钴铬钼合金
1967年，我本打算从瑞典回到芝加哥，从事一辈子脊柱生物力学研究，做一辈子脊柱外科手术。然而，在英格兰莱廷顿跟着查恩雷医生学习期间，我亲眼看到世界上最早的“现代”髋关节置换手术，那手术使我感到震撼。我从未想象过这种可能性。我知道自己看见了未来。那两周彻底改变了我的人生轨迹。回到芝加哥后，我选择了髋关节与膝关节置换手术作为自己的毕生事业。
——豪尔赫·加兰特（Jorge Galante），医学博士
尼尔医生对肱骨近端骨折患者进行肱骨头切除术的最终治疗效果不再抱有幻想。他向达洛克医生提及此事，达洛克医生说道：“别愁眉苦脸的，不如你自己想想该怎么做？”
——查尔斯·罗克伍德，医学博士
蚊帐从户外医院的病房天花板上垂落下来，仿佛病床组成的舰队高悬的三角帆。与大多数非洲国家医院一样，在卢旺达的医院病房里，几十张简易病床排列得整整齐齐，没有太多墙壁和窗户，这样有助于空气在病区间自由流动。通风换气有利于阻止肺结核传播，但是敞开的窗户使蚊子乘虚而入。于是，每张简易病床都有一张蚊帐固定在房顶的椽木上；密密匝匝的蚊帐将微小的蚊子阻挡在外，因为蚊子会传播携带疟疾的寄生虫。每天晚上，医院里的人们总是照常把卷起的蚊帐展开，盖住床铺的四个角。到了早晨，再反过来把白色蚊帐绕上十几圈卷紧，系在一个床角上。
昨天深夜，我们美国医疗队与卢旺达外科医师一行从该国西部省区的一家偏远医院来到这里。我在中非指导年轻医生时，总是想起一位资深外科医生多年前说过的话。在我第一次海外之旅前夕，他曾经建议道：“在第三世界教学时，丢掉那些现代教科书吧。”这些地方的特殊之处表现在两个方面：一是我们建议采取的治疗方式是以当前的新技术和新仪器为基础的，而发展中国家不具备这些条件；二是疾病本身也不尽相同，比如结核病在全球范围仍然是一个重大问题，但在美国已经好多了。所以，更好的方法是找一本50年前的教科书，看里面如何讲解骨结核治疗手段以及如何使用简单器械解决一些日常问题。
我一早醒来，与当地医务人员一起进行户外病区的早查房工作。男女老少都住在一个大病区里，周围环绕着参天大树和厚重的藤蔓，还有诡秘的鸟鸣。我们医疗队由卢旺达骨科住院医师保罗陪同来到主病区，许多患者正在卷蚊帐。有些人看起来精神不振。有人告诉我，在过去的几周里，某种消化道疾病正在这片区域蔓延。病房的一侧是疟疾患者，接受过医学训练的人一眼就能看出来，他们时刻处于极度紧张状态而且毫无生气。我从书本上学到，疟疾患者会出现类似流感的症状，包括头痛、发烧、关节痛甚至抽搐，但是近距离看到疟疾患者的痛苦，我对那小小的致病疟原虫深感敬畏，对蚊子也产生了一种新的恐惧。
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”。
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？
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。”
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。
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。
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。
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。
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。
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，1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。
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。
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。
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”2。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。
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）。3
0.1 雕像《自然向科学揭开她的面纱》，来自维基传媒共享资源
2.1 用阳模（凸模，左）在阴模（凹版，右）上印下字形，然后将熔化的金属注入围在凹版字形上的铸模，冷却后即可获得与凸模字形完全一致的活字
2.2 未放置凹版的活字铸模
2.3 活字铸模复制品。a为活字块浇铸而成的位置，b和c是熔化的金属灌注的入口，d为活字铸件
3.1 维萨里《人体构造论》扉页
3.2 来自维萨里《人体构造论》中的肌肉人体图。这本出版于1543年的开创性人体解剖著作推动了文艺复兴运动的开启。维萨里的第四幅肌肉人体图，惠康博物馆藏
4.1 位于伦敦鹤苑的皇家学会总部，埃德蒙·哈雷在这里与科学同行们观看了日食。这条小巷仍然存在，但鹤苑左侧和巷子尽头的建筑物与伦敦市中心的大部分地区一样，在第二次世界大战轰炸期间毁于一旦。来自《伦敦舰队街鹤苑皇家学会：庭院》，［W.H.］，木刻版画，1877年，惠康博物馆藏
4.2 伽利略著作《星际信使》的扉页，其中单独一行写着“PERSPICILLI”，即望远镜
5.1 心脏演示图，展示了心脏右侧缺氧的“蓝色”血和心脏左侧充氧的“深红色”血及主动脉。《心脏正视图》，附动脉和血管，水彩图，17世纪绘制，惠康博物馆藏
5.2 威廉·哈维突破性地发现了手臂静脉中的瓣膜，从而发现了血液循环。《静脉瓣膜的功能》，惠康博物馆藏
5.3 马尔比基绘制的青蛙肺部毛细血管微观结构，从而证实了哈维的循环概念。马尔切洛·马尔比基的《肺部观察》（De Pulmonibus Observation），惠康博物馆藏
5.4 威廉·亨特与约翰·亨特在18世纪用版画记录下一位已故母亲的胎盘和子宫内9个月大的胎儿，他们由此发现了子宫胎盘的营养和气体交换。威廉·亨特的《人类妊娠子宫解剖图》，惠康博物馆藏
5.5 位于海德公园角的圣乔治医院和威灵顿拱门。圣乔治医院是约翰·亨特和亨利·格雷（Henry Gray）曾经工作的地方，现为伦敦顶级酒店——兰斯伯瑞豪华酒店。《海德公园角的圣乔治医院和宪法拱门》，版画，惠康博物馆藏
5.6 约翰·亨特（1728—1793年），皇家学会会员，科学外科之父。他几乎没有接受过正式教育，是一位自学成才、大胆无畏的研究者，也许是《怪医杜立德》和《化身博士》的灵感来源。亨特博物馆藏，约翰·佐凡尼绘制
6.1 卡尔·冯·罗基坦斯基（1804—1878年），19世纪维也纳医学启蒙运动的主要人物之一，在职业生涯中完成了三万例尸检解剖。卡尔·冯·罗基坦斯基肖像，达格奇作，1853年。惠康博物馆藏
6.2 罗基坦斯基在维也纳的病理学研究所，上面刻有拉丁文“对疾病居所与起因的调查”，以致敬莫尔加尼的革命性著作。保罗·弗朗茨·库格勒（Paul Franz Kugler）摄影，来自维基传媒共享资源
6.3 作为皇家学会的首份主要出版物，《显微图谱》是世界上第一本科学畅销书。这就是那幅诞生出“细胞”一词的版画，它说明了生命的基本功能器官。《显微图谱》“软橡木的细胞”，罗伯特·胡克作，惠康博物馆藏
6.4 罗伯特·胡克的革命性著作《显微图谱》以惊人的细节展现了微观世界。胡克绘制这幅跳蚤图的时候，人们还不知道跳蚤与瘟疫之间的关联，可以说他正在玩火。《显微图谱》“跳蚤”，罗伯特·胡克作，惠康博物馆藏
6.5 胡克的显微镜。《显微图谱》中的显微镜版画，罗伯特·胡克作，1665年，惠康博物馆藏
6.6 通过苏木精-伊红染色的人体组织载玻片。细胞核（包含DNA）被染成深紫色，周围组织为淡紫红色。染色使微观世界走出了枯燥无味的白色粉饰，呈现出焦点分明的现实画面。来自维基传媒共享资源
7.1 维也纳总医院，多个医学专科的诞生地。来自维基传媒共享资源
7.2 伊格纳兹·塞麦尔维斯（1818—1865年），饱受折磨、无人赏识的匈牙利医生，他曾经试图说服医生洗手，但未成功。惠康博物馆藏
7.3 约瑟夫·利斯特（1827—1912年），或许是世界历史上最重要的外科医生，发明并推广了消毒技术和消毒外科。惠康博物馆藏(https://www.daowen.com)
7.4 罗伯特·科赫（1843—1910年），医学先驱，开创性地解开了培养和识别细菌之谜。惠康博物馆藏
.1 罂粟。《罂粟：白色花朵、种荚和种子》，根据M.伯内特（M.Burnett）作品创作的彩色锌版画，约1853年，惠康博物馆藏
9.2 汉弗里·戴维（1778—1829年）的一氧化二氮提取装置。汉弗里·戴维是化学先驱，电化学之父。他发现了一氧化二氮，即笑气。惠康博物馆藏
9.3 最初的麻省总医院，医院顶端便是“乙醚穹顶”。1846—1847年的波士顿麻省总医院图像，惠康博物馆藏
9.4 威廉·托马斯·格林·莫顿（1819—1868年）在麻省总医院第一次展示了乙醚麻醉。惠康博物馆藏
9.5 威廉·莫顿使用的麻醉装置
11.1 象牙植入物图解（1890年）。出自斯托克利·格鲁克的《现代外科实验所取得的积极成果：缝合与缺陷的替代》，第101—111页；第316—382页，图版3：20。来自维基传媒共享资源
11.2 史密斯-彼得森型臼杯关节成形术为所有现代关节置换奠定了基础。图为用于髋关节置换手术的史密斯-彼得森型髋臼杯，惠康博物馆藏
11.3 史密斯-彼得森铸型关节成形术的早期变化。来自马里乌斯·尼加德·史密斯-彼得森的《髋关节成形术》，见《骨骼与关节外科杂志》，1939年
15.1 人体心脏的电传导路径。医学绘图师帕特里克·J.林奇（Patrick J.Lynch）和医学博士、心脏科医生C.卡尔·杰斐（C.Carl Jaffe）作，来自维基传媒共享资源。
15.2 厄尔·巴肯发明的第一台起搏器。厄尔·巴肯博物馆藏
17.1 医学博士查尔斯·S.尼尔的全肩关节成形术。《骨骼与关节外科杂志》，1974年，56：1-13。来自维基传媒共享资源
20.1 大脑的“布罗卡氏区”。来自维基传媒共享资源
20.2 圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔（1852—1934年），神经系统科学之父。来自哈瓦那医科大学
20.3 拉蒙-卡哈尔绘制的鳟鱼延髓。来自珍妮莉娅档案馆
20.4 拉蒙-卡哈尔绘制的绿头蝇视网膜和视觉中心。来自珍妮莉娅档案馆
20.5 人类大脑中的“小人”。来自EBM顾问
21.1 鼓舞人心的道迪夫妇，失聪、失明但不是真的行动不便。洛厄尔·汉德勒（Lowell Handler）摄
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。”4
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 Péan）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 and Elbow 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：
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。5
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。
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”。6120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。
外科医生们就像看到了“不要践踏我”[2]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。
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。
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，7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。
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。
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。
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。”8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。
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）。
史密斯-彼得森意识到铸模关节成形术的这些初步尝试无法担此重任，他与自己的波士顿牙医约翰·库克讨论了失败的情况，库克建议他采用钴铬钼合金（Vitallium），这是一种颇受牙医青睐的新型合金。莱纳·埃德勒和查尔斯·普兰奇两位医生创建了奥氏实验室（Austenal Laboratories），专门运用新兴的合金材料铸造牙模。从青铜时代开始，人类就尝试将各种基本金属元素（例如铜、锡、铁和锌）组合在一起，随着铬、钴、钼等稀有元素的发现，“不锈”钢材成为可能。
我们常常见到工厂钢架或桥梁生锈，这是由于水的存在，周围空气中的氧气与钢材中的铁相结合，发生了氧化，经过一系列的氧化还原反应形成氧化铁。令人惊讶的是，同样的反应过程可以在人体中发生，人体中显然含有氧气和水，所以普通的钢植入物进入人体将带来灾难性的失败。分辨哪种金属可以在人体内应用在20世纪属于冶金学家的工作，他们对各种元素进行反复试验，并根据性能、硬度以及成本方面的表现，确定适用的合金。但是，一位来自圣安东尼奥的外科医生，为史密斯-彼得森、尼尔以及后来的每一位追随他们的外科医生解开了合金的秘密。
放射影像的出现使骨折的护理得到了极大的改善，外科医生可以真正地看到每一块骨骼的骨折情况，然后将其分类。最终创伤医生知道哪些骨折打上熟石膏就能痊愈，哪些需要手术干预。最初的螺丝钉和金属板（带有螺孔的长而薄的金属片）由纯金属如铝、银、金和锡制成，但事实证明，这些材质还是太软，不足以支撑愈合后的骨骼。铁要坚固得多，但是会与周围组织发生化学反应，所以并不可行。合乎逻辑的下一步是尝试铬电镀钢板，即镀锌的钢材，以期最大限度地减少腐蚀。但不幸的是，在螺纹与金属板啮合的地方，镀铬被磨损掉了，暴露在外的钢板就会受到腐蚀。
因此，唯一能被人体接受的骨科植入物必须是一种彻头彻尾的合金，但是人们还从未进行过这方面的生物学测试。在圣安东尼奥，弗吉尼亚州长大的查尔斯·维纳布尔（Charles Venable）医生与两位骨科搭档花了数年时间，专门在狗的前肢骨骼上测试螺丝钉，对骨骼及周围组织进行X射线检查和显微镜分析。他们对24条狗进行了实验，在狗的前肢骨骼上近距离打上一系列的金属螺丝钉。他们知道每种金属都有自己的“电动势”（EMF），即描述一种金属与其他金属电势关系的数学表达。电动势差异较大的金属制成的螺丝钉近距离放在一起，可以生成一种电势，继而在两个螺丝钉之间产生电蚀作用。在所有被测试的金属和合金中，骨骼及其周边组织对一种合金的耐受性最好，那就是钴铬钼合金。9不同于其他不锈钢合金，钴铬钼合金不含铁，只有钴（65%）、铬（30%）、钼（5%）以及微量的锰和硅。这种合金所表现出的电解反应最弱，愈合结果最佳。
在文章的结尾部分，维纳布尔与他的共同作者陈述道：“……我们建议骨科使用一种类似于钴铬钼合金的材料……”（如果其中的铬最终没有对人体产生毒性的话）。这次可以说是大局已定。几年来，奥氏实验室一直提倡牙医使用钴铬钼合金，但维纳布尔的文章第一次在外科期刊中提到这种合金。在维纳布尔医生亲自向他担保这种合金“完全合适”之后，史密斯-彼得森医生立即着手制作钴铬钼合金模具，并经过反复试验，在1938年6月植入了第一个模具（见彩插11.3右图）。仅10个月后，他发表了自己最重要的一篇文章。10他已经知道铸模关节成形术的原理是一项重大创新，但突破点在于钴铬钼合金这种材料。既然现在已经找到了一种具有优良弹性又经久耐用的植入物，那么他就可以在文章中探讨一种值得关注的可能性了。“现在的问题是，我是否应该抛弃原本的铸模原理。如果钴铬钼合金是一种惰性材料，即使将它插入两个移动的表面之间，也不发生反应，那么或许就不需要第二阶段移除铸模的手术。”11史密斯-彼得森猜测，新的“再造表面”手术也许足以解决问题，不过只有时间能够证明其结论。正如科幻小说家儒勒·凡尔纳所说：“科学是由错误组成的，但这些错误是有用的，因为它们会指引我们一步一步地走向真理。”
现在回想起来，从覆盖股骨头的活动性臼杯，到金属材质的替代性股骨头，这种理念的飞跃似乎是顺理成章的。当时的外科医生经常处理股骨头粉碎性骨折，习惯了以麻木的情感告知患者，他们要接受在柳条轮椅上度过余生的宿命。在第二次世界大战前后，有进取精神的骨科执业医生认为可以用金属股骨头完全替代坏死和塌陷的股骨近端，第一位将这个想法付诸实践的医生是巴尔的摩约翰斯·霍普金斯医院的哈罗德·博尔曼（Harold Bohlman）。他饶有兴味地阅读了维纳布尔和史密斯-彼得森的文章，在钴铬钼合金铸模关节成形术的论文发表仅仅几个月后，他在一根金属柄上安装了一个钴铬钼合金材质的球体，仿佛制作了一个夹心棒棒糖。
此后的一年里，世界各地的外科医生都竞相设计与博尔曼所制作的股骨头替代物相似的假体，通常都使用金属材质，但偶尔也使用丙烯酸等新型聚合物。然而，外科医生们逐渐看到安装的金属球体松动下沉，彻底失败，最初的热忱不出几年就消失了。曾经的残疾患者本来通过植入钴铬钼合金股骨头暂时缓解了髋部疼痛并解决了残疾问题，可是现在他们再次变成了残疾人。第二次世界大战接近尾声时，改良合金材料面世仅有几年时间，另一项使外科医生们备受鼓舞的惊人变化发生了，即青霉素的发现及其生产方式的改进。虽然手术器械和植入物的蒸汽灭菌（发明于19世纪80年代）已经降低了感染的风险，但是抗生素的出现改变了医学世界的每一个角落，也再次激励了人们为解决髋关节病变深入地探寻答案。外科先驱们开始思考，如果铸模和小巧的人工股骨头感染已经不再是问题，那么从长期效果来说，大型假体是不是更好的选择。
科学技术发展的讽刺之处在于，世界上许多的伟大创新都是由一些个体在偏远落后之地灵光一现而促成的。这世上每出现一个来自萨尔茨堡的莫扎特，就会有一个来自明尼苏达州希宾的鲍勃·迪伦。在外科学领域，这样一种开拓性的突破来自俄克拉何马市和南卡罗来纳州哥伦比亚等地的小人物。
美国骨科医师学会（AAOS）是世界上最大的重要骨科机构。在学会成立的前15年中，其全国总部都会在芝加哥召开一年一度的会议。但是，在1950年，数以千计的外科医生参加了学会在纽约市华尔道夫酒店举办的会议。在参会者中，有一名来自俄克拉何马市的外科医生带着一名65岁的女性患者。厄尔·麦克布莱德医生是来展示一款新型髋关节植入物的，它与以往的所有设计都不同，将钴铬钼合金材质的股骨头安置在一根长长的金属柄顶端，这根金属柄向下置入中空的股骨髓腔。他很不寻常地把第一位接受这种关节置换的患者带在身旁，这在今天十分罕见，但19世纪的医生确实会带着他们的患者会见同事，以展示罕见疾病或者特殊成果。我们不难推测，麦克布莱德医生带着自己的患者一路从俄克拉何马市来到纽约，是因为他想让外科医生们亲眼看到她的预后有多出色。
不到两年后，他在《骨与关节外科杂志》（Journal of Bone and Joint Surgery）12上发表的文章中详述了“门把式”假体的运用，这是一种将植入物插入股骨髓腔的关节置换术。自格鲁克医生于1890年将象牙植入物填入长长的骨髓腔以来，这还是首次将假体植入髓腔，当然这一次麦克布莱德使用的是钴铬钼合金。他写道：
尽管她运动无碍，没有疼痛，不需要借助任何支撑物就可以在［纽约的］街道上行走，但还是有很多人各持己见，认为这“根本行不通，金属过多，髋臼无法承重，压力会造成坏死，会出现松动”。13
在这篇1952年发表的文章中，所有的22名患者都恢复良好，其中包括陪同他去纽约的那位患者，他们没有发生感染和脱位。那些唱反调的人都错了。虽然麦克布莱德的螺纹柄禁不住时间的考验，但是，1950年2月会议之后的短短几个月间，髋部和肩部的柄状植入物大量出现，这便是他的发明创新所带来的影响。直到20世纪70年代，美国食品和药品监督管理局才设立了医疗器械部门（Bureau of Medical Devices）来监管此类事物。此前，所有医疗器械发明都是自由自在的，任何外科医生或工程师都可以想象、设计、制作装置并将它们植入人体，基本上不受任何限制。虽然这并不总是对患者有利的，但是，美国以及世界其他地区无限制的大环境与技术的飞速发展、抗菌药物的进步相结合，为植入物的兴起奠定了基础。
塞米斯托克利斯·格鲁克准备在1890年的柏林国际外科学大会上做报告，因此与医疗器械制造商和一流的家具工匠合作，一起在人体骨骼模型上安装了象牙材质的肩、肘、腕、膝和踝替代物。我们可以想象，将人体骨骼与手工制作的象牙替换关节组装在一起有多么费时费力。但是，德国外科同行担心他的研究使德国科学界声誉蒙羞，拒绝了格鲁克的展示。这副模型后来以“巴黎骨架”（Skeleton of Paris）之名为人所知。14“巴黎骨架”在欧洲各地展览了数十年，在第二次世界大战后归苏联所有。简而言之，科学怪人弗兰肯斯坦所造的怪物，已经从幻想中的恐怖生物变为一副骨骼与象牙混合制成的人体骨架。
二战结束的几十年后，在一部1973年首播的电视剧中，名为史蒂夫·奥斯汀的美国宇航员在一次失败的飞行实验中受了重伤，勉强活了下来。这就是《无敌金刚》（The Six Million Dollar Man）的故事。剧中的行事神秘的政府特工奥斯卡·高德曼以普罗米修斯般的造物主口气说道：“先生们，我们可以重新组装他。我们拥有这种技术。我们可以使他比过去更优秀。更好……更强……更快。”
【注释】
[1]关节成形术英文为arthroplasty，来自希腊语，意为“形成或塑制一个新的关节”。——作者注
[2]“不要践踏我”，是美国独立战争期间的一面黄色旗帜，上面盘着一条响尾蛇，下方有一行字：不要践踏我（Don't Tread On Me）。——译者注