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外科的诞生：从文艺复兴到移植手术革命 第十七章植入革命
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第一次工业革命使用水和蒸汽动力来机械化生产。第二次革命使用电力创造出大批量生产。第三次革命使用电子和信息技术进行自动化生产。现在，在第三次革命的基础上，第四次工业革命正在进行，这是始于上个世纪中期的数字革命，其特征是技术融合，实体、数字和生物之间的界限变得模糊起来。
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——克劳斯·施瓦布，世界经济论坛创始人
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如今，我们的约翰·查恩雷已经成为外科学历史的一部分，与曾经的那些大师级外科医生比肩……查恩雷假体本质上是一件生物学设计，其设计者同时也是一位艺术家。莱昂纳多·达·芬奇也许想到过这样的作品。但今天，我们想到的是这个人，一位我们认识并喜爱的人。在奠定基础知识和减轻人类痛苦方面，他为外科世界做出了极大的贡献。[1]
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——哈里·普拉特
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我正在做肩部手术，但并没有穿戴手术衣、手术帽和口罩，而是身着衬衫，系着领带，套着实验室的白大褂，坐在办公室里。实际上，患者根本不在这里，只有三维立体成像的肩胛骨映在我面前的计算机屏幕上。几年前，世界上还没有任何肩外科医生能够处理斯坦利的病例，他的骨骼缺失和变形十分严重，而如今，这种情况几乎已经能够得到常规治疗。
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4个月前，我在诊所第一次见到痛苦不堪的斯坦利。8年前，他在中西部接受了全肩关节成形术，尽管初步效果非常好，但在过去的几年中，他的肩膀越来越疼。我看了最初的X射线检查，告诉他我真希望是自己为他做的植入手术，植入的金属和塑料部件在过去的几年间已经慢慢松动了。在植入手术过程中，骨科假体部件必须放置得极其稳固，任何地方能够稍微晃动都意味着置换术最终注定失败，不过，即使不差分毫的完美植入也无法保证绝对成功。
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斯坦利有一头沙金色的头发，脸上总是挂着笑容，露出一口稀松的牙齿。他常常咳嗽，一听那声音就知道他吸烟。此前，他已经看过几位外科医生，他们都认为X射线照片看上去没什么可担心的。我对斯坦利进行了全面体检，并仔细检查了新的X射线照片。我认为他的全肩关节置换物松动了，并且有可能发生了感染，这令他大吃一惊。61岁的斯坦利直言，他还得再工作几年才能退休，而置换手术的失败令他感到痛苦和焦虑。我建议手术移除松动的植入物，同时检查是否感染，并评估骨骼缺失程度。在这种病例中，不够稳固的关节盂组件（由聚乙烯制成的肩关节窝植入物，看起来像白蜡一样）会对肩胛骨的关节窝部分逐渐造成损伤。当钴铬合金肱骨头置换物在关节盂假体内旋转，聚合物组件的钉桩有可能开始松动，脱离宿主骨，就像不结实的木桩摇摇晃晃，无法再支撑花园的大门。长时间忽视这种情况的话，肩胛骨的骨骼就会在不知不觉间消失，只剩下蛋壳状的骨头包围着木薯般的纤维组织和脱节的聚合材料植入物。
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一个月前，我第一次为斯坦利做手术时，眼前的情景令我为他感到担心：骨骼大面积缺失，植入物在松散的骨头中浮动。打开肩膀最深处，我发现一团金属、塑料、苹果汁般的滑膜液和纤维组织的混合物。所有植入的异物都需要移除，还需要取得组织和体液的培养物，以确定没有隐性感染。然后，我放置了一个由丙烯酸水泥做的骨水泥占位器，它是一种液态单体与聚合物粉末混合的产物，类似我小时候做作业用的树脂，看上去则像蓝色橡皮泥。这种模仿正常肱骨形状和功能的占位器还含有粉末状的抗生素，可以在我们等待培养结果时对抗深度感染。放置好骨水泥占位器，我们要去做一件神奇的事：拍一张计算机断层扫描片，通过一系列精密的三维X射线检查，帮助我制订全肩关节置换修复手术的术前计划。
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术后一周，我们拍了一张肩部的高分辨率计算机断层扫描片。计算机可以通过视觉成像软件收录所有的X射线检查信息，构建虚拟的三维影像。在过去的十年中，神通广大的成像软件使外科医生和放射科医生可以“减去”所有的周围组织如肌肉、韧带和肌腱，在计算机屏幕上“构建”骨结构。医生可以通过键盘操作来旋转图像，以了解骨骼外观。想象一下，修车师傅不用抬起引擎盖，而是使用一种能够透过金属看到内部的奇妙工具，魔法般地洞悉发动机的问题所在。在过去的几年中，科技的发展使我们不仅能够看到骨骼的三维图像，还可以设计手术方案，以虚拟方式植入部件，并对放置的位置进行评估。更加令人难以置信的是，我现在可以与工程师合作，为一个肩关节的特定缺陷定制肩关节置换物。
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我与魁北克植入产品设计师的电话会议即将开始。通过植入物公司捷迈邦美（Zimmer Biomet）电子邮件中的链接，我与蒙特利尔的一位工程师通过网迅（Webex）进行视频会议。只要敲打几下键盘，我就可以设置程度的隐私程度，使斯坦利的个人信息完全保密。工程师西蒙妮通过电脑上的链接与我通话，并控制屏幕上的图像。浅灰色的背景上呈现出斯坦利肩胛骨的三维图像。西蒙妮通过鼠标控制成像软件，而我可以要求她显示肩胛骨的不同角度和方向。我们在影像与想象中共事。蒙特利尔和丹佛突然显得并不遥远。
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西蒙妮通过计算机操纵着肩胛骨，仿佛《实习医生格蕾》的画面走入真实生活，在我的面前翩翩起舞。完整而结实的关节盂可以支撑常规的植入物，而出现在我眼前的是一个布满凹痕的肩关节窝，中间有一个又大又深的坑，根本无法支撑我需要植入的金属底座。此刻，西蒙妮展现出卓越非凡的现代意识：我们要一起构建一个植入物，这将是一个计算机辅助制造的金属产品，能够完美契合斯坦利的肩部。他的肩膀损伤严重，在5年前我还不会考虑治疗这样的病例。如今，我可以与捷迈邦美合作，为患者定制一个独一无二的植入物，它能够与骨骼外壳紧密契合，上面的钻孔可以使螺丝钉完美地固定到剩余的骨骼上。这一突破性系统使我能够处理5年前还无能为力的肩部病例。不到一个小时，我们就完成了植入物的设计，签字完毕后，开始在印第安纳州的华沙进行制作。
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距离我们完成植入物设计已经过去了几周，手术的日子到了。患者所需要的其他准备都已经按常规安排好，包括术前沟通、术前准备、手术体位、手术入路以及切口。不过，在我触及肩部最深处的时候，按部就班的常规工作便结束了。专门定制的植入物单独放置在一层一层的无菌包装中，等待着植入手术。它的替身是3D打印的白色聚合物，尺寸完全相同，还有一个斯坦利肩胛骨的3D打印版本。这些实物大小的轻型硬塑模型与几周前我在计算机屏幕上所看到的完全一致，它们可以帮助我完成定位，将真正的金属植入物放置到斯坦利支离破碎的肩关节窝中。
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清理洞腔缺损处的纤维疤痕之后，我仔细观察着肩关节窝深处，那里已经不是能够支撑植入物的坚实堡垒，只剩下蛋壳般的骨骼。要是在以前，这样的发现会令我大为震惊，但这一次我们已经有了心理准备。我没有像以往那样惊恐不安，而是勇气十足，甚至跃跃欲试，因为我拥有转危为安的工具。我小心翼翼地将试用的聚合材料植入物放置在缺损部位，它完美地卡在它的位置上。我又花了一点儿时间检查契合的程度，确定没有问题之后，向洞腔深处插入了实际的植入物。形状奇特的高密度合金植入物在巨坑中安稳落座，仿佛宇宙飞船的发射架进入发射基地，科幻小说也不过如此。
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我用多个螺丝钉将定制的植入物固定在肩胛骨上，轨迹和长度在几周前已经确定好。以前绝无可能的事情如今似乎变得稀松平常。我小心谨慎地将螺丝钉一个接一个地穿过金属植入物，钻入受损的骨骼，我已经感觉到每根螺丝钉的长度都与数周前我做“网络外科医生”时所预计的长度相同。植入所有的螺丝钉后，斯坦利的身体拥有了一件这样的植入物：它在蒙特利尔完成设计，在印第安纳州由一群熟练的技术员精准打磨，再连夜寄到我的合作公司业务代表乔迪那里，他今天运送给我。工程学、商务、生物学研究、计算机成像、卫星和光纤通信、高级制造业、空运、合作营销业务、熟练的外科手术以及出色的麻醉、护理和技术支持，这一切融为一体，为患者提供医疗服务，所以在今天看来，他的严重病痛已经不是什么大问题。尼尔医生会大为惊讶，也会感到相当自豪。
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查理·尼尔的医学实践与20世纪50年代所有的骨科医生没有什么不同，那时专门研究特定关节的医生很少。除了由手外科之父斯特林·邦内尔（Sterling Bunnell）和威廉·利特勒（William Littler）等人在旧金山、芝加哥和纽约指导的手外科实践，骨科在世界上几乎没有进一步细分的专科诊所。尼尔医生继续担任着骨折医生，甚至在1971年发表了一篇膝关节外伤论文，那时他已经完成住院医师培训20多年了。但是，随着医学的加速发展，像查理·尼尔这样的外科医生开始关注特定关节。正如骨科与普通外科产生区别，成为一门专科一样，热衷于在更狭小的范围内仔细钻研的人们孕育了骨科的专科领域。
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战争总是残忍而有效地推动着技术、运输、通信、设计和医学的发展。在20世纪40年代，随着冶金学和抗生素的进步，骨科专科即将迈入最重要的发展时期，不过关节炎的治疗还几乎没什么效果。在职业生涯的第一个十年中，查理·尼尔致力于骨折治疗，包括肩部骨折的手术治疗。
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几百年来，医生和科学家们主要通过印刷期刊与同行交流他们的新发现。对于研究型大学的医生们而言，“要么发表，要么灭亡”的信条要求医生必须积极地开展研究工作，在期刊上为自己争得一席之地。查理·尼尔这样的年轻外科医生精力充沛、乐观向上、视角新颖，是暴露二战后骨科不足的完美人选。尼尔医生发表于1953年的经典文章《肱骨颈骨折合并肱骨头粉碎性骨折伴脱位》强调了与肩部严重骨折相关的非手术治疗和手术治疗的不良后果。在文章的最后一页，他附上了一张自己设计的肩关节植入物照片并总结道：“置换假体在逻辑上是可能的，在处理肱骨头重大损伤方面可能很有价值。”[2] 世界初识未来。
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1955年，尼尔医生就12例接受肱骨头关节置换的患者做了报告。[3] 他使用自己设计的植入物治疗外伤，术后情况取得了显著改善。为外伤病人植入尼尔的假体是医学向前迈出的重要一步，但在这篇文章中，查理·尼尔还暗示了另一层意义。12名患者都发生了肩关节骨折—脱位，但有一人除外。1954年3月16日，第11号病人，一位70岁的家庭主妇，因患有“肥大性骨关节炎”而接受了手术治疗，这是世界上首例治疗关节炎的部分（“半”）肩关节置换术。患者在术后回到了中西部，后来她给尼尔医生写信说，自己“摆脱了疼痛，走向新生”。尼尔医生并没有将肩部植入物的使用局限于外伤治疗，也为肩关节炎患者带来了福音。
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随着战后的繁荣带来前所未有的发展和兴盛，医生坚信能够以从未想象过的方式来挑战疾病。抗生素打开了通往腹腔并给腹腔器官做手术的大门。术中和术后的机械通风为外科医生给重症患者做手术提供了更好的环境支持。药理学的发现使医药发展突飞猛进，糖尿病、疟疾、痛风、类风湿性关节炎和心脏病等疾病得到了医治。最后，化学和高分子科学的进步，促使一些每年使用数百万次的材料出现，其中包括世界上最常见的塑料——聚乙烯。
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自1953年取得突破以来，尼尔医生在十年里进行了46例部分 肩关节置换手术。在46例半关节成形术中，7例患者得了骨关节炎而非骨折。在1963年发表于《北美外科临床》（Surgical Clinicsof North America ）的文章中，查理·尼尔总结道：“这一组的假体置换效果优于其他治疗方式。”在肩关节置换手术的头十年中，肩外科之父平均每年进行的关节炎置换手术还不到一例，但这一数字将会迅速上升。
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尼尔医生的下一篇关于肩关节置换术的重要文章，是一篇20年来肩关节置换的报告——《盂肱骨关节炎的置换成形术》（“Replacement arthroplasty for glenohumeral osteoarthritis”），这位纽约外科医生就48例接受关节成形手术的关节炎患者做了报告。在第一个十年中，7例关节炎患者接受了手术治疗，而在第二个十年中，41名患者接受了手术治疗，增加了近5倍。在这篇发表于1974年的文章中，尼尔医生又一次让人窥见了未来。第一张数据表中藏着一例这样的患者：第18号病人，一名57岁的家庭主妇，接受了全肩关节成形术 ，在关节盂即肩关节窝一侧放置了一个聚乙烯植入物。尼尔医生解释说：“这例患者的治疗方式有所改进，我们插入了高密度聚乙烯关节盂，以丙烯酸水泥进行固定，使用了与之前略微不同的肱骨元件。”[4]
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文章中有一张植入物的图示，但没有X射线照片。稍加改良之后，这种名为“尼尔二代”（Neer Ⅱ）的钴铬钼合金植入物的边缘呈弧线形设计，圆滑的肱骨头更接近球形，未来几十年中出现的所有肩关节植入物都从这里起步（见彩插17.1）。
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