.

 

 

 

[뼈막 (periosteum)]

 

뼈에서 관절면을 제외한 뼈의 주위를 감싸는 치밀불규칙결합조직입니다. 혈관과 신경이 많이 분포하며, 뼈의 영양/성장/재생을 주관합니다.

 

뼈막의 바깥층은 섬유가 치밀하게 배열되어 있으며, 혈관 및 림프가 많이 분포합니다. 반면, 속층은 성긴 섬유로 구성되어 있으며, 뼈선조세포(osteoprogenitor cell), 중간엽미분화세포, 줄기세포가 분포합니다.

뼈속막(endosteum)은 치밀뼈의 골수공간 및 뼈단위층판의 중심관과 해면뼈 속의 골수공간 속면을 덮고 있는 얇은 세포 
성 결합조직으로, 미분화 줄기세포가 많이 있으며, 뼈발생/혈구발생 잠재 세포도 일부 존재합니다. 뼈막을 수술부위에 덮으면 뼈 재생이 잘되는 경우도 있다고 합니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[참고문헌]

- 사람조직학(9판), 조직학교재편찬위원회의 책 (엄창섭 외)