top of page
Untitled_edited.jpg

Dr. M

Give you no limit


歡迎來到Dr. M

​在這裡沒有最好 只有更好

Home: Welcome

DR. M

Martin Lin, Taiwan, currently in UK

MD, MSc in Sports Medicine Exercise &Health, CSCS

對於運動有著異常的熱情,希望透過運動讓世界變得更好

運動傷害處理

​一般復健

Workshop經驗分享

肌力體能訓練

​醫療雜談

IMG_4784.JPG
Home: About
Home: Blog2
  • Dr. M

手肘解剖與生物力學 Anatomy and Biomechanics of Elbow

Updated: Dec 8, 2021


今天的主題是手肘的解剖學與生物力學。解剖學是診斷的根基,最基本中的基本。最基本的東西通常也會是最枯燥的東西。了解解剖學之後才可以連結到實際應用層面的生物力學,利用生物力學我們可以分析一個動作模式是否有錯誤,並且運用生物力學的方式選擇應該如何強化周遭組織以避免傷害的產生。礙於翻譯的困難,本篇文章會有很多的英文專有名詞簡寫,還請各位讀者見諒。


Elbow Anatomy(手肘解剖學)

接下來會將手肘分為骨頭、韌帶、肌肉、神經與血管幾個部分探討一些比較重要的結構。

Bone(骨頭)

手肘主要由三塊骨頭組成,分別為 Humerus, Ulna 與 Radius,共同組成整個肘關節。

Humerus(肱骨)

Humerus 是位於肩關節與肘關節之間的骨頭,在 Humerus 的遠端分別和 Ulna 與 Radius 接觸行程整個肘關節。下面簡單介紹一些解剖名詞:

  • Lateral epicondyle Lateral epicondyle 是位於肱骨外側的骨狀突起,這邊也是很多伸腕肌的附著點又可以稱為 Common extensor origin

  • Medial epicondyle Medial epicondyle 是位於肱骨內側的骨狀突起,是很多曲腕肌與旋前的附著點又可以稱為 Common flexor-pronator origin Medial epicondyle 和 Lateral epicondyle 並非是在一個水平面上,Medial epicondyle 會再稍微後方一點(Posteriorly),而這個角度大約為 10-15 度


  • Trochlear 位在肱骨內側的突起,和下方 Ulna 的 Greater Sigmoid notch 接合形成 Ulnohumeral articulation

  • Capitellum 位在肱骨外側的突起,和下方的 Radial head 接合形成 Radiohumeral articulation。另外 Capitellum 和 Humerus 中間其實有一個夾角稱為 Capitellohumeral angle,代表著 Humerus 的 Articular portion 是有些為的 Anterior projection 的。這樣的現象可以幫助我們判別是否有 Distal humeral fracture。

  • Coronoid fossa 位在肱骨的前側,當手肘彎曲時下方 Ulna 的 Coronoid process 會嵌入其中

  • Radial fossa 位在肱骨的前側,當手肘彎曲時下方的 Radial head 會嵌入其中

  • Olecranon fossa 位在肱骨的後側,當手肘伸展時下方 Ulna 的 Olecranon process 會嵌入其中


Figure from Lauren E. Karbach et al., 2017, Ref (1)

Ulna(尺骨)

  • Olecranon process Olecranon process 在 ulna 後方,又稱為鷹嘴,在手肘伸展的時候會嵌入 Humerus後方 的 Olecranon fossa 中

  • Coronoid process Coronoid process 位在 ulna 前方,在手肘彎曲的時候會嵌入 Humerus 前方的 Coronoid fossa。Coronoid process 的 Anteromedial facet 對於肘關節的穩定扮演相當重要的角色

  • Greater sigmoid notch Greater sigmoid notch 位在 Ulnar articulation 中的一個凹槽,會和 Humerus 的 Trochlea 接合形成 Ulnohumeral articulation

  • Lesser sigmoid notch Lesser sigmoid notch 則是在 Ulnar articular surface 下方的一個凹槽,會和 Radial head 共同行程 Proximal radioulnar joint

  • Supinator crest Supinator crest 是 Supinator 這條肌肉在 Ulna 上的附著點,同時也是一些韌帶的附著點

Figure from Lauren E. Karbach et al., 2017, Ref (1)

  • Bare area Bare area 是指在 Olecranon 與 Coronoid 中間先天存在的一小塊非軟骨組織(non-articular cartilage)。因為先天缺乏軟骨組織所以通常開刀的時候會以這個位置作為切口。

Figure from Rongguang Ao et al., 2017

  • Proximal ulnar diaphyseal angle(PUDA) 實際上 Ulna 在背側並非呈現一條直線,而是有些為的角度,因此在骨折打骨板時需要注意植入物的使用。這個角度一般約在 8-10 度

Figure from Mario Padrón et al., 2020

Radius(橈骨)

  • Radial head Radial head 會和 Ulna 上的 Lesser sigmoid notch 形成 Proximal radioulnar joint

  • Radial neck

  • Radial tuberosity 這個在 Radius 上的骨狀突出是 Biceps 附著的點(Insertion)

Figure from Lauren E. Karbach et al., 2017, Ref (1)

  • Radial axis 和 Ulna 不同,Radius 不是一條筆直的骨頭,如果將 Radial head 和 neck 的中心連起來,那和 Radial shaft 之間會有大約 15 度的夾角。因此,在手術中若要打骨釘,要沿著 Head neck axis 打才可以。

Figure from Mario Padrón et al., 2020

Ligaments(韌帶)

手肘附近的韌帶可以分為外側與內側兩個部分來討論。韌帶主要的功能是提供在末端運動角度的穩定性。

Lateral ligament complex

Lateral ligament complex 主要由四條不同的韌帶所組成:

  • Lateral ulnar collateral ligament(LUCL) 在古早時期,LUCL 被認為是 Lateral elbow 最重要的穩定構造之一,負責抵抗 Posterolateral translation 以及 Varus stress。但是後來的研究發現,對於抵抗 Varus stress 最大的功臣其實應該是 Ulnohumeral articulation,而整個 Lateral complex 都對 Posterolaterl stability 有所貢獻

  • Radial collateral ligament 和上面的 LUCL 共同提供 Radius 在 Posterolateral 的穩定度,同時也協助抵抗一部分的 Varus stress

  • Annular ligament Annular ligament 是圍繞著 Radial head 的結構,提供 Radial head 在進行 pronation/supination 時候的穩定

  • Accessory ligament


Figure from Lauren E. Karbach et al., 2017, Ref (1)

Medial collateral ligament

Medial collateral ligament 由三個不同的部分所組成:

  • Anterior band of MCL(AMCL) AMCL 可以說是這三個不同部分中對於穩定度幫助最大的一條,負責抵抗 Valgus stress。因為解剖構造的關係,AMCL 位在相對前側的位置,所以在手肘進行彎曲超過90 度的時候張力會比較小,反之,在伸展超過 90 度時張力較大,可以提供更強的穩定度。

  • Posterior band of MCL 和 AMCL 相反,PMCL 在相對後側,所以當手肘伸展超過 90 度的時候張力會比較小,反之,在彎曲超過 90 度時張力較小,可以提供更強的穩定度。

  • Transverse band of MCL

Figure from Lauren E. Karbach et al., 2017, Ref (1)

Figure from Matthew J. Gluck et al., 2018, Ref (2)

Muscle(肌肉)

手肘附近的肌肉可以概略分為以下五個部分討論:

  • Biceps(二頭肌) 二頭肌的兩頭會附著在 Radius 的 Radial tuberosity 附近,有些時候會稍微分開,所以在影像上要鑑別這是自然的表現還是有潛在撕裂的可能。 二頭肌主要的功能是旋後(Supination),其次在是彎屈(Flexion)。負責手肘彎屈的 Primary flexor 則是 Brachialis。如果 Distal biceps tendon 斷裂,長遠下來對於 Supination 會有 40% 的肌力喪失,而 Flexion 則是 30% 的肌力喪失。

  • Triceps(三頭肌) 三頭肌負責手肘的伸展,在手肘附近的附著點在 Olecranon

  • Extensor 這些肌肉負責進行手腕的伸展與旋後,同時可以輔助其他組織抵抗 Varus force,上端的附著點在 Lateral epicondyle 又稱為 Common extensor origin,主要有以下幾條:Extensor carpi ulnaris、Extensor digitorum communis、Extensor carpi radialis brevis、Extensor carpi radialis longus 以及 Anconeus 其中 Anconeus 可以視為手肘部位的 ACL,對於抵抗 Varus stress 與 Posterolateral instability 也著很大的幫助

  • Flexor-pronator 這些肌肉負責進行手腕的彎屈與旋前同時可以輔助其他組織抵抗 Valgus force,上端的附著點在 Medial epicondyle 又稱為 Common flexor-pronator origin,主要有以下幾條:Flexor carpi ulnaris、flexor carpi radialis、flexor digitorum superficialis 以及 pronator teres


Bursa(滑囊)

Bursa 的功能是讓肌肉可以順暢的在骨頭的表面進行滑動,滑囊發炎就稱為滑囊炎(Bursitis)是常見的疼痛原因。影像學上可以看到腫脹的滑囊,我們可以透過一些注射(如類固醇)或是簡單的抽吸(Aspiration)來進行治療。

手肘附近有很多的 Bursa 存在,下面列舉幾個例子:

  • Bicipital bursa

  • Tricipital bursa

  • Subtendinous bursa

  • Olecranon bursa Olecranon bursitis 是相當常見的手肘滑囊炎,通常是由外力撞擊造成的。需要與 Posterior impingement 進行鑑別診斷


Nerve (神經)

這邊的神經主要可以分為Ulnar、Median 與 Radial nerve 三條神經。他們分別支配不同的肌肉與不同區域的感覺:

Ulnar nerve(尺神經)

Ulnar nerve 主要負責手部比較精細的動作(Finger abduction/adduction/flexion)與一些 Wrist flexion


Median nerve(正中神經)

Median nerve 會穿過 Pronator teres 這條肌肉,因此可能在這個地方產生所謂的 Pronator syndrome。它主要負責 Wrist flexion 與 Finger flexion,其中它支配了不少大拇指的動作。


Radial nerve(橈神經)

會在 Radial tunnel(上為 Radial head、下為 Supinator、內為二頭肌腱、外為伸腕長短肌)分支為 Posterior interosseous nerve(鑽入 Supinator 底下)與 Superficial radial nerve。Radial nerve 主要負責 Wrist extension、Finger extension 與 Wrist radial deviation。

Figure from Morton DA et al., 2011


Vessel(血管)

血管的部分在手肘就相對而言比較沒有這麼重要,因為這些血管都在蠻深層的部位,基本上除了創傷所造成的 Dislocation,很少會傷害到這邊的血管。這附近的血管主要有:

  • Brachial artery 這條血管在手肘附近會分之為下面兩條 Radial artery 與 Ulnar artery

  • Radial artery

  • Ulnar artery

Figure from Essential Anatomy Edition 5


Elbow Biomechanics(手肘生物力學)

在看完上面相當冗長的解剖學知識之後,接下來要來談談生物力學的部分。下面簡單挑選幾個主題來做說明。


Range of Motion

肘關節是一個 Hinge Joint,也就是說在活動的角度上基本上只允許 Flexion 和 Extension 兩種方向。前臂的 Pronation 和 Supination 最主要是由 Proximal radioulnar joint 所負責。平滑的 Radial head 藉由 Annular ligament 的穩定,會以 Ulna 為中心進行些微的滑動。下圖 1-5 可以大概解釋身體中的 Synovial joint 的類別。

Figure from Produnis, http://www.pflegewiki.de/index.php/Bild:Gelenke_Zeichnung01.jpg, CC BY-SA 3.0

  1. Ball-and-Socket-Joint:肩關節

  2. Ellipsoid Joint :髖關節

  3. Saddle Joint :胸鎖關節

  4. Hinge Joint :肘關節(Humeroulnar joint)

  5. Plane Joint:肘關節(Radioulnar joint)

肘關節在 Flexion、Extension、Pronation 與 Supination 的正常角度分別為:

  • Flexion/Extension:0-140 度

  • Pronation/Supination:90 / 75 度,其中 supination 最後的 15 度是由掌骨所貢獻

至於肘關節的 Functional anatomy(完成基本生活的要求)則是:

  • Flexion/Extension:30-130 度

  • Pronation/Supination:50 / 50 度

另外,由於在進行 Pronation 與 Supination 時 Ulna 基本上沒什麼在動,主要是 Radius 在進行轉動。當前臂進行 Pronation 時可以看到 Radial head 會稍微往近端移動。


Carrying Angle

所謂的 Carrying angle 指的是手肘在自然狀況下本來就會有一些 Valgus 的情形。這樣先天的角度可以避免我們在走路時碰觸到髖部。Carrying angle 應介於 5-15 度之間。如果超出 15 度則稱為 Cubitus valgus,少於 5 度則稱為 Cubitus varus。

Figure from Vitor Oliveira

Carrying angle valgus 的程度在女性身上會比較大,並且和年齡相關,在 16 歲左右會慢慢的固定。創傷是造成 Carrying angle 異常的原一之一,異常的 Carrying angle 可能會影響韌帶的功能進而影響到下面所要討論的 Elbow stability。


Elbow stability

穩定性(Stability)是產生良好動作模式不可或缺的要素。影響穩定度的因子有下面三者

  • Static Stabilizer(靜態穩定) 靜態穩定的構造就是骨頭與韌帶,在手肘部分,骨頭就是我們的 Humerus、Ulna 與 Radius,而韌帶則是 Lateral collateral ligament complex 與 Medial collateral ligament 以及包圍在外面的 Joint capsule,主要負責在動作末端的被動穩定。

  • Dynamic Stabilizer(動態穩定) Dynamic Stabilizer 就是環繞在肘關節的肌肉所組成。包括從 Medial/Laterla epicondyle 延伸出來的 Extesnor/Flexor/Pronator。在動作中這些肌肉會互相配合,來維持整體動作的品質與穩定。而當一些韌帶或骨頭受損時,他們也會跳出來幫助穩定關節。

  • Nerve Control(神經控制) 神經的控制可以從接收關節的訊號(Proprioception、Nociception)開始到支配相關肌肉的收縮。要有良好的神經控制(輸入與輸出)才能夠讓身體即時反應作出適當的調整。

肘關節的穩定可以參考由 O’Driscoll SW 所提出的 Mayo Fortress:

在這個理論中,手肘的穩定度主要由 Static Stabilizer 與 Dynamic Stabilizer 共同維護。

Static Stabilizer

  • Primary Anterior Branch of Medial Collateral Ligament(AMCL) Lateral Ulnar Collateral Ligament(LUCL) Ulnohumeral Articulation

  • Secondary Radiohumeral Articulation Joint Capsule

Dynamic Stabilizer

  • Common Extensor Tendon

  • Common Flexor-Pronator Tendon

  • Biceps and Triceps

上面在解剖學的部分就有提到 AMCL 與 LUCL 對於肘關節的穩定度扮演著相當重要的角色。Dynamic stabilizer 的功能是當這些 Static stabilizer 結構受損的時候可以跳出來幫忙維持穩定。因此,強化 Dynamic stabilizer 可以有效的減緩症狀幫助復原。

肘關節最常見的不穩定有兩者:

  • Posterolateral Rotatory Instability(PLRI) 主要受傷的部位是 LUCL

  • Varus Posteromedial Rotatory Instability(VPMRI) 主要受傷的部位為 LUCL、Anteromedial facet of Coronoid 與 MCL

  • Valgus Extension Overload(VEO) 主要受傷的部位為 AMCL、Posterior impingement 與 Ulnar neuritis

關於肘關節的不穩定的機制與治療,請見:


Dr. M 我們下次見!


References

1. Karbach LE, Elfar J. Elbow instability: anatomy, biomechanics, diagnostic maneuvers, and testing. The Journal of hand surgery. 2017;42(2):118-26.

2. Gluck MJ, Beck CM, Golan EJ, Nasser P, Shukla DR, Hausman MR. Varus posteromedial rotatory instability: A biomechanical analysis of posterior bundle of the medial ulnar collateral ligament reconstruction. Journal of shoulder and elbow surgery. 2018;27(7):1317-25.

3. O'Driscoll SW, Jupiter JB, King GJW, Hotchkiss RN, Morrey BF. The Unstable Elbow. JBJS. 2000;82(5):724

3,414 views0 comments

Recent Posts

See All

CONTACT

歡迎來信詢問任何相關問題

  • facebook
  • linkedin
Yoga Mats
Home: Contact
bottom of page