Bilateral bone characteristics of the humerus (proximal, shaft, and distal sites) and radius (shaft and distal sites) in 12 former Finnish national-level male tennis players (mean age 30 years) and their 12 age-, height-, and weight-matched controls were measured with peripheral quantitative computed tomography (pQCT). The pQCT variables analyzed were bone mineral content (BMC), total cross-sectional area of bone (Tot.Ar), cross-sectional area of the marrow cavity (M.Cav.Ar), cortical bone (Co.Ar) and trabecular bone (Tr.Ar), volumetric density of cortical (Co.Dn) and trabecular (Tr.Dn) bone, cortical wall thickness (Co.Wi.Th), bone strength index (BSI), and principal moments of inertia (Imin and Imax). In the players, significant side-to-side differences, in favor of the dominant (playing) arm, were found in BMC (ranging 14%–27%), Tot.Ar (16%–21%), Co.Ar (12%–32%), BSI (23%–37%), Imin (33%–61%), and Imax (27%–67%) at all measured bone sites, and in Co.Wi.Th. (5%–25%) at the humeral and radial shafts, and distal humerus. The side-to-side M.Cav.Ar difference was significant at the proximal humerus (19%) and radial shaft (29%). Concerning the players’ Co.Dn and Tr.Dn, the only significant side-to-side difference was found in the Co.Dn of the distal humerus, with the playing arm showing a slightly smaller Co.Dn than the nonplaying arm (−2%). In controls, significant dominant-to-nondominant side differences were also found, but with the majority of the differences being rather small, and significantly lower than those of the players. In conclusion, despite the large side-to-side differences in BMC, the volumetric bone density (Co.Dn, Tr.Dn) was almost identical in the dominant and nondominant arms of the players and controls. Thus, the players’ high playing-arm BMC was due to increases in the Tot.Ar, M.Cav.Ar, Co.Ar, and CW.Th. In other words, the playing arm’s extra bone mineral, and thus increased bone strength, was mainly due to increased bone size and not due to a change in volumetric bone density. These upper arm results may not be generalized to the entire skeleton, but the finding may give new insight into conventional dual-energy X-ray absorptiometry (DXA)-based bone density measurements when interpreting the effects of exercise on bone.

Osteoporotic fractures among the elderly are common, and without preventive measures the burden of these fractures on health-care systems will increase further. The purpose of this randomised controlled study was to evaluate, in premenopausal women, the effects of high-impact loading on several determinants osteoporotic fractures.98 healthy, sedentary female volunteers aged 35-45 years were randomly assigned to either a training (n = 49) or a control group (n = 49). Progressive high-impact exercises were done three times per week for 18 months. We measured bone mineral density (BMD) in specific axial and lower-limb sites, by dual-energy X-ray absorptiometry, at baseline and after 12 and 18 months. Maximum isometric strength, muscular and cardiovascular performance, and dynamic balance were also assessed.BMD at the femoral neck, a weightbearing site, increased significantly more in the training group (mean 1.6% [95% CI 0.8-2.4]) than in the control group (0.6% [-0.2 to 1.4], p = 0.006). By contrast, at non-weightbearing sites, such as the distal radius, there was no significant difference between the training and control groups (-1.5% [-2.7 to -0.3] vs -0.7% [-1.9 to -0.5], p = 0.60). In the training group there was a significant improvement in vertical jump and predicted oxygen consumption per min at maximum exercise compared with controls.High-impact exercises that load bones with a rapidly rising force profile in versatile movements improve skeletal integrity, muscular performance, and dynamic balance in premenopausal women. If done on a regular basis, this type of exercise may help decrease the risk of osteoporotic fractures in later life. Long-term studies are required to show whether these 18-month results can be translated into long-term benefit.

Abstract Bone characteristics of the humeral shaft and distal radius were measured from 64 female tennis and squash players and their 27 age-, height-, and weight-matched controls with peripheral quantitative tomography (pQCT) and DXA. The players were divided into two groups according to the starting age of their tennis or squash training (either before or after menarche) to examine the possible differences in the loading-induced changes in bone structure and volumetric density. The used pQCT variables were bone mineral content (BMC), total cross-sectional area (TotA) of bone, cross-sectional area of the marrow cavity (CavA) and that of the cortical bone (CoA), cortical wall thickness (CWT), volumetric density of the cortical bone (CoD) and trabecular bone (TrD), and torsional bone strength index (BSIt) for the shaft, and compressional bone strength index (BSIc) for the bone end. These bone strength indices were compared with the DXA-derived areal bone mineral density (aBMD) to assess how well the latter represents the effect of mechanical loading on apparent bone strength. At the humeral shaft, the loaded arm's greater BMC (an average 19% side-to-side difference in young starters and 9% in old starters) was caused by an enlarged cortex (CoA; side-to-side differences 20% and 9%, respectively). The loaded humerus seemed to have grown periosteally (the CavA did not differ between the sites) leading to 26% and 11% side-to-side BSIt difference in the young and old starters, respectively. CoD was equal between the arms (−1% difference in both player groups). The side-to-side differences in the young starters' BMC, CoA, TotA, CWT, and BSIt were 8–22% higher than those of the controls and 8–14% higher than those of the old starters. Old starters' BMC, CoA, and BSIt side-to-side differences were 6–7% greater than those in the controls. The DXA-derived side-to-side aBMD difference was 7% greater in young starters compared with that of the old starters and 14% compared with that in controls, whereas the difference between old starters and controls was 6%, in favor of the former. All these between-group differences were statistically significant. At the distal radius, the player groups differed significantly from controls in the side-to-side BMC, TrD, and aBMD differences only; the young starters' BMC difference was 9% greater, TrD and aBMD differences were 5% greater than those in the controls, and the old starters' TrD and aBMD differences were both 7% greater than those in the controls. In summary, in both of the female player groups the structural adaptation of the humeral shaft to long-term loading seemed to be achievedthrough periosteal enlargement of the bone cortex although this adaptation was clearly better in the young starters. Exercise-induced cortical enlargement was not so clear at the distal radius (a trabecular bone site), and the study suggested that at long bone ends also the TrD could be a modifiable factor to build a stronger bone structure. The conventional DXA-based aBMD measurement detected the intergroup differences in the exercise-induced bone gains, although, measuring two dimensions of bone only, it seemed to underestimate the effect of exercise on the apparent bone strength, especially if the playing had been started during the growing years.

This randomized cross‐over study was designed to investigate the effects of a 4‐min vibration bout on muscle performance and body balance in young, healthy subjects. Sixteen volunteers (eight men, eight women, age 24–33 years) underwent both the 4‐min vibration‐ and sham‐interventions in a randomized order on different days. Six performance tests (stability platform, grip strength, isometric extension strength of lower extremities, tandem‐walk, vertical jump and shuttle run) were performed 10 min before (baseline), and 2 and 60 min after the intervention. The effect of vibration on the surface electromyography (EMG) of soleus, gastrocnemius and vastus lateralis muscles was also investigated. The vibration‐loading, based on a tilting platform, induced a transient (significant at the 2‐min test) 2·5% net benefit in the jump height ( P =0·019), 3·2% benefit in the isometric extension strength of lower extremities ( P =0·020) and 15·7% improvement in the body balance ( P =0·049). In the other 2‐min or in the 60‐min tests, there were no statistically significant differences between the vibration‐ and sham‐interventions. Decreased mean power frequency in EMG of all muscles during the vibration indicated evolving muscle fatigue, while the root mean square voltage of EMG signal increased in calf muscles. We have shown in this study that a single bout of whole body vibration transiently improves muscle performance of lower extremities and body balance in young healthy adults.

Abstract Hip scans of U.S. adults aged 20–99 years acquired in the Third National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES III) using dual‐energy X‐ray absorptiometry (DXA) were analyzed with a structural analysis program. The program analyzes narrow (3 mm wide) regions at specific locations across the proximal femur to measure bone mineral density (BMD) as well as cross‐sectional areas (CSAs), cross‐sectional moments of inertia (CSMI), section moduli, subperiosteal widths, and estimated mean cortical thickness. Measurements are reported here on a non‐Hispanic white subgroup of 2719 men and 2904 women for a cortical region across the proximal shaft 2 cm distal to the lesser trochanter and a mixed cortical/trabecular region across the narrowest point of the femoral neck. Apparent age trends in BMD and section modulus were studied for both regions by sex after correction for body weight. The BMD decline with age in the narrow neck was similar to that seen in the Hologic neck region; BMD in the shaft also declined, although at a slower rate. A different pattern was seen for section modulus; furthermore, this pattern depended on sex. Specifically, the section modulus at both the narrow neck and the shaft regions remains nearly constant until the fifth decade in females and then declined at a slower rate than BMD. In males, the narrow neck section modulus declined modestly until the fifth decade and then remained nearly constant whereas the shaft section modulus was static until the fifth decade and then increased steadily. The apparent mechanism for the discord between BMD and section modulus is a linear expansion in subperiosteal diameter in both sexes and in both regions, which tends to mechanically offset net loss of medullary bone mass. These results suggest that aging loss of bone mass in the hip does not necessarily mean reduced mechanical strength. Femoral neck section moduli in the elderly are on the average within 14% of young values in females and within 6% in males.

To address the hypothesis that osteogenic effect of physical loading increases with increasing strain rates and peak forces, we examined 59 competitive Finnish female athletes (representing three sports with different skeletal loading characteristics), physically active referents (they reported an average of five various types of exercise sessions per week), and sedentary referents (two sessions per week) using dual energy X-ray absorptiometry. The measured anatomic sites were at the lumbar spine, femoral neck, distal femur, patella, proximal tibia, calcaneus, and distal radius. The athlete group consisted of aerobic dancers (N = 27), squash players (N = 18), and speed skaters (N = 14). The squash players had the highest values for weight-adjusted bone mineral density (BMD) at the lumbar spine (13.8% p < 0.001 as compared with the sedentary reference group), femoral neck (16.8%, p < 0.001), proximal tibia (12.6%, p < 0.001) and calcaneus (18.5%, p < 0.001). Aerobic dancers and speed skaters also had significantly higher BMD values at the loaded sites than the sedentary reference group, the difference ranging from 5.3% to 13.5%. The physically active referents' BMD values did not differ from those of the sedentary referents at any site. The results support the concept that training, including high strain rates in versatile movements and high peak forces, is more effective in bone formation than training with a large number of low-force repetitions.

While vitamin D supplementation and exercise are recommended for prevention of falls for older people, results regarding these 2 factors are contradictory.To determine the effectiveness of targeted exercise training and vitamin D supplementation in reducing falls and injurious falls among older women.A 2-year randomized, double-blind, placebo-controlled vitamin D and open exercise trial conducted between April 2010 and March 2013 in Tampere, Finland. Participants were 409 home-dwelling women 70 to 80 years old. The main inclusion criteria were at least 1 fall during the previous year, no use of vitamin D supplements, and no contraindication to exercise.Four study groups, including placebo without exercise, vitamin D (800 IU/d) without exercise, placebo and exercise, and vitamin D (800 IU/d) and exercise.The primary outcome was monthly reported falls. Injurious falls and the number of fallers and injured fallers were reported as secondary outcomes. In addition, bone density, physical functioning (muscle strength, balance, and mobility), and vitamin D metabolism were assessed.Intent-to-treat analyses showed that neither vitamin D nor exercise reduced falls. Fall rates per 100 person-years were 118.2, 132.1, 120.7, and 113.1 in the placebo without exercise, vitamin D without exercise, placebo and exercise, and vitamin D and exercise study groups, respectively; however, injurious fall rates were 13.2, 12.9, 6.5, and 5.0, respectively. Hazard ratios for injured fallers were significantly lower among exercisers with vitamin D (0.38; 95% CI, 0.17-0.83) and without vitamin D (0.47; 95% CI, 0.23-0.99). Vitamin D maintained femoral neck bone mineral density and increased tibial trabecular density slightly. However, only exercise improved muscle strength and balance. Vitamin D did not enhance exercise effects on physical functioning.The rate of injurious falls and injured fallers more than halved with strength and balance training in home-dwelling older women, while neither exercise nor vitamin D affected the rate of falls. Exercise improved physical functioning. Future research is needed to determine the role of vitamin D in the enhancement of strength, balance, and mobility.clinicaltrials.gov Identifier: NCT00986466.

Purpose Our recent study of three accelerometer brands in various ambulatory activities showed that the mean amplitude deviation (MAD) of the resultant acceleration signal performed best in separating different intensity levels and provided excellent agreement between the three devices. The objective of this study was to derive a regression model that estimates oxygen consumption (VO2) from MAD values and validate the MAD-based cut-points for light, moderate and vigorous locomotion against VO2 within a wide range of speeds. Methods 29 participants performed a pace-conducted non-stop test on a 200 m long indoor track. The initial speed was 0.6 m/s and it was increased by 0.4 m/s every 2.5 minutes until volitional exhaustion. The participants could freely decide whether they preferred to walk or run. During the test they carried a hip-mounted tri-axial accelerometer and mobile metabolic analyzer. The MAD was calculated from the raw acceleration data and compared to directly measured incident VO2. Cut-point between light and moderate activity was set to 3.0 metabolic equivalent (MET, 1 MET = 3.5 ml · kg-1 · min-1) and between moderate and vigorous activity to 6.0 MET as per standard use. Results The MAD and VO2 showed a very strong association. Within individuals, the range of r values was from 0.927 to 0.991 providing the mean r = 0.969. The optimal MAD cut-point for 3.0 MET was 91 mg (milligravity) and 414 mg for 6.0 MET. Conclusion The present study showed that the MAD is a valid method in terms of the VO2 within a wide range of ambulatory activities from slow walking to fast running. Being a device-independent trait, the MAD facilitates directly comparable, accurate results on the intensity of physical activity with all accelerometers providing tri-axial raw data.

Summary Objective Accelerometers are increasingly used for objective assessment of physical activity. However, because of lack of the proprietary analysis algorithms, direct comparisons between accelerometer brands are difficult. In this study, we propose and evaluate open source methods for commensurate assessment of raw accelerometer data irrespective of the brand. Design Twenty‐one participants carried simultaneously three different tri‐axial accelerometers on their waist during five different sedentary activities and five different intensity levels of bipedal movement from slow walking to running. Several time and frequency domain traits were calculated from the measured raw data, and their performance in classifying the activities was compared. Results Of the several traits, the mean amplitude deviation ( MAD ) provided consistently the best performance in separating the sedentary activities and different speeds of bipedal movement from each other. Most importantly, the universal cut‐off limits based on MAD classified sedentary activities and different intensity levels of walking and running equally well for all three accelerometer brands and reached at least 97% sensitivity and specificity in each case. Conclusion Irrespective of the accelerometer brand, a simply calculable MAD with universal cut‐off limits provides a universal method to evaluate physical activity and sedentary behaviour using raw accelerometer data. A broader application of the present approach is expected to render different accelerometer studies directly comparable with each other.

Abstract

Objectives

 To investigate if reducing sedentary behavior improves cardiometabolic biomarkers in adults with metabolic syndrome. 

Design

 Randomized controlled trial. 

Methods

 Sixty-four sedentary middle-aged adults with metabolic syndrome were randomized into intervention (INT; n = 33) and control (CON; n = 31) groups. INT was guided to limit sedentary behavior by 1 h/day through increased standing and light-intensity physical activity. CON was instructed to maintain usual habits. Sedentary behavior, breaks in sedentary behavior, standing, and physical activity were measured with hip-worn accelerometers for three months. Fasting blood sampling and measurements of anthropometrics, body composition, and blood pressure were performed at baseline and at three months. Linear mixed models were used for statistical analyses. 

Results

 INT reduced sedentary behavior by 50 (95% CI: 24, 73) min/day by increasing light-intensity and moderate-to-vigorous physical activity (19 [8, 30] and 24 [14, 34] min/day, respectively). Standing increased also, but non-significantly (6 [−11, 23] min/day). CON maintained baseline activity levels. Significant intervention effects favoring INT occurred in fasting insulin (INT: 83.4 [68.7, 101.2] vs. CON: 102.0 [83.3, 125.0] pmol/l at three months), insulin resistance (HOMA-IR; 3.2 [2.6, 3.9] vs. 4.0 [3.2, 4.9]), HbA_1c (37 [36, 38] vs. 38 [37, 39] mmol/mol), and liver enzyme alanine aminotransferase (28 [24, 33] vs. 33 [28, 38] U/l). 

Conclusions

 Reducing sedentary behavior by 50 min/day and increasing light-intensity and moderate-to-vigorous activity showed benefits in several cardiometabolic biomarkers in adults with metabolic syndrome. Replacing some of the daily sedentary behavior with light-intensity and moderate-to-vigorous physical activity may help in cardiometabolic disease prevention in risk populations.