[Really?]콘크리트보다 강한 인간 뼈의 비밀

나이와 개인에 따라 약간의 차이는 있지만, 인체에는 200여 개의 뼈가 있다. 인체의 뼈는 넓적다리뼈처럼 신체를 지지하고 관절처럼 다른 뼈들을 연결시키며 두개골처럼 중요 장기를 보호한다. 놀랍게도 넓적다리뼈는 콘크리트보다 훨씬 강하다.

넓적다리뼈는 무려 5600kg의 무게가 누르는 힘에 견딜 수 있다. 이는 같은 두께의 콘크리트가 견디는 것보다 8배나 큰 강도에 해당한다. 또한 넓적다리뼈는 당기는 힘에 견디는 정도가 콘크리트의 57배에 맞먹는다.

강한 넓적다리뼈의 비밀은 중앙이 빈 원통형 구조에 있다. 보통 구조물에는 누르기, 당기기, 비틀기의 세 가지 외력이 작용한다. 속이 빈 원통형 구조는 다양한 외력에 매우 효과적으로 대응할 수 있는 역학적 구조다.

특히 긴 구조물에서 힘은 주로 구조물의 표면 근처에만 작용하고 가운데 축 부분에는 거의 미치지 않는다. 그래서 속이 빈 원통형 구조의 넓적다리뼈는 높은 강도를 가질 수 있다. 더구나 속이 빈 구조는 뼈의 양도 최소화할 수 있다.

넓적다리뼈의 구조에는 또 다른 특징이 있다. 양끝 쪽의 껍질보다 중간부분의 껍질이 더 두껍다. 보통 긴 막대기에 힘을 가할 때 중간부분이 가장 먼저 꺾이는 것을 볼 수 있는데, 이런 현상을 방지하기 위한 것이다. 뼈의 가운데가 잘 부러지지 않는 구조를 하고 있는 것이다.

콘크리트보다 강한 뼈도 30대 중반 이후에는 점차 약해진다. 인체의 뼈는 대체로 7년 주기로 그 성분이 교체된다. ‘골재조립과정’이라 불리는 이 과정은 뼈를 파괴하는 세포와 뼈를 만드는 세포에 의해 일어난다. 성장기에는 뼈를 만드는 세포의 활동이 활발하지만, 30대 중반 이후에는 뼈를 파괴하는 세포의 활동이 더 활발하다. 조깅, 에어로빅, 자전거타기 등 체중이 실리는 운동을 하면 뼈세포의 생성이 촉진된다고 한다.

송진웅 서울대 물리교육과 교수 jwsong@snu.ac.kr