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1700624605 我和保罗走在两排小病床中间的走道上。大多数西方人都想要单间病房。但是这一间高顶户外病房里就有60张简易小病床。走到这一排的尽头时，我注意到一个大概12岁的年轻人用胳膊肘撑着身体，仰面待在病床上，身下只有几张毯子。这家基伯戈拉医院的护士告诉我，约瑟夫已经在这张病床上住了两年。他的结核病非常严重，已经蔓延到右髋关节、膝盖和胫骨，骨盆和腹股沟的疼痛导致他无法平躺或者坐在椅子上。他与他的传染病之间似乎已经停战了，但是腿部损伤越来越严重，这其实是他对疾病难以察觉的屈服。约瑟夫的肤色黝黑，略带愁容地微笑时露出一口整齐的牙齿，锐利的眼神里充满失望。我知道有人告诉他我会来。我想弄明白这个年轻人的心里在期盼什么。我掀开盖在腿上的白床单，身边的护士和助手都凑过来，我立刻就看出是哪条腿受了感染。他的左腿是右腿的两倍大，他控制着左腿一动不动。他的右腿细小，部分原因是他两年没下过一次床。但是左腿明显肿胀，从腰部一直到脚趾的皮肤都紧绷绷的。护士提醒我不要挪动这条腿，我也觉得他的腿已经失去了治愈的希望。我通过翻译告诉他，我会看一下他的X射线照片，再回来讨论治疗计划。他平静地用卢旺达语说了声“谢谢”。
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1700624607 这家位于基伍湖岸边的偏僻医院里有一台小型X射线仪器和一名有资质的X射线成像技术员。这台设备和影像质量使人产生了时光倒流的感觉。当我把X射线照片贴在看片灯上时，心里咯噔一下。约瑟夫的股骨和胫骨是正常大小的三倍，呈虫蚀样弯曲变形。从髋关节到踝关节的骨骼已经被结核菌活活吞噬。我想，如果在美国，此时此刻的我会怎么做呢？长期的抗生素治疗和多次手术能够挽救这条腿吗？在多次手术后，最终是否还要换掉髋关节和膝关节？骨肿瘤科医生能够挽救这条腿吗？这能使约瑟夫下床并摆脱病痛的烦恼吗？
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1700624609 我仔细地考虑了约瑟夫的困境。他不仅卧床两年，而且双亲死于1994年的种族大屠杀，是一个不折不扣的孤儿。我认为唯一合理的治疗方式是截肢。如果约瑟夫还有机会离开病床并且活着离开这家医院，那就只能截肢。你如何告诉一个孩子，只有失去这条腿才能活命？哪怕通过翻译，也一样不轻松。我们进行了一场简短的谈话，周围站满了住院病人、工作人员以及住院病人家属。约瑟夫只说了一句：“好的。”
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1700624611 截掉约瑟夫的腿是我做过的最艰难的事情之一。在技术层面上，从髋关节进行截肢很有挑战性，大量的血管必须得到专业处理，以免约瑟夫在手术台上失血而死，而且患病的这条腿肿得很厉害，下刀十分困难。在没有电凝器的情况下，每根微型血管都需要手动结扎。我仔细地处理了肌肉皮瓣，以使伤口可以完好地闭合。经过长达90分钟的烦琐探查，最后截肢的时刻到了。随着髋关节的离断，这条腿终于脱离身体，我把它交给了护士。我讨厌这一刻。这些年来我做过许多截肢手术，尽管我知道这是正确的选择，但总是产生挫败感。两军对垒、买卖生意、为人父母……在这些事情上，我们可以接受失败并吸取教训，但是截肢总是让人在情感上感到全面挫败。
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1700624613 手术在椎管麻醉下完成，所以约瑟夫全程保持清醒。他似乎一遍又一遍地说着同样的话。我问一名护士他说的是什么，她严肃地回答道：“他在说：‘请你带我回家吧。’”我完全没想到，顿时百感交集，不仅为约瑟夫的困境感到伤心不已，也对结核病深恶痛绝。
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1700624615 查尔斯·尼尔医生于1953年1月26日进行了他的首例肩关节置换手术，患者是一位54岁的家庭主妇，她的左肩在3年前遭受严重骨折。患者最初由另一位骨科医生进行了简单的物理治疗，结果她的肩膀几乎动弹不得。持续不断的疼痛和严重的功能缺失使这位化名“T.M.”的夫人找到了尼尔医生，成为世界上首位接受“尼尔肩关节植入术”的病人。她的愈后状况非常好——她后来告诉尼尔医生，“过去的疼痛现在消失了”，肩部的运动和功能都得到了极大的改善。
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1700624617 尼尔医生的首篇有关肩部的文章《肱骨颈骨折合并肱骨头粉碎性骨折伴脱位》发表在《美国外科学杂志》的1953年3月刊上，文章的主要内容是说明，通过移除肱骨头来治疗严重肩部骨折的效果不佳。这篇文章在1952年提交并获准发表，文章中只展示了肩关节植入物的图片，并说明它实际上还未被使用过。因此，当这篇文章来到世界各地的图书馆管理员和外科医生手中，病人“T.M.”已经成了第一只“小白鼠”。虽然我们可以称她为尼尔医生一系列肩关节成形术[1] 的“索引病例”（index case），但她并不是第一个接受肩关节植入物的患者。
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1700624619 结核病仍然是世界性的传染病难题。由结核分枝杆菌引起的结核病，在患者咳嗽、吐痰或者打喷嚏时，通过空气在人与人之间传播。与表现为皮肤红肿（经常伴有脓肿）的葡萄球菌感染不同，结核病不是经由皮肤而是从肺部进入人体的。目前，世界上1/3的人口患有潜伏性结核病，也就是说细菌在肺部组织建立了据点，但尚未引发病症，患者也不会传播疾病。由于结核病缓慢发作的特点，患者可能出现持续多年的轻度咳嗽、夜间盗汗以及进行性减重。如果细菌具有战略部署的能力，那么这就是它们攻占全人类的滩头登陆计划：刚得病时症状让人可以忍受，同时细菌以肺为目标，刺激肺部引起阵阵咳嗽，导致菌群在全球后工业化时代人满为患的新兴城市中以飞沫传播。接触感染了葡萄球菌的患者可能会让你也感染，但是保持1英尺的距离就很安全。结核病正好相反，接触结核病患者不会 让你染上这种病，但是与其共处一室或待在同一个工作场所却可能要了你的命。
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1700624621 结核分枝杆菌对人类的侵扰至少有一万年历史了，它至今仍然是一种重要的全球性病原体，每年超过100万的人死于这种细菌。结核病是世界上致死率最高的疾病，同时也是治愈率最高的、可防可控的疾病，[2] 世界卫生组织估计有超过20亿人感染了这种微生物。现在的大多数欧美人能够不受这种全球性流行病的影响，但是在过去没有人能躲过肺痨的折磨（结核病的肺部感染俗称肺痨）。就像蛀牙最后会发展为牙周脓肿一样，慢性肺结核会发展成脊椎、四肢甚至脑组织中的感染性结节。
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1700624623 结核分枝杆菌感染蔓延到骨骼时，身体会出现进行性畸形。经年累月，骨骼慢慢地扭曲变形，仿佛冒泡的焦油，弯曲的肢体和关节会出现疼痛和功能障碍而且病情日益加重。1720年，住在伦敦的本杰明·马尔腾（Benjamin Marten）推测，肺痨是由肺部感染引起的，而诱发疾病的罪魁祸首是一种极小的“微动物”，用当时的显微镜无法看到。罗伯特·科赫最终在1882年鉴别出导致结核病的细菌，这项发现也为他赢得了诺贝尔奖。令人惊讶的是，直到19世纪80年代，学者们才对病菌学说达成共识，在此之前，就连简单的卫生和清洁问题都得不到重视。当时没有能够控制结核病感染的药物（人们要到1943年才发现链霉素），外科医生只能对晚期结核病患者进行大胆甚至冒进的医疗干预。
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1700624625 塞米斯托克利斯·格鲁克（Themistocles Gluck，1853—1942年）于1882年开始从事医学工作，那时的欧洲医学界刚刚意识到病原体（包括细菌、寄生虫和病毒）、感染和疾病之间的关联。格鲁克在柏林受训，由传奇外科医生伯恩哈德·冯·朗根贝克和病理学先驱鲁道夫·菲尔绍进行医学指导和训练。就像在不知道DNA的情况下很难去思考遗传学那样，在不相信微生物的情况下也很难设想医疗实践。科赫给出细菌导致结核病的阐释后几个月里，初出茅庐的格鲁克医生开启了自己的职业生涯，这距离对结核病有效的药物疗法出现还有大半个世纪，而格鲁克感兴趣的是对骨结核患者的骨科治疗。格鲁克被任命为柏林腓特烈皇家儿童医院的外科主任，在他刚开始行医的时代，人们还没有发现X射线。他和同事们在摸索中前行，只能猜想切开皮肤、深层解剖时会看到什么。
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1700624627 格鲁克的早期动物实验主要研究器官的切除和移植。他通过动物实验，做出了一个远远领先于他所生活的时代的发现：他观察到失去一个肾脏会让另一个肾脏加倍运转，这说明人体具有适应器官丧失的能力。如果希腊神话中的巨神普罗米修斯在夜间能够重新长出白天被鹰啄食的肝脏，如果玛丽·雪莱1818年出版的惊人杰作中，维克多·弗兰肯斯坦能够凭空创造出一种生物，那么，当麻醉成为现实，德国外科医生能够做什么呢？作为一名经验丰富的军医，格鲁克和同事们见识过成功治疗战争外伤的案例，如果用丝线和肠线将创伤性皮肤撕裂的边缘缝合在一起就可以使其痊愈，那么深层结构如肌肉、肌腱、器官甚至骨骼，在连接或固定之后也能痊愈吗？格鲁克带着这些问题继续进行动物实验，他发现分离的组织可以结合在一起并愈合，他将这一过程称为“自体成形”[3] 。在塞尔维亚-保加利亚战争（1885年）期间，格鲁克曾经用两块钢板和螺丝钉治疗一名士兵的股骨骨折，他的医疗干预使这名士兵迅速恢复，而且很快就可以活动，格鲁克自己也感到惊讶不已。从逻辑上讲，下一步的理论性飞跃是在人体内引入其他材料来“替代”骨骼，将“自体成形”提升到一个前所未有的层次，也可能是引发灾难的层次。
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1700624629 有时候，科幻小说家仿佛可以未卜先知。儒勒·凡尔纳说：“只要有人能想象出来，就有人可以使其成为现实。”科学怪人弗兰肯斯坦博士或许为格鲁克医生的组织再生概念提供了灵感。19世纪80年代后期，格鲁克的动物研究重点是组织替代。为了使患病或受损的组织能够再生，他尝试研发一种“导轨”，这也使他转而接触铝、木材、玻璃、镀镍钢和象牙等材料。现在我们知道象牙的主要矿物质羟基磷灰石（hydroxyapatite）与牙齿的牙本质和骨骼中主要的非胶原基质相同。但是，在格鲁克所生活的时代，因为象牙看起来与人类骨骼相似，而且作为德国殖民地的象牙海岸有丰富的供给，象牙才成为他首要的调查研究对象。他选择了象牙作为骨替代材料，很快便于1890年开始将经过雕刻和加工的象牙碎片植入患病关节。他首先为一名17岁少女替换膝关节，三周后又进行了一例腕部关节替换手术。根据格鲁克的报告，他在那一年中进行了14例关节成形术，包括膝关节、髋关节、腕关节和肘关节，他的所有结核病患者均植入了人工关节（见彩插11.1）。[4]
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1700624631 起初，格鲁克的象牙关节成形术效果十分显著。病人的疼痛消失了，运动功能也得到了恢复。格鲁克信心倍增，渴望向柏林医学会报告自己在短期内所取得的成果，然而，问题接踵而至。德国外科医生认为他使用丝线缝合来修复肌腱损伤已经令人震惊了，而现在这个疯子又提出要展示自己的一系列关节置换手术。虽然他的患者曾长期忍受结核性关节感染的折磨，但通常不会出现化脓，而手术后的所有患者都注定会遭受另一种感染，关节流脓红肿，有可能导致全身性菌血症（血液中出现细菌）、败血病甚至死亡。德国外科协会主席对格鲁克在柏林医学会展示发现的渴望做出回应：“作为德国外科学的领导者，我无法允许您在国际外科专家的平台前玷污德国科学的声誉。我和我的学生们将竭尽全力与您抗争。”格鲁克被迫放弃的不仅是展示报告，还有关节成形术的全部研究。以怀疑的态度看待前卫思想，这便是医学会的职能；只有在日后回过头去审视历史，我们才能对革命性疗法做出谨慎的分析。格鲁克以手工象牙植入物替代关节的创新确实过于 超前了——比抗生素、现代冶金术以及植入物的灭菌处理出现得还要早。虽然塞米斯托克利斯·格鲁克再也没有尝试过关节置换，但他在普通外科的其他方面取得了进步，享有长久的职业生涯。他现在被当作“埋没了的天才”和“第一位进行关节置换的外科医生”，这对他来说是公平的。格鲁克曾在晚年说道：“在医学及其他科学领域中，我们会发现，尽管某些事实早已尽人皆知，但人们要很久之后才能发现其真正价值。”[5]
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1700624633 没有人知道格鲁克是否在肩关节中放置过象牙植入物，不过毫无疑问的是，朱尔-埃米尔·佩昂（Jules-Emile Pean）于1893年3月11日在巴黎首次为人体植入了金属肩关节。佩昂是巴黎的一位知名外科医生，以敏捷的思维、启发式教学和过人的天分著称。法国人曾经在19世纪初将医学从一种卑微职业提升为受人尊敬的科学事业，但是后来的半个世纪中，他们将医学思想领头人的地位让给了德国人。正如《肩与肘外科学杂志》（Journal of Shoulder andElbow Surgery ）中记述的那样，佩昂为一名37岁的面包师植入了定制的铂金属肩关节，该患者的结核病感染十分严重，已经徘徊在死亡边缘。这一手术为肩外科领域做出了长远贡献：
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1700624635 巴黎牙医J.波特·迈克尔斯（J. Porter Michaels）加快了假体的设计和制作过程（佩昂早先已经切除了部分感染的肱骨）。关节柄由铂金属材质的圆柱体制成，上面有两个凸起和几个孔，用于固定骨膜和肌肉。远端设有螺孔，用于连接骨桩。上端由橡胶球制成，橡胶球事先在石蜡中煮沸24小时，已经硬化。球体表面互相垂直的两道大圆周上设有凹槽，每个凹槽包含一圈金属环，一个连接在关节盂上，另一个固定在关节柄近端。他们相信这一假体可以为患者提供足够的力量，并使其活动自如。[6]
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1700624637 这场起初看上去大获全胜的手术，在一年之后出现了问题。第一个迹象是患者肘部出现了红肿和排脓，必须通过手术来缓解症状。进行了三次清创之后，感染似乎得到了控制。根据这样的病例表现，现代外科医生会推断这位巴黎面包师与格鲁克患者的经历不同，并没有出现术后经由皮肤传播的感染（如葡萄球菌感染），即首次手术后几天内并没有出现关节化脓。他的情况是植入的人工关节周围结核菌感染复发。由于没有抗生素可以控制局部复发，植入手术注定会以失败告终。
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1700624639 术后两年，患者手臂周围出现了脓性窦道。再多的抗生素也不能够逆转人工关节的慢性化脓性感染，即使在今天也是如此，只有移除植入物才能缓解病痛。在移除铂金和橡胶材质的人工关节之前，佩昂医生还做了一件非常重要的事：他拍了一张X射线照片 。1895年，伦琴在德国维尔茨堡工作时发现了电磁射线具有发光的能力。在世界上首例关节置换的X光片中，佩昂拍到的影像显示“假体周围有一个长而坚硬的骨质外壳”。[7] 120年前在巴黎被移除的这个人工关节并没有被丢进垃圾堆，而是被当成今天世界上数百万种人体植入物的鼻祖，在华盛顿的史密森学会博物馆等待人们的参观。
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1700624641 外科医生们就像看到了“不要践踏我”[8] 的旗帜一样，一考虑到植入手术，他们就会为人工关节可能在任何部位造成慢性感染而担惊受怕。佩昂移除了铂金和橡胶材质的人工关节之后的几十年里，唯一使用过的植入物就是偶尔在骨折患者身上嵌入的金属板和螺丝钉，尽管科学家们尚未确定哪种合金最适合人类。在20世纪初期，外科医生们意识到关节炎对人体的损害，尤其是对髋部和膝部的伤害。随着生活条件的改善和人们对新鲜空气的重视，结核病发病率呈下降趋势，而X射线检查使医生可以亲眼看到关节，这在以前是办不到的。
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1700624643 人体的关节具有几点共同特征：它们至少有两块连接骨，都有一个关节囊，如同一张包裹着润滑液的薄膜，都有将关节固定在一起的稳固性韧带，还有最为神奇的关节软骨。软骨像一块软垫，为运动提供了一个平滑的表面，假如软骨健康，人们运动起来就不会感到疼痛。关节软骨是世界上最滑溜的材料，不过，随着年龄的增长，它开始失去这种惊人的性能。如果医生告诉某个人说他患有关节炎，那意味着他的软骨出现了毛病，有些属于“磨损”性退化，有些是因为自体免疫过程，即免疫系统攻击并破坏了关节软骨，如类风湿性关节炎就是这样得上的。不论哪种情况，一旦软骨遭到磨损或破坏，关节炎就会导致疼痛、僵硬、进行性运动功能丧失，骨骼末端形成骨性突出物，松散的软骨体在关节中浮动，还会经常发生关节变形。1895年以前，医生只能通过直接观察来检查病人，但X射线检查将关节炎呈现在医学工作者的面前，这使他们不仅思考如何治疗结核病感染，而且也开始考虑如何通过手术来治疗关节炎。
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1700624645 马里乌斯·史密斯-彼得森（1886—1953年）将自己的整个职业生涯都奉献在了波士顿麻省总医院的手术台上，直至67岁去世。史密斯-彼得森医生是挪威人，在威斯康星州读完高中和大学之后，进入哈佛大学完成了医学院的学习和骨科住院医师培训。他以一心一意的工作态度、强大的个人魅力以及手术方面的过人天分而在业内闻名，[9] 他对医学的最大贡献在于对髋关节的研究。他还是一名骨科住院医师时，就研究出一种新颖的髋部手术方法，这种方法在世界范围内使用了几十年。史密斯-彼得森医生对自己当住院医师时所学到的股骨颈髋部骨折基本治疗方法的不良预后感到不满，于是他发明出髋部三刃钉，极大地改善了数百万患者的生活质量，该技术在稍加改进后沿用至今。查尔斯·尼尔医生的首篇论文中评估的就是这个装置。
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1700624647 史密斯-彼得森医生最重要的成就是找到了一种后来被淘汰的植入物，向关节炎这一人类劲敌宣战。
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1700624649 一旦医生能够在X射线照片上看到髋关节炎，问题就变成哪种情况造成了更严重的后果。是从股骨头和髋臼处像珊瑚般伸出来的骨刺，还是关节软骨表层缺失导致的骨与骨之间的直接接触与摩擦？外科医生推断，周围的骨刺可能是罪魁祸首。这并不奇怪，因为当时生物力学研究尚未开展。生物力学这个至关重要的领域将告诉我们，健康的软骨光滑得惊人。医生对髋关节周围的骨质突出物发起了进攻，希望可以改善髋关节性能，就好像人们打开汽车引擎盖后，用橡胶清洗剂清洁皮带和管子，期望发动机能够更好地运转。20世纪20年代，外科医生开始围绕髋部做大切口，深入探查髋臼周围的肌肉组织，用锤子、凿子和大号尖嘴钳挖除埋住发炎髋关节的外壳。尽管这种治疗改善了部分患者的髋部运动范围，在一定程度上缓解了疼痛，但是它无法说服像史密斯-彼得森这样的医生。一小组外科医生调整了手术流程，在手术过程中，为股骨头添加一个临时的生物性覆盖层。外科医生从大腿侧面采集一块阔筋膜，把它当成一个临时的光滑表面，固定在失去关节软骨的地方，他们徒劳地希望人体可以接受这一肌腱组织，并再造一个新的光滑关节面。但那些留心观察手术结果的医生很快就意识到，软骨远比他们之前想象的特别。
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1700624651 尽管史密斯-彼得森没准备完全放弃20世纪20年代新兴的关节成形术，即围绕发炎的关节塑骨，但是一次偶然的观察让他产生了人体能够形成新组织的想法。1923年，这位哈佛的外科医生接诊时遇到一位年轻患者，主诉是背部大面积疼痛。史密斯-彼得森将患者带到手术室，在他的疤痕组织中发现了一块玻璃。后来，他回忆道：“……取出了一块玻璃，这块玻璃在组织里已经有一年之久，周围的疤痕组织极少，垫着一个闪闪发亮的滑囊，其中含有几滴清澈的黄色液体。这种对惰性异物的良性反应引发了我的思考：关节成形术中或许可以用到这样一种修复手段。这一初步想法日益发展成熟，并形成了‘铸模’的构想。在股骨头和髋臼新形成的表面之间插入一个由惰性材料制成的铸模，这样可以引导自然修复，以消除种种缺陷。修复完成后，再将铸模移除，留下顺滑协调的表面以符合身体的运动功能。”[10] 也就是说，史密斯-彼得森设想出一种手术：将玻璃柱体的球面一端放置在新形成的股骨头上，人体对此做出反应，会长出新的纤维组织，理想状态下它会像股骨头的透明软骨一样，这样就能提供新的顺滑表面。玻璃铸模起到培养组织的作用。患者在术后15~25个月后，会回来再进行第二次手术，这一次只是将铸模移除。
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1700624653 十年间，科学家们尝试用玻璃、黏性胶体（一种赛璐珞）、贝克莱特酚醛树脂（Bakelite）和派来克斯（Pyrex）玻璃制成臼杯，进行反复测试。从1923年开始，各种材料的测试取得了不同程度的成功。有时也会发生玻璃破损、人体对黏性胶体有异常反应和感染的情况。相对来说，派来克斯玻璃要稳定得多而且不易破损，病人的股骨头上也确实长出了软骨般的结构。在第一个臼杯或者说铸模关节成形术出现的15年之后，玻璃和聚合物的坚固耐用程度已经明显不适合这项手术的发展了（见彩插11.3左图和右图）。
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