論基礎(chǔ)研究與臨床應(yīng)用的關(guān)系

包倪榮,張英澤

0 引 言

加強(qiáng)基礎(chǔ)研究水平,是科技自立自強(qiáng)的迫切要求,是建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)的必由之路。應(yīng)對(duì)國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)、實(shí)現(xiàn)高水平自立自強(qiáng),推動(dòng)構(gòu)建新發(fā)展格局、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展,迫切需要我們加強(qiáng)基礎(chǔ)研究,從源頭和底層解決關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。同樣,醫(yī)學(xué)和醫(yī)院的發(fā)展也依賴(lài)于基礎(chǔ)研究的進(jìn)展,促進(jìn)基礎(chǔ)研究的進(jìn)展及其臨床應(yīng)用已經(jīng)成為21世紀(jì)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的戰(zhàn)略目標(biāo)和重點(diǎn)。如何通過(guò)基礎(chǔ)研究進(jìn)而改善臨床治療效果,是醫(yī)學(xué)界不斷探討的話(huà)題。

1 基礎(chǔ)研究的內(nèi)涵

所謂基礎(chǔ)研究,是指以認(rèn)識(shí)現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)和開(kāi)拓新的知識(shí)領(lǐng)域?yàn)槟康?通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析或理論性研究對(duì)事物發(fā)展的規(guī)律進(jìn)行分析,加深對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí),解釋現(xiàn)象的本質(zhì),揭示物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,或者提出和驗(yàn)證各種設(shè)想、理論或定律?；A(chǔ)研究的研究結(jié)果通常以論文的形式在科學(xué)期刊上發(fā)表或?qū)W術(shù)會(huì)議上交流。通過(guò)基礎(chǔ)研究的突破,往往可以實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)突破性的進(jìn)展,促使先進(jìn)科學(xué)技術(shù)投入實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中,可有效推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展。

2 基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)典案例

基礎(chǔ)研究向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化往往會(huì)帶來(lái)科技水平的飛躍、社會(huì)的進(jìn)步和國(guó)家的發(fā)展。1942年12月,恩利克·費(fèi)米啟動(dòng)了首臺(tái)核反應(yīng)堆,人類(lèi)從此進(jìn)入原子能時(shí)代[1]。1945年7月16日,杜魯門(mén)總統(tǒng)上任初期,美國(guó)于拉斯維加斯成功引爆了世界上首顆原子彈;同年8月轟炸廣島、長(zhǎng)崎,直接導(dǎo)致了日本的無(wú)條件投降[2]。美國(guó)通過(guò)將核裂變的基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)化為原子彈的實(shí)際應(yīng)用,取得了巨大的科技與軍事優(yōu)勢(shì)。時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)羅斯福認(rèn)為只要美國(guó)的科學(xué)技術(shù)、基礎(chǔ)研究永遠(yuǎn)領(lǐng)先于世界就能夠真正贏得永久的和平[3]。由此可見(jiàn),加強(qiáng)基礎(chǔ)研究對(duì)于促進(jìn)科技發(fā)展,國(guó)家進(jìn)步起到了至關(guān)重要的作用,是一個(gè)國(guó)家科技水平的核心所在。同時(shí),基礎(chǔ)研究向?qū)嶋H應(yīng)用的轉(zhuǎn)化往往會(huì)帶來(lái)具有突破性的生產(chǎn)力的改進(jìn)。

目前我國(guó)醫(yī)療領(lǐng)域在基礎(chǔ)科研向臨床實(shí)際應(yīng)用轉(zhuǎn)化方面還比較薄弱。1895 年 11 月 8 日,倫琴教授發(fā)現(xiàn) X 射線(xiàn)。1896 年,德國(guó)西門(mén)子公司研制出第一只 X 射線(xiàn)球管,揭開(kāi)了醫(yī)學(xué)影像學(xué)的序幕[4]。但是目前我國(guó)醫(yī)療領(lǐng)域的關(guān)鍵精密設(shè)備,如重離子加速器、磁共振、CT等高端醫(yī)療裝備大部分依舊嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口。近年來(lái),民生科技領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)化替代取得了較大的進(jìn)展,國(guó)產(chǎn)化CT等高端設(shè)備的出現(xiàn)大大降低了醫(yī)院的采購(gòu)成本,同時(shí)也促進(jìn)了CT檢查在基層醫(yī)院的普及,為提高基層醫(yī)院的診療水平,保障廣大人民群眾的醫(yī)療保健提供了有力支持。由此可見(jiàn),促進(jìn)基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展,并將其應(yīng)用至具體的臨床問(wèn)題中,一方面可以提高國(guó)家科技水平,推動(dòng)國(guó)產(chǎn)企業(yè)邁向全球價(jià)值更高的產(chǎn)業(yè)鏈;另外一方面,也可以顯著促進(jìn)人民生活健康水平的提高。我國(guó)應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步聚焦基礎(chǔ)研究,加速成果轉(zhuǎn)化,促進(jìn)我國(guó)醫(yī)療事業(yè)提高獨(dú)立自主水平、進(jìn)一步保障民生福祉。同時(shí),在骨科領(lǐng)域,將基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用至臨床實(shí)踐之中也至關(guān)重要。

3 骨科學(xué)領(lǐng)域中基礎(chǔ)研究改善臨床效果的經(jīng)典案例

3.1 生物力學(xué)基礎(chǔ)研究解決單髁膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)后嚴(yán)重并發(fā)癥UKA是一種治療單側(cè)間室膝骨關(guān)節(jié)炎的有效方法,較全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)而言患者具有更大的活動(dòng)范圍,更好的本體感覺(jué),更標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué),更優(yōu)的長(zhǎng)期生存率。早在1952年,英國(guó)的McKeever教授發(fā)明了該種手術(shù),但該手術(shù)短期及中期隨訪報(bào)道顯示僅70%～90%病例獲得良好療效[5]。同時(shí)當(dāng)時(shí)使用的MacIntosh假體導(dǎo)致該術(shù)式有較為嚴(yán)重的并發(fā)癥,如膝關(guān)節(jié)的劈裂和塌陷等, 1/3的患者隨訪時(shí)的臨床評(píng)分較差,1/5的假體需要翻修,1/3的假體出現(xiàn)了至少2 mm的下沉,導(dǎo)致其大規(guī)模應(yīng)用有較大困難[6]。2011年,臺(tái)灣陽(yáng)明大學(xué)生物力學(xué)教授鄭誠(chéng)功團(tuán)隊(duì)通過(guò)臨床及生物力學(xué)研究證實(shí),關(guān)節(jié)脛骨平臺(tái)出現(xiàn)的劈裂和塌陷可能由于術(shù)者經(jīng)驗(yàn)不足,截骨時(shí)垂直方向電鋸過(guò)切導(dǎo)致截骨面轉(zhuǎn)角處角度銳利,近乎直角導(dǎo)致的應(yīng)力集中使得脛骨平臺(tái)局部受力過(guò)大。通過(guò)使用鈍角的假體進(jìn)而巧妙地解決了這一棘手問(wèn)題。

3.2基礎(chǔ)解剖學(xué)研究發(fā)現(xiàn)骨薄弱區(qū)并提出髖臼骨折三柱分型髂骨、恥骨、坐骨三塊骨頭融合形成骨盆。骨骺負(fù)責(zé)增加骨長(zhǎng)度;骨膜負(fù)責(zé)增加骨直徑。人體各部位骨骺閉合時(shí)間不同。本團(tuán)隊(duì)據(jù)此繼續(xù)深入基礎(chǔ)研究,通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、臨床回顧等方法確定骨薄弱區(qū)。三維重建圖顯示,骨骺閉合越晚的區(qū)域,愈合的部位就越薄弱,通過(guò)臨床回顧、有限元分析將此理念驗(yàn)證于肱骨近端骨折,發(fā)現(xiàn)肱骨外科頸是由干骺端骺板閉合后形成的相對(duì)薄弱區(qū),肱骨近端外科頸骨折線(xiàn)與骺板薄弱區(qū)幾乎完全吻合。同時(shí)本團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)髖臼骨折的骨折線(xiàn)走行與整個(gè)骺板發(fā)育的走行線(xiàn)有較強(qiáng)相關(guān)性,由此展開(kāi)研究并提出髖臼骨折三柱分型,為臨床診療提供較好的理論支持[7]。

3.3力學(xué)基礎(chǔ)理論論證股骨Hoffa骨折猜想1869年,Busch (德國(guó))首先報(bào)道了股骨遠(yuǎn)端單髁或者雙髁后方的冠狀位骨折,但并未進(jìn)行系統(tǒng)研究。1888年,德國(guó)骨科醫(yī)生Hoffa首次對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)研究,認(rèn)為這是一種有規(guī)律的骨折,并命名為Hoffa骨折,此時(shí)距Busch首次報(bào)道這一骨折類(lèi)型已過(guò)去19年[8]。早在1687年牛頓通過(guò)觀察、思考與實(shí)驗(yàn)在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中提到:相互作用的兩物體之間作用力與反作用力總是大小相等,方向相反作用在同一直線(xiàn)上。這一力學(xué)基礎(chǔ)理論對(duì)股骨Hoffa骨折做出了完美解釋:即來(lái)自股骨側(cè)的暴力與來(lái)自脛骨平臺(tái)的支持力互為作用力和反作用力,最終導(dǎo)致了股骨Hoffa骨折。因此本團(tuán)隊(duì)猜測(cè):若脛骨側(cè)率先無(wú)法承受反作用力,那骨折便會(huì)出現(xiàn)在脛骨側(cè)。本團(tuán)隊(duì)在2019年發(fā)現(xiàn)了一例脛骨平臺(tái)冠狀位縱行劈裂骨折,經(jīng)系統(tǒng)深入研究發(fā)現(xiàn),其骨折類(lèi)型、受傷機(jī)制、好發(fā)人群,與股骨Hoffa骨折完全一致,印證了我們的猜想,因此暫將其命名為脛骨平臺(tái)Hoffa骨折[9-11]。這為脛骨平臺(tái)骨折的診療提供了新的理論支持。

3.4解剖學(xué)與幾何學(xué)的基礎(chǔ)研究實(shí)現(xiàn)股骨轉(zhuǎn)子間骨折術(shù)后內(nèi)固定的突破從20世紀(jì)50年代開(kāi)始,股骨轉(zhuǎn)子間骨折行手術(shù)治療,需放置固定物固定,其內(nèi)植物經(jīng)不斷迭代有髓外髓內(nèi)和特殊設(shè)計(jì)共20余種,并發(fā)癥雖有所減少,但仍維持在5%～12%。Gamma釘是早期內(nèi)固定的典型代表。1980年在北美問(wèn)世,1989年法國(guó)Grosse教授首先應(yīng)用Gamma釘治療粗隆間骨折。但其頭釘粗大,且單枚螺釘抗旋轉(zhuǎn)能力差,螺釘切割的發(fā)生率高,股骨遠(yuǎn)端骨折及斷釘?shù)牟l(fā)癥發(fā)生率高達(dá)12.5%。1997年,AO/ASIF在Gamma釘基礎(chǔ)上增加一枚橫釘,推出股骨近端髓內(nèi)釘。通過(guò)主釘加長(zhǎng),避免應(yīng)力過(guò)于集中,遠(yuǎn)端允許縱向滑。但是其仍無(wú)法解決固定后穩(wěn)定性差的問(wèn)題,固定術(shù)后發(fā)生螺釘退釘、切、松動(dòng)失效的發(fā)生率高達(dá)8%。2003年,AO/ASIF對(duì) PFN 改進(jìn),改螺紋為螺旋刀片推出股骨近端防旋內(nèi)釘,增強(qiáng)了抗旋轉(zhuǎn)及穩(wěn)定支撐的作用,但是依舊沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題,退打、內(nèi)固定松動(dòng)和繼發(fā)性骨折屢有報(bào)道,發(fā)生率2.5%～8.0%[12-13]。

30多年中,骨科專(zhuān)業(yè)從業(yè)人員不斷探索與研究,從Gamma釘?shù)膯吾?變成了AO組織DePuy公司的雙釘,又變成螺旋刀片的股骨近端防旋內(nèi)釘,這些研究只是在原來(lái)的基礎(chǔ)上的改良與改進(jìn),并未從根本上解決問(wèn)題。1838年,20歲的Ward在《人類(lèi)骨科學(xué)》首先闡述股骨頸基底部有一個(gè)由張力和壓力骨小梁交叉形成的天然三角區(qū)——Ward三角。當(dāng)時(shí),Ward三角并不為人所重視。直到1895年,X線(xiàn)的出現(xiàn)才讓人們了解到了Ward三角的重要性;但并未將這一重要發(fā)現(xiàn)與臨床應(yīng)用的價(jià)值加以發(fā)掘。至2006年,即Ward三角發(fā)表170年后,本團(tuán)隊(duì)開(kāi)始發(fā)掘Ward三角的意義,圍繞三個(gè)核心問(wèn)題進(jìn)行了影像學(xué)、數(shù)學(xué)、機(jī)械力學(xué)、生物力學(xué)、臨床應(yīng)用等方面的研究[14]。本團(tuán)隊(duì)根據(jù)股骨近端的骨小梁架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及張氏三角理論分析常用內(nèi)固定物斷裂原因,對(duì)其進(jìn)行了巧妙改動(dòng)——將近端雙釘?shù)臋M向平行固定改為三角支撐固定,符合Ward三角解剖、生物、生理、力學(xué)特性,特別是三角形最穩(wěn)定這一幾何學(xué)原理,達(dá)到完全仿生固定,實(shí)現(xiàn)了根本性突破[15]。

2015年,科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社出版《張英澤教授百項(xiàng)專(zhuān)利集》,介紹了三角支撐固定的結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢(shì)。系列產(chǎn)品獲3項(xiàng)授權(quán)專(zhuān)利。傳統(tǒng)的內(nèi)固定器材易發(fā)生旋轉(zhuǎn)、切割、退釘。固定早期提供穩(wěn)固的支持,在愈合過(guò)程中提供持續(xù)的穩(wěn)定固定。與傳統(tǒng)內(nèi)固定器材相比,三角支撐髓內(nèi)固定在各個(gè)指標(biāo)均有顯著改善:主釘應(yīng)力峰值減少11.9%,螺釘應(yīng)力峰值23.2%,骨折接觸區(qū)域應(yīng)力峰值減少47.5%[16]。該技術(shù)現(xiàn)已應(yīng)用于世界范圍47個(gè)國(guó)家。由此可見(jiàn),骨科領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的發(fā)展對(duì)于提高臨床治療效果具有關(guān)鍵作用。

綜上所述,我們認(rèn)為在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中,應(yīng)更多在基礎(chǔ)研究下功夫,以基礎(chǔ)研究為理論基礎(chǔ),將其應(yīng)用至臨床以獲得臨床治療的更好療效。今后,對(duì)于基礎(chǔ)理論的開(kāi)發(fā)應(yīng)用,尋找其臨床應(yīng)用場(chǎng)景,進(jìn)而改善臨床治療效果將是臨床醫(yī)學(xué)的工作重點(diǎn)和研究方向。