一个钛合金植入物现在是我股骨的一部分。
这块长达五英寸的锻造金属块于 2017 年 12 月从田纳西州孟菲斯一家工厂的生产线上下来。该部件由一家名为 Smith and Nephew 的公司生产，型号为 Anthology。它是我人工髋关节的四个组成部分之一。
这部分叫做柄，于去年 4 月在曼哈顿的纽约大学朗格尼骨科医院植入我的体内。外科医生切除了我股骨顶端的骨头球，并对骨盆中髋关节所在的部分（解剖学上称为“髋臼”）进行了扩孔，然后安装了这个柄，以及另外三个部件。当天晚些时候，我便出院回家了，这些新部件成为了我 1978 年出生身体的一部分。
在美国，每年有数十万人接受全髋关节置换手术，我也是其中之一。作为一个年轻人——植入手术时我 39 岁——我是一个特例，但也是某种程度上赶上了潮流。人工髋关节接受者的平均年龄正在下降：2000 年，平均年龄略高于 66 岁；2014 年，为 64.9 岁。增长最快的群体是？宾夕法尼亚大学医学院的外科住院医师 Matt Sloan 说，不是退休人员，而是 55 至 64 岁的人群，他曾研究了该手术的人口统计趋势。
我想要一个新的髋关节，是因为我多年来一直饱受疼痛的折磨。2010 年，在我三十出头的时候，我撕裂了我的盂唇，这是关节中环状的软骨。2011 年一次痛苦的关节镜手术试图修复它，但未能使我的髋关节好转，我需要进行一次“翻修”手术。2014 年，医生尽了最大努力修复了关节，并给我植入了一块尸体捐献的组织移植物来修复我再次撕裂的盂唇。最终，那次手术也失败了。我需要一个新的髋关节。它是我身体最薄弱的环节——一个必须被替换的骨关节炎关节。
几十年来，人工髋关节的材料已经足够先进，以至于医生现在有信心将其植入像我这样的年轻患者体内。南加州大学凯克医学院临床骨科外科学教授 Lawrence Dorr 博士说：“过去，外科医生不愿意为他们进行全髋关节置换，因为他们认为这可能会引发一系列多次手术。”现在，“他们知道他们可以进行髋关节置换，而且如果做得非常好，完全可以维持 30 年。”
20 世纪一系列的失败、突破和渐进式改进，使得人工髋关节技术如此成熟，以至于骨骼可以真正地生长到其中。
原理如下：现代人工髋关节的四个部分取代了一个大的球窝关节。手术中，在外科医生切除股骨顶端的球形骨头——如果你在跟着唱歌的话，那就是大腿骨——后，他们会将一根钛柄插入被掏空骨头的内部，其中一部分仍会突出。然后，一个陶瓷头（新的球），连接到柄的顶部；我的由德国公司 Caramtec 制造，呈粉红色。在髋臼侧，一个形状像半球形杯子的钛合金外壳被压入扩孔的窝中，然后一个耐用的塑料（技术上称为交联超高分子量聚乙烯）衬垫安装在这个金属杯中。
为了使金属能够与我的骨骼结合，柄和外壳的一部分覆盖着一种叫做纯钛的物质。骨骼可以与这种多孔层融合，无需水泥，将天然与人造连接起来。Dorr 博士解释说，他已经更换了大约 7,000 个髋关节和 5,000 个膝关节：“骨骼看到这种表面，感觉就像看到了自己。”术后几周，未成熟的骨骼就已经开始向金属生长。“我从未弄明白骨骼为什么这么‘笨’，”Dorr 轻松地说。向钛合金生长？当然，为什么不呢。
不连贯的旅程
钛和聚乙烯当然是相对现代的发明。在 20 世纪 40 年代和 50 年代，材料和手术都处于起步阶段。
早期的人工髋关节出自一位名叫 Austin Moore 的外科医生之手。但他发明的只是半个髋关节：股骨侧的金属替换件，没有人工关节窝。“它们都不太有效，”Dorr 说。（上图照片显示的是 Moore 在 1950 年代的一个植入物。）问题之一是如何将植入物固定到股骨上。“你只是把柄往骨头里敲。”植入物可能会松动。而且，假体直接与天然关节窝接触——金属摩擦骨头。哎呦。“据估计，它的成功率可能只有 30% 到 40%。”Dorr 估计。
Moore 的材料选择过程也相当随意。传说，在决定用钴铬合金还是不锈钢制造植入物时，他把两种材料的样品埋在了自家的后院。挖出来后，钢材生锈了，但钴铬合金却没有。（Moore 甚至把他的一个假髋关节安装在他的克莱斯勒汽车上作为引擎盖装饰品。）“我想 FDA 现在不会通过这种做法，”Dorr 开玩笑说。
到了 20 世纪 60 年代，髋关节置换开始呈现出现代形态，这在很大程度上归功于一位英国骨科外科医生 John Charnley。据马萨诸塞州总医院前髋关节外科医生 William Harris 说，Charnley 有着“惊人的专注——世界上没有什么比解决这个问题更重要：创造一个人工髋关节。”
Charnley 的选择并非全是完美的，但他对几个关键点有正确的想法。首先，他使用骨水泥将金属植入物固定到股骨中。“这带来了疼痛缓解和强壮的腿，”南加州大学的 Dorr 说，“人们可以不用跛行地走路。”其次，他的早期髋关节——他总共做了大约 300 个——有一个人工关节窝，这样金属假体就不会直接摩擦骨头。
然而，关节窝的最佳材料选择仍然需要一些摸索。Charnley 最初尝试了特氟龙，或称聚四氟乙烯（PTFE），但当金属假体摩擦它时，它会迅速磨损，产生微小颗粒。骨骼与植入物的连接也无法持久。“Dorr 说，‘像这样的松动植入物比骨关节炎更痛苦。’‘颗粒状碎片有点像骨骼的毒药。’”
最终，Charnley 选择了名为高密度聚乙烯的塑料。它的磨损速度不像特氟龙那么快，这一点他通过在自己腿上测试材料得到了证实。他在写给《柳叶刀》的信中写道：“九个月后，两个 PTFE 样本可以明显触及到结节。它们的体积几乎是原始植入物的两倍。”聚乙烯没有这种问题。尽管尚不清楚 Charnley 何时进行的这项自我实验，但他完成了体内测试，才在患者身上开始使用新塑料，这项实践始于 1962 年。
但尽管 Charnley 的发明抓住了基本概念，聚乙烯最终还是给患者带来了严重问题。和特氟龙一样，它也会磨损——只是速度慢得多——在体内引发了一系列反应。巨噬细胞，免疫系统的一部分，吞噬了塑料碎片，这反过来又导致另一种细胞，破骨细胞，吞噬了附近的骨骼。结果就是一种叫做骨溶解的问题，在这种情况下，植入物可能会松动，其周围的骨骼甚至可能断裂。
传记作家 Harris 在《消失的骨头：征服全髋关节置换术引起的隐形疾病》中写道：“这对成千上万的人来说是灾难性的，并严重扰乱了超过一百万人的生活。”他接着描述了一位患者，在 1980 年，距离她的全髋关节置换术不到十年，她在行走时感觉腿骨断裂了。
在 20 世纪 90 年代，包括 Harris 在内的三个团队各自独立地寻找更好的材料。Harris 尤其受到启发，因为他不得不为接受过人工髋关节的患者进行二次手术。“我告诉他们要做手术，然后该死的玩意儿就失败了，”他回忆道。这些复杂的手术，称为翻修手术，可能长达 12 小时。
最终，这些团队各自获得了交联聚乙烯的专利，这是一种在分子水平上更耐用的塑料。它现在已用于数百万个现代人工髋关节中。在电子显微镜下，常规的超高分子量聚乙烯看起来像长链的简单碳和氢分子相互缠绕和纠缠，但没有牢固连接。交联导致相邻分子通过多种强共价键相互连接，从而使材料更坚韧。“交联后，塑料髋关节衬垫就像‘一个巨大的聚乙烯分子’，”Harry McKellop 说，他是一位骨科和生物力学工程师，曾任洛杉矶儿童骨科研究所的研究副总裁。
对于今天的患者来说，这种差异是可以衡量的。新材料的年磨损量减少了 90% 到 95%。在新西兰的一项双盲研究中，接受旧聚乙烯髋关节 10 年的患者年磨损率为 0.27 毫米，而使用交联材料的患者年平均磨损率仅为 0.03 毫米。最近《柳叶刀》上的一篇论文发现，其研究中的 58% 的髋关节可以使用 25 年。不过请注意：这个数字包括了在此最新材料出现之前的植入物，因此现代型号的生存率可能会上升；“我们迄今为止看到的一切都表明它们做得更好，”研究作者 Jonathan Evans 说。
但纽约大学朗格尼骨科医院为我进行髋关节置换手术的外科医生 Roy Davidovitch 说：“圣杯是‘百年聚乙烯’。‘如果你能做到这一点，你基本上可以只做一个髋关节置换，希望这样就够了，而且你可以为越来越多的年轻患者进行手术。’”
越来越多人得到髋关节
如今，这项手术已经从数百次失败演变成了常规手术。2014 年——这是最新可获得的年度数据——美国有 370,770 人接受了新的髋关节。这个数字在稳步增长：根据一项近期研究，到 2030 年，预计美国每年将有 635,000 人接受新的人工髋关节。
虽然很普遍，但仍然是重大手术。马萨诸塞州总医院的 Harris 反思道：“你正在从身体中剥离一个大片段，并用机械装置替换它——这对人体来说是一次巨大的侵袭。但它却有着非凡的成功率。”
虽然数十年的渐进式改进已经确定了为患者提供合成关节的合适材料和手术技术，但仍有工作要做来完善它。如今，人工髋关节最大的问题之一是它们比天然髋关节更容易脱位。另一个问题是感染——人造髋关节没有血流，因此细菌可以在其上积聚。纽约特殊外科医院的骨科外科医生 Michael Alexiades 说，研究人员正在研究解决方案。一种策略是“用一种与金属键合的抗生素涂覆植入物，”他说，在适当的情况下，它可以局部释放。“这仍处于非常早期阶段。”
最终，每个人都受困于自己的身体直到死亡。但是，当身体部位开始衰竭时，如果那个部位是正确的，你就可以得到一个新的：医生也可以更换膝盖、肩膀、肘部、脚踝、手腕，甚至脊柱中的椎间盘。
我的新髋关节在春天上午植入，当天下午我就回家了。这是我的第三次髋关节手术，但却是第一次我觉得真正起作用的手术。它比关节镜手术更具侵入性，但恢复过程却轻松得多。我接受了大约 11 个月的物理治疗，虽然我还没有完全摆脱疼痛，但我的关节终于感觉好多了。我很高兴身上那些天生的部分已经消失了。我很高兴金属、塑料和陶瓷取而代之。多年来，我第一次对我的髋关节充满了希望。
