뼈의 구조와 관련 질환

뼈는 뇌와 척수, 내장 기관을 보호하고 우리 몸의 지지대 역할을 하며 근육을 지탱하는 기능을 수행하는 기계적인 기능과 칼슘(Ca)이나 인(P), 마그네슘(Mg) 같은 미네랄의 저장고 역할을 한다. 또한 조혈기능을 갖는 골수가 존재하는 장소이기도 하다.

뼈는 육안으로 볼 때 겉질뼈(cortical bone)와 스폰지뼈(coarse cancellous bone; 골수뼈, 성긴 해면골, 뼈지주)로 구분 된다. 겉질뼈는 뼈의 단단한 부분으로 뼈의 모양을 결정하고 골격의 80%를 차지한다. 스폰지뼈는 뼈 안쪽 공간에 자리하며 겉질뼈 보다 단위 부피 당 존재하는 뼈 세포가 더 많다. 

 

골수는 겉질뼈로 둘러 싸여 있고, 결합 조직이 지지하고 있다. 골수는 적혈구, 백혈구 등의 조혈작용을 수행한다. 

뼈조직은 세포와 무기성 기질, 유기성기질로 구성되어 있으며 유기성 기질(organic matrix)의 88%가 제 1형 콜라겐이며, 나머지는 단백질, 지질, 글리코스아미노글리칸으로 이루어져 있다.

뼈조직에는 4가지 종류의 세포가 있으며 뼈를 생성하고 재흡수하는 등의 뼈를 구성하는 역할을 담당한다.

 

1) 골전구세포(osteoprogenitor cell; 골조상세포)

골전구세포는 골수, 골막, 골수강 내의 모든 구조에서 발견되며, 원시줄기세포에서 유리된다. 원시줄기세포는 조골세포나 파골세포 등으로 분화될 수 있는 세포이다.

 

2) 조골세포(osteoblast)

조골세포는 조직을 미네랄화하고 단백질을 생성한다. 이는 편평상피 처럼 뼈 기질 표면을 덮는 형태로 구성되어 있으며, 아래에는 유기 바탕질 구역으로 풋뼈(osteoid, 유골)로 이루어져 있는데, 조골세포에서 아교질성 단백질(collagenous protein)을 분비하여 풋뼈를 형성한다.  

 

3) 뼈세포(osteocyte)

뼈세포는 조골세포가 뼈바탕질로 둘러싸인 것을 말한다. 뼈세포는 소관(canaliculi)을 통해 뻗어있으며 뼈소관을 통해 다른 뼈세포와 연결되어 상호작용을 한다. 

 

4) 파골세포(osteoclast)

파골세포는 조혈모세포에서 기원하며 뼈 표면의 작게 함몰된 구역에서 발견된다. 파골세포는 뼈를 재흡수(remodeling)를 담당한다. 

뼈의 재흡수는 파골세포의 활성화로 시작한다. 파골세포 표면의 RANK가 조골세포 표면에 있는 RANKL와 결합하게 된다. 이 때 RANKL은 부갑상샘호르몬(PTH), 비타민 D3 등 뼈형성 작용 호르몬들에 의해 증가된다. 

 

뼈와 뼈 사이에는 연골(cartilage)이 존재한다. 연골은 뼈 처럼 유기물과 무기물로 구성되어 있다. 무기질 부분은 칼슘이나 인산 등으로 구성되어 있고, 유기물 부분은 주로 수분으로 이루어져 있으며 나머지는 제2형 콜라겐과 프로테오글리칸으로 이루어져 있다. 연골의 수분은 관절 사이의 충격을 완화시켜주는 역할과 윤활작용을 한다.

 

골다공증(Osteoporosis)

골다공증은 대사성 뼈 질환의 일종으로, 골의 질량이 감소하여 적절한 지지대 역할을 하지 못하게 되는 현상을 말한다. 조골세포 보다 파골세포의 활성이 증가하여 뼈 재흡수가 증가된 것이 주요 원인이다. 뼈 질량은 25~35세 사이에 정점을 찍으며 50~60세 사이에 감소하기 시작한다. 따라서 기대 수명이 증가함에 따라 자연스럽게 골다공증 환자도 늘어나는 추세이다. 남성보다는 여성에서 흔히 발생하는데 이는 폐경기 여성의 에스트로겐 수치가 감소하는 것과 연관이 있다. 에스트로겐이 감소하게 되면 뼈를 재흡수 하는 사이토카인이 증가하게 되고 파골세포가 활성이 증가하게 된다. 

 

골연화증(Osteomalacia)

골연화증은 뼈의 미네랄화가 충분하지 못하여 통증을 유발하는 질환이다. 골연화증 환자들은 근육이 약해지고, 통증이 심해지는 등 비특이적 증상을 호소할 때가 많아 임상적으로 진단하기가 어렵고 오랫동안 자각하지 못하는 경우도 많다. 이미 병이 진행된 경우 통증 부위를 정확하게 집어내기가 어려워 지기도 하는데, 특히 척추, 골반 등의 통증이 심하게 나타난다. 

 

골관절염(Osteoarthritis)

골관절염은 말 그대로 관절에 발생하는 염증으로 통증과 부기가 동반된다. 주로 무릎, 엉덩이 관절, 손가락 사이 관절 등에서 호발한다. 활동을 할 수록 통증이 심해지고 노화에 따라 진행이 되는 경향을 보인다. 골관절염은 퇴행성 관절염으로도 불린다. 골관절염 환자의 경우 연골 아래 뼈가 두꺼워져 관절 사이가 좁아지며 점차 연골이 소실된다. 

 

류마티스 관절염(Rheumatoid arthritis, RA)

류마티스 관절염은 전신성 만성 염증 질환으로 손가락뼈, 팔꿈치, 무릎, 발목 등에서 나타난다. 이는 퇴행성 관절염과 달리 30-40대에서도 발병할 수 있으며 나이에 따라 증가하는 양상을 보인다. 흔히 사지 관절에 동시에 나타나며 증상이 대칭적으로 나타나는 것이 특징이다. 또한  전신질환으로 관절, 인대 외에 다른 조직에도 류마티스 결절이 나타나는 것이 특징이다.

류마티스 관절염에서는 부종과 형질세포, 대식세포등이 축적 되며 염증성 활막이 판누스(pannus)를 형성하여 관절 연골을 덮고 뼈를 침범하여 뼈의 변형을 유발한다.