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關於腦震盪的二三事 Sports-related Concussion

Updated: Dec 8, 2022


這篇是欠稿已久的文章,從運動醫學會年會上聽到國體大 Michael 老師的感嘆開始:希望台灣的醫師可以更加重視腦震盪,腦震盪不只是休息而已。今天這篇文章是整個腦震盪系列文章的簡介,主要想先讓大家了解腦震盪相關的生理機轉、受傷的機轉、典型的表現以及如何進行診斷。在這邊要特別感謝周宗曄、黃昱倫兩位防護員出身的學者以及賴政謙、張瑋麟、徐千婷三位醫師的協助整理。


運動相關腦震盪的定義 Definition of Sports-related Concussion

我們對於腦震盪的了解其實還沒有到很完全,所以在腦震盪的定義上也還有許多模糊的空間。過往腦震盪被描述為一種輕微的創傷性腦損傷 Traumatic brain injury ,這個症狀可能是暫時的或是持續一段很短的時間,但是這樣的說法有幾個缺點:缺乏對於致病機轉的描述缺乏對於症狀嚴重度的描述缺乏對於症狀持續的解釋

因此,目前學界對於腦震盪琢磨最多也是大家公認最具代表性的文章是由四年一度的共識會議所達到的共識,最近一期的共識是 2016 年在柏林所舉辦的會議,原本 2020 年要舉辦的會議因為疫情關係而延宕。本篇文章跟這一系列的文章很多內容都是由這篇共識文獻而來,也是 Dr. M 推薦給所有想要了解腦震盪的人閱讀的第一篇文獻。

在這篇共識文獻中提到關於腦震盪的定義,腦震盪是由機械生物力所導致的一個創傷性腦損傷,有著以下的特徵:

  • 可以由對頭頸部的直接撞擊或是由身體任何部位傳遞衝擊力量導致

  • 典型的表現是傷後快速產生但只會持續一段時間便自動緩解的神經學症狀,然而在某些個案上症狀可能會延後一段時間出現甚至慢慢惡化

  • 症狀是以功能性的異常為主,在傳統的影像檢查上幾乎看不到異常

  • 造成一連串的臨床症狀,症狀會隨著時間改變緩解但在某些個案上可能會持續

從這個定義可以知道腦震盪的受傷機轉不一定要由直接的頭部撞擊所產生,事實上遭遇撞擊時會有兩種不同的力量,分別為撞擊本身所產生的直接力道與撞擊後所造成的加速度,而加速度又分為線性加速度 Linear acceleration與旋轉加速度 Rotational acceleration。在腦震盪的案例中,直接性的衝擊導致的狀況是相對少見的,研究顯示最容易造成腦震盪的原因是旋轉的加速度

這一點可以從拳擊賽場上看到,絕大多數的 KO 都是來自選手被擊中下巴或其他部位後頭部快速的旋轉所導致。因為這樣的機轉最容易造成神經軸突的撕裂,而導致腦震盪的症狀,可以理解為大腦是由我們的腦幹當作錨點,漂浮在我們整個頭顱內部,所以任何旋轉很容易造成剪力進而導致連結於上的神經纖維受損。這也和車禍等狀況偶爾會出現的瀰漫性神經軸突受損 Diffuse axonal injury 很像,也因為是瀰漫性的,所以和直接性衝擊所造成的腦傷會有典型不對稱的狀況不同,腦震盪的表現通常是雙側性。


腦震盪的病生理機轉 Pathophysiology

腦震盪的機轉相當複雜,但簡單來說可以分為以下幾個步驟,對於細部的機轉有興趣可以參考運動傷害防護專業知識的文章:撞到後腦子怎麼了- 腦震盪的生理機制


異常離子流動與谷氨酸釋放 Ionic influx and glutamate release

在受到撞擊後因為細胞膜的受損會導致谷氨酸的釋放鉀離子大量流出與鈣離子大量流入細胞改變整個細胞的環境,谷氨酸是一種興奮性神經傳導物質,而 GABA 則是一種抑制性的神經傳導物質,這兩者的濃度平衡在受傷的急性期會有所改變。異常離子流動加上興奮性與抑制性神經傳導物質的不平衡會導致類似廣泛性的大腦抑制狀態 Spreading depression-like state,而產生急性期的一些症狀。


能量危機 Energy crisis

因應著上面所述的離子進出造成的膜電位改變,細胞膜上的主動運輸幫浦蛋白會被大量活化,希望透過主動運輸將細胞膜內外的離子濃度恢復,而主動運輸本身就會耗費大量的能量(對葡萄糖的需求提高)。此外,因為自律神經系統的異常,導致在創傷初期會產生大腦血流量下降的情形,在需求增高供給又減少的狀況下,自然產生能量危機。這樣的異常大概會持續 7-10 天,而這段時間也是大腦最脆弱也最容易產生二次傷害的時候。


氧化壓力與代謝異常 Oxidative stress and impaired metabolism

在前面提到的鈣離子異常流入的持續時間其實相對於其他異常會存在更久,而此時流入的鈣離子也會去影響細胞內的粒線體,造成粒線體的功能異常而影響到粒線體的氧化能力。氧化能力異常就會導致過多的自由基累積造成細胞的損害與代謝異常。


細胞骨架與神經軸突受損 Cytoskeletal damage and axonal dysfunction

這個部分就是比較相對好理解,不論是直接性的衝擊或是由其他地方傳導過來的機械力都會造成大腦內細胞骨架與神經軸突的受損。神經細胞的受損甚至是發炎就會影響到大腦的功能與表現。

這邊要特別將自律神經系統異常 Autonomic System Dysfunction 提出來說明,因為這個部分是造成腦震盪症狀很重要的原因。


自律神經異常 Autonomic System Dysfunction

下視丘可以說是人體自律神經系統的中樞,位置大概就在腦幹往上一點,所以可能和這個相對位置有關,自律神經系統的異常在腦震盪中是很常被發現的。目前研究比較多琢磨在心跳變異率血壓調控大腦血流的調控。下面的圖表表示在 Functional MRI 中大腦血流量的改變,可以看出在腦震盪的急性期,血流量的調控是下降的,即便到 RTP 也就是回場的時候還是和沒有腦震盪的一般人有所落差,而在不同的運動強度中也發現類似的結果。簡而言之,即便以目前的回場策略來看,還是有些人在腦部血流量的調控還沒完全恢復正常

在這些自律神經系統掌管的平衡機制中,對於血液中的二氧化碳濃度感受異常是很重要的變化,因為這個變化導致了許多腦震盪常見的症狀,例如:頭痛、想吐與頭暈等等。一般而言我們在運動的狀態下血液中的二氧化碳濃度會上升,在這個情況下會有兩種調控機制:

  • 增加呼吸的速率:呼吸速率上升可以加速二氧化碳的代謝

  • 增加大腦血流量:透過增加血流量可以加速腦內的代謝廢物清除

在腦震盪的患者身上,因為對於二氧化碳濃度的感知錯誤,導致呼吸速率無法正常增加,所以沒有辦法正常提升換氣效率的狀況下,大腦就必須提高腦部的血流量來達到同樣的效果,代謝二氧化碳產生的壓力。所以大腦的血流量會和運動的強度不成比例,因而導致後面的頭暈、頭痛等症狀。這也是為什麼在後面的系列會提到利用漸進式的有氧訓練訂定一個目標心率來訓練是很客觀實際的方式,因為這和整個腦震盪的生理機轉有關。


其他相關異常 Associated Pathologies

腦震盪除了上述提到的一些致病機轉導致的問題以外,還跟身體其他的系統很有關聯。目前比較常被討論的大概有:前庭系統、動眼系統與頸椎

在前庭系統上,腦震盪的患者可能會出現平衡的問題進而影響到步態與視覺以及一些動作分析的結果。可以想見如果這個運動員有影響到前庭系統,那平衡感受損的狀況下是無法做出一個好的動作模式,輕微的狀況下就會延伸出代償,嚴重的狀況基本上無法正常活動。

在動眼系統方面其實和前庭系統是息息相關的,對於眼睛的注視、兩個物體間的視覺移動以及看近物或遠物都會有影響。如果一個運動員在注視物體時會有像是頭暈或想吐等症狀,那大概是無法進行運動的,一定會影響到運動表現。

頸椎的部分,類似所謂的揮鞭症候群 Whiplash syndrome 可能產生周邊肌肉的緊繃不適或甚至是關節間的問題(小面關節發炎或動作失能喪失活動度)。這些問題都可能影響到頭痛或是頭暈等症狀。同時,也有文獻指出對於平衡、視覺、記憶與注意力都有關係。

因為腦震盪其實是一整個系統性的問題,所以在後面介紹評估的部分就會針對這些不同的系統去進行評估,檢查是否在這些相關系統有問題,如果不解決這些問題貿然讓選手回場,那後續產生第二次或第三次腦震盪的機率便會大大提升。


腦震盪的流行病學 Epidemiology

關於腦震盪的流行病學研究在國外比較多,但是也是近幾年才慢慢興起。在美國 NCAA 擁有多套的 Injury Surveillance 系統可以提供相關的資料。在台灣目前還沒有一套完整的 Injury Surveillance 系統,連一般的運動傷害的相關統計數字都不一定有了,更不用說像是腦震盪這類被嚴重低估問題。

一般而言,我們在計算運動傷害的發生率時會以每千小時的運動暴露發生幾次來計算。從上面幾篇研究我們可以看到以運動項目來說,橄欖球和角力這種衝撞性很高的運動發生的機率比較高,而在同樣的運動賽事中女性又比男性容易產生腦震盪。不過這邊提到的這些風險因子和腦震盪的預後或是嚴重程度不一定有相關。

在 NCAA 的研究中可以看到橄欖球、角力和冰上曲棍球都是容易產生腦震盪的運動,而發生腦震盪的比例在比賽時期明顯高於練習階段。這部分其實很好理解,因為比賽的強度是不可控的,但是練習的模式與強度是可以調整的。這也是為什麼在正式回到賽場前要先漸進式回歸訓練,因為訓練強度可以調整,讓選手在安全的狀態下慢慢返回競賽。

從上面的數據可以知道,運動相關的腦震盪發生的比例大概落在 0.3-0.6/1000h 運動暴露,而大家耳熟能詳的前十字韌帶損傷呢?大約是落在 0.1-0.3/1000h 運動暴露之間。當然這些數據隨著研究的不同而有所不同,但是我們大概可以知道腦震盪的發生率其實不會比前十字韌帶少,但是卻沒有受到同等的重視

當然,我們還是要強調在探討預防運動傷害時,我們不單純是看發生率或是嚴重度的高低,我們會將發生率 Incidence 與嚴重度 Severity 相乘得到一個所謂的負擔 Burden,負擔最大的傷害會是預防運動傷害時首要的目標。在另一篇文章我們將會告訴大家腦震盪後續可能引發的問題,也就是針對他的嚴重度做一個說明,請見腦震盪不只是腦震盪:腦震盪後的秘辛。



腦震盪的症狀 Symptoms and Signs

腦震盪會有哪些典型的症狀呢?在 2016 年的柏林共識中提到,腦震盪會有以下症狀或表現:

  • 症狀:頭痛、認知異常(覺得在一片迷霧中)、情緒不穩

  • 表現:短暫的失去意識或是失去記憶

  • 平衡感異常:步態不穩

  • 行為模式改變:焦躁易怒

  • 認知功能下降:反應遲緩

  • 睡眠週期障礙:倦怠

這些症狀有些時候不一定會在當下發生,可能會有延遲性的表現。所以在場上的評估就變得非常重要,如何正確辨識出潛在可能是腦震盪的個案就是處理的重點。當然上面段落也有提到一些相關的症狀(前庭系統、動眼系統以及頸椎),這些相關症狀的產生都可以協助我們鑑別是否可能是腦震盪的個案。


腦震盪的診斷 Diagnosis

關於腦震盪的診斷一直都沒有一個很好的生物性指標,無法像是診斷感染一樣有一些生物指標可以提供我們進行診斷。在傳統影像學檢查上也不容易發現異常,所以就如同過度訓練症候群一樣,需要從臨床的表現進行評估與診斷,過度症候群請參考:過猶不及,你聽過過度訓練症候群嗎?Overtraining Syndrome。最主要的診斷依據包括受傷的機轉(是否有明確的撞擊)以及後續相關的臨床表現。臨床表現上就如同上述的相關症狀,如果有症狀且有相關傷病史,那是腦震盪的可能性就會大大提高。Dr. M 之前在倫敦上課時,教授有提到 Buffalo Concussion Test 同時也可以當作是一個診斷的方式,這是透過漸進式的有氧測試來挑戰自律神經系統,並且以是否有重現或誘發腦震盪的相關症狀來進行診斷。關於 Buffalo Test 會在其他文章介紹。

腦震盪的診斷需要相當的臨床經驗,所以醫界也不斷的努力尋找相關的生物指標。在 2021 年 1 月份,英國運動醫學雜誌 BJSM 刊登了一篇文章,講述利用分析選手的唾液來進行腦震盪的診斷。他們發現在比賽後立即採檢與賽後 36-48 小時採檢時,透過 HIA 被診斷為腦震盪的選手和沒有被診斷的選手相比在唾液中的 sncRNA 的序列有顯著的差異。未來研究發展更加成熟時,可以當作協助診斷的利器。


總結

這篇文章作為腦震盪系列文的開端,簡單的敘述了腦震盪的相關的受傷機轉、病生理改變、發生率、症狀以及診斷的標準。關於腦震盪的致病機轉其實還沒有很明確,所以症狀上也是屬於一種類似症候群的表現,同時涵括了其他系統的相關共病,所以在評估時要進行很全面的檢查。和大家熟知且重視的 ACL 傷害相比,腦震盪的發生率沒有比較低,而腦震盪後續會造成許多問題,所以他的嚴重程度其實不如大家想像中的輕微,是值得好好學習如何處理與預防。最後,目前在診斷上仍舊仰賴醫療人員的專業判斷,但目前也有研究致力於尋找出腦震盪相關的生化指標協助我們更即時的診斷。


Dr. M 我們下次見!


REFERENCES

本篇文章圖片中即有參考資料出處,以下僅列出最常使用的部分:

1. McCrory P, Meeuwisse W, Dvorak J, Aubry M, Bailes J, Broglio S, et al. Consensus statement on concussion in sport—the 5th international conference on concussion in sport held in Berlin, October 2016. British journal of sports medicine. 2017;51(11):838-47.

2. Patricios JS, Ardern CL, Hislop MD, Aubry M, Bloomfield P, Broderick C, et al. Implementation of the 2017 Berlin Concussion in Sport Group Consensus Statement in contact and collision sports: a joint position statement from 11 national and international sports organisations. British journal of sports medicine. 2018;52(10):635-41.

3. Giza CC, Hovda DA. The new neurometabolic cascade of concussion. Neurosurgery. 2014;75(suppl_4):S24-S33.

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