手背和上臂血管突出并伴有疼痛，可能与以下原因有关。
1.上肢静脉回流障碍：
上肢深静脉血栓形成：常见于长期卧床、手术、创伤后患者，表现为上肢肿胀、疼痛，血管突出。
上肢静脉炎：常由于上肢静脉输注刺激性药物、感染等引起，表现为上肢血管红肿、疼痛。
胸廓出口综合征：胸廓出口综合征可压迫上肢神经和血管，导致上肢疼痛、麻木、无力，同时可能伴有血管突出。
2.上肢动脉疾病：
动脉硬化性闭塞症：多见于老年人，常伴有高血压、糖尿病、高血脂等病史，表现为上肢发冷、疼痛、间歇性跛行，严重时可出现肢体坏死。
动脉瘤：上肢动脉瘤可导致血管突出，并伴有疼痛、搏动性肿块。
动脉栓塞：栓子阻塞上肢动脉可导致急性上肢缺血，表现为疼痛、苍白、无脉等。
3.其他：
胸廓畸形：如鸡胸、漏斗胸等，可影响上肢静脉回流，导致血管突出。
上肢肌肉劳损：过度使用上肢肌肉或受伤可导致肌肉劳损，引起疼痛和血管突出。
神经病变：如胸廓出口综合征、肘管综合征等，可导致上肢神经病变，引起疼痛和血管突出。
如果手背和上臂血管突出并伴有疼痛，建议及时就医，进行相关检查，如血管超声、CT等，以明确病因，并进行相应的治疗。