Humerus Diaphyseal Stress Fracture in a Teenage Tennis Athlete: Case Report.

A teenage male tennis player had chronic pain in his dominant arm during tennis practice. Magnetic resonance imaging (MRI) suggested humerus diaphyseal stress injury. After 4 weeks, he became asymptomatic and resumed playing. However, pain recurred after 3 days. A new MRI revealed a diaphyseal undisplaced humerus fracture and significant bone marrow edema. The patient remained in rest for 4 weeks. After that, strengthening exercises were introduced and return to training was allowed after 12 weeks. Even if asymptomatic, we suggest that these patients should not return to play before 12 weeks, depending on the physical exam and imaging findings. Sociedade Brasileira de Ortopedia e Traumatologia. This is an open access article published by Thieme under the terms of the Creative Commons Attribution License, permitting unrestricted use, distribution, and reproduction so long as the original work is properly cited. ( https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ ).

Introduction

Stress fractures are common overuse injuries among athletes and represent a major disruption to training and competition. 1 They result from excessive, repetitive, submaximal loads on bones, causing an imbalance between bone resorption and formation. Osseous microdamage occurs as a result of daily activities and there is osteoclastic resorption of damaged bone followed by osteoblastic bone production, resulting in a balance of resorption and production. 2 High loads of physical activities, little time to rest, insufficient nutritional intake or a combination of those factors may lead to an imbalance between resorption and production with predominance of osteoclastic activity. 3 Upper limb stress fractures are far less common than those in the lower limbs, and have been described in upper limb-dominated sports, such as tennis or throwing activities. 4 5 6 Due to its low incidence, there are no large series published in the literature, presenting mostly case reports and small case series. 1

Among upper limb stress fractures, diaphyseal humerus fractures are even rarer. Rizzone et al. 4 found only 1 case among 671 stress fractures in collegiate student athletes. Changstrom et al. 5 did not find any diaphyseal humerus fracture among 389 stress fractures in high school athletes. Based on the few case reports available, one can infer that those fractures predominate in two main age groups: adolescent athletes and healthy middle-aged athletes. 7 The high level of activity, which places a high degree of stress in an immature bone with inadequate muscular development, explains the stress fractures in adolescent athletes. Although the overall prevalence of stress fractures has been shown to be greater in women, 4 5 it seems that both genders are equally affected in upper extremity stress fractures, 5 including those related to tennis practice. 3 Physical examination signs include tenderness to palpation at the site of the stress. 7 Shoulder and elbow range of motion is typically full but pain may be present at the ends of motion. 7 Magnetic resonance imaging (MRI) is the main exam to identify early stress changes within the bone. 2 Due to the paucity of available cases in the literature, there is no consensus on how we should treat those patients, especially regarding how long they should keep away from training.

Case Report

A 15-year-old male high school tennis player had chronic, progressive pain in his right dominant arm, especially after a long time training or competitions. The day before the consultation, however, he had to stop training due to sudden and severe pain in the arm. Physical examination revealed shoulder and elbow full range of motion and painful palpation of the middle arm ( Fig. 1 ). An MRI revealed massive stress reaction in humerus diaphysis ( Fig. 2 ). The patient interrupted training and started physiotherapy, with complete pain relief after a few days. After 4 weeks, he remained asymptomatic and a new MRI showed a huge regression of the bone edema. Despite medical recommendations of progressive return to sport with reduced training loads, he began heavy training in order to participate in his next scheduled competition. After 3 days of intensive training, pain recurred. Training was then interrupted and the patient returned to physiotherapy. A new MRI detected a diaphyseal undisplaced stress fracture in his right humerus ( Fig. 3 ). After a period of a few days, complete pain relief was achieved once more, but the athlete was only allowed to perform lower limb and core exercises. One month later, a new MRI revealed regression of the bone edema ( Fig. 4 ). Muscle strengthening was introduced, focused on biceps and triceps and preventing rotational movements of the arm. Besides, no racket work was allowed. After another month, a computed tomography (CT) scan showed periosteal callus formation ( Fig. 5 ). Muscle strengthening exercises were intensified and specific tennis gestures training was introduced. Ten weeks after the recurrence of pain, the patient was suggested to resume training using soft balls and a lighter racket than his usual one. Two weeks after, a new MRI confirmed complete consolidation and residual bone edema ( Fig. 6 ), so that the athlete resumed training with regular balls and racket. Training loads were progressively increased and 2 months afterwards the athlete could compete. He remains asymptomatic after a 3-year follow-up period.

Fig. 1

Clinical aspect of the patient, showing full elevation of the shoulder.

Fig. 2

Axial ( A ) and coronal ( B ) fat-suppressed T2-weighted magnetic resonance imaging showing significant bone marrow and periosteal edema in the lower half of the humerus diaphysis.

Fig. 3

( A ) Axial STIR magnetic resonance imaging revealing longitudinal fracture through the posterior cortex, which is thickened; endosteal and periosteal edema are also noticed. ( B ) Sagittal STIR MR image showing cortical thickening and bone marrow edema in distal humeral diaphysis.

Fig. 4

Axial, fat-suppressed proton density-weighted ( A ) and STIR sagittal ( B ) magnetic resonance imaging depicting maintenance of posterior cortex thickening, linear fracture line and slight reduction in periosteal and endosteal edema.

Fig. 5

Axial ( A ) and sagittal CT ( B ) images showing fracture consolidation and persistent thickening of the posterior cortex.

Fig. 6

Axial, fat-suppressed proton density-weighted magnetic resonance imaging revealing residual bone marrow edema. The fracture line is no longer evident.

Discussion

Stress fractures are not common in tennis players. Iwamoto et al. 8 studied 196 cases of stress fractures in more than ten thousand athletes and found that only 2,6% of all fractures occurred in tennis players. They also noted that only 1,4% of all symptomatic tennis players sustained stress fractures, none of which in the upper limbs. Maquirriain et al. 3 found a higher incidence of stress injuries in elite tennis players, comprising 12,9% of the 139 subjects. The higher rate reported in their paper may be due to the inclusion of all stress injuries rather than only stress fractures. Although they showed that upper extremity stress injuries accounted for 22% of all injuries, none occurred in the humerus. Rizzone et al. 4 evaluated 671 collegiate student athletes with almost 12 thousand athlete-exposures (1 athlete participating in 1 practice or competition) and found that only 1,2% of all stress fractures occurred in tennis players, none of which in the upper extremity.

Teenage athletes seem to be at higher risk of stress fractures. Maquirriain et al. 3 found statistically a significant higher incidence of stress fractures in junior elite tennis players than in professional players (20,3 versus . 7,5%). Milgrom et al. 9 reported that with each year of increase in age from 17 to 26 years, the stress fracture risk for any site decreased by 28%. Adolescent competitive tennis players usually engage in heavy, professional participation and have long daily training sessions from an early age. Many of them are submitted to adult training volume, which they are not prepared for. Growth spurt leads to fast bone growth, but muscles do not develop so fast. 7 Torsional stress is believed to be the main mechanism of stress fractures in tennis players, 3 as the powerful swinging action transmits considerable force across the bones of the upper limb. It has been suggested that the compressive forces of the biceps and triceps across the humeral shaft are protective against the rotational forces during tennis practice. 7 When those muscles fatigue, their capacity to dissipate energy reduces and a greater rotational strain occurs in the humerus, allowing for stress injuries to occur. Therefore, muscle strengthening exercises may also be important in preventing these injuries. Rest seems to be another key protective factor. It has been suggested that all adolescent involved in competitive tennis should rest at least 1 day a week and undertake 1 week of light training per month. 3

Tennis elite players with humerus stress injuries may sustain concomitant injuries in the same limb. Hoy et al. 10 found that six out of eight athletes with humerus stress injuries had recent or concurrent ipsilateral shoulder injuries. The authors hypothesized that those athletes may impose high stress on the bone as the result of compensation for an ipsilateral injury. To maintain power of stroke or to impart a degree of spin on the ball, a player may overuse uninjured parts of the limb to compensate for lack of power generation more proximally. 10

Treatment of stress fractures in athletes represents a challenge, even regarding the commonest ones. First, athletes are particularly resistant to discontinue sportive practice and, once they get even partial pain relief, they want to resume training and competing. Secondly, previous commitment with tournaments or championships are another reason for the athlete to fasten the return to play. Thirdly, some athletes tend to return to sport with excessively high loads of training, and this may predispose to recurrence of injury. Indeed, Rizzone et al. 4 showed that almost one quarter of stress fractures were recurrent in their series. Treating humeral stress fractures seems to be even more challenging due to the paucity of data in the literature and to the very few cases reported. The lack of a treatment protocol means that each athlete has to be treated in an individual basis. In the case we report, the patient continued playing for months despite having pain. Once the diagnosis of stress reaction was made, he stopped training and became asymptomatic soon after. Four weeks later, a new MRI showed regression of the bone edema and the patient resumed training. However, he trained excessively hard and pain recurred just after 3 days. A new MRI revealed a stress fracture and the patient had to stay even more time apart from the sport practice. After the stress fracture was detected, the patient remained 4 weeks in rest, more 4 weeks doing strengthening exercises, and light training was only allowed after 12 weeks.

Based on the experience with this case, we recommend a more conservative approach when treating athletes sustaining diaphyseal humerus stress fractures, with rest, physiotherapy, muscle strengthening and gradual progression of training load. In our opinion, return to play should be delayed until 12 weeks, even if the patient becomes asymptomatic before that time.

Introdução

Fraturas por estresse são lesões por sobrecarga comuns entre os atletas e representam um grande empecilho ao treinamento e às competições. 1 Resultam de cargas excessivas, repetitivas e submáximas nos ossos, causando um desequilíbrio entre a reabsorção óssea e a formação. O microdano ósseo ocorre como resultado das atividades diárias e há reabsorção osteoclástica do osso danificado seguida pela produção óssea osteoblástica, resultando em um equilíbrio entre reabsorção e produção. 2 Altas cargas de atividades físicas, pouco tempo para descansar, ingestão nutricional insuficiente ou uma combinação desses fatores podem levar a um desequilíbrio entre reabsorção e produção, com predominância da atividade osteoclástica. 3 Fraturas por estresse nos membros superiores são muito menos comuns do que as dos membros inferiores e têm sido descritas em esportes dominados por membros superiores, como tênis ou as atividades de arremesso. 4 5 6 Devido à sua baixa incidência, não há grandes séries publicadas na literatura, mas principalmente relatos de casos e séries de casos pequenos. 1

Entre as fraturas por estresse nos membros superiores, as fraturas diafisárias do úmero são ainda mais raras. Rizzone et al. 4 encontraram apenas 1 caso entre 671 fraturas por estresse em estudantes universitários. Changstrom et al. 5 não encontraram nenhuma fratura diafisária no úmero entre 389 fraturas por estresse em atletas do ensino médio. Com base nos poucos relatos de casos disponíveis, pode-se inferir que essas fraturas predominam em duas faixas etárias principais: atletas adolescentes e atletas saudáveis de meia-idade. 7 O alto nível de atividade, que coloca alto grau de estresse em um osso imaturo com desenvolvimento muscular inadequado, explica as fraturas por estresse em atletas adolescentes. Embora a prevalência global de fraturas por estresse tenha se mostrado maior nas mulheres, 4 5 parece que ambos os sexos são igualmente afetados em fraturas de estresse nos membros superiores, 5 incluindo aquelas relacionadas à prática do tênis. 3 Os sinais de exame físico incluem dor à palpação no local do estresse. 7 A amplitude de movimento de ombro e cotovelo é tipicamente completa, mas a dor pode estar presente nas extremidades do movimento. 7 A ressonância magnética (RM) é o principal exame para identificar alterações precoces de estresse no osso. 2 Devido à escassez de casos disponíveis na literatura, não há consenso sobre como devemos tratar esses pacientes, especialmente no que diz respeito ao tempo que eles devem ficar afastados do treinamento.

Relato de Caso

Um tenista de 15 anos tinha dores crônicas e progressivas no braço direito, especialmente depois de treinos longos ou de competições. Um dia antes da consulta, no entanto, ele teve que interromper o treinamento devido à dor aguda intensa no braço. Exame físico revelou amplitude total de movimento e palpação dolorosa dos terços médio e distal do braço ( Fig. 1 ). A RM revelou extensa reação de estresse na diáfise umeral ( Fig. 2 ). O paciente interrompeu o treinamento e iniciou a fisioterapia, com resolução completa da dor após alguns dias. Após 4 semanas, ele permaneceu assintomático e uma nova RM mostrou significativa regressão do edema ósseo. Apesar das recomendações médicas de retorno progressivo ao esporte com cargas reduzidas de treinamento, ele começou os treinamentos pesados para participar de sua próxima competição programada. Após 3 dias de treinamento intensivo, a dor recorreu. O treinamento foi então interrompido e o paciente retornou à fisioterapia. A nova ressonância magnética detectou uma fratura por estresse não deslocada na diáfise do úmero direito ( Fig. 3 ). Após um período de poucos dias, o alívio total da dor foi alcançado mais uma vez, mas o atleta só foi autorizado a realizar exercícios de membros inferiores e core . Um mês depois, a nova RM revelou regressão do edema ósseo ( Fig. 4 ). Foi introduzido o fortalecimento muscular, focado em bíceps e tríceps e evitando movimentos rotacionais do braço. Além disso, nenhum trabalho com raquete foi permitido. Após mais 1 mês, tomografia computadorizada mostrou formação de calo periosteal ( Fig. 5 ). Exercícios de fortalecimento muscular foram intensificados e treinamento específico do gestual desportivo do tênis foi introduzido. Dez semanas após a recorrência da dor, o paciente foi orientado a retomar o treinamento usando bolas macias e uma raquete mais leve do que a habitual. Duas semanas depois, uma nova RM confirmou consolidação completa e edema ósseo residual ( Fig. 6 ), para que o atleta voltasse a treinar com bolas e raquetes habituais. As cargas de treinamento foram progressivamente aumentadas e o atleta pôde competir 2 meses depois. Ele permanece assintomático após um período de 3 anos de seguimento.

Fig. 1

Aspecto clínico do paciente, mostrando elevação total do ombro.

Fig. 2

Ressonância magnética ponderada por T2 axiais ( A ) e coronal ( B ) com peso de gordura, mostrando edema significativo de medula óssea e edema periosteal na metade inferior da diáfise do úmero.

Fig. 3

( A ) Imagem axial STIR de ressonância magnética. revelando fratura longitudinal através do córtex posterior, que é espessa; edema endosteal e periosteal também são notados. ( B ) Imagem sagital STIR de RM mostrando espessamento cortical e edema de medula óssea em diáfise do úmero distal.

Fig. 4

Imagens de próton axial, suprimidas por gordura ( A ) e STIR sagital ( B ) imagens de ressonância magnética que retratam a manutenção do espessamento do córtex posterior, linha de fratura linear e ligeira redução no edema periosteal e endosteal.

Fig. 5

Imagens axiais ( A ) e sagital CT ( B ) mostrando consolidação da fratura e espessamento persistente do córtex posterior.

Fig. 6

Imagem de ressonância magnética do braço, no plano axial, ponderada em densidade protônica com supressão de gordura, revelando edema residual de medula óssea. A linha de fratura não é mais evidente.

Discussão

Fraturas por estresse não são comuns em tenistas. Iwamoto et al. 8 estudaram 196 casos de fraturas por estresse em mais de 10.000 atletas e descobriram que apenas 2,6% de todas as fraturas ocorreram em tenistas. Eles também observaram que apenas 1,4% de todos os tenistas sintomáticos sofreram fraturas por estresse, nenhuma delas nos membros superiores. Maquirriain et al. 3 encontraram maior incidência de lesões por estresse em tenistas de elite, compreendendo 12,9% dos 139 indivíduos. A maior taxa relatada em seu artigo pode ser devido à inclusão de todas as lesões por estresse, em vez de apenas fraturas por estresse. Embora tenham mostrado que as lesões por estresse nos membros superiores representaram 22% de todos os ferimentos, nenhuma ocorreu no úmero. Rizzone et al. 4 avaliaram 671 atletas universitários com quase 12.000 exposições-atletas (um atleta participando de um treino ou competição) e encontraram apenas 1,2% de todas as fraturas por estresse ocorridas em tenistas, nenhuma delas no membro superior.

Atletas adolescentes parecem estar em maior risco de fraturas por estresse. Maquirriain et al. 3 encontraram uma incidência estatisticamente maior de fraturas por estresse em tenistas de elite júnior do que em jogadores profissionais (20,3 versus 7,5%). Milgrom et al. 9 relatou que a cada ano de aumento na idade de 17 para 26 anos, o risco de fratura por estresse em qualquer local diminuiu 28%. Tenistas competitivos adolescentes geralmente se envolvem em participação pesada e profissional e têm longas sessões diárias de treinamento desde cedo. Muitos deles são submetidos ao volume de treinamento adulto, para o qual não estão preparados. O estirão puberal leva ao rápido crescimento ósseo, mas os músculos não se desenvolvem tão rápido. 7 Acredita-se que o estresse torcional seja o principal mecanismo de fraturas por estresse nos tenistas, 3 pois a poderosa ação rotacional transmite força considerável através dos ossos do membro superior. Foi sugerido que as forças compressivas dos bíceps e tríceps através do eixo umeral são protetoras contra as forças rotacionais durante a prática do tênis. 7 Quando esses músculos fadigam, sua capacidade de dissipar energia reduz e uma maior tensão rotacional ocorre no úmero, permitindo que ocorram lesões por estresse. Portanto, exercícios de fortalecimento muscular também podem ser importantes na prevenção dessas lesões. O descanso parece ser outro fator protetor chave. Foi sugerido que todos os adolescentes envolvidos no tênis competitivo devem descansar pelo menos 1 dia por semana e realizar 1 semana de treinamento leve por mês. 3

Tenistas de elite com lesões por estresse no úmero podem sofrer lesões concomitantes no mesmo membro. Hoy et al. 10 descobriram que seis dos oito atletas com lesões por estresse no úmero tiveram lesões recentes ou simultâneas no ombro. Os autores trabalham com a hipótese de que esses atletas podem impor alto estresse no osso como resultado de compensação por uma lesão ipsilateral. Para manter o poder do golpe ou para transmitir um grau de giro na bola, um jogador pode usar demais regiões sãs do membro para compensar a falta de geração de energia mais proximal. 10

O tratamento de fraturas por estresse em atletas representa um desafio, mesmo em relação àquelas mais comuns. Em primeiro lugar, os atletas são particularmente resistentes a interromper a prática esportiva e, uma vez que obtêm melhora da dor, mesmo que parcial, querem retomar os treinos e competir. Em segundo lugar, o compromisso anterior com torneios ou campeonatos é outro motivo para o atleta acelerar o retorno ao jogo. Em terceiro lugar, alguns atletas tendem a voltar ao esporte com cargas excessivamente altas de treinamento, e isso pode predispor à recorrência de lesões. De fato, Rizzone et al. 4 mostraram que quase um quarto das fraturas por estresse eram recorrentes em sua série. O tratamento das fraturas por estresse do úmero parece ser ainda mais desafiador devido à escassez de dados na literatura e aos poucos casos relatados. A falta de um protocolo de tratamento significa que cada atleta tem que ser tratado individualmente. No caso do relatório, o paciente continuou jogando por meses, apesar de ter dor. Uma vez que o diagnóstico de reação de estresse foi feito, ele parou de treinar e tornou-se assintomático logo depois. Quatro semanas depois, a nova RM mostrou regressão do edema ósseo e o paciente retomou o treinamento. No entanto, ele treinou muito duro e a dor voltou logo após 3 dias. Uma nova RM revelou uma fratura por estresse e o paciente teve que ficar ainda mais tempo afastado da prática esportiva. Depois que a fratura por estresse foi detectada, o paciente permaneceu 4 semanas em repouso, mais 4 semanas fazendo exercícios de fortalecimento, e treinamento leve só foi permitido após 12 semanas.

Com base na experiência com este caso, recomendamos uma abordagem mais conservadora no tratamento de atletas que sofrem fraturas diafisárias por estresse do úmero, com repouso, fisioterapia, fortalecimento muscular e progressão gradual da carga de treinamento. Em nossa opinião, o retorno ao jogo deve ser adiado até 12 semanas, mesmo que o paciente se torne assintomático antes desse tempo.