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《運動傷害小教室》 肘關節不穩定 Elbow Instability

Updated: Nov 17, 2021


Figure from MICHAEL J. LEBRECHT II/GETTY IMAGES

各位知道今天的封面人物是誰嗎?你不知道他是誰但只要有在關心棒球運動的人應該都聽過他的名字 —— Tommy John。Tommy John 是四次全明星賽的投手,生涯在美國職棒大聯盟累積了 288 勝,就算你不知道他,應該也聽過大名鼎鼎的 Tommy John Surgery。Tommy John 是首位接受這個劃時代的手術,以往的投手如果有手肘內側副韌帶的撕裂,基本上生涯就 GG 了。但因為這個手術的出現,給了這些投手一線生機。所以今天我們要談論的主題就是肘關節不穩定(Elbow Instability)。在閱讀這篇文章前,希望大家可以先了解手肘的解剖學與生物力學,看過有個概念就好,因為下面有些內容會與之相關:手肘解剖與生物力學 Anatomy and Biomechanics of Elbow


名詞解釋(Terminology)

首先我們要先來講一下何謂穩定性。穩定性代表身體在不同狀態下維持平衡的能力。良好的穩定性(Stability)是產生理想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(Bone)、韌帶(Ligament)與關節囊(Joint capsule),主要負責在動作末端的被動穩定。

  • Dynamic Stabilizer(動態穩定) 動態穩定一般來說是由肌肉負責。在動作模式中,這些肌肉會互相配合,來維持整體動作的品質與穩定。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(靜態穩定者)

  • Primary 內側副韌帶前支(Anterior Branch of Medial Collateral Ligament, AMCL) 外側橈側副韌帶(Lateral Ulnar Collateral Ligament, LUCL) 尺骨肱骨關節(Ulnohumeral Articulation)

  • Secondary 橈骨肱骨關節(Radiohumeral Articulation) 肘關節囊(Joint Capsule)

Dynamic Stabilizer(動態穩定者)

  • 共同伸腕肌腱(Common Extensor Tendon)

  • 共同屈腕旋前肌腱(Common Flexor-Pronator Tendon)

  • 二頭肌與三頭肌(Biceps and Triceps)


常見類別(Common Type)

肘關節主要由三個的骨頭所共同形成,分別為肱骨、尺骨與橈骨。嚴格定義上的軸關節有兩個不同的關節面,分別由肱骨與尺骨、肱骨與橈骨組成。這兩個關節是屬於 Hinge Joint,也就是主要負責 Flexion 和 Extension。另外還有一個關節位於橈骨與尺骨間的近端橈尺關節,這個關節是一個 Plane joint ,是由橈骨頭在尺骨上的 Lesser sigmoid notch 滑動所造成。手肘的 Pronation 與 Supination 的活動角度主要就是由這裡來的。

除了這四個不同方向的活動度以外,其他的面向的活動基本上不應該出現在肘關節,唯有上述提供穩定的構造受損才可能導致不穩定。

常見的肘關節不穩定主要有以下三個大類別:

  • 後外側旋轉不穩定(Posterolateral Rotatory Instability, PLRI)

  • 內翻後內側旋轉不穩定(Varus Posteromedial Rotator Instability, VPMRI)

  • 外翻伸展過度(Valgus Extension Overload, VEO)

以下就為分別介紹這三個不同類型的不穩定進行解說。


Posterolateral Rotatory Instability, PLRI

PLRI 是指橈骨和尺骨在旋轉動作時容易往後外方脫位(Posterolateral subluxation),嚴重的話則會造成脫臼(Dislocation),PLRI 是肘關節不穩定中最常見的類型。

受傷機轉(Mechanism of Injury)

造成 PLRI 的機轉可以是是創傷性、反覆性刺激(Overuse,網球肘)、先天的 Cubital varus 或是因為進行手術所導致的後遺症。一般而言以創傷性的機制最常見,主要的機轉是跌倒並以手撐地(Fall on the Outstretched Hand)導致 LUCL 受傷所導致。 這樣的機轉會造成三種不同角度的壓力:

  • Axial compression(垂直硬力)

  • Valgus stress(外翻壓力)

  • Supination(旋後) 這邊的 Supination 並不一定是指前臂的 Supination,這個動作是相對的,也就是說當上臂進行內旋(Internal rotation)時前臂會相對的 Supination。

Figure from Christopher L. Camp et al., 2017, Ref (1)

這三個不同的力所造成的旋轉力矩會導致橈骨頭向後外側脫位。就解剖位置上來說 LUCL 處在橈骨頭的後外側,所以主要的功能其實是防止在旋轉時的穩定。在上述的機轉之下會導致橈骨頭嘗試往後外側脫位,視嚴重程度會由外向內影響到不同的構造。若到完全脫位則連內側的 MCL 也會受到影響,如下圖二。

Figure from Lauren E. Karbach et al, 2017, Ref (2)

Figure from Christopher L. Camp et al., 2017, Ref (1)

上面所述的是最古早1990年代的理論,但是後來的研究發現,對於 Posterolateral rotatory stability 而言,其實整個 Lateral collateral ligament complex 都有其重要性。當 Annular Ligament 是完整的時候,不管是單獨切除 LUCL 或是 Radial collateral ligament 都不會造成顯著的 PLRI,但若是同時將兩者切除那就會造成顯著的 PLRI。至於 LUCL 與 RCL 對於 PLRI 的貢獻則沒有統計學上的顯著意義,但是可以看到 LUCL 對於 PLRI 的重要性還是比較高一點。

Figure from CYNTHIA E. DUNNING et al., 2001, Ref (3)

臨床表現(Clinical Presentation)

以在臨床表現上主要可以分為三大類,而這三大類的區別則和受傷的機轉有很大的關係。

  • 創傷 在這類的病人通常是有過去的受傷病史,導致脫位或是脫臼,機轉就如同上面所述。通常他們不一定會意識到自己的肘關節不穩,可是可能會抱怨有一些 Clicking,Snapping或是 Clinking(簡單來說會有一些聲響或是覺得有摩擦感或脫位感)。另外有一部分的人甚至可以自己把關節脫位再復位。

  • 過度使用或手術後遺症 這部分的病人比較常會抱怨外上髁的疼痛或是過去有經歷過手術。有些人可能會有網球肘的病史,關於網球肘請見:《運動傷害小教室》 網球肘 Lateral Epicondylalgia,這類的病人通常不會抱怨覺得不穩定,但是會抱怨有疼痛的狀況。雖然目前沒有研究證實,但是有些時候這些病人的症狀可能跟類固醇的注射有關。

  • 慢性不穩定 這個部分的原因最主要是一些生物力學上的失常,例如 Cubital varus,也就是手肘過度外翻。理論上我們的手肘會有一個自然的內翻角度稱為 Carrying angel,若是這個角度小於 5 度我們就可以稱為 Cubital varus。常見的原因包括小時候受傷或是一些生長的異常。長期處於 varus 的狀況會將壓力放到整個 Lateral collateral ligament complex 上而導致韌帶變鬆進而影響穩定度。

看到這邊大家可能會想為什麼 Lateral complex 可以抵抗 Varus stress 但是我們在一開始的受傷機轉卻說是 Axial compression、Valgus stress 與 Supination呢?其實要對抗 Varus stress 最重要的結構是 Ulnohumeral articulation,真正由 Lateral complex 所貢獻的部分比較少,整個 Lateral complex 主要是維持旋轉時的穩定,避免橈骨脫位。


診斷與檢查(Diagnosis and Examination)

臨床上的診斷包含病史的詢問以及理學檢查,病史詢問主要就是看看有沒有上述的一些表現以及受傷的肌轉。理學檢查的部分會著重在 LUCL 以及其他上述的一些評估(是否有 Cubital varus、有沒有類固醇注射的跡象、有沒有開刀的傷口等等)的檢查。下面簡單列舉一些理學檢查的技巧,基本上都是要將壓力施加在 LUCL 上。

  • Lateral pivot-shift test(最下圖A)影片來自 Physiotutors 請患者面朝上平躺,將手高舉過頭,上臂盡量固定或內轉外轉(Internal rotation),前臂盡量旋後(Supination)並且慢慢在手肘彎曲同時施加 Axial load、Supination 與 Valgus stress 的力。 通常脫位或脫臼會在 40 度左右出現,可以看到橈骨頭往後外側脫位。一般而言我們在各個角度都會嘗試。這項檢查在手術室裡可以看到明顯的脫位,因為病人是在麻醉的狀態下,所以相當放鬆,Sensitivity 可以達到 100%。若是清醒的時候可能就只有覺得不穩(Apprehension),原因在於 Dynamic stabilizer 會跳出來幫助穩定,所以 Sensitivity 只剩 38%。

  • Posterolateral rotatory drawer test 影片來自 Physiotutors 這個測試和上面的 Pivot-shift 很像,同樣是在有麻醉的狀態下會有很高的敏感度(Sensitivity),大家可能會問那這樣價值是不是就相對低了?其實這些檢測可以應用在手術修補之後看看是否真的完整重建穩定度。 和上面的檢測不同,但一樣是將手高舉過頭並且請病人放鬆,在執行前可以先做活動範圍較小的移動並且告知病人實行的細節以幫助他放鬆。接下來就是嘗試在不同的角度利用手創造出 Posterolateral force 把橈骨頭給擠出來(Axial load、Valgus stress、Supination)。一般來說脫位最常發生在 20-40 度的屈曲角度,若是在 90 左右也發生的話,代表傷害的範圍已經擴展到後外側關節囊 Posterolateral capsule。

Figure from Christopher L. Camp et al., 2017, Ref (1)

  • Chair push-up test(下圖B、C)影片來自 Physiotutors 這個檢查和下面另外兩種檢測基本上都差不多,目的都是為了創造出 Posterolateral rotatory force,所以手的姿勢都是 supinated 並且從 90 度的屈曲開始伸展,在伸展的同時自然就會有一個 Valgus stress(記得上面提到的 Carrying angle嗎)。

  • Prone push-up test(下圖D、E)影片來自 Physiotutors

  • Table-top relocation test 影片來自 Physiotutors

Figure from Lauren E. Karbach et al, 2017, Ref (2)

除了理學檢查與病史詢問以外,影像檢查最好的還是 MRI,可以看到最完整的資訊,但是 MRI 沒有異常並不能完全排除 PLRI 就是了。超音波也會有一些價值存在,因為它可以進行動態的監測。除此之外,Fluroscopy 和 Athroscopy 都是可以考慮的方式。


治療(Treatment) 治療的方式主要可以區分為手術與非手術的部分,至於要怎麼決定是否需要進行手術就要看 PLRI 的分級。

  • Grade 1 只有 LCL 的部分受傷,有時候只有 LUCL 受傷

  • Grade 2 橈骨頭已經有向後脫位,LCL 已經撕裂,並且伴隨著 Joint capsule 的受損

  • Grade 3 連同 Ulna 都已經脫臼(Dislocation),已經傷到 MCL 的部分 這邊可以再細分為 a、b、c 三種不同的亞型。3a 代表 MCL 只有部分斷裂,3b 代表 MCL 已經完全斷裂,3c 則代表除了 MCL 斷裂以外還伴隨著骨頭或是 Common flexor tendon 的撕裂

Figure from Christopher L. Camp et al., 2017, Ref (1)

除了 Grade 1 以外,Grade 2-3 都要進行手術重建或修補。在 Grade 1 的病人中,復健應該著重在下面幾個重點:

  • 整個動力鍊的調整,包含肩胛骨的動作以及核心肌群的穩定

  • 在前期應該避免 Varus load

  • 強化Extensor muscle 如 Extensor digitorum communis, EDC 與 Extensor carpi ulnaris, ECU

強化肌肉的原因前面已經講過,可以透過 Dynamic stabilizer 來代償 Static stabilizer 的不足。至於動力鍊可以理解為優化整個動作模式,避免錯誤的動作模式導致更多的傷害。


手術的部分通常效果都還不錯,90% 的人有很棒的預後,ROM 也都恢復得不錯,11% 的人有一些手術相關的併發症症,但是仍就有 8% 左右的人會再次出現不穩定。至於手術後需不需要戴上護具?通常醫師都會建議帶著,但是不同的醫師會有不同的意見。有些醫師會覺得術後腫脹慢慢消退之後,護具和手不夠密合而如果又不小心動到手肘,反而會造成脫位的情形更加嚴重。術後可以開始進行一些像是射飛鏢的動作(手擺在 Neutral position 可以避免過多的壓力),及早徵招所有的 Dynamic stabilizer。同時要避免進行肩膀外展的動作,因為重力本身就會造成 Varus stress。


Varus Posteromedial Rotator Instability, VPMRI

VPMRI 在近幾年開始才比較常被討論到,因為這類的病人通常不會有太明顯的脫位或是脫臼,但是經過一段時間常常會出現退化性關節炎的狀況,受傷的機轉則以創傷性的原因居多。

受傷機轉(Mechanism of Injury)

受傷的主要機轉是跌倒並以手撐地(Fall on the Outstretched Hand),和 PLRI 不同的點在於 VPMRI 的手是相對 Pronation(旋前),這個動作會造成 Axial compression 和 Varus stress 導致 LUCL、Anteromedial coronoid facet 與 MCL 受傷。一般而言視嚴重程度,最先受傷的是 LUCL 或是整個 LCL complex(Primary varus restraint),接下來才會進展到 Coronoid facet(Secondary varus restraint)與 MCL 的 Posterior part。雖說名稱還是 Rotatory instability 但是 VPMRI 相較於 PLRI 旋轉所造成的壓力相對小。

臨床表現(Clinical Presentation)

臨床表現依照嚴重度會有所不同,但是通常不會有很明顯的脫位或是脫臼,畢竟 Ulna 和 Humerus 的關節強度很強,所以比較常見的表現是疼痛,而這個疼痛主要是在手肘內側並且和 Varus stress 有關。


診斷與檢查(Diagnosis and Examination)

在 VPMRI 的診斷上一樣是透過臨床的問診與理學檢查,影像學檢查在這邊的重要性比較高,因為 Anteromedial facte of coronoid 是否有受傷會大大影響到預後以及開刀與否。

最常使用的檢查是 Gravity-assisted Varus Stress Test。操作方式很簡單,請病人平舉手臂至 90度,肩膀維持穩定,在這個姿勢下進行手肘的彎曲與伸展,若有疼痛的出現則為陽性。其他還可以測試的方式包括 Varus stress test,是將病人的手彎曲在 20-40 度左右,並施加一個 Varus stress 看看是否有不穩定或疼痛。

Figure from Lauren E. Karbach et al, 2017, Ref (2)

在影像檢查上 X 光可以看看是否有 Coronoid fracture 的出現,如果有 Coronoid fracture 的出現,那通常代表之前有過 Dislocation 只是在受傷後又 Relocate 了。另外 Ulnohumeral joint 可以看到有一端的間隙會比較大,原因在於少了 LCL 的幫助,關節無法面對 Varus stress,久而久之所有的壓力都會集中在 Medial side 進而造成退化性關節炎。 CT 的價值在這邊就大許多,因為可以明確地看到是否有 Coronoid anteromedial facet fracture 的情形以及嚴重程度。基本上如果有傷到 Anteromedial facet 就需要考慮開刀,因為若不積極處理,以後可能會有退化性關節炎的風險。

治療(Treatment)

治療的方式基本上只有手術一途,因為一但侵犯到 Anteromedial coronoid facet 就很容易會導致退化性關節炎。所以這個類型是三種 Elbow instability 中最難處理也最嚴重的一種類型。 依照 Anteromedial coronoid facet, AMCF 的受傷程度會決定手術應該修補哪些構造,若只有一小部分的 AMCF 受損,那可以只修補 LUCL,若是大面積的 ACMF 受損則要連同 LUCL 一併處理。 手術過後是否需要戴護具這個問題一樣因醫師而有不同。不戴護具的道理和上述相同,可以考慮在術後儘早開始進行投擲的動作,但是和 PLRI 不同,除了 Neutral position 射飛鏢的動作以外,應該要以 Supination 的姿勢進行投擲訓練,以避免過多的 Varus stress 產生。復健同樣應該著重在:

  • 整體動力鍊的訓練(核心、肩膀、投擲的生物力學)

  • 儘早恢復關節活動度(Range of Motion)

  • 內側肌肉的強化,包含 Flexor 與 Pronator

至於何時可以回復正常運動或活動,真的要以時間而言大約要半年,只是復健從不應以時間作為標準,畢竟個體差異很大。能夠回到正常訓練的前提就是無痛,並且沒有任何的 Instability 的現象。


Valgus Extension Overload, VEO

VEO 是本篇文章中最後的一個類別,也是文章開頭 Tommy John 先生所遇到的問題(這個梗也是撲的天長地久...)。除了創傷以外,VEO 還可以是 Overuse(過度使用)所導致,而常發生在投擲的運動員(棒球、羽球、標槍...)身上。


受傷機轉(Mechanism of Injury)

除了創傷性的脫臼外,VEO 的受傷機轉主要是 Overuse,來自不斷的投擲動作造成反覆的 Valgus stress 與 Extension stress 導致 MCL(特別是 Anterior band)受傷。同時其他相鄰的結構例如 Anterior capsule 與 Radiocapitellum joint 都有可能受傷,因為這些結構對 Valgus stability 都有所貢獻。

下圖是整個投擲過程的圖解,主要的受傷機轉發生在 Cocking phase,可以分為下面兩個原因來闡述:

  • 軀幹與髖關節的旋轉速度過慢 這會導致上半分的力矩過大,進而對手肘產生壓力

  • 肩膀的轉速過慢 如果旋轉肌群的強度過低,無法維持肩關節穩定,且外轉速度過慢,在投擲過程中手肘會一直處在身體的最後方,進而造成手肘的壓力

上述的機轉在 Radial side(橈側)是 Compression force 而在 Ulnar side(尺側)則是 Tension side,所以可以預見下面的變化。

  • Lateral Side Radiocepitellar OA,因為不斷的擠壓會造成這邊的關節退化 Avascular necrosis or loss bodies,因為擠壓可能導致缺血性壞死或有些小碎骨

  • Medial Side MCL 撕裂可能造成 Ulnar neuritis(尺神經發炎) 手肘內側疼痛 手肘後側夾擠(Posterior impingement),因為不斷的伸展造成骨刺生成

Figure from Robert S. O’Connell, 2020


臨床表現(Clinical Presentation) 臨床表現會出現手肘內側的疼痛,特別是出現在 Late cocking phase 的時候,同時也會在手肘伸展時產生後側的疼痛。在投手身上可以看到球速與控球的下降等現象。


診斷與檢查(Diagnosis and Examination)

診斷的部分同樣是透過問診與理學檢查來判定為主。檢查的邏輯則是利用 Valgus stress 去挑戰並誘發症狀。常見的理學檢查有以下幾種:

  • Valgus stress test(圖 A)影片來自 Physiotutors 將手擺在 Supination 的狀態,並且在彎曲約 20 度時施加一個 Valgus stress

  • Milking maneuver(圖 B)影片來自 Physiotutors 將手臂擺置外展 90 度,手肘彎曲至 90 度並且施加一個拉力在大拇指上

  • Modified milking maneuver(圖 C)影片來自 Physiotutors 將手臂內收並呈現外展,手肘彎曲至 70 度,同樣也透過大拇指施加一個拉力

  • Moving valgus stress test(圖 D, E)影片來自 Physiotutors 將手臂擺置外展 90 度,並且反覆進行伸展與彎曲,於此同時施加一個 Valgus stress

這些檢測如果有重現出症狀(疼痛或是末端沒有限制的感覺)即為陽性。

Figure from Lauren E. Karbach et al, 2017, Ref (2)

其實光理學檢查與問診就可以得到診斷,影像檢查則以 MRI 可以得到最多的資訊,不光可以看到軟組織的受損狀況,也可以看到骨頭以及其他地方是否有受傷。

治療(Treatment)

治療上一般而言會先以保守治療為主,若保守治療無效或是有其他特殊的需求才會考慮以手術重建等方式處理。保守治療的重點其實和上面差不多:

  • 訓練整體的動力鍊 前面有提到像是下肢、軀幹、肩膀的旋轉能力都會影響到 VEO

  • 內側肌肉的強化 強化 Dynamic Stabilizer 可以幫助整體穩定性的提升

  • 投擲訓練 改變投球的姿勢等等,調整或優化整體的生物力學

在上述這些保守治療都沒有用的情況下,就需要手術介入來重建穩定性,也就是所謂的 Tommy John Surgery。隨著手術技術的進展,其實手術的預後相當不錯,在 MLB 的球員上約有 80-90% 的人可以重返大聯盟賽場(有些研究甚至高達 97%)。術後的復健可以遵循運動傷害復健的大原則:EO4又受傷了!運動傷害的一般復健原則

總結

這邊稍微總結一下三種常見的 Elbow instability:

診斷上以問診與理學檢查為準,影像檢查在進行手術前的計畫有幫助。若有需要,重建 Primary Stabilzer,同時強化患側但沒有受傷的 Stabilizer,以 Dynamic 為主。不一定需要護具的使用,及早進行功能性活動(適當的姿勢)並及早徵招 Dynamic Stabilizer,同時針對整體動力鍊進行評估,優化生物力學。


Dr. M 我們下次見!


References

1. Camp CL, Smith J, O'Driscoll SW. Posterolateral rotatory instability of the elbow: part I. Mechanism of injury and the posterolateral rotatory drawer test. Arthroscopy techniques. 2017;6(2):e401-e5.

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

3. Dunning CE, Zarzour ZDS, Patterson SD, Johnson JA, King GJW. Ligamentous stabilizers against posterolateral rotatory instability of the elbow. JBJS. 2001;83(12):1823-8.

4. 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.

5. Ramirez MA, Stein JA, Murthi AM. Varus posteromedial instability. Hand clinics. 2015;31(4):557-63.

6. Marshall NE, Keller R, Limpisvasti O, Schulz B, ElAttrache N. Major League Baseball pitching performance after Tommy John surgery and the effect of tear characteristics, technique, and graft type. The American journal of sports medicine. 2019;47(3):713-20.

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