척추동물 골격의 기능과 구조는 무엇인가?

(c) Thick and thin filaments

40.5 척추동물 골격의 기능과 구조는 무엇인가?

• 척추동물의 골격은 여러 가지 다양한 기능을 한 다

– 몸을 지탱하고 내부장기 보호 – 이동가능

• 이동방식에 따라 적응

– 감각전달

• 중이의 작은뼈들-고막과 달팽이관 사이에서 소리진동 전달

– 적혈구, 백혈구 혈소판 생산

• 가슴뼈, 갈비뼈, 상완, 허벅지, 엉덩이뼈등에서 생성

– 칼슘, 인 저장

• 이들 미네랄을 필요에 따라 흡수, 분비하면서 혈액내의 일정 농도 유지

– 척추동물의 뼈 : 2부류

• 1. 중축골격(axial skeleton)

– 몸의 중심축을 이루는 뼈

– 머리뼈, 척주(척추뼈), 흉곽(갈비뼈)

• 2. 부속지골격골격(appendicular skeleton)

– 전지연결대, 후지연결대, 부속지

– 부속지는 전지(사람의 경우, 팔과 손)와 후지(사람의 경우, 다리와 발)

– 사람의 경우

» 빗장뼈(쇄골)와 어깨뼈(견갑골)로 구성되어 있는 전지 연결대는 팔을 중축골격에 연결하고, 몸통과 팔의 근육 이 부착되는 지점이 된다.

» 후지연결대를 구성하는 엉덩이뼈는 다리를 중축골격에 연결해주며, 복부 장기를 보호해주고, 몸통과 다리의 근 육이 부착되는 지점이 된다.

skull

mandible clavicle sternum humerus rib

vertebrae

intervertebral discs

pelvis ulna radius

coccyx (tail bone)

femur frontalis

trapezius deltoid pectoralis major biceps triceps external oblique rectus abdominis

quadriceps

gastrocnemius tibialis

patella

tibia

fibula tarsals metatarsals phalanges

carpals metacarpals phalanges

• 척추동물의 골격은 연골, 뼈, 인대로 구성되어 있 다

– 척추동물의 골격: 3종류의 조직으로 구성

• 뼈, 연골, 인대

– 콜라겐 단백질로 된 기질에 묻혀있는 상태

• 많은 양의 미네랄을 포함하고 있는 뼈(bone)는 대부분 칼슘과 인으로 구성되어 있으며, 따라서 뼈는 단단하고 강하다.

• 연골(cartilage)은 많은 양의 당단백질(대중적인 식품보조제인 글루코사민은 이런 당단백질의 전구체이다)을 포함하고 있으 며, 그리고 가끔 탄력섬유를 함유하고 있는데, 이 탄력섬유로 인해 연골이 아주 유연하게 된다(예를 들면, 바깥귀의 귓바퀴 ).

• 관절(뒤에 나오는 그림 40-11 참조)에서 뼈를 서로 연결하는 인대(ligament)는 적은 양의 탄력섬유를 갖고 있으며, 보통 그 양이 많지 않다.

• 연골(cartilage): 유연한 지지와 연결을 가 능하게 함

– 기능

• 배아의 발생중에 골격형성

– 연골이 만들어진 후 뼈로 대체

• 관절을 이루는 뼈의 끝부분을 덮음

• 코의 유연한 부분, 외이지탱

• 호흡계의 후두, 기관, 기관지의 틀 제공

• 거친 충격을 흡수하는 추간원판(intervertebral

disc)을 구성- 추간원판은 척주의 추골 사이에 있

다(그림 40-8 참조).

– 연골의 살아 있는 세포: 연골세포 (chondrocyte)

• 연골기질의 대부분을 차지하는 당단백질과 콜라겐 을 분비(그림 40-10, 왼쪽 참조).

• 연골을 지나가는 혈관은 없다.

– 노폐물과 영양물질을 교환하기 위해서, 연골세포는 콜라 겐 기질을 통한 물질의 확산에 의존

» 연골세포는 매우 낮은 대사속도를 가지고 있으며, 따 라서 손상 받은 연골은 자체적으로 매우 느리게 회복 된다

compact bone spongy

bone (contains marrow)

cartilage

chondrocytes

collagen matrix

osteon

osteocytes central canal blood vessels

• 뼈: 몸에 강하고 단단한 틀 제공

– 치밀뼈, 해면뼈로 구성 – 치밀뼈

• 치밀하고 강하며, 근육의 부착지점이 된다.

• 뼈단위(osteon)라고 하는 작은 관 모양으로 발생

– 혈관이 들어 있는 중심관 주위에 콜라겐과 인산칼슘이 축적 되어 있다(그림 40-10, 오른쪽 참조).

– 해면뼈

• 구멍이 있는 뼈섬유의 그물망으로 구성

• 구멍이 있으며, 가볍고, 혈관이 풍부하다.

– 혈구세포가 형성되는 장소인 골수는 해면뼈의 빈 공간에서 볼 수 있다.

– 연골과는 반대로, 뼈에는 혈관이 풍부하게 있다

compact bone spongy

bone (contains marrow)

cartilage

chondrocytes

collagen matrix

osteon

osteocytes central canal blood vessels

• 세 종류의 뼈세포

– 조골세포(osteoblasts, 뼈를 만드는 세포), 골세포 (osteocyte, 성숙한 뼈세포), 파골세포

(osteoclasts, 뼈를 분해하는 세포)

• 발생초기의 골격에서 연골이 뼈로 대체될 때,

– 파골세포는 연골에 침투하여 분해한다.

– 조골세포는 뼈의 단단한 기질성분을 분비하면서 점차적으로 그 기질 속에 묻히게 된다.

• 뼈가 성숙함에 따라, 파묻힌 조골세포는 골세포로 전환

– 골세포는 골생성을 할 수 없지만 뼈의 건강에 긴요

• 골세포가 일정하게 인산칼슘 축적을 재조정함으로서 뼈

가 물러지고 부러지게 하는 과량의 결정화를 방지

• 뼈재구성을 통해 뼈가 재생되고 힘의 변화 에 적응하게 된다

– 매년 몸에 있는 뼈의 5~10% 뼈재구성

• 조골세포와 파골세포의 활동에 의해 분해되어 사 라지고 새로운 뼈로 대체

– 외부의 요구에 따라 모양 변화

» 일상적인 자극- 뼈의 모양 유지(테니스선수의 팔-30% 이상 두껍다)

» 자극이 없으면 뼈 칼슘은 소실(골절시 붕대를 하면 뼈가 가늘어짐)

• 뼈재구성은 나이에 따라 다양

– 어린 시기에, 조골세포의 활성은 파골세포의 활성보다 앞지름으로서 뼈가 크고 두꺼워져서 아이들이 성장한다.

– 나이가 든 몸의 경우, 그 활성의 균형이 파골 세포 쪽으로 기울어짐으로써 뼈가 결과적으로 더 잘 부러지게 된다.

• 비록 나이가 들어감에 따라 남녀 모두 뼈 질량을

소실하지만 전형적으로 여성에서 뼈 소실이 더 많

다.

• 골절후의 뼈 재구성 기작-보통 약 6주가 소요

– 뼈를 둘러싸고 있으며, 모세혈관과 조골세포가 풍부한 얇은 결합조직 막이 골절로 인해 파열된다.

– 회복은 큰 응혈이 골절부위를 둘러 감싸면서 시작된다(그림 40-11 ❶).

– 혈액에서 나온 대식세포와 골절된 뼈에서 나온 파골세포가 세포잔해와 뼈 파편을 삼켜 분해한다.

– 조골세포는 연골형성 세포와 함께 뼈와 연골로 된 다공질의 가골 (callus) 성분을 분비하여 골절부위를 감싼다(그림 40-11 ❷).

– 가골이 원래의 응혈을 대체하고, 일시적으로 골절부위 끝을 연결한다.

– 파골세포, 조골세포, 모세혈관이 그 가골 속으로 들어간다.

– 모세혈관에 의해 영양물질이 공급됨에 따라, 파골세포가 연골을 분해하 는 반면에, 조골세포가 새로운 뼈를 추가한다(그림 40-11 ❸).

– 최종적으로 파골세포가 여분의 뼈를 제거하고 원래의 뼈 모양을 회복 시킨다. 하지만 때로는 약간 두터워진 뼈가 되기도 한다(그림 40-11

❹).

Blood from ruptured blood vessels forms a clot surrounding the ends of the broken bone

1 Healing begins

when a callus of cartilage replaces the clot

2 Bone gradually

replaces the cartilage in the callus

3 When mature

bone completely replaces the callus and the original shape of the bone has been mostly restored, the fracture is healed

large blood clot

compact bone spongy bone

• 대부분의 모든 동물

– 골격에 힘을 미치는 짝을 이룬 길항근육의 작용에 의해 움직인 다.

• 모든 관절이 움직일 수 있는 것은 아니다

– 예를 들면, 머리뼈의 뼈를 결합시키는 봉합(suture)이라는 부동 관절이 있다.

• 움직이는 관절에서는 뼈의 관절을 이루는 부위가 유연하 고 탄력 있는 연골층으로 덮여 있어서 움직일 때는 비교 적 약하게 마찰을 일으키며 뼈의 표면이 서로 미끄러져 지나게 된다(그림 40-12 참조).

– 관절은 인대에 의해 서로 붙어 있는데, 이 인대가 강하고 유연하 지만, 보통 그렇게 탄력적이지는 않다.

• 힘줄(tendon)은 근육을 뼈에 부착시킨다.

40.6 근육은 어떻게 척추동물의 골격을

문서에서 40장 운동과 지지: 근육과 골격 (페이지 46-62)