20世纪骨科学进展——六个里程碑分析

秦泗河　刘振东

20世纪骨科学进展——六个里程碑分析

秦泗河刘振东

20世纪骨科在创伤修复、肢体畸形矫正与功能重建等方面取得了空前的发展，特别是显微外科、脊柱矫形与内固定技术、关节镜技术、人工关节、骨折内固定技术以及Ilizarov技术的发展成就了新学科，使医学理论、临床医疗发生突破性变化，故被认为是20世纪骨科学发展的里程碑。这些发展促进了骨科学从整体分化出多个亚学科，又从多个亚学科回归到个体化肢体重建的新层次的整合，从主要关注骨与关节的损伤到关注整个肢体的运动健康。当我们得益于前人所创造的技术成果时，更应记住他们，激发我们自己的创造热情。本文将对20世纪骨科学进展进行简要回顾。

一、显微外科

显微外科一词最早启用于1892年，意指显微手术。1897年Murphy做了首次血管吻合。Carrel于1902年发明了三定点血管吻合法，1908年在动物上进行了断肢再植实验，1912年因血管缝合技术及发明器官移植而获得诺贝尔医学和生理学奖。

1960年，美国医生Jacobson采用显微镜技术进行吻合直径＜2.0 mm的微血管，并采用了微血管外科的提法，开启了真正意义上的显微外科［1］。1962年陈中伟教授治疗的世界首例断手再植获得成功。1963年Kleinertand Kasdan报道了1例拇指不全离断伤再植成功。1972年上海华山医院完成世界首例游离皮瓣移植［2］。临床上突破性地成功打开了显微外科发展的闸门。显微外科的发展促进了显微解剖学的建立、显微手术镜的制造，其出现解决了许多传统外科方法不能解决的问题。

二、脊柱矫形与内固定技术

脊柱外科的起步得益于18世纪中叶后逐步完善起来的麻醉技术和外科无菌技术。20世纪40年代，脊柱外科只能采用钢丝或螺钉进行简单的固定。20世纪50年代Harrington医生用棒和钩完成脊柱后路矫形固定，被称为脊柱内固定及脊柱矫形的先驱。1963年Roy⁃Camille首次成功将椎弓根螺钉应用于临床［3］。到了80年代，Cotrel等发明的C⁃D钉棒系统是脊柱外科的里程碑性的事件，奠定了如今的椎弓根内固定的基础。脊柱内固定器包括前路的钢板螺钉系统及椎体间融合器等。CT技术（1972年）、MRI（1981年）对脊柱外科的发展起到了巨大的推进作用。脊柱内固定的理论基础是提供稳定和促进融合。现代脊柱矫形与内固定技术，几乎能够矫正所有复杂的脊柱畸形，做到稳定、可靠的骨性融合，然而也因此出现了脊柱矫形与内固定术扩大化的现象。

三、关节镜技术

关节镜最早起源于日本。1919年东京大学Takagi教授首次使用膀胱镜探查了1具尸体的膝关节，1920年研制出第1套关节镜器械，1931年研制出直径3.5 mm的关节镜，成为现代光学关节镜设备的雏形。

1957年，现代关节镜之父Watanabe教授追随其师Takagi教授的研究工作，研制出的21#关节镜被视为能真正成功检查及治疗关节病变的内镜系统。

关节镜的外科体系是20世纪70年代在欧美国家得以形成，以Jackson和O’Conner为代表的医生在日本进修后进行了总结创新，使欧美在理论、技术及设备等方面超越了日本［4］。微创化、有限化、再生修复与重建是关节镜外科的理论基础。关节镜的应用已经从膝关节推广到髋关节、踝关节、肘关节、肩关节等部位，并从关节内发展到关节外。现代光源技术及等离子射频技术等为关节镜技术的发展奠定了坚实的基础，将来会有更多的关节内外疾病在关节镜下得到治疗，达到微创治疗与更好疗效的目的。

四、人工关节

人工关节置换最初采用非骨水泥型。1938年，Wiles用不锈钢作髋臼与股骨头。尔后Moor开展了人工股骨头置换术。1940年Wder兄弟用合成树脂制造人工关节。1951年开始人工全髋关节置换术。1952年Habowsh用固定牙的丙烯酸脂固定人工髋关节，由此合成树脂开始用于人工关节的结合。1958年Charnhey提出低摩擦概念，用聚四氟乙烯髋臼和金属股骨头制成低摩擦的人工关节。1962年Charnley把高密度聚乙烯髋臼和直径为22 mm的股骨头组成全髋人工关节，并用骨水泥固定，获得较满意的效果，他也被誉为“人工关节之父”［5］。自此，人工关节置换术进入实际应用的新阶段。到20世纪80年代，通过研究假体表面孔隙与骨长入的关系，非骨水泥生物型全髋关节置换技术逐步成熟，目前的全髋关节置换已经以生物型全髋为主［5，6］。

进入21世纪，随着医用生物材料改进、外科手术技术进步、医学工程技术的介入，人工关节置换术正在走向精确化、微创化，手术成功率得到极大的提升，假体的远期生存率也在不断改善，人工关节置换术成为骨科关节疾病治疗领域的一个常规治疗手段。人工关节使骨关节运动功能障碍的重建由既往依靠药物、自然的有限修复，实现了程序化的手术替代重建。

五、骨折内固定技术

骨折内固定主要包括髓内钉技术和钢板固定技术。真正意义的金属髓内钉由Smith⁃Petersen于1931年报道。德国人Küntscher在二战期间发明了“V”形髓内钉和不锈钢三叶草髓内钉，对髓内钉的发展作出了杰出的贡献。50年代出现了扩髓和不扩髓行带锁髓内钉技术。髓内钉的设计目前已经有多种改进，包括：倒打髓内钉、多向锁定钉、股骨近端髓内钉等。髓内钉的适应证几乎扩展到股骨全长及大部分胫骨骨折，微创的闭合复位穿针技术更提高了骨折的治疗效果。其良好的治疗效果被誉为是治疗下肢长骨骨折的金标准。

骨折最早的钢板固定始于1895年，由Lane设计。1929年Lambotte设计了两边椭圆缩窄的船型钢板。1948年Egger设计了带单侧滑槽螺孔的钢板。滑槽钢板的问世带来了最早的钢板设计理念，即骨折断端间应该形成有效靠近接触。1949年Danis提出了骨折加压固定的概念，并设计了一款加压钢板。带椭圆形动力加压孔的钢板由Bagby和Janes于1958年设计提出，成为现今动力加压钢板的原型基础。20世纪70年代以后，应力遮挡效应问题的深入讨论使骨折弹性固定原则逐步得到公认，并把钢板设计引入如下几个方向：①采用相对轻便、弹性模量较低而生物相容性更好的金属材料，目前主要是钛合金；②减少钢板与骨骼的接触；③降低钢板的厚度和改变钢板的几何形状设计。钢板设计的改进使长骨骨折愈合率提高，在90%以上［7］，锁定钢板在治疗复杂粉碎骨折方面取得了良好的效果。

骨折内固定的发展无疑是骨科发展的里程碑之一，但也是20世纪骨科学临床争议最多的领域，在这一领域，商业利益在某种程度上可以左右临床决策［8］，使许多闭合骨折人为的变成开放性骨折治疗，因内固定手术可能发生的骨感染、骨不连、骨缺损与拆除钢板后再骨折等问题，没有从根本上解决。

六、Ilizarov技术

Ilizarov技术由前苏联骨科医生Ilizarov创立，他最伟大的贡献在于揭开了组织应对适量的牵拉刺激会表现出增生和重建的性质，即Ilizarov效应。由此外固定肢体延长与重建学科在世界范围的大发展。回顾历史，1903年意大利Codivilla用胫骨斜行截骨加跟骨牵引延长小腿，被认为是现代骨延长技术的先驱［9］。到20年代中期，肢体延长手术在美国已经积累了较多的病例［10］。Abbott等［11］对肢体延长手术做出了杰出的贡献，他在临床上已经观察到牵拉具有刺激骨痂形成的作用，并观察到延迟1周牵拉具有一定的好处，在器械的设计上已经具有环式外固定架的初步构型。Ilizarov完善了环式外固定的设计，在临床和动物实验基础上总结出了牵拉成组织的张力-应力法则。张力应力法则不但适用于牵拉成骨，还适用于软组织的修复与形态重建［12］。在随后的临床应用中完善了断层解剖学及成角与旋转中心的畸形矫正原则。Ilizarov技术以缓慢牵拉为基础，依靠生命组织的自我修复能力，使时间成为临床治疗的第四维空间，已经逐渐触及组织再生的最基本的细胞法则，在组织修复、畸形矫正方面创造了无数的奇迹［13］。

在本人主导下完成了Ilizarov技术的中国转化，融入了达尔文自然选择进化论、中国道法自然文化思想，提出了骨科（肢体）自然重建理念［14］。就是因地、因时、因人选择符合生命自然规律的医疗模式，控制适当的应力刺激，应用适合个体的医疗方法，当应力推拉符合肢体不同层次的组织生命代谢平衡时，生命组织就会顺应医疗目标的要求，沿着正常形态的方向再生、修复、重建。自然重建理念指导下，能用简单方法治愈许多疑难骨科杂症，降低医疗风险，使医患容易和谐共处。

回顾20世纪矫形外科发展的里程碑事件，我们发现创伤骨科修复与矫形外科的发展主要得益于两个方面：

1.现代科技及工程技术方面的发展，比如材料制造、计算机技术、精密加工、现代光源技术、显微镜技术、各种计算机辅助设计、辅助成像技术等。借助现代科技，人类可以进行高仿生型解剖型假体及钢板的设计，各种科技手段已使各种腔镜及通道下的微创手术成为可能，并取得良好的疗效。微创矫形外科将成为21世纪的重要发展方向，现代科技的发展也必将为21世纪矫形外科的发展提供强大的推动力。

2.矫形外科的发展得益于生物学基础研究及基本理论的发展，比如显微解剖学、断层解剖学的建立，张力应力法则、骨折弹性固定原则的确立等。人体再生修复的生物学理论研究在20世纪也取得了重大进展，其代表性成果是骨形成蛋白的发现及牵拉成组织理论的提出。展望21世纪，组织再生的干细胞学理论已经从基础研究过渡到应用。实验表明血管内皮细胞最适合做为损伤及力学脉冲的感受器，将力学脉冲转化为骨修复的生物学脉冲。现有的证据高度提示骨折愈合过程并非是一个漫长的连续过程，而是一个间断脉冲式的重复过程［15］。干细胞在组织修复中的地位基本确立。Wolff定律的细胞学基础将在不久的将来得以揭示。有关骨形态发生蛋白的研究也高度提示一个崭新的概念，即细胞种植。

在未来，人类有可能将某种组织形成蛋白种植到肌肉或大网膜上，进而诱导干细胞的定向转化，这或许意味着对糖尿病和肝衰竭的崭新治疗方式，也意味着烧伤病人将告别植皮手术。可以展望21世纪将是生物学的世纪，创造人类符合自然生态环境的世纪，设计与维护人体健康的世纪。

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10.3969/j.issn.1674⁃8573.2016.02.001

100176北京，国家康复辅具研究中心附属康复医院矫形外科（秦泗河）；解放军第二三零医院骨科（刘振东）

秦泗河，E⁃mail：qinsihe@163.com

（2015⁃11⁃30）