如果你想要增加骨密度之心過于熱切,每天攜帶40磅(約18公斤)負(fù)重徒步10英里(約16公里),會(huì)發(fā)生什么?你可能會(huì)疲勞性骨折,又稱應(yīng)力性骨折(或者在軍事招募中叫行軍骨折)。以下是發(fā)生了什么:
把金屬衣架彎折一次,什么也沒發(fā)生。把它在同一個(gè)點(diǎn)上反復(fù)彎折,首先是油漆剝落,然后閃亮的金屬顏色變悶,最后它會(huì)變熱然后斷裂。骨頭也會(huì)發(fā)生一樣的事。錐狀切面的工作速度只有那么一點(diǎn)。如果你重復(fù)給骨頭施壓的速度快過錐狀切面對它的強(qiáng)化,骨骼就會(huì)逐漸衰弱。出現(xiàn)微小的裂縫,導(dǎo)致局部疼痛和敏感,尤其是在令人不適的活動(dòng)當(dāng)中更為嚴(yán)重。起初的骨裂很微小,X光下顯示正常,但磁共振成像(MRI)會(huì)在受傷區(qū)域顯示出額外液體。
疲勞骨折會(huì)發(fā)生在士兵的足部、跑者的脛骨、舞者的髖部和體操運(yùn)動(dòng)員的腕部。避免有傷害的活動(dòng)數(shù)周,通常能讓錐狀切面趕上來,而且接下來逐漸增加活動(dòng)強(qiáng)度,也不會(huì)超過它的修復(fù)速度。相反,忽視疼痛、繼續(xù)對骨頭施壓則會(huì)導(dǎo)致徹底受損——咯嘣,就像衣架一樣。如果不加焊接,衣架就這么斷著了。但神奇的骨頭有能力治愈自己,很可能不會(huì)留下任何受過傷的痕跡。
那完全骨折又是怎么恢復(fù)的呢?讓我們先搞清一些術(shù)語。對骨科醫(yī)生來說,骨折(fracture)和斷裂(break)是一回事。我經(jīng)常聽到人家這么說:“什么,你說我骨頭斷了。急診醫(yī)生說的是骨折?!被蛘叻催^來。我不知道有些人是不是覺得骨折比斷裂更嚴(yán)重(或反之),或者他們認(rèn)為的兩者間可能的區(qū)別源自何處,但請將這二者視為同義詞。
既然解釋過了,讓我們來假定一個(gè)場景:你被一根停車樁絆倒,本能地把手朝前撐去,以避免臉著地。坐起來的時(shí)候你發(fā)現(xiàn)手腕劇痛,手和手臂各自指著不同方向。骨頭斷裂,碎片傾斜,這是活骨頭遇到的大地震。如果你回到家,抓起一本雜志繞在變形的手腕周圍,并用領(lǐng)帶纏好,接下來會(huì)怎樣?你沒有急診室或骨科醫(yī)生,而是打算順其自然。這種場景在今天看來不太可能,至少在工業(yè)化國家很不可思議,但動(dòng)物在沒有專業(yè)幫助的情況下讓骨折愈合已經(jīng)有幾百萬年了。有化石和陰莖骨作證。如果讓折斷的手腕自行恢復(fù)會(huì)發(fā)生什么?
像發(fā)生疲勞性骨折的時(shí)候一樣,那些奇妙的錐狀切面會(huì)忙起來,但這次情況大為不同。斷裂參差的骨頭裂縫對錐狀切面來說太大了——就像慌里慌張的沙漠陸龜跳不過圣安德烈亞斯斷層一樣。但如果我們暫時(shí)用某些半固體物質(zhì)(比如泥漿)填滿裂隙,那么即使地面不穩(wěn),龜也可以爬到另一邊去。
斷骨事實(shí)上發(fā)生的情況一直令我驚嘆。當(dāng)錐狀切面原地等待時(shí),從撕裂的毛細(xì)血管中滲出的血液很快填補(bǔ)起了斷裂處。大約在2周的時(shí)間里,新的毛細(xì)血管和膠原網(wǎng)絡(luò)在凝塊中形成。而且在創(chuàng)傷發(fā)生后不久,各種化學(xué)塞壬就開始唱響警報(bào),這些尖叫喚醒鄰近細(xì)胞開始生產(chǎn)質(zhì)地類似油灰的軟骨。這一區(qū)域的成骨細(xì)胞貢獻(xiàn)了一些原始狀態(tài)的骨骼硬化這些油灰。根據(jù)骨骼和裂縫的大小,3-6周后,地震結(jié)束了。好啦,碎片暫時(shí)與新的骨頭粘在了一起。
現(xiàn)在錐狀切面開始行動(dòng)。它們跟著原始骨產(chǎn)生的壓電信號,鉆上上千個(gè)小洞,在里頭安進(jìn)結(jié)實(shí)成熟的骨質(zhì)。對于手部大多數(shù)骨折而言,骨強(qiáng)度會(huì)在4-6周后充分恢復(fù)到可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和體力勞動(dòng)。因?yàn)樾枰系匠袚?dān)體重壓力,下肢骨折得等上12-16周后才能再挑戰(zhàn)下一個(gè)停車路障。錐狀切面會(huì)在數(shù)月里持續(xù)重塑骨骼,甚至在大骨骼中持續(xù)數(shù)年,慢慢替換掉斷裂碎片。最初受傷的痕跡慢慢減少,隨著錐狀切面完成重建而幾乎消失殆盡。
上臂骨折的依序側(cè)視圖顯示了一次骨折的漸進(jìn)愈合和重塑,從發(fā)生時(shí)(a),至4周后(b)、8周后(c)和16周后,其時(shí)骨折已經(jīng)完全愈合(d)。破骨細(xì)胞使尖角變鈍,同時(shí)成骨細(xì)胞形成新骨以穩(wěn)定骨折處。骨形成和骨破壞細(xì)胞一起工作,漸漸恢復(fù)了骨頭的對齊和外形
其他組織都不會(huì)這樣。例如,你兒童時(shí)期皮膚上留下的疤痕,或許幾十年后仍然可見。而如果心臟遇到梗死,受損心肌會(huì)完全變成疤痕,永遠(yuǎn)影響著其余心肌的跳動(dòng)。唯一愈合不留痕跡的組織是骨頭和角膜,不過角膜的事這里就不說了。
患者經(jīng)常問醫(yī)生,“怎么才能讓我的骨折恢復(fù)得快一點(diǎn)?”簡單來說,就讓你的破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞開心一點(diǎn)。它們夜以繼日地在骨折處工作,制造重塑新的骨質(zhì)。如果得不到必要的建筑材料,就會(huì)拖慢重建進(jìn)程。
1863年的葛底斯堡,一名18歲的士兵大腿骨被火槍子彈擊碎,雖然10周以后他因感染失控而死,但這一創(chuàng)傷產(chǎn)生了蓬勃的新骨質(zhì)來試圖愈合創(chuàng)傷。國家健康醫(yī)學(xué)博物館Otis歷史文獻(xiàn),照片ID:NCP1603
有三類因素影響骨折愈合,第一類是患者多少能控制的:營養(yǎng)(健康均衡的飲食)、吸煙(不要吸),糖尿病(加以控制)和感染(不要感染;如果已經(jīng)發(fā)生了,進(jìn)行積極治療)。營養(yǎng)不良會(huì)影響所有類型的創(chuàng)傷愈合,因?yàn)檎麄€(gè)身體都缺乏必要的營養(yǎng),當(dāng)然也沒有多余材料可以運(yùn)往施工現(xiàn)場。尼古丁會(huì)收縮血管,所以即使現(xiàn)場有足夠的營養(yǎng),狹窄的血管也沒法通暢運(yùn)貨。糖尿病也會(huì)限制血管輸送材料的能力。而且未得到良好治療的糖尿病患者血糖會(huì)胡亂波動(dòng),先是高糖分激發(fā)了修復(fù)細(xì)胞,再把這份激勵(lì)奪走,細(xì)胞會(huì)陷入混亂。最后,如果發(fā)生了感染,細(xì)菌會(huì)與成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞爭奪營養(yǎng)。骨折感染在適當(dāng)管理下可以愈合,患者遵循醫(yī)生關(guān)于創(chuàng)傷護(hù)理和抗生素治療的指導(dǎo),能最小化感染造成的破壞。
第二類影響愈合的因素,是醫(yī)生們多少能控制的。包括骨折部分的移動(dòng)、糖尿病和動(dòng)脈硬化(會(huì)限制血流)。如果脆弱的毛細(xì)血管嘗試在骨折處生長和遞送營養(yǎng),但卻因?yàn)楣穷^兩端的移動(dòng)而破裂分離,那營養(yǎng)物質(zhì)就無法到位了。醫(yī)生可以通過治療手段對糖尿病加以控制、擴(kuò)張老邁的血管,以及增進(jìn)心臟泵血效率,這些都是為了促進(jìn)運(yùn)送營養(yǎng)。甾類是有效的抗炎治療方式,而炎癥是骨折愈合的必要部分。因此為了促進(jìn)盡快愈合,要避免使用這類藥物。對,異丁苯丙酸(艾德威、布洛芬)、萘普生(Aleve)、塞來昔布(Celebrex)和阿司匹林通常也是抗炎藥,但沒有甾類化合物那么強(qiáng)大。在某些實(shí)驗(yàn)中,這些非甾體抗炎藥也對創(chuàng)傷愈合有反作用,但在真實(shí)世界的骨折愈合中其效果可以忽略不計(jì)。因此在骨傷愈合中,適度使用非甾體抗炎藥鎮(zhèn)痛要好過吞麻醉藥片。
第三類因素則是任何人都無法控制的:衰老。老年人不可能像年輕人一樣活力四射,他們的成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞也一樣。
以上任意因素導(dǎo)致的愈合緩慢,可以通過參加“骨頭搖滾音樂會(huì)”來改善。就像滾雷的巨響有時(shí)能讓茶杯晃動(dòng),搖滾音樂會(huì)的擴(kuò)音器有時(shí)會(huì)讓你的內(nèi)臟顫抖,聲波也可以讓你的成骨細(xì)胞搖晃起來。不過這些聲波的頻率太高,人耳是聽不見的:它們是超聲波。骨折的人可以在骨折處皮膚上放一個(gè)超聲裝置(大約和一疊牌的大小相近),讓局部成骨細(xì)胞來一場只有它們能聽到的搖滾音樂會(huì)。每天10-20分鐘,聲波網(wǎng)絡(luò)對羥基磷灰石造成的壓電力近似于走路。為了響應(yīng)這種震顫,造骨細(xì)胞們的工作節(jié)奏就會(huì)從華爾茲變成搖滾——對機(jī)械刺激的生物響應(yīng)。為了改進(jìn)超聲波對骨折愈合的效果,避免先入為主的觀念對結(jié)果的影響,研究者們進(jìn)行了“雙盲”研究,意思是研究者或患者在研究結(jié)束前不知道誰接受了真正的治療,誰用的是假貨。獲得超聲治療的患者骨折愈合速度,顯著高于拿到“糖丸”(雙盲研究中常將對照組的藥物稱為“糖丸”,此處指對照組獲得的治療方式)的患者。因此雖然我們看不見、聽不見也感覺不到超聲波,愈合中的骨頭知道,并且很享受現(xiàn)場。
骨頭的這種響應(yīng)類似于電或磁刺激嗎?理論上存在一些應(yīng)用的可行性,因?yàn)槲覀円呀?jīng)知道擠壓羥基磷灰石會(huì)產(chǎn)生壓電力,波動(dòng)的磁場也會(huì)產(chǎn)生電流。研究者、企業(yè)家和江湖醫(yī)生(三者不一定不重合)曾嘗試用磁場和各種來源的電刺激來刺激骨骼愈合。在很久很久以前,比較野的人還用過電鰻和磁石。近年來能用的專利設(shè)備通常有骨折部位附近的體表裝置或者植入電極。但這些裝置的鼓吹者常避免使用雙盲研究來測試這些裝置的效果。效果沒得到證明,這些設(shè)備激不起太大水花。但必須承認(rèn),這些東西還是比袖子上纏條電鰻讓人好接受得多。
在嚴(yán)重骨折或腫瘤手術(shù)后失去了大塊骨骼之后,會(huì)發(fā)生什么?像普通骨折一樣,身體嘗試用新骨頭填滿裂縫,但無論骨頭多么努力修復(fù)自己,可能都無法彌補(bǔ)空隙、避免移動(dòng)。最后空隙處可能填滿軟骨狀的纖維組織,骨骼仍不穩(wěn)定并形成假關(guān)節(jié)。骨科醫(yī)生可以用別處的骨組織來填補(bǔ)空隙。要理解骨移植,可以用借錢來類比。
如果你缺點(diǎn)小錢,挖挖沙發(fā)后面,搖搖撲滿沒準(zhǔn)就夠了。沒人缺這點(diǎn)錢,也不用貸款。如果你需要的是一大筆錢,那你可以從自己的退休賬戶或者孩子的教育基金里借。這樣能解燃眉之急,但會(huì)在別的地方造成一筆虧空,隨著時(shí)間推移也許能彌補(bǔ),但也可能不行。最后,如果你自己無法周轉(zhuǎn),你可以去銀行請求一筆捐贈(zèng)——沒錯(cuò),是捐贈(zèng)。
這就和骨移植差不多了。如果外科醫(yī)生只是需要少量強(qiáng)健細(xì)胞來刺激新骨骼的形成,比方說在脊椎融合過程中補(bǔ)充局部骨質(zhì),那他們可以暫時(shí)切開骨盆堅(jiān)硬的外表,從內(nèi)部刮取一些骨松質(zhì)。幾小勺骨質(zhì)即可,也不會(huì)改變骨盆形狀。這些松脆的骨移植物提供不了機(jī)械穩(wěn)定性,但它充滿了形成骨骼的成骨細(xì)胞,能快速填補(bǔ)接收方欠的債。與此同時(shí),捐贈(zèng)方會(huì)填充新骨,以后有需要還可以再次捐贈(zèng)。
有時(shí)候外科醫(yī)生會(huì)需要一小段結(jié)構(gòu)完整的骨骼來填補(bǔ)不愈合的骨折點(diǎn),或者在移除骨腫瘤后填補(bǔ)空缺。在這些情況下,一段來自患者自己骨盆的完整厚度的骨骼就會(huì)很好用。除非本人非常瘦或者這塊骨骼大于一平方英寸(約6.5平方厘米),這樣對本人沒大壞處,而且也看不出來。
假如需要的是一段長而直的骨骼移植,人們通常求諸腿骨。膝蓋到腳踝之間這兩段骨骼支撐著體重,這正是我們強(qiáng)壯的脛骨。外側(cè)的是腓骨,直徑半英寸(約1.3厘米)。除了靠近腳踝的一小段,腓骨只是踝關(guān)節(jié)和腳趾肌肉的連接點(diǎn),就算沒有腓骨這些也一樣能保持功能。因此在骨科醫(yī)生的“長骨伐木場”里,腓骨是骨干選手。根據(jù)患者身高不同,可能會(huì)取走6-10英寸(15-25厘米)的腓骨來填補(bǔ)某處重要骨骼的空隙。腓骨段比大多數(shù)它要替換的骨骼細(xì),因此它需要強(qiáng)健的內(nèi)部骨板和外部支架提供至少一年的支撐。這類橋狀移植就是“種子基金”,能生長得更強(qiáng)壯,經(jīng)過數(shù)年,逐漸變得能完全抵抗彎折、扭曲和壓力。
骨科醫(yī)生有幾種方式誘導(dǎo)腓骨進(jìn)入角色。如果需要架橋的裂縫不到腓骨一半長,腓骨段可以一分為二。雖然要生長到提供足夠支撐力還需好幾個(gè)月,這樣比用單段要省時(shí)。換句話說,它讓貸款再生產(chǎn)的速度加倍,但沒有增加債務(wù)。
不管大小如何,借來的部件如能快速投入生產(chǎn),會(huì)讓它更有吸引力。有一種骨科手術(shù)可以連骨頭帶支持它的毛細(xì)血管一起精心收集,讓移植骨快速進(jìn)入狀態(tài)。在安放好移植物之后,手術(shù)醫(yī)師把腓骨的動(dòng)脈和靜脈與附近的血管相連。血液會(huì)像骨移除之前那樣從腓骨中流過。隨著循環(huán)快速恢復(fù),移植腓骨會(huì)很快愈合和增大,開始償付借貸。
目前提到的骨借貸都是來自患者自體,所以不會(huì)引起免疫系統(tǒng)警覺、造成排異風(fēng)險(xiǎn)。但有些時(shí)候需要大量骨骼片段,患者自身提供不了這筆借貸。此時(shí),外科醫(yī)生會(huì)轉(zhuǎn)向一名新近亡故的捐贈(zèng)者提供的饋贈(zèng)。在移除心臟、肝臟和腎臟后,人們會(huì)取走骨骼,前面這些臟器需要用冰保存并快速移植到感恩的受贈(zèng)者身上,并且終身使用強(qiáng)大而危險(xiǎn)的抗排異藥物加以保護(hù)。相反,骨骼經(jīng)過了從容的清洗,移除內(nèi)含的所有血液和蛋白,然后干燥、密封進(jìn)塑料袋,經(jīng)過滅菌和編目存儲起來,直到有人需要它。沒有了蛋白,骨頭植入異體就不會(huì)造成免疫反應(yīng),因此它們能提供任何形狀大小的移植物而無須擔(dān)心排異。這是個(gè)了不起的饋贈(zèng),但也有一些附帶條件。因?yàn)橐浦彩w的骨骼沒有血供和細(xì)胞,這需要受移植處自行供應(yīng),它確實(shí)能供應(yīng)但速度很慢。同時(shí),尸體的骨移植易碎或易分解。因此一般不會(huì)輕易進(jìn)行這種移植。
如果你恰好有一個(gè)同卵雙胞胎,你可以從他/她那里借用富含活細(xì)胞的活骨,也沒有排異之虞,因?yàn)槟銈兊拿庖呦到y(tǒng)是一樣的。但也要謹(jǐn)慎為之——也許你的雙胞胎什么時(shí)候會(huì)需要你的某個(gè)腎。
就像借錢之前需要再三權(quán)衡,骨科醫(yī)生在骨移植之前也會(huì)和病人討論各種骨移植的優(yōu)缺點(diǎn),平衡每一種的相對優(yōu)勢。松質(zhì)骨是現(xiàn)成的,不會(huì)導(dǎo)致永久性骨骼缺陷,而且愈合比密質(zhì)骨要快;但密質(zhì)骨的當(dāng)前強(qiáng)度高于松質(zhì)骨。移動(dòng)骨骼并立即恢復(fù)血供的手術(shù)很長且困難,但愈合時(shí)間可以短很多。尸體來源的骨骼能選擇任意大小形狀,但恢復(fù)時(shí)間要久得多。有時(shí)候使用兩種骨移植來彌補(bǔ)同一“欠債”處,可以少做一些取舍——在本體借貸的同時(shí)接受一筆獨(dú)特的饋贈(zèng)。
一位普通骨科醫(yī)師的工作很大一部分是在修補(bǔ)創(chuàng)傷。目標(biāo)在于,促進(jìn)骨折良好快速愈合。在歷史上,只要多少對齊后愈合就算勝利,而邪惡的敵人——吸煙、營養(yǎng)不良、糖尿病和高齡,則始終并且仍將被視作洪水猛獸。不過,即使面對如此敵手,新的骨折固定方法和刺激成骨細(xì)胞的方法也一直在改變結(jié)局。
現(xiàn)今,如果骨折在碎片沒有充分對齊時(shí)愈合,會(huì)被視為虛假的勝利。例如,孩子(和其父母)不會(huì)容忍骨折愈合后大腿骨是直的但角度偏轉(zhuǎn),導(dǎo)致她的足尖指向側(cè)面。但某些不那么明顯的不對齊可能需要數(shù)年乃至數(shù)十年才會(huì)顯現(xiàn)出來。比如說,假如有一處斷裂貫穿了關(guān)節(jié),使接觸面不再平滑。——就好像高速車道有一條比旁邊的高了2英寸(約5厘米)。車輛仍然可以通過,但最終會(huì)出事。如果某個(gè)骨折愈合時(shí)在關(guān)節(jié)上有這么一段不平整,最終會(huì)破壞軟骨。當(dāng)堅(jiān)硬的支撐骨開始彼此摩擦,會(huì)造成疼痛、腫脹和活動(dòng)受限,甚至造成嘎吱作響及骨裂。
正常腿骨的排列和形狀(a)和斷骨明顯不同(b),過去人們曾經(jīng)認(rèn)為骨折愈合就萬事大吉,即使腿骨變短、發(fā)生畸形和導(dǎo)致跛行。(b)威廉·切塞爾登,《骨解剖學(xué)》
不是每種骨折的前景都這么慘淡。其實(shí)有時(shí)外行人覺得看起來好像沒對齊,結(jié)果卻十分理想。想象某個(gè)孩子大腿骨中間骨折了。他的愈合響應(yīng)非常強(qiáng)韌,增加的循環(huán)不僅在骨折處促進(jìn)愈合,還刺激了骨頭端部的生長板。如果這樣的骨折良好對齊并愈合了,X光看起來很壯,父母很高興——就這一會(huì)兒。到了第二年,因?yàn)楣钦蹘砀酄I養(yǎng)和循環(huán),受傷腿骨會(huì)比另一條長出多達(dá)1英寸(約2.54厘米)。雙腿如果有半寸的差異,成年之后孩子和父母可能不會(huì)注意到,他行動(dòng)完全不受影響。(即使沒有受過傷,雙腿也經(jīng)常不一樣長,沒人注意或者在意這個(gè)。)但差一英寸就會(huì)導(dǎo)致人偏向一側(cè),然后他會(huì)通過無意識彎曲脊柱、朝向較長的腿那側(cè)來糾正姿勢,確保體軀豎直。這樣有用,但也就一會(huì)兒。最終,下背部肌肉會(huì)因過度使用而勞損,產(chǎn)生疼痛。用特制鞋底和鞋跟的鞋子也許能補(bǔ)償肢體長度差異,讓脊柱高興起來,但人就不一定高興了。
后面會(huì)談到,遇到骨頭太長或太短骨科醫(yī)生能做點(diǎn)什么,無論是因?yàn)槭軅€是遺傳造成的(這是能影響到骨骼的兩大類疾?。?。還有哪些類型的疾病能傷害到世上最好的建筑材料?
本文為《識骨:隱秘與露骨的人體傳奇》一書的第3章《骨頭斷了》。
《識骨:隱秘與露骨的人體傳奇》,【美】羅伊·米爾斯/著 鐘與氏/譯,重慶大學(xué)出版社,2023年8月版