Abstract Ageing populations have made osteoporosis and fragility fractures a major public health concern worldwide. Half of all women and 30% of all men will suffer a fracture related to osteoporosis during their lifetime. While medical prevention of this immense problem is impossible at population level, it is necessary to find efficient preventive strategies. Exercise is one of the major prevention approaches because one reason behind the increasing burden of osteoporosis is the modern sedentary lifestyle. However, the optimal type, intensity, frequency, and duration of exercise that best enhances skeletal integrity are still largely unknown. We conducted a 12-month population-based randomized controlled exercise intervention in 120 premenopausal women. The aim was to investigate the effect of impact exercise on bone mineral density, geometry and metabolism in healthy women with the intention of assessing the intensity and amount of impact loading with a novel accelerometer-based measurement device. Training effects on risk factors of osteoporotic fractures, physical performance and risk factors of cardiovascular diseases were also evaluated. This study demonstrated that 12 months of regular impact exercise favoured bone formation, increased bone mineral density in weight-bearing bones, especially at the hip, and led to geometric adaptations by increasing periosteal circumference. Bone adaptations had a dose- and intensity-dependent relationship with measured impact loading. Changes in proximal femur were threshold-dependent, indicating the importance of high impacts exceeding acceleration of 4 g as an osteogenic stimulus. The number of impacts needed to achieve this stimulation was 60 per day. Impact exercise also had a favourable effect on physical performance and cardiorespiratory risk factors by increasing maximal oxygen uptake, dynamic leg strength and decreasing low-density lipoproteins and waist circumference. Changes were dose-dependent with impact loading at wide intensity range. Bone adapts to impact loading through various mechanisms to ensure optimal bone strength. The number of impacts needed to achieve bone stimulation appeared to be 60 per day, comparable to the same number of daily jumps. If done on a regular basis, impact exercise may be an efficient and safe way of preventing osteoporosis. / Tiivistelmä Väestön ikääntymisen ja elintapojen muutosten myötä osteoporoosista ja osteoporoottisista murtumista on tullut maailmanlaajuinen terveysongelma. Ongelman laajuuden vuoksi murtumien lääkkeellinen ehkäisy ei ole mahdollista kattavasti väestötasolla, joten vaihtoehtoisten ehkäisymenetelmien kehittäminen on välttämätöntä. Liikunta on yksi potentiaalinen ehkäisykeino, koska yksi tärkeä tekijä ongelman taustalla on arkiliikunnan vähentyminen. Liikunnan tiedetään hyödyttävän luustoa, mutta optimaalisen liikunnan tyyppi, intensiteetti, määrä ja kesto ovat kuitenkin selvittämättä. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää hyppyharjoittelun vaikutusta 35–40-vuotiaiden naisten luun tiheyteen, geometriaan ja aineenvaihduntaan sekä määrittää luun kannalta optimaalisen harjoittelun määrä ja voimakkuus. Tutkimuksessa selvitettiin myös harjoittelun vaikutuksia fyysiseen suorituskykyyn, sekä sydän- ja verisuonisairauksien riskitekijöihin. Toteutimme väestöpohjaisen, satunnaistetun, kontrolloidun 12 kuukauden mittaisen liikuntaintervention, johon osallistui 120 naista. Intervention aikana mittasimme hyppykuormitusten määrää ja voimakkuutta uudella kiihtyvyysanturiin perustuvalla menetelmällä. Nousujohteinen hyppyharjoittelu aiheutti kuormitetuissa luissa muutoksia, joista keskeiset olivat luuntiheyden ja luun ympärysmitan kasvu. Lisäksi luuston aineenvaihdunnassa tapahtui muutoksia, jotka osoittivat luun uudismuodostuksen lisääntyneen. Luun mukautumisen ja mitattujen iskukuormitusten välillä havaittiin annos-vastesuhde. Kuormitusten voimakkuus oli olennaista, sillä reisiluun kaulan luuntiheyden muutokset olivat yhteydessä kuormituksiin, joiden kiihtyvyys oli yli 4 kertaa maan vetovoiman (g) suuruinen. Luustomuutoksen saavuttamiseen tarvittavien kuormitusten määrä yli 4 g:n tasolla oli kuitenkin vain 60 kuormitusta vuorokaudessa, jotka voidaan turvallisesti saavuttaa normaaleilla hypyillä. Liikuntaharjoittelu paransi myös kolesteroliarvoja, maksimaalista hapenottokykyä, voimatasoja sekä pienensi vyötärön ympärystä, vaikuttaen näin positiivisesti sydän- ja verisuonisairauksien riskitekijöihin. Tutkimus osoitti luun mukautuvan muuttuneisiin kuormituksiin useiden mekanismien kautta ja mukautumisen olevan kuormitusten intensiteetistä riippuvaista. Osteoporoosin ehkäisyn kannalta tehokas ja turvallinen kuormitusmäärä näyttää olevan 60 hyppyä päivässä.

Abstract There are previous reports of an increasing incidence of children’s forearm fractures in the last few decades. Their surgical treatment is evolving. The present study was aimed at determining the incidence and background of these fractures and their treatment. It was also aimed to analyse the short- and long-term outcomes. A comprehensive population-based study (N=168) among 86,000 children in Oulu University Hospital District over a decade (2000–2009) was performed to analyse the incidence of middle-third forearm fractures. Further data (N=291) covering 1997–2009 was achieved in order to study monthly variation and backgrounds of all both-bone forearm fractures in the distal, middle or proximal thirds. An age- and sex-matched case-control study (N=94) at Vaasa Central Hospital District in 1995–1999 with approximately 11 years of follow-up was performed to evaluate long-term morbidity. The relationship between summer weather and outdoor fractures was based on daily weather readings of all summer days (N=1989) in 1997–2009. There was a 4.4-fold increase in middle-third shaft fractures in the last decade (2000–2009) and a 3.1-fold increase in all forearm shaft fractures (proximal, middle and distal) in 1997–2009. The increase in the middle-shaft fractures was still accelerating towards the end of the study period. Trampolining was increasing as a reason for the injuries. At the end of the study every third fracture was caused by a trampoline injury. The fractures caused by other recreational activities increased absolutely, but they were stable in relation to trampoline injuries. There was a clear monthly variation in fracture incidence. During the long study time, August was repeatedly the most usual month for the fractures. School terms and summer holidays did not explain the varying fracture risk. The incidence of the fractures was 50% higher in dry vs. rainy days in summer. Temperature and wind speed did not affect fracture risk. Not only were the number of children’s forearm shaft fractures increasing, but also their operative treatment in 1997–2009. The increase was mostly connected to elastic stable intramedullary nailing (ESIN), the incidence of which changed from 10% to 30% during the study period, compared with other types of treatment. Non-operative treatment showed poor short-term outcome in the form of worsening alignment and a relatively great need of re-operations. Operative treatment showed excellent primary results. In the long run, the outcome of non-operative treatment was excellent. / Tiivistelmä Lasten kyynärvarren diafyysimurtumat ovat lisääntyneet viimeisten vuosikymmenten aikana. Samalla niiden kirurginen hoito on muuttunut. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää murtumien ilmaantuvuutta ja murtumien taustalla olevia tekijöitä sekä hoidon kehittymistä. Tavoitteena oli myös tutkia lyhyt- ja pitkäaikaisia hoitotuloksia. Ilmaantuvuuden määrittämiseksi kerättiin väestöpohjainen aineisto (N=168) kaikista niistä lapsista (<16-v.), jotka ovat olleet hoidossa Oulun yliopistollisessa sairaalassa kyynärvarren keskialueen murtuman vuoksi 2000–2009. Taustatekijöiden selvittämiseksi aineisto laajennettiin koskemaan kaikkia kyynärvarren kahden luun murtumia (proksimaaliset, keskialueen ja distaaliset murtumat) 1997–2009 (N=291). Pitkäaikaistuloksia arvioitiin tapaus-verrokkitutkimuksella (N=94), jonka potilasaineiston muodostivat Vaasan keskussairaalassa vuosina 1995–1999 hoidetut lapsipotilaat. Ikä- ja sukupuolivakioidut vertailutapaukset poimittiin väestörekisteristä. Kesäsään ja ulkona tapahtuvien murtumien välisen yhteyden tutkimiseksi kerättiin säätila-aineisto kaikilta vuosien 1997–2009 kesäpäiviltä (N=1989). Lasten kyynärvarren keskidiafyysin murtumat lisääntyivät 4,4-kertaisesti vuosikymmenessä (2000–2009) ja kaikki diafyysimurtumat lisääntyivät 3,1-kertaisesti (1997–2009). Keskidiafyysimurtumien ilmaantuvuus kasvoi kiihtyvästi. Trampoliini aiheutti yksinään joka kolmannen murtuman, ja trampoliinimurtumien ilmaantuvuus kasvoi tutkimusaikana. Muut tapaturmatyypit pysyivät vakioisina. Murtumien ilmaantuvuus vaihteli kuukausittain, mutta 13 vuoden seurantajaksolla ne olivat selvästi yleisimpiä elokuussa. Koululaisten kesäloma ei vaikuttanut murtumariskiin. Murtumat olivat 50 % yleisempiä kuivalla säällä kuin sadesäällä. Lämpötila tai tuulennopeus eivät vaikuttaneet murtumien ilmaantuvuuteen. Lasten kyynärvarsimurtumien operatiivinen hoito lisääntyi. Joustavien ydinnaulojen käyttö kasvoi 10 %:sta 30 %:iin suhteessa muihin hoitomuotoihin. Kajoavan hoidon lyhytaikaiset tulokset olivat erinomaiset. Kajoamattoman hoidon tulokset olivat heikot, ja hoitoon liittyi paljon asennon huonontumista ja myöhempää leikkaustarvetta, erityisesti asennon korjaamista. Pitkän ajan seurannassa kajoamattoman hoidon tulokset olivat kuitenkin erinomaiset. / Sammanfattning Barns underarmsfrakturer har ökat under de senaste årtiondena och deras behandling är under förändring. Syftet med den här forskningen var att undersöka underarmsfrakturer: förekommande, bakgrund och behandling. Meningen var också att bedöma resultat av olika frakturbehandlingar på kort och lång sikt. Totalt 168 barn undersöktes. De behandlades på Uleåborgs universitetssjukhus åren 2000–2009 p.g.a. en underarmsfraktur i mellersta tredjedelen av skaft. Därtill inkluderades 291 barn med en underarmsfraktur i hela skaftet åren 1997–2009. En fall-kontroll–undersökning innehöll 47 barn med en underarmsfraktur i Vasa centralsjukhus åren 1996–1999 samt en köns- och ålders standardiserad kontroll grupp med 47 medlemmar (N=47). Relationen mellan sommarväderlek och frakturer som skedde utomhus analyserades på basis av uppgifter om väderleken på alla sommardagarna åren 1997–2009 (N=1989). Frakturer i den mellersta underarmen ökade 4,4-faldigt och accelererande på ett årtionde (2000–2009) och alla skaftfrakturer 3,1-faldigt (1997–2009). Trampolinen tillfogade var tredje av dessa frakturer och således ökade trampolinens betydelse. Jämfört med trampolinen höll sig andra bakgrundsfaktorer stadiga. Det fanns en klar variation i förekommande av frakturer mellan månaderna. Mest förekom frakturer i augusti. Skolperioden eller sommarlovet påverkade inte risken för frakturer. Uppehållsväder ökade risken 1,5-faldigt jämfört med regniga dagar. Temperaturen eller vinden hade ingen effekt på frakturer. Operativa kirurgiska behandlingar ökade i stället för ej-operativa behandlingar åren 1997–2009. Ökningen berodde mest på tilltagande bruk av flexibla märgspikar, vilket ökade från 10 % till 30 % jämfört med andra behandlingsmetoder. Ej-operativ vård visade gott om komplikationer under den korta uppföljningen. Operativ vård var framgångsrik på kort sikt. Däremot visade ej-operativ behandling utmärkta resultat efter den långa uppföljningen.