外科手术的进步
文/王国强,中国科协创新战略研究院研究员,博士,主要研究方向是科技史、科技政策和科技传播。
外科手术的进步
外科医疗与人类文明一样古老,早在5000年之前就出现了开颅手术。从19世纪下半叶至今,随着医学技术的进步,外科手术逐步从大胆创新的“割治”技术阶段进入到“复原与更换”手术的精细时代。
●麻醉、消毒和输血技术的进步为外科手术铺平了前进的道路
麻醉避免了手术产生的剧痛。鸦片、印度大麻、酒精是古代手术最早使用的镇痛药。1846年,美国牙科医生莫顿(William Morton)首次用乙醚成功完成无痛拔牙手术。此后,手术中使用乙醚被迅速推广,成为麻醉史上重要转折点。由于乙醚经常导致患者呕吐,很快就被氯仿取代。
1947年,英国爱丁堡大学医学院教授辛普森(James Y. Simpson)首次用氯仿完成助产手术。有效麻醉术的问世,使侵入式外科手术得以实施。1904年发现的毒性更小的局部麻醉剂普鲁卡因,改变了过去无论大小手术均需要全麻的局面,开创了麻醉学的新纪元。
20世纪50年代以来,新的麻醉药不断出现,麻醉由吸入改为血管注入,有时还配合降低体温,同时要求患者身体的情况与手术的需要紧密结合起来,使麻醉技术更加“精准”,并逐步发展成为一门独立的学科。
消毒大大降低了早期外科手术的死亡率。19世纪40年代,匈牙利产科医生塞麦尔维斯(Ignaz Semmelweis)首次提出,医生会散播感染原,后因受保守派的强烈反对抑郁而死。
1861年,英国外科医师李斯特(Joseph Lister)研发出石炭酸消毒技术。
1867年,李斯特在《柳叶刀》上公布了他的消毒方法。1881年,德国细菌学家科赫(Robert Koch)提出用蒸汽灭菌法为手术工具消毒。
1890年,美国医生霍尔斯特德(William Halsted)倡导使用橡胶手套。到了20世纪,口罩、橡胶手套、手术衣、现代化的手术房开始出现,无菌环境大大降低了感染的风险,手术成功率大幅上扬。
输血成为外科手术的重要保障。早在18世纪就有人尝试将输血运用在外科手术中。先是有人把动物血输入人体内,当然不可能成功。后来有人进行人体之间血液输入,出现有时成功有时失败的情况。直到20世纪初,这个问题才得以解决。
1901年,美籍奥地利人兰德施泰纳(Karl Landsteiner)发现了血型,认识到人体存在A、B、O三种不同的血型。1902年,他又发现AB型血型。兰德施泰纳指出,不同血型的人相互输血会造成凝血现象,导致死亡。后来发现,同型血相互输血,危险很小;O型血同其他血型的血不产生凝聚现象;AB型血在接受A、B、O型血时不发生凝集现象,而给A、B、O型的人输血时,则发生凝聚现象。这一发现,使输血成为一件安全的事情。
1906年法国人卡雷尔(Alexis Carrel)首次成功把输血者的动脉直接连接在受血者的静脉上。1914年,一些学者发现了柠檬酸钠的抗凝作用,出现了间接输血法和血库。1927年,兰德施泰纳移居美国后,陆续又发现M、N、MN、RH血型。兰德施泰纳也因此荣获1930年诺贝尔生理学或医学奖。在第二次世界大战中,输血技术被广泛采用,使许多伤兵得到救治。
●透视与体内监控技术的发展让手术游刃有余
自1895年德国物理学家伦琴(Wilhelm Rontgen)发现X射线以来,外科手术逐步摆脱直觉而走向“精准”。1900年前后,心电仪的出现提升了心脏疾病诊断能力。1929年前后,心导管技术的出现使心、肝功能研究成为可能。
20世纪50年代,超声扫描仪成为心脏外科、产科医生不可或缺的诊断工具。70年代前后,CT、PET、MRI、光纤内窥镜等可视化医疗仪器的发明让疾病诊断更加精准。可以说,这些技术的进步让病灶无论在身体的哪个体腔、器官,手术刀割治即可,所向披靡。
心、肺、肾功能控制和维持体液平衡的技术,使外科医疗从割治的阶段转入“复原与更换”的阶段。
1958年,第一个植入人体的人工心脏起搏器诞生。现在,植入的人工物品如隐形镜片、耳蜗、血管、心脏瓣膜等比比皆是。现代器官移植始于20世纪50年代。
1954年,美国医生默里(Joseph Murray)第一次在一对同卵双生姊妹间成功进行了肾移植。
1963年,哈迪(James Hardy)进行了肺移植。同年,斯塔泽尔(Thomas Starzl)进行了肝移植。
1966年,列海(Richard Lillehei)进行了胰移植。1967年,南非外科医生巴纳德(Christiaan Barnard)又成功进行了心脏移植。1978年,第一位“试管婴儿”诞生,标志着生殖技术也取得重大突破。
80年代,机器人手术开始出现,机械臂可以在人体狭小的空间精确地移动。因此,微创手术、远程手术和无人操作机器人手术成为可能。
●基因治疗的艰难之旅
癌症和遗传性疾病早就引起了人们的注意,19世纪末就有人对癌症进行研究,对血友病、色盲等遗传性疾病进行家谱分析。随着遗传学和生物化学的发展,20世纪70年代基因治疗开始浮出水面,走上历史舞台。
基因治疗因对遗传病、癌症的根治而产生。恶性肿瘤是当代人类死亡的主要原因之一。
1909年,美国肿瘤学家劳斯(Peyton Rous)在研究鸡肌肉瘤的病毒感染时证明这种肉瘤是可以移植的,而其中病毒是致癌因素。此后,很多医学家都证明癌病毒不在人与人之间横向传染,而在直系亲属间纵向传播。20世纪50至60年代,DNA双螺旋结构和遗传密码阐明以来,对癌症的研究也深入到生物大分子的结构与功能的水平。
1976年,美国癌症学者毕晓普(Michael Bishop)和瓦穆斯(Harold E. Varmus)宣布,人体正常细胞含有癌基因,受到干扰后产生致癌作用。这一个结论,推翻了病毒致癌这一长期定论。
1979年,美国4个实验室几乎同时分离出第一个人类癌基因。1986年,美国科学家又分离出第一个人类抗癌基因。此时,已经发现遗传病有1000多种。针对癌症的主要治疗手段是外科手术、放射疗法、化学疗法、免疫疗法和中药治疗,而遗传病则被认为是不治之症,缺少有效的办法,对基因治疗还十分审慎。
1972年,美国生物学家弗里德曼(Theodore Friedmann)在《科学》(Science)上发表了题为《基因治疗能否用于人类遗传病?》的文章,开启人类基因治疗的讨论,并开始多种动物实验。
1979年,美国人克莱因(Martin Cline)率先在小鼠中成功转入了一个有活性的基因,研制出世界上第一只转基因小鼠。1980年,克莱因在没有获得任何机构批准的状况下开始在人体上进行实验,未获成功,并招致严厉惩罚。1989年美国才批准了安德森(William F. Anderson)对腺苷氢酶缺乏的患者进行基因治疗试验。虽然疗效不理想,但点燃了基因治疗的热情。
20世纪90年代中后期,伴随着人类基因组研究的迅猛发展,基因治疗也得到快速提升。1999年,美国男孩格尔辛格(Jesse Gelsinger)接受基因治疗失败,引发了人们对基因疗法的担忧和恐惧。
进入21世纪后,经过严格的审核,已经有一些基因治疗产品被批准上市。2017年,《新英格兰医学杂志》发表的针对β-地中海贫血症的治疗的成功无疑又为基因治疗领域增添了信心。
疾病、患者和医生构成了现代医疗的三要素,人体成为医生与疾病的战场,而每一次的胜利都伴随着科学技术的进步以及人类对疾病、健康和人类自身认识的提高。现代医疗模式已由生物医学模式转变为生物-心理-社会医学模式,健康观念已由“机体无病、自我感觉良好”转变为“身体上、精神上和社会适应上的完好状态”,疾病已由传染性疾病转变为心脏病、恶性肿瘤、脑血管病等非传染性疾病。
化学治疗战胜传染病菌的同时也伤害着人体,抗生素治疗杀死细菌也促生出抗药菌种,免疫治疗对许多病毒有效,但有不少病毒至今无法征服,外科手术取得了巨大的进步但仍存在专业的局限性。疾病“治疗革命”虽一再发生,但仍不断出现新的挑战,“精准”医疗仍在路上。
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