本書是一部宏觀的外科手術史，從古希臘醫生對人體的猜測，瞭解人體器官和功能，發明抗生素、麻醉，一路寫到改變世界的20世紀植入物革命，解釋了「我們究竟是如何走到現在」。當現代人的身體裡塞滿人工植入物，並走向賽柏格式電子人，我們在隱私、安全、倫理……又面臨怎樣的挑戰？

作者/大衛．史耐德   譯者/黃馨弘   責任編輯/劉馨香

關節置換手術是全世界最常見的植入物手術。它不僅能夠減輕疼痛，也會極大地改善關節的功能，以及工作和生活的能力。現今，美國每年有超過10萬次的肩關節置換、50萬次髖關節置換和大約100萬次的膝關節置換。

自1960年代以來，每一種重要的人工關節都有三個共同特點：使用聚乙烯塑膠墊、金屬合金對接面和丙烯酸骨水泥，使金屬零件得以維持定位。無論是肩關節、手肘、手腕、髖關節、膝關節還是腳踝的關節置換術，每個關節都會被這三個元件所取代。(最新發展的技術則移除了骨水泥，因為新型植入物的材質會刺激骨質生長。)

而這份關節置換手術的藍圖，就是由查恩利(John Charnley)醫師起草的。這位來自英格蘭鄉下一座小鎮的外科醫師兼生物學家，不僅改變了骨科，也引進了每年全世界植入數百萬次的材料，使世界上的許多人改變心態，認為將植入物放進身體是件很棒的事情。

為何人工關節喀喀作響？

查恩利在曼徹斯特工作的期間，評估了一位做過部分髖關節置換手術，並接受朱德丙烯酸人工關節(一種透明塑膠球取代了髖關節的股骨頭)的患者。患者表示，當他向前彎腰時，他的人工髖關節會喀喀作響，聲音大到妻子無法容忍。查恩利沒有忽視這段故事(甚至被它逗樂了)，而是開始尋找噪音發生的原因。

他認為，因股骨骨折而做股骨頭置換時，很少會產生雜音，因為在髖關節窩裡的軟骨仍然完好無損。這些聲音只會發生在罹患關節炎的患者，因為此時髖關節的兩側都是硬骨，塑膠球體與髖關節窩之間相互碰撞，進而喀喀作響。

重要的是，查恩利關注的目標並非是植入物或相關的零組件，而是將目光轉向了有機物，思考了活組織與病變組織在生物力學上的差異。為了想出髖關節炎的解決方案，他首先需要瞭解健康的關節軟骨所擁有的功能。

關節軟骨世界最滑！

查恩利開始與工程師朋友討論，他們都同意，我們的關節不同於金屬機械零件使用流體動力學潤滑，他們提出的理論則認為，我們的關節只在邊界使用潤滑，關節囊液對關節面有一定的親和度。

為了驗證他的假設，查恩利和工程師開始製造測試儀器來評估軟骨的「滑度」。他們建造了一個支撐平臺的裝置，將人類關節的一部分固定在上頭。關節的上半部分位於上方，連接著一個鐘擺臂，這讓這群科學家能夠計算出軟骨有多滑。

他們發現摩擦係數μ值居然只有0.001，乃世界上測試過最滑的固體表面。它(在數學上)比骨頭上的金屬滑500倍，比在冰上滑動的溜冰鞋滑30倍。

鐵氟龍、縮小金屬頭降低摩擦力 丙烯酸水泥增加穩定性

查恩利在期刊發表了他的研究，更重要的是，他知道要有良好的臨床結果，就要設計出具低摩擦係數的植入物。他也知道藉由改變植入物的形狀和大小來改變μ值。

為了達成真正的低摩擦人工關節置換術，還需要在關節面放置一種「滑溜的物質」，他開始詢問英國的聚合物科學家有哪些可能的選項。他最終得到的答案是聚四氟乙烯(PTFE)，也就是鐵氟龍。

查恩利評估了鐵氟龍，發現它在生物學上是惰性的，植入人體後幾乎不會引起任何局部排斥反應(但他沒有進行動物試驗)。查恩利從1956年開始進行世界上第一個髖關節完全置換術，將鐵氟龍髖臼杯敲到患者的骨質髖關節窩中。結果令人驚嘆――患者的運動範圍和疼痛都有相當顯著的改善。

此外，查恩利在髖關節置換方面做出最戲劇性的改變，是勇於調整金屬股骨頭的大小。他相信縮小金屬頭會使摩擦較少，因此將頭部從乒乓球大小，一路改成一個普通彈珠的大小。許多外科醫師認為查恩利的髖關節設計很可笑，但數學可是站在他這一邊的。

幾年後，他開始尋找一個更穩定的方法來植入股骨端的零件，以避免細長的金屬柄擺動，最後獲得有機化學家史密斯(Dennis Smith)推薦聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，又稱為丙烯酸水泥。

查恩利認為丙烯酸水泥是理想的黏合劑，在沒有對動物進行實驗的情況下，他於1958年直接在人類身上使用它。半個世紀後，世上幾乎所有的醫院都會使用查恩利的骨水泥，過程中只有稍微改變其化學特性。

髖關節置換手術量飆升  災難巧來臨

就像所有科學和醫學界的創新者一樣，查恩利是個喜歡動手作業的人。他親手製造了各種事物、修理機器、建造模型，並製作了自己設計的植入物。

他對於使用丙烯酸骨水泥固定人工髖關節植入物、小型股骨頭和鐵氟龍髖臼杯，作為髖關節炎的長期解決方案這點相當具有信心。他自1959年起每年執行約一百場手術，到1962年時一年執行超過四百場人工髖關節置換手術。直到1962年末，查恩利意識到可怕的事情可能正在悄悄發生。

儘管患者的滿意度、功能性與活動力都有所提高，但在術後3年的追蹤X光檢查發現，鐵氟龍髖臼杯發生了災難性的變化……

書名           手術的發明(上)：從對身體蒙昧無知到人體解剖，從細菌理論到抗生素，從忍痛到麻醉，從救急到常規手術，一段為現代醫學鋪路的歷史
                  手術的發明(下)：從心臟支架、人工關節置換、腦部晶片，到終極賽柏格式電子人，植入物革命下現代醫療的未來
作者           大衛・史耐德(David Schneider)
譯者           黃馨弘
出版社       鷹出版
出版日期    2022年12月07日(上)、2022年12月28日(下)
定價           420元(上)、380元(下)
頁數           336頁(上)、288頁(上)
ISBN          9786269613762、9786269613793

>>本文刊登於《環球生技月刊》Vol. 103