Hemen hemen bütün kemiklerde, özellikle de vücuttaki uzun kemiklerde iki farklı yapı bulunur. Kemiğin gövdesi yoğun kemik dokusu içerirken, uçları ince bir kemik katmanından, gözenekli kemik yapısından oluşur. Aslında bu düzenleme, kemiklerin işlevini yerine getirebilmesi açısından oldukça önemlidir. Çünkü kemik ancak böyle bir dizayna sahip olduğu takdirde yoğun baskı altında kalmadan hareket edebilir ve kendisine yüklenen ağırlık ve gerginlik kemik gövdesinden eklemlere aktarılır. Eğer her bölge aynı yapıda olsaydı; kemiklerde esneklik ve sağlamlık gibi özellikler olmazdı.
Kemik dokusu, kemik hücreleri ve bu hücrelerin salgıladığı etraflarındaki ara maddeden oluşur. Kemik dokusunda üç çeşit hücre bulunur. Kemiklerin yapımında rol alan ve şekil almasını sağlayan, kemik içindeki boşlukları oluşturan ve bu boşlukları birbirlerine bağlayarak iletişimi kuran hep bu hücrelerdir.
KEMİKLERE DAYANIKLILIK KAZANDIRAN YAPI
Kemiğin iç yapısı, dayanıklılığı nedeniyle bir mikroskobik harikadır. Vücutta oldukça büyük bir alan kaplayıp, çok önemli işlevleri olan iskeletin bu kadar hafif, ancak bir o kadar da dayanıklı olmasındaki sır, kemiklerin yapısındadır. Bilimadamlarının bir "mühendislik harikası" olarak adlandırdıkları kemiklerin içleri, hayranlık uyandıracak bir tasarıma sahiptir. Hatta mühendisler yirminci yüzyılın ikinci yarısında yapımı oldukça zor, uzun ve masraflı olan gökdelen, köprü gibi büyük ve yüksek yapılar için kemiğin yapısına benzeyen bir teknik geliştirdiler. Kafes sistemi adı verilen bu yönteme göre yapının taşıyıcı elemanları tek parça değil, birbiri içine geçmiş kafes şeklinde çubuklardan oluşmaktaydı. Ancak bilgisayarların yapabileceği karmaşık hesaplarla, kemiklerin tasarımındaki bu yöntem kullanılarak, büyük köprüler ve endüstriyel yapılar çok daha dayanıklı ve daha ucuza inşa edildi.
Kemiklerdeki kafes yapının sağlamlığı mühendisler için de esin kaynağı olmuştur. Kemiğin yapısına benzeyecek şekilde geliştirilen inşaat teknikleri sayesinde çok daha dayanıklı ve ucuz yapılar inşa edilmiştir.
Ancak burada gözardı edilmemesi gereken çok önemli bir nokta vardır. Kemiğin içindeki sistem bu binaların inşasında kullanılan teknikten çok daha komplekstir. Kemikler birbirine zıt gibi görünen iki özelliğe aynı anda sahiptir. Sağlamlık ve hafiflik... Mühendislerin inşa ettikleri binalar ise kullanılan malzeme nedeniyle aynı anda bu iki özelliğe birden sahip değildir. Kemiklerdeki gözenekli ve boşluklu yapı ise onun hafif olmasına neden olmaktadır. Ancak bunun yanında kemikler çok sağlam ve dayanıklıdırlar.
Kemiğin yapısındaki hafiflik ve sağlamlık kriterlerinin altını bir kez daha çizmekte fayda vardır. Çünkü bu iki özelliğin birarada olması insana çok büyük kolaylıklar sağlarken, tam aksi insan için öldürücü olabilirdi. Kemikler bu özelliklerden yalnızca birine sahip olsalardı, örneğin sağlam olup aynı zamanda ağır olsalardı, tüm iskelet insanın taşıyabileceği ağırlığın çok üzerinde olurdu. Bu ağırlık nedeniyle insanın hareket imkanı azalır, günlük hayatı çok kısıtlanırdı. Ayrıca bu sertlik ve gevrekliğin sonucu olarak en ufak bir darbede kemiklerde kırılma ve çatlama olabilirdi.
Bunun tam aksi olsaydı yani kemikler yine hafif olup, sert olmasaydı, bu durumda vücut şu an olduğu şekliyle olmaz, pelte halinde bir deri kütlesine benzerdi. Bu haldeyken beyin, kalp gibi hayati öneme sahip birçok organ her an tehlikeye maruz kalırdı.
Üstelik insan vücudundaki kemikler bulundukları bölüme göre farklı özelliklere sahip olurlar. Bütün kemikler esnektir ve dayanıklıdır, ancak bunların oranı birbirinden farklı olabilmektedir. Örneğin göğüs kafesinde, kalp ve akciğer gibi hayati organları koruyacak kadar sağlam olan kemikler, aynı zamanda sürekli olarak akciğerlere havanın dolmasını ve boşalmasını sağlayacak şekilde genişleme ve büzülme özelliğine de sahiptirler. Eğer akciğeri koruyan göğüs kemikleri kafatası gibi sert kemiklerden oluşmuş olsaydı, nefes almak neredeyse imkansızlaşır, akciğer her nefes alışımızda bu sert kemikler arasında sıkışır kalırdı. Buraya kadar sıralanmış özelliklerinde de görüldüğü gibi kemiklerdeki tek bir özelliğin dahi ayrıntılı olarak incelenmesi insanın önüne pek çok yaratılış mucizesini çıkarmaktadır.
Kemik, organik (%35) ve inorganik (%65) maddelerden oluşur. Organik kısımda Tip I kollagen (%90-95), inorganik kısımda başlıca kalsiyum hidroksiapatit [Ca10(PO4)6(OH)2] bulunur. Vücuttaki kalsiyumun hemen tümü; fosfor, sodyum ve magnezyumun da büyük kısmı buradadır. Kemikleşme, temel olarak, kalsiyum hidroksiapatitin kemik matriksi üzerine çökmesidir. Kemiklerin mineralizasyonunda D vitamininin önemli rolü vardır. Organik kısım, hücrelerden ve proteinlerden oluşur. Başlıca hücreler osteoblastlar, osteositler, osteoklastlar ve osteoprogenitör hücrelerdir. Organik bölümdeki proteinlerin büyük çoğunluğunu oluşturan Tip I kollagen, osteoidin de ana maddesidir. Kemikte; osteokalsin, osteopontin ve osteonektin gibi maddeler de bulunur. Osteokalsinin serum düzeyi, osteoblastik-osteoklastik aktivitenin derecesini yansıtır. Tip I kollagenin parçalanma ürünleri olan piridinolin ve deoksipiridinolinin idrardaki düzeyleri de kemik rezorpsiyonunun değerlendirilmesinde yardımcıdır.Kemikleri n genetik olarak kodlanmış olan biçimlerini alma sürecine modelizasyon, erişkinlik boyunca görülen ve birbirini izleyen yapım/yıkım sürecine de remodelizasyon adı verilir. Normalde, vücuttaki tüm kemikler sürekli bir yapım-yıkım durumundadırlar. Temel çok hücreli birim tarafından yönlendirilen bu süreç; sistemik hormonal etkilerin yanısıra, yerel olarak üretilen (parakrin) maddelerin kontrolündedir. Osteoblastik aktivite rezorpsiyonu (yıkımı); rezorpsiyon, osteoblastik aktiviteyi (yapımı) uyarır. Bu ilişki coupling olarak adlandırılır. Yapım-yıkım süreci normal kortikal kemikte ortalama 100 gün, trabeküler kemikte 200 gün sürer. Bu sürece trabeküler kemiğin katılımı çok daha yüksek düzeydedir.
Uzun kemikler endokondral kemikleşme ile (kıkırdak taslağın kalsifiye olmasıyla); yassı kemikler ise membranöz kemikleşme ile (kıkırdak aşaması olmadan, doğrudan osteoide kalsiyum çökmesi ile) büyürler. Uzun kemiklerde büyüme, puberteye kadar büyüme plakları çevresinde daha çok olmak üzere devam eder. (Embriyo döneminde, tüm uzun kemiklerin önce kıkırdak taslakları oluşur daha sonra kemikleşecek olan bu taslaklar "primer kemikleşme merkezleri" olarak adlandırılırlar).
