[신박한과학] 당신이 몰랐던 뼈에 대한 과학 지식｜숨겨진 뼈, 드러난 뼈

 

 

뼈는 세상에서 가장 완벽한 건축 자재다.

 

뼈는 저절로 자라고 가벼우며 내구성이 좋다.

부러졌을 때 스스로 회복되기까지 한다.

 

<숨겨진 뼈, 드러난 뼈>라는 책은

뼈가 어떻게 성장하고 부러지고 치유되는지 등의

기본적인 과학 지식부터

인간의 삶과 문화를 이해하기 위한 기초인

뼈의 파란만장한 일생을 이야기한다.

 

부러진 뼈는 어떻게 스스로 멀쩡해지며

우주여행을 할 때 뼈가 걸림돌이 되는 이유는 무엇일까?

 

오늘은 척추가 있는 사람이라면

누구나 읽어야 하는 책,

<숨겨진 뼈, 드러난 뼈>에 대해 이야기해 보겠다.

 

 

--당신이 몰랐던 숨겨진 뼈 이야기

 

우리는 흔히 뼈가 뻣뻣하다고 알고 있지만

뼈의 주성분은 콜라겐으로

질기고 신축성이 있다.

물론 뼈는 구부러지지 않으며

납작하게 눌리지도 않는다.

 

뼈는 압축에도 저항하는데

또 하나의 주성분인 칼슘 때문이다.

다시 말해서 뼈는

콜라겐 그물 위에 수북히 쌓인

칼슘 결정으로 구성되어 있다.

 

뼈는 몸무게의 약 15%를 차지하는데,

체중이 60kg인 사람은

9kg의 뼈를 갖고 있다고 할 수 있다.

 

사람의 뼈가 206개로 알고 있는 사람이 많겠지만

실제 정답은 복잡하다.

무엇을 뼈에 포함시킬 것인가에 따라 다르며

언제 셀 것인가에 따라 다르다.

 

예를 들어

아기들은 약 270개의 뼈를 갖고 태어난다.

대부분의 사람은

가슴 양쪽에 12개씩, 총 24개의 갈비뼈를 갖고 있는데

어떤 사람들은 26개를 갖고 있는 경우도 있다.

결국 인간의 뼈가 몇 개인가에 대한 최선의 답은

아무도 정답을 모른다라는 것이다.

 

어떤 동물들은 인간에게 없는 독특하고 흥미로운 뼈를 갖고 있는데

발기된 음경을 지탱해 주는 ‘음경골’이 그것이다.

개, 고양이, 고릴라, 침팬지 등

다양한 포유동물의 몸에 존재하지만

인간에게는 없다.

 

음경골은 성교가 오래 지속되도록 해주는데

적당한 암컷을 만나기가 쉽지 않은 환경에서

자손을 확실히 낳는 데 필요한 전략이다.

 

 

모든 성장판에 이상이 발생한

난쟁이증이나 거인증은 어찌 된 일일까?

 

보유 동물의 뼈는

특정한 크기까지 자란 후

멈추도록 유전적으로 프로그래밍 되어 있다.

그 통제 요인은

뇌하수체 전엽에서 분비되는 성장호르몬인데

너무 많이 분비되면 성장판이 극도로 흥분한다.

뇌하수체선의 종양은

성장호르몬 수준을 급상승시킴으로써

과도 성장을 초래한다.

 

그와 정반대로

성장호르몬의 저생산은 저신장을 초래한다.

저신장증 환자의 사지와 몸통은

균형이 잘 잡혀 있지만, 모든 면에서 크기가 작다.

 

그러나 어류, 양서류, 파충류의 경우에는 이야기가 다르다.

그들은 성장판이 영원히 닫히지 않아

뼈가 평생 성장하지만

성적으로 성숙한 뒤에는 성장 속도가 둔화한다.

 

 

--부러진 뼈는 어떻게 스스로 멀쩡해질까?

 

골절은 어떻게 완벽히 치유되는 것일까?

새로운 뼈를 만들어내는 조골세포와

뼈를 파괴하는 파골세포가 있기 때문이다.

 

그러므로 필요한 건축 자재를 충분히 공급해 줘야 한다.

우리의 뼛속에서 조골세포와 파골세포는

스스로 ‘커팅콘’이라는 집단을 조직한다.

커팅콘의 임무는

뼈의 강도를 유지하고 기계적 압박에 반응하는 것인데,

커팅콘 맨 앞에는 뼈를 녹이는 파골세포가 있어서

뼈에 지속적으로 미세한 터널을 뚫는다.

 

파골세포 뒤에는 조골세포들이 버티고 있어서

터널 벽에 동심원 고리 모양의 뼈를 덧붙인다.

골절 치유에 악영향을 미치는 요인에는 세 가지가 있는데

 

첫째, 영양 부족, 흡연, 당뇨병 등이 있다.

영양실조가 오면 몸 전체에 영양분이 고갈되어

공사장에 보낼 여분이 없으므로

모든 종류의 상처 치유에 악영향을 미친다.

니코틴은 혈관을 수축시켜 좁게 만드는데

그러면 영양분이 아무리 풍부해도 공사장까지 적절히 배달할 수 없다.

당뇨병 또한 혈관의 영양분 수송 능력을 저하시킨다.

 

둘째, 골절 부위의 움직임, 동맥 경화가 있다.

모세혈관은 골절 부위로 가지를 뻗어

영양분을 공급하려고 노력하는데

뼈의 말단이 움직일 경우

연약한 모세혈관이 갈기갈기 찢어지므로

영양분이 제대로 공급되지 않는다.

따라서 의사는 깁스나 보조기구를 이용하여

골절 부위를 고정한다.

또한 약물을 이용하여 혈당을 관리하고

혈액순환을 개선하여

심장의 펌프질 효율을 향상시키면 영양분 공급이 촉진된다.

 

셋째, 노화는 골절 치유를 지연시킨다.

나이가 들면 옛날 같지 않기는

조골세포와 파골세포도 마찬가지이다.

영양분을 충분히 공급받으려면

동맥과 정맥이 통과해야 하므로

충분한 크기의 구멍이 많이 필요하다.

그러나 뼈에는 그런 구멍이 없으므로

혈류량이 부족할 수밖에 없다.

 

어떤 조직이든 다친 후에는 감염과 싸우기 위해

혈액을 통해 백혈구와 항체를 공급받는데

혈류는 산소와 기타 영양분을 배달함으로써

상처 치유를 촉진한다.

 

영양분이 상실되면 커팅콘이 부족하게 되는데

그로 인해 뼈가 약해져 붕괴와 변형이 생기고

궁극적으로 관절염에 이를 수 있다.

 

심장의 펌프질에 약간의 문제가 생길 때마다

뼈에서 많은 칼슘이 인출된다.

특히 폐경 후 여성들의 경우

에스트로겐 수치 저하에 따라 칼슘 흡수가 감소함으로

뼈가 더욱 약해져

엉덩관절과 척추의 골절 위험이 증가한다.

 

전문가들이 운동을 권하는 이유는

신체 활동이 빗발치는 듯한 ‘압전력을 생성’하기 때문이다.

 

당신이 걸음을 내디딜 때마다

중력을 견뎌내는 뼈 부분이 압전기를 생성하는데

그 순간 커팅콘이 전기장을 감지하고 그곳으로 출동한다.

 

설사 가벼운 산책을 하더라도

다리, 골반, 척추에서 압전력이 생성되도록 자극할 수 있다.

커팅콘이 그 전기적 메시지를 감지하고

“저 뼈가 걷기의 기계적 외력에 저항할 필요가 있겠구나”라고 인지하면

반복적 부하를 경험하는 뼈를 강화하게 된다.

 

압전력을 생성하려면 약간의 강한 충격이 필요한데

조깅이나 활보 같은 적당한 충격을 주는 활동이면 된다.

 

수영이나 사이클링은 여러 면에서 건강에 이롭지만

뼈의 커팅콘을 자극할 정도의 충격을 주지는 않는다.

 

 

--인류가 화성으로 이주할 수 없는 이유

 

우주 비행사의 경우

지금껏 모든 이가 남성이거나 폐경 전 여성이었음에도 불구하고

뼈에서 빠져나가는 칼슘의 양이 가장 많다.

칼슘의 상실은 골다공증을 초래한다.

 

골다공증이란

뼈에 구멍이 많다는 것을 의미하는데

칼슘이 고갈되어 구멍이 뚫린 뼈는

푸석푸석하며 골절되기 쉽다.

 

이렇게 어려운 상황에도 아랑곳하지 않고

심장은 100% 뼈로 구성된 흉곽에서

소중한 칼슘을 꼬박꼬박 인출해 간다.

 

앞으로 몇십 년 후

인간은 달에 이주할 것이고, 화성 여행도 현실로 다가오고 있다.

 

그런데 우리의 뼈는

우주여행에 대한 준비가 되어 있을까?

우주 공간에서는 중력에 저항할 필요가 없기 때문에

우리의 뼈는 서서히 사라지게 될 것이다.

 

즉 뼈는 ‘외견상 불필요한’ 칼슘을 혈류로 내보낸다.

그 잉여 칼슘은

심장이 원하는 것보다 훨씬 더 많으므로

신장에 의해 배출된다.

 

그러나 소변 중에 칼슘 농도가 높으면

신장 결석이나 방광 결석이 생기고 만다.

 

우주 비행사들은

매일 수 시간 운동함으로써

칼슘 배출의 악영향을 미연에 방지하려고 노력한다.

 

그들의 노력에도 불구하고

우주 비행사는 한 달에 1~2퍼센트의 골질량을 상실하는데,

이는 지구상에서 노인이 일 년에 상실하는 양과 비슷하다.

 

국제 우주 정거장에 6개월 동안 머문다면

약 10%의 뼈를 상실하게 되는 것이다.

그 정도의 속도라면

인간의 뼈는 화성을 왕복하는 3~4년 동안

버틸 수 없다는 계산이 나온다.

 

강한 자석이 부착된 신발을 신는 방법을 고려해 볼 수 있지만

자석이 우주선의 전자 장치에

마구잡이로 간섭할 수도 있으므로 위험하다.

 

달의 중력은 지구의 6분의 1에 불과하고,

화성의 중력은 지구의 3분의 1을 조금 넘는다.

 

그만한 중력이 뼈의 건강을 유지하기에 충분한지

아는 사람은 아무도 없다.

더군다나 화성 여행자들은 가족을 동반하고 싶어 하는데

무중력이 성장하는 뼈에 미치는 영향은

전혀 알려져 있지 않다.

 

우주 공간에서 뼈의 건강을 유지하는 방법은

운동이나 인공 중력보다는 약물 요법이 될 공산이 크다.

곰이 동면하는 동안 골 손실을 회피하기 위해 사용하는

복잡한 대사 변화가 도움이 되는 날이 올지도 모른다.

 

만약 외계인을 만나게 된다면

그들이 중력에 대항하여 어떻게 버티고 있는지 물어보자.

 

지금껏 뼈가 세계 최고의 건축 자재라고 주장해 왔지만

우주에서는 아닐 수도 있기 때문이다.

<숨겨진 뼈, 드러난 뼈>라는 책은

뼈에 얽힌 5억 년 진화사에서

뼈의 기묘한 사후 세계에 관한 재미있는 이야기까지

뼈가 인류의 삶에 끼친 영향을 다양한 주제로 소개한다.

 

당신이 죽은 후, 드러난 뼈는

지구의 역사와 인류 문화의 탁월한 기록자가 된다.

 

과연 지층 속에 묻힌 뼈는

인류의 기원에 대해 설명할 수 있을까?

<숨겨진 뼈, 드러난 뼈>와 함께 한다면

당신은 불멸의 뼈에 관한 위대한 지식을 얻게 될 것이다.