인체의 설계 5강. 뼈는 살아 있는 조직입니다
지금 이 순간에도 당신의 뼈 어딘가는 헐리고 있고, 다른 어딘가는 새로 지어지고 있습니다.
풀고 시작
헐리고 다시 지어지는 건물
뼈를 돌덩이로 상상하면 골다공증도 골절 회복도 이해할 수 없습니다. 뼈 안에서는 세 종류의 세포가 교대 근무를 합니다. 파골세포(osteoclast)는 산과 효소를 뿜어 낡은 뼈를 녹여 내는 철거반이고, 조골세포(osteoblast)는 그 자리에 콜라겐 골격을 깔고 칼슘과 인을 채워 넣는 시공반입니다. 그리고 뼈 속에 갇힌 채 가지를 뻗고 있는 골세포(osteocyte)가 어디에 힘이 걸리고 어디에 금이 갔는지 감지해 두 반을 부릅니다. 성인 골격은 이런 식으로 해마다 약 10퍼센트씩 교체됩니다. 10년쯤이면 다른 재료로 지어진 뼈를 갖게 되는 셈이죠. 이 재형성은 뼈만을 위한 일도 아닙니다. 혈중 칼슘 농도는 심장 박동과 신경 전도에 직결되기 때문에, 몸은 필요하면 뼈를 헐어 칼슘을 꺼내 씁니다. 뼈는 골격이자 칼슘 은행입니다.
볼프의 법칙: 뼈는 쓰이는 대로 지어집니다
1892년 독일 외과의 율리우스 볼프(Julius Wolff)는 뼈의 내부 구조가 걸리는 하중의 방향에 맞춰 배열된다는 관찰을 정리했습니다. 대퇴골 머리 안쪽의 얇은 뼈기둥들이 하중선을 따라 정연하게 뻗어 있는 모습은 지금 봐도 놀랍습니다. 이 법칙은 반대 방향으로도 작동합니다. 쓰지 않으면 덜 짓습니다. 무중력에 머무는 우주비행사나 오래 누워 지내는 환자에게서 골밀도가 뚜렷하게 떨어지는 것이 그 증거이고, 테니스 선수의 주로 쓰는 팔 뼈가 반대쪽보다 두껍다는 관찰도 같은 이야기입니다. 여기서 실용적인 결론이 하나 나옵니다. 뼈에 필요한 자극은 재료 공급만이 아니라 하중입니다. 걷고 뛰고 무게를 드는 동작이 골세포에 신호를 보내 시공반을 부르는 것이죠. 뼈와 뼈가 만나는 자리에서는 다른 조직들이 이 하중을 받아 냅니다. 두개골처럼 아예 붙어 버린 관절도 있고 척추뼈 사이처럼 연골이 완충하는 관절도 있지만, 우리가 관절이라 부르는 대부분은 윤활액이 든 주머니 안에서 연골끼리 미끄러지는 윤활관절입니다. 뼈와 뼈를 붙들어 흔들림을 제한하는 것이 인대, 근육의 힘을 뼈로 전달하는 밧줄이 힘줄입니다. 둘 다 콜라겐 다발이라 튼튼하지만 혈류가 적어 한번 상하면 회복이 느립니다.
미끄러지는 두 필라멘트
근육이 짧아질 때 근육을 이루는 실들도 함께 오그라들까요. 1954년 네이처 같은 호에 실린 두 편의 논문이 답을 뒤집었습니다. 앤드루 헉슬리와 니더거크, 휴 헉슬리와 진 핸슨이 각각 내놓은 결론은 같았습니다. 필라멘트의 길이는 변하지 않고 두 종류의 필라멘트가 서로 미끄러져 겹치는 정도만 달라진다는 것, 곧 활주설(sliding filament theory)입니다. 근육의 기본 단위인 근절 안에서 굵은 미오신 필라멘트의 머리가 가는 액틴 필라멘트를 붙잡고 노를 젓듯 당긴 뒤 놓기를 반복하죠. 이 과정에는 ATP가 필요하고, 시작 신호는 칼슘입니다. 신경 신호로 칼슘이 풀려나면 액틴을 덮고 있던 단백질이 자리를 비켜 미오신이 달라붙을 수 있게 됩니다. 죽은 뒤 몸이 뻣뻣해지는 사후경직도 이 그림으로 설명됩니다. ATP가 바닥나면 붙잡은 머리를 떼어 낼 수 없기 때문입니다. 근섬유는 성질에 따라 나뉩니다. 산소를 써서 오래 버티는 지근섬유는 미오글로빈이 많아 붉고, 빠르고 강하게 수축하지만 금방 지치는 속근섬유는 상대적으로 창백합니다. 사람마다 타고난 비율이 다르고 훈련으로 대사 특성은 상당히 달라지지만, 한 유형이 다른 유형으로 자유롭게 바뀌는지는 아직 논쟁이 남아 있는 주제입니다.
나이가 들며 벌어지는 일, 그리고 증거가 말하는 것
골량은 20대 후반에서 30대 초반에 정점을 찍고 그 뒤로 서서히 줄어듭니다. 여성은 폐경 이후 에스트로겐이 급감하면서 파골세포 쪽으로 균형이 크게 기울어 몇 년간 손실이 빨라지죠. 근육도 비슷합니다. 30대 이후 근육량과 근력이 완만히 줄고 특히 속근섬유가 먼저 위축되는데, 이것이 진행되어 일상 기능에 지장을 주는 상태를 근감소증(sarcopenia)이라 부릅니다. 여기서 무엇이 근거 있는 이야기인지 구분해 봅시다. 저항운동과 체중을 싣는 운동이 골밀도 감소를 늦추고 근력을 유지시킨다는 것, 균형과 하지 근력을 키우는 운동 프로그램이 노년기 낙상을 줄인다는 것은 여러 시험에서 반복 확인된 결과입니다. 반면 흔히 함께 권해지는 보충제 쪽은 그림이 더 복잡합니다. 예컨대 비타민 D 보충이 결핍이 없는 일반 성인의 골절을 줄이는지는 대규모 무작위 시험에서 뚜렷한 이득이 확인되지 않아 논쟁이 이어지고 있습니다. 뼈에 좋다고 알려진 것을 모두 같은 확신으로 다룰 필요는 없다는 뜻이죠. 자신에게 필요한 검사나 섭취량은 나이와 병력에 따라 다르므로 의료인과 상의해 정하는 것이 맞습니다. 다음 과목에서는 이 모든 움직임에 명령을 내리는 신경계로 넘어갑니다.
인출 문제
생각해볼 질문 (정답 없음)
- 뼈가 하중에 반응해 지어진다면, 앉아서 일하는 시간이 대부분인 생활은 골격에 어떤 장기적 선택을 강요하고 있을까요.
- 운동의 효과는 근거가 탄탄한데도 실천율은 낮습니다. 근거의 강도와 행동 변화 사이의 간극은 무엇으로 메울 수 있을까요.