Physical activity, osteoporosis, and fracture risk : long-term associations in a general population

Abstract

Osteoporosis and related fractures are a major health problem among elderly people, and Norway has reportedly one of the highest fracture rates in the world. Many factors contribute to osteoporosis and fractures. One highly relevant protective factor is physical activity, which is a major mechanical determinant of the properties of the skeleton. Physical activity may postpone the age-related bone loss and decrease the risk of falling, and thereby reduce the risk of osteoporotic fractures. Because osteoporosis and fractures primarily occur in the elderly, it is of interest to observe the long-term benefits of physical activity. The Tromsø Study, which is a population study with recurrent surveys, provides an excellent opportunity to follow people throughout adulthood into older age. Thus, the aim of this thesis was to examine the long-term associations between physical activity and outcomes such as bone mineral density (BMD) (paper II) and risk of non-vertebral fracture (paper III) in adults. Moreover, to form a basis for these associations, the stability (i.e. tracking) of physical activity habits over three decades was investigated (paper I). In all three papers, longitudinal data were derived from the surveys in the Tromsø Study. Adult women and men were followed throughout adulthood into older age. Analyses of tracking of physical activity indicated that physical activity habits during adulthood are relatively stable (i.e. track) over time (paper I). Sedentary adults have markedly higher odds of being sedentary later in life than active adults. The same were true for the other physical activity levels, i.e. being physically active in adulthood is a strong predictor of being active later in life. The results from this study have implications for the subsequent studies in this thesis. In paper II, examination of the associations between physical activity and BMD showed a positive linear trend in BMD across physical activity levels. The differences in BMD between physical activity groups were rather small, but consistent over different sites of the hip and forearm, and even small differences in BMD can have relatively large effects on fracture risk. The results from paper III showed that moderate and high physical activity appeared protective against fractures in the weight-bearing (lower) skeleton, whereas the risk of fracture in the non-weight-bearing skeleton was not related to physical activity level, indicating that effects of physical activity on fracture risk are site-specific. These population studies suggest that physical activity can prevent or delay osteoporosis and age-related fractures, and that the mechanisms partly involve bone mineral density, as physical activity was related to BMD in a dose-response pattern. Moreover, there is a tendency that physical activity habits in adults are fairly stable over a long time. This implies that adults who are sedentary tend to stay sedentary later in life, which may be worrying considering the many health benefits of physical activity.

Osteoporose og osteoporotiske brudd utgjør et stort helseproblem blant eldre, og Norge har den høyeste forekomsten av hofte- og underarmsbrudd som er rapportert. Mange faktorer bidrar til osteoporose og brudd, deriblant lav fysisk aktivitet. Fysisk aktivitet er en viktig faktor for skjelettets mekaniske egenskaper og kan utsette det aldersrelaterte tapet av benmasse og redusere risikoen for å falle. Osteoporotiske brudd oppstår hovedsakelig hos eldre, derfor er det av interesse å undersøke de langsiktige gevinstene av fysisk aktivitet. Tromsøundersøkelsen, som er en gjentatt helserelatert befolkningsundersøkelse, gjør det mulig å følge mennesker fra voksen til eldre alder. Målet med denne avhandlingen var å undersøke sammenhenger mellom fysisk aktivitet og bentetthet (artikkel II) og risiko for ikke-vertebrale brudd (artikkel III) over tid hos voksne. For å danne et grunnlag for analyse av disse sammenhengene, ble stabiliteten (dvs. “tracking”) av fysiske aktivitetsvaner gjennom tre tiår utredet (artikkel I). I alle tre artiklene ble voksne kvinner og menn ble fulgt fra voksen til eldre alder, gjennom analyser av longitudinelle data fra Tromsøundersøkelsene. Resultatene fra artikkel I viste at det fysiske aktivitetsnivået i voksen alder holder seg relativt stabilt over lang tid, inn i eldre år. Vi fant at voksne kvinner og menn som er fysisk aktive, har betydelig større sannsynlighet for å være aktive senere i livet enn de inaktive. På samme vis har de som er inaktive høy sannsynlighet for å være inaktive flere tiår senere. Resultatene fra denne studien dannet et grunnlag for de påfølgende studiene i denne avhandlingen. Analysene i artikkel II viste at høy bentetthet var tydelig assosiert med høyt fysisk aktivitetsnivå. Den positive sammenhengen mellom fysisk aktivitet og bentetthet var konsekvent i hofte og underarm. Selv om forskjellene i bentetthet mellom ulike nivåer av fysisk aktivitet var relativt små, var de statistisk signifikante, og selv små forskjeller i bentetthet kan ha store effekter på risiko for benbrudd. Analyser av bruddrisiko (artikkel III) viste at fysisk aktivitet beskytter mot brudd i det vektbærende skjelettet. Derimot var risiko for brudd i det ikke-vektbærende skjelett ikke relatert til fysisk aktivitetsnivå. Dette indikerer at effektene av fysisk aktivitet på bruddrisiko varierer med bruddsted. Resultatene fra studiene i avhandlingen tyder på at fysisk aktivitet kan bidra til å forebygge osteoporose og aldersrelaterte brudd, og at dette delvis skjer via mekanismer som inkluderer bentetthet, ettersom vi har vist at fysisk aktivitet er positivt assosiert med bentetthet. Videre er det indikasjoner på at aktivitetsvaner i voksen alder har en tendens til å holde seg stabile over flere tiår. Dette medfører at voksne som er inaktive, har en tendens til å være inaktive også senere i livet, noe som er bekymringsfullt med tanke på at fysisk aktivitet har en rekke positive helseeffekter.