Advanced

Physical activity and its effect on bone in the short- and long- term perspective.

Lindén, Christian LU (2006)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Benskörhet (osteoporos), är ett komplext, multifaktoriellt tillstånd som utvecklas i det tysta fram till den dag man drabbas av en fraktur. De senaste 40 åren har antalet benskörhetsfrakturer ökat och i dag beräknas varannan kvinna och var fjärde man någon gång drabbas av en eller flera osteoporosrelaterade frakturer. Exempel på sådana benbrott är frakturer i kota, höft, axel eller handled. Som en orsak till ökningen av antalet frakturer har nämnts att vår medellivslängd det senaste seklet har ökat med 25 år. Med ökande ålder försämras nämligen skelettets kvalitet och låg benmassa är en av de största riskfaktorerna för att råka ut för en fraktur. Ekvationen är svårlöst och innebär att 2000-talets... (More)
Popular Abstract in Swedish

Benskörhet (osteoporos), är ett komplext, multifaktoriellt tillstånd som utvecklas i det tysta fram till den dag man drabbas av en fraktur. De senaste 40 åren har antalet benskörhetsfrakturer ökat och i dag beräknas varannan kvinna och var fjärde man någon gång drabbas av en eller flera osteoporosrelaterade frakturer. Exempel på sådana benbrott är frakturer i kota, höft, axel eller handled. Som en orsak till ökningen av antalet frakturer har nämnts att vår medellivslängd det senaste seklet har ökat med 25 år. Med ökande ålder försämras nämligen skelettets kvalitet och låg benmassa är en av de största riskfaktorerna för att råka ut för en fraktur. Ekvationen är svårlöst och innebär att 2000-talets människa blivit ett hållfasthetsproblem. I Sverige inträffar nu årligen ca 70 000 benskörhetsfrakturer där det, förutom stort lidande för den drabbade, dessutom uppkommer enorma kostnader för samhället. Exempelvis beräknas den årliga sjukvårdskostnaden för enbart höftfrakturer till dryga 3 miljarder kronor. När dessutom Sverige i dag har den tveksamma förmånen att tillhöra världseliten gällande den proportionella förekomsten av benskörhetsfrakturer förstår man att denna utveckling måste stoppas.



Ungefär 70 % av benmassan regleras av genetiska faktorer medan återstående 30 % regleras av påverkbara yttre faktorer, som exempelvis fysisk aktivitet. Det finns även andra kända riskfaktorer för benskörhet såsom hög ålder, låg kroppsvikt, rökning, lågt kalciumintag, kortisonmedicinering och vissa sjukdomstillstånd, alla faktorer som påverkar skelettets utveckling.



En av de viktigaste livsstilsfaktorerna som reglerar benmassan är fysisk aktivitet. Denna faktor har utvecklats till en bristvara i den moderna människans vardagsliv. En sannolik förklaring till detta är att vi i övergången från industrisamhälle till kunskapssamhälle rationaliserat bort stora delar av den fysiska aktiviteten från vårt vardagsliv. Trappor har förvandlats till nödutgångar, bollspel bytts mot TV-spel och varannan bilresa når aldrig över 5 km. Larmrapporterna från Statens folkhälsoinstitut duggar tätt. 90 % av befolkningen vet att motion är viktigt för hälsan, samtidigt som 75 % inte motionerar tillräckligt ur hälsosynpunkt. Ännu mer alarmerande är att 25 % av dessa individer är i det närmaste helt inaktiva. Värst utsatta är unga flickor där undersökningar visar att var femte flicka sällan eller aldrig deltar i skolgymnastiken samt att var fjärde flicka inte tränar eller motionerar alls på fritiden. Andelen överviktiga barn har 6-dubblats sedan mitten av 80-talet och man har också noterat att barn drabbas av vällevnadssjukdomar relaterade till fysisk inaktivitet man normalt associerar med ett betydligt äldre klientel. Listan på negativa effekter som uppkommer genom en mer fysiskt inaktiv livsstil kan göras betydligt längre. Trots detta har skolgymnastikens del av skoldagen under de gångna decennierna mer än halverats.



För att finna individer med hög risk att drabbas av en fraktur har man börjat mäta individens benmassa. Benmassa är nämligen en av de viktigaste faktorerna som påverkar skelettets hållfasthet. Benmassan kan dessutom mätas med flera olika metoder. Den mest förekommande metodiken är en lågdosröntgenteknik kallad DXA. Men inte bara benmassan påverkar skelettets hållfasthet. Även skelettets storlek och tredimensionella struktur är viktiga faktorer för skelettets förmåga att motstå en fraktur.



Den största mängd benmassa en individ uppnår i livet, sannolikt strax efter tillväxtens avslutning, benämns peak bone mass (PBM). PBM är också relaterad till den framtida risken att drabbas av fraktur. En ökning av PBM på ca 10 % har kopplats till en halvering av risken för kotfraktur. PBM har dessutom visats kunna påverkas av graden av fysisk aktivitet under uppväxten där studier har indikerat att tiden strax före och under puberteten sannolikt är den tidsperiod där fysisk aktivitet har sin största möjlighet att påverka skelettet. De flesta studier med högt bevisvärde som har tittat på hur träning påverkar skelettet har använt speciella övningar som man vet påverkar skelettet, övningar med hög belastning, snabbt insättande belastning och belastning i olika riktningar. Många studier har dessutom upprepat dessa övningar gång på gång, vilket har medfört att barnen har tröttnat på denna träning och därför slutat träna strax efter det att studien avslutats. Deltagandet har dessutom ofta baserats på de barn som självmant har anmält sig till studien vilket troligen har resulterat i att studien har inkluderat ett selekterat material med individer specialintresserade av fysisk aktivitet. För att kringgå dessa bekymmer har studierna i denna avhandling inkluderat alla individer i en åldersgrupp, alltså även barn med lägre grad av intresse i idrott, detta för att kunna utvärdera om måttlig fysisk aktivitet kan leda till gynnsamma effekter på skelettet när barn med alla olika intressegrader i fysisk aktivitet inkluderas.



Detta var bakgrunden som fick oss att starta våra studier som utvärderar om träning kan påverka skelettets tillväxt. Den första studien, den s.k. Sösdalastudien, utvärderade om barn mellan åldrarna 12 till 16 år som fick skolgymnastik 4 gånger per vecka förbättrade hållfastheten av skelettet mer än barn som hade gymnastik en till två gånger per vecka. I denna studie såg vi att ökad fysisk aktivitet påverkade benmassan i gynnsam riktning bland pojkarna men inte hos flickorna. Som en förklaring framlades tanken att man sannolikt borde inleda träningen än tidigare hos flickorna, under en tid där de fortfarande hade stor kvarvarande tillväxtpotential, och möjligen borde träningen även intensifieras.



Som ett logiskt steg startades därför Bunkefloprojektet 1999 ? på engelska kallad POP-studien. I detta projekt följs pojkar och flickor årligen redan från första årskurserna i grundskolan. Hälften av barnen får skolgymnastik dagligen och den andra hälften en till två gånger per vecka enligt standardschemat i svenska skolor. Årliga mätningar utförs av bl.a. benmassa och skelettstorlek, muskelstyrka, balans och koordination.



Artiklarna II-IV i denna avhandling redovisar resultaten från Bunkefloprojektets första två år. I artikel II redovisas 1-årsresultaten hos 81 pojkar (7-9 år gamla) jämfört med 57 åldersmatchade kontroller. Ingen skillnad kunde påvisas mellan grupperna vid studiestart när det gällde längd, vikt, benparametrar eller s.k. bakgrundsfaktorer såsom matvanor, kroniska sjukdomar, medicinering, frakturer, rökning eller alkohol. Före interventionen var det heller ingen skillnad i tid i organiserad fysisk aktivitet mellan grupperna, men när barnen i interventionsgruppen fick daglig fysisk aktivitet på schemat blev det en klar och statistiskt verifierad skillnad i nivån av fysisk aktivitet jämfört med kontrollbarnen. Vi fann att den årliga inlagringen av benmassa i ländryggen var högre i interventionsgruppen och på samma sätt sågs även en skillnad i vidden av ländryggens tredje kota mellan grupperna, till interventionsgruppens fördel. När alla barnen studerades som en grupp visade det sig att tiden spenderad i någon form av organiserad fysisk aktivitet, såväl inom som utom skolans ramar, var positivt relaterad till mängden benmassa och även till skelettstorleken i ländryggen. Några skillnader mellan grupperna kunde inte ses vid utvärdering av skelettutveckling i höftleden. De funna resultaten efter 1 år visade sig kvarstå även efter 2 års intervention, vilket redovisas i artikel IV.



I artikel III redovisas resultaten efter 2 års intervention hos 49 flickor (7-9 år gamla) jämfört med 50 åldersmatchade kontroller. Precis som hos pojkarna var grupperna väldigt lika vid studiestart och den enda skillnad vi fann då var att kontrollgruppens flickor var mer aktiva i organiserad idrott utanför skoltid (1.3 jämfört med 0.7 timmar per vecka). Efter interventionen var barnen i interventionsgruppen emellertid betydligt mer aktiva (4.0 jämfört med 2.3 timmar per vecka). I likhet med fynden hos pojkar fann vi att den årliga inlagringen av benmassa i ländryggen var högre i interventionsgruppen jämfört med kontrollgruppen. Dessutom var den årliga ökningen i vidden av tredje ländryggskotan samt vidden av lårbenshalsen också större i interventionsgruppen jämfört med kontrollerna. När alla barnen studerades som en grupp visade det sig även hos flickor att tiden spenderad i någon form av organiserad fysisk aktivitet, såväl inom som utom skolans ramar, var positivt relaterad till mängden benmassa och skelettstorlek i ländryggen. I höften fann vi däremot inga liknande idrottsbetingade effekter.



Sammanfattningsvis visar de tre studierna från Bunkefloprojektet att måttlig fysisk aktivitet är associerad med en ökad benmassa och ett större skelett hos både prepubertala flickor och pojkar. Dessa effekter kan ses redan efter ett års ökad träning. Dessa data motsäger inte att fysisk aktivitet kan rekommenderas som ett sätt att öka benmassan och skelettstorleken hos prepubertala barn. Först när vi följt grupperna upp i vuxen ålder kan vi närmare uttala oss om träning under ungdomsåren kan påverka PBM och användas som en strategi för att förebygga osteoporos.



Även om träning i unga år kan påverka benmassan så uppkommer ytterligare en viktig fråga som behandlas i artikel I. Kvarstår idrottsbetingade gynnsamma skelettförändringar efter avslutad idrottskarriär och har i så fall f.d. aktiva människor mindre frakturer i ålderdomen i jämförelse med de individer som varit inaktiva? I arbete I undersökte vi om fotboll på elitnivå under uppväxten skyddar mot frakturer i ålderdomen. Dessutom värderade vi om fotbollsspel påverkar PBM samt om det i så fall kvarstår idrottsbetingade gynnsamma effekter på skelettet även efter avslutad idrottskarriär. Vi mätte benmassan hos 22 aktiva fotbollsspelare, 128 f.d. fotbollsspelare och 128 åldersmatchade kontroller. Frakturuppgifter hämtades från röntgenarkivet på Universitetssjukhuset MAS på 284 f.d. fotbollsspelare och 568 kontroller. Vi fann att fysisk aktivitet på hög nivå resulterar i en biologiskt betydelsefull ökning av PBM i viktbelastade delar av skelettet. Denna gynnsamma ökning av benmassan förefaller dock successivt gå förlorad under årtiondena efter det att man upphört med sin idrott. I denna studie kunde vi inte påvisa att äldre f.d. fotbollsspelare har färre frakturer, högre benmassa eller ett större skelett jämfört med individer som inte har tränat på denna nivå i ungdomen. Ett stort problem är att studien innehöll relativt få riktigt gamla idrottsmän. Detta gör att det kan vara svårt att med statistik påvisa att det finns skillnad mellan grupperna. Som exempel kan nämnas att bland de f.d. aktiva gamla idrottsmännen hade endast hälften så många drabbats av en benskörhetsrelaterad fraktur jämfört med de individer som inte hade tränat. Därför har vår forskargrupp i ett senare skede ökat studieantalet i en rapport där man nu kunde slå fast att bland de som under ungdomen hade tränat på en hög nivå, fanns det färre individer i äldre åldrar som hade drabbats av en fraktur än bland de som inte hade tränat. I dag anser vi därför att fysisk aktivitet på hög nivå i ungdomen är associerad med minskad risk för fraktur på ålderns höst. (Less)
Abstract
Osteoporosis is a growing problem worldwide where Sweden has one of the highest fragility fracture incidences in the world. The growing years are thought to be an opportune time to build strong bones and the enhancement of peak bone mass (PBM) has been suggested as a prevention strategy for osteoporosis. Most exercise intervention studies in children, evaluating the accrual of areal bone mineral density (aBMD), include volunteers and use specifically designed osteogenic exercise programs. The aim of the prospective controlled paediatric osteoporosis prevention (POP) study is to evaluate a daily general curriculum-based exercise intervention program of 40min/school day in a population-based cohort of children, aged 7-9 years at study start.... (More)
Osteoporosis is a growing problem worldwide where Sweden has one of the highest fragility fracture incidences in the world. The growing years are thought to be an opportune time to build strong bones and the enhancement of peak bone mass (PBM) has been suggested as a prevention strategy for osteoporosis. Most exercise intervention studies in children, evaluating the accrual of areal bone mineral density (aBMD), include volunteers and use specifically designed osteogenic exercise programs. The aim of the prospective controlled paediatric osteoporosis prevention (POP) study is to evaluate a daily general curriculum-based exercise intervention program of 40min/school day in a population-based cohort of children, aged 7-9 years at study start. All children in grades 1 and 2 in the intervention school were invited and 93% agreed to participate. Age-matched children from 3 nearby schools assigned to the ordinary Swedish school curriculum of 60 minutes per week served as controls. Bone mineral content (BMC; g) and aBMD (g/cm2) were measured with DXA at the total body, lumbar spine and the hip. Bone size and volumetric bone mineral density (vBMD; g/cm3) of the femoral neck and the third lumbar vertebrae (L3) were calculated from the dual energy X-ray absorbtiometry (DXA) scans. A questionnaire previously used in several studies but modified for children evaluated lifestyle factors. All participants remained in Tanner stage I during the study period.



The data presented in this thesis are the results from the first 2 years in 99 girls and 137 boys. There were no differences between the intervention group and the controls at baseline in anthropometrics, bone parameters or lifestyle factors such as dietary habits, chronic diseases, ongoing medication, fractures, smoking and alcohol intake. The only difference found were that the girls in the control group exercised more during leisure time (0.7 ± 0.7 vs. 1.3 ± 1.6 h/week, p=0.02). After the intervention was initiated, the intervention group spent more time on physical activity both in school and in total compared with the controls. The mean annual gain in bone mineral accrual and bone width in the lumbar spine was greater in the intervention group than in the controls. In addition, in girls there was also a difference between the groups in the annual gain in total body bone mineral accrual and femoral neck width. When all individuals gender specific were included in one cohort, the total duration of exercise including both school-based and spare-time organized physical activity correlated with L3 BMC, L3 BMD and L3 width. No such correlations were found for femoral neck parameters.



In summary, the data from the POP-study show that daily physical activity within the school curriculum seems to be associated with benefits in the accrual of BMC, aBMD and gain in bone width, all traits important for bone strength. The benefits are present already after 1 year of intervention and remains after a two year study period. This thesis supports the view that general moderately intense physical activity could be recommended as a strategy to increase BMC, aBMD and bone size in prepubertal children.



If exercise during growth is to be recommended as a prevention strategy for osteoporosis, benefits in aBMD must be maintained in old age when fragility fractures occur. Our study in 22 active soccer players, 128 former soccer players and 138 age-matched controls, evaluates the relationship between exercise during growth and bone mineral density and fractures in old age. Bone mass was measured by DXA and the frequency of fractures was obtained in 284 former soccer players and in 568 controls identified from the computerized city files of Malmö. Relative to controls, the aBMD in the leg was almost 12% higher in the active soccer players. During the more than 35 years following retirement the diminution in leg aBMD, estimated from the regression line, was 0.33% per year in the former soccer players compared with 0.21% in the controls. A greater proportion of former soccer players than of controls had fractures when they were active and below 35 years of age, but the proportion of fragility fractures in old age was no different between the groups. This study provides evidence that exercise during growth results in biologically important benefits in peak aBMD at weight-bearing sites. The data suggests that cessation of exercise may result in loss of the benefit in aBMD, leaving only modest residual benefits in middle age and perhaps none in old age, when fracture occurs. This study does not support the notion that vigorous exercise during growth and young adulthood reduces the risk of fracture in old age. However, we are aware of the power problem when evaluating the fracture data, and that later studies from our group, including a larger sample size, have opposed this view. Therefore, our view today is that vigorous exercise during growth and young adulthood is associated with reduced fracture risk in old age. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Professor Svensson, Olle, Department of Orthopaedics, University Hospital, Umeå
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
orthopaedics, Surgery, fractures, children, exercise, bone size, osteoporosis, Kirurgi, ortopedi, traumatologi, traumatology, aBMD
pages
55 pages
publisher
Department of Orthopaedics, Lund University
defense location
Universitetsklinikernas aula Ingång 35 University hospital Malmö
defense date
2006-11-24 13:00
ISSN
1652-8220
ISBN
91-85559-50-4
language
English
LU publication?
yes
id
019a940d-9b97-4793-b78c-f79ce000a688 (old id 547525)
date added to LUP
2007-09-13 15:59:42
date last changed
2018-11-21 20:34:14
@phdthesis{019a940d-9b97-4793-b78c-f79ce000a688,
  abstract     = {Osteoporosis is a growing problem worldwide where Sweden has one of the highest fragility fracture incidences in the world. The growing years are thought to be an opportune time to build strong bones and the enhancement of peak bone mass (PBM) has been suggested as a prevention strategy for osteoporosis. Most exercise intervention studies in children, evaluating the accrual of areal bone mineral density (aBMD), include volunteers and use specifically designed osteogenic exercise programs. The aim of the prospective controlled paediatric osteoporosis prevention (POP) study is to evaluate a daily general curriculum-based exercise intervention program of 40min/school day in a population-based cohort of children, aged 7-9 years at study start. All children in grades 1 and 2 in the intervention school were invited and 93% agreed to participate. Age-matched children from 3 nearby schools assigned to the ordinary Swedish school curriculum of 60 minutes per week served as controls. Bone mineral content (BMC; g) and aBMD (g/cm2) were measured with DXA at the total body, lumbar spine and the hip. Bone size and volumetric bone mineral density (vBMD; g/cm3) of the femoral neck and the third lumbar vertebrae (L3) were calculated from the dual energy X-ray absorbtiometry (DXA) scans. A questionnaire previously used in several studies but modified for children evaluated lifestyle factors. All participants remained in Tanner stage I during the study period.<br/><br>
<br/><br>
The data presented in this thesis are the results from the first 2 years in 99 girls and 137 boys. There were no differences between the intervention group and the controls at baseline in anthropometrics, bone parameters or lifestyle factors such as dietary habits, chronic diseases, ongoing medication, fractures, smoking and alcohol intake. The only difference found were that the girls in the control group exercised more during leisure time (0.7 ± 0.7 vs. 1.3 ± 1.6 h/week, p=0.02). After the intervention was initiated, the intervention group spent more time on physical activity both in school and in total compared with the controls. The mean annual gain in bone mineral accrual and bone width in the lumbar spine was greater in the intervention group than in the controls. In addition, in girls there was also a difference between the groups in the annual gain in total body bone mineral accrual and femoral neck width. When all individuals gender specific were included in one cohort, the total duration of exercise including both school-based and spare-time organized physical activity correlated with L3 BMC, L3 BMD and L3 width. No such correlations were found for femoral neck parameters.<br/><br>
<br/><br>
In summary, the data from the POP-study show that daily physical activity within the school curriculum seems to be associated with benefits in the accrual of BMC, aBMD and gain in bone width, all traits important for bone strength. The benefits are present already after 1 year of intervention and remains after a two year study period. This thesis supports the view that general moderately intense physical activity could be recommended as a strategy to increase BMC, aBMD and bone size in prepubertal children.<br/><br>
<br/><br>
If exercise during growth is to be recommended as a prevention strategy for osteoporosis, benefits in aBMD must be maintained in old age when fragility fractures occur. Our study in 22 active soccer players, 128 former soccer players and 138 age-matched controls, evaluates the relationship between exercise during growth and bone mineral density and fractures in old age. Bone mass was measured by DXA and the frequency of fractures was obtained in 284 former soccer players and in 568 controls identified from the computerized city files of Malmö. Relative to controls, the aBMD in the leg was almost 12% higher in the active soccer players. During the more than 35 years following retirement the diminution in leg aBMD, estimated from the regression line, was 0.33% per year in the former soccer players compared with 0.21% in the controls. A greater proportion of former soccer players than of controls had fractures when they were active and below 35 years of age, but the proportion of fragility fractures in old age was no different between the groups. This study provides evidence that exercise during growth results in biologically important benefits in peak aBMD at weight-bearing sites. The data suggests that cessation of exercise may result in loss of the benefit in aBMD, leaving only modest residual benefits in middle age and perhaps none in old age, when fracture occurs. This study does not support the notion that vigorous exercise during growth and young adulthood reduces the risk of fracture in old age. However, we are aware of the power problem when evaluating the fracture data, and that later studies from our group, including a larger sample size, have opposed this view. Therefore, our view today is that vigorous exercise during growth and young adulthood is associated with reduced fracture risk in old age.},
  author       = {Lindén, Christian},
  isbn         = {91-85559-50-4},
  issn         = {1652-8220},
  keyword      = {orthopaedics,Surgery,fractures,children,exercise,bone size,osteoporosis,Kirurgi,ortopedi,traumatologi,traumatology,aBMD},
  language     = {eng},
  pages        = {55},
  publisher    = {Department of Orthopaedics, Lund University},
  school       = {Lund University},
  title        = {Physical activity and its effect on bone in the short- and long- term perspective.},
  year         = {2006},
}