129
The Effects of Physical Activity on Health and Disease
studied. Several plausible biologic mechanisms exist
to explain this effect. Physical activity may also
reduce the risk of developing NIDDM in groups of
people with impaired glucose tolerance, but this
topic needs further study.
Osteoarthritis
Osteoarthritis, the most common form of arthritis, is
characterized by both degeneration of cartilage and
new growth of bone around the joint. Because its
prevalence increases with age, osteoarthritis is the
leading cause of activity limitation among older
persons. The etiology of osteoarthritis is unknown,
and the risk factors and pathogenesis of osteoarthri-
tis differ for each joint group.
Whether an active lifestyle offers protection
against the development of osteoarthritis is not
known, but studies have examined the risk of devel-
oping it in relation to specific athletic pursuits.
Cross-sectional studies have associated competitive—
as opposed to recreational—running at high levels
and for long periods with the development of os-
teoarthritis seen on x-rays (Marti and Minder 1989;
Kujala, Kaprio, Sarna 1994; Kujala et al. 1995). On
the other hand, both cross-sectional and cohort
studies have suggested that persons who engage in
recreational running over long periods of time have
no more risk of developing osteoarthritis of the knee
or hip than sedentary persons (Lane 1995; Lane et al.
1986, 1993; Panush et al. 1995; Panush et al. 1986;
Panush and Lane 1994). There is also currently no
evidence that persons with normal joints increase
their risk of osteoarthritis by walking.
Studies of competitive athletes suggest that
some sports—specifically soccer, football, and
weight lifting—are associated with developing os-
teoarthritis of the joints of the lower extremity
(Kujala, Kaprio, Sarna 1994; Kujala et al. 1995;
Rall, McElroy, Keats 1964; Vincelette, Laurin,
Lévesque 1972; Lindberg, Roos, Gärdsell 1993).
Other competitive sports activities in which spe-
cific joints are used excessively have also been
associated with the development of osteoarthritis.
For example, baseball pitchers are reported to have
an increased prevalence of osteoarthritis in the
elbow and shoulder joint (Adams 1965; Bennett
1941). These studies are limited because they
involve small sample sizes. Further confounding
these studies is the high incidence of fractures,
ligamentous and cartilage injuries, and other inju-
ries to joints that occur with greater-than-average
frequency among competitive participants in these
sports. Because joint injury is a strong risk factor for
the development of osteoarthritis, it may not be the
physical activity but rather the associated injuries
that cause osteoarthritis in these competitive ath-
letes. In a study by Roos and colleagues (1994),
soccer players who had not suffered knee injuries
had no greater prevalence of osteoarthritis than did
sedentary controls. Regular noncompetitive physi-
cal activity of the amount and intensity recom-
mended for improving health thus does not appear
harmful to joints that have no existing injury.
Physical Activity in Persons with Arthritis
Given the high prevalence of osteoarthritis among
older people, it is important to determine whether
persons with arthritis can safely exercise and be
physically active. Experimental work with animals
shows that use of injured joints inhibits tissue repair
(Buckwalter 1995). More specifically, several stud-
ies have indicated that running accelerates joint
damage in animal models where osteoarthritis has
been experimentally induced (Armstrong et al. 1993).
In contrast, several short-term studies of human
subjects have indicated that regular moderate-
exercise programs, whether including aerobic or
resistance training, relieve symptoms and improve
function among people with both osteoarthritis and
rheumatoid arthritis (Ettinger and Afable 1994;
Allegrante et al. 1993; Fisher et al. 1991; Fisher et al.
1994; Fisher and Pendergast 1994; Puett and Griffin
1994). For example, it has been shown that after
regular physical activity, persons with arthritis have
a significant reduction in joint swelling (Minor et al.
1988). In other studies of persons with osteoarthri-
tis, increased levels of physical activity were associ-
ated with improved psychosocial status, functional
status, and physical fitness (Minor 1991; Minor and
Brown 1993).  Furthermore, regular physical activ-
ity of moderate intensity has been found to raise the
pain threshold, improve energy level, and improve
self-efficacy among persons with osteoarthritis
(Minor et al. 1989; Chow et al. 1986; Holman,
Mazonson, Lorig 1989).
Add page to pdf in preview - insert pages into PDF file in C#.net, ASP.NET, MVC, Ajax, WinForms, WPF
Guide C# Users to Insert (Empty) PDF Page or Pages from a Supported File Format
adding page numbers to a pdf in preview; adding page numbers to a pdf file
Add page to pdf in preview - VB.NET PDF Page Insert Library: insert pages into PDF file in vb.net, ASP.NET, MVC, Ajax, WinForms, WPF
Easy to Use VB.NET APIs to Add a New Blank Page to PDF Document
adding page numbers to pdf documents; add page to existing pdf file
130
Physical Activity and Health
Biologic Plausibility
The biologic effects of physical activity on the
health and function of joints have not been exten-
sively investigated, but some level of physical activ-
ity is necessary to preserve joint function. Because
hyaline cartilage has no blood vessels or nerves,
mature cartilage cells (chondrocytes) receive nour-
ishment only from the diffusion of substances
through the cartilage matrix from joint fluid. Physi-
cal activity enhances this process. In the laboratory,
putting pressure on cartilage deforms the tissue,
creating pressure gradients that cause fluid to flow
and alter osmotic pressures within the cartilage
matrix (Hall, Urban, Gehl 1991). The effect of such
loading on the metabolism of chondrocytes is not
well described, but when loading is performed
within the physiologic range, chondrocytes increase
proteoglycan synthesis (Grodzinsky 1993). In con-
trast, high-intensity loading and repetitive high-
impact loads disrupt the cartilage matrix and inhibit
proteoglycan synthesis (Lammi 1993).
The role of normal loading is confirmed by the
effect of inactivity on articular cartilage. Immobility
leads to decreased cartilage proteoglycan synthesis,
increased water content, and decreased cartilage
stiffness and thickness. Disuse may make the carti-
lage more vulnerable to injury, and prolonged disuse
causes loss of normal joint function as the joint
cavity is obliterated by fibrous tissue.
Studies of running on joint function in dogs with
normal joints have confirmed that running does
affect the proteoglycan and water content of cartilage
and does not lead to degeneration of articular sur-
faces or to degenerative joint disease (Arokoski et al.
1993). In contrast, in dogs with injured joints, run-
ning has been shown to cause arthritis (Buckwalter
1995).
Conclusions
Physical activity is essential for maintaining the
health of joints and appears to be beneficial for
control of symptoms among people with osteoar-
thritis. Although there is no evidence that physical
activity itself causes osteoarthritis, injuries sus-
tained during competitive sports have been shown
to increase the risk of developing osteoarthritis.
Osteoporosis
Osteoporosis is characterized by decreased bone
mass and structural deterioration of bone tissue,
leading to bone fragility and increased susceptibility
to fractures. Because bone mass and strength pro-
gressively decline with advancing age, this disease
primarily affects older persons (Cummings et al.
1985).  Osteoporosis is more common among women
than among men, for at least three reasons: women
have lower peak bone mass than men, women lose
bone mass at an accelerated rate after menopause
when estrogen levels decline, and women have a
longer life span than men.
The most common potential fracture sites are
vertebrae of the chest and lower back, the distal
radius (or wrist), the hips, and the proximal hu-
merus (NIH 1984). Vertebral fractures can occur
spontaneously or with minimal trauma (e.g., bend-
ing forward or coughing); once deformed, the verte-
brae never return to their normal shape. These
fractures may be asymptomatic and discovered only
incidentally on a chest or spine x-ray. Accumulation
of such vertebral fractures causes a bent-over or
hunchbacked posture that is generally associated
with chronic back pain and often with gastrointesti-
nal and abdominal problems related to a lowering of
the rib cage.
In the United States, fractures of the hip account
for 250,000 of the 1.5 million fractures that are
attributed each year to osteoporosis. Hip fractures
are associated with more deaths (a 15–20 percent
1-year mortality rate), permanent disability, and
medical and institutional care costs than all other
osteoporotic fractures combined (Cummings et al.
1985; Rankin 1993). By age 90, about one-third of
women and about one-sixth of men will have sus-
tained a hip fracture.
In both men and women, the development of
osteoporosis may be related to three factors: a defi-
cient level of peak bone mass at physical maturity,
failure to maintain this peak bone mass during the
third and fourth decades of life, and the bone loss
that begins during the fourth or fifth decade of life.
Physical activity may positively affect all three of
these factors.
Physical activity may play a substantial role in
the development of bone mass during childhood and
adolescence and in the maintenance of skeletal mass
C# WinForms Viewer: Load, View, Convert, Annotate and Edit PDF
PDF Annotation. • Add sticky notes to PDF document in preview. Add text to PDF document in preview. • Add text box to PDF file in preview.
add page pdf reader; add pages to pdf file
C# WPF Viewer: Load, View, Convert, Annotate and Edit PDF
This page will mainly let you know: PDF Annotation. • Add sticky notes to PDF document. • Highlight PDF text in preview. • Add text to PDF document.
add page numbers pdf; add a page to a pdf
131
The Effects of Physical Activity on Health and Disease
as a young adult. This inference is partly based on
findings that athletic young adults have a higher
density of bone mineral than sedentary young adults
(Kirchner, Lewis, O’Connor 1996; Grimston, Willows,
Hanley 1993; Conroy et al. 1993; Nichols et al. 1994;
Rubin et al. 1993), on reports that athletes have a
differential density of bones according to the sport
they train for (Robinson et al. 1995; Heinonen et al.
1995), and on evidence that increase in bone mass in
university students is related to higher levels of
physical activity (Recker et al. 1992).
Beyond this hypothesized function in youth,
physical activity plays a well-established role
throughout the life span in maintaining the normal
structure and functional strength of bone. Pro-
longed bed rest or immobility causes rapid and
marked reduction in bone mineral density (Krølner
et al. 1983; Chesnut 1993; Donaldson et al. 1970).
Of particular public health interest is the degree to
which physical activity can prevent or slow the
bone loss that begins occurring in women as a
normal process after menopause. Cross-sectional
studies of postmenopausal women have shown that
bone mineral density is correlated with muscle
strength (Sinaki et al. 1986; Sinaki and Offord
1988), physical activity (Sinaki and Offord 1988;
Shimegi et al 1994; Jacobson et al. 1984; Talmage et
al. 1986), and cardiorespiratory fitness (Pocock et
al. 1986; Chow et al. 1986). Longitudinal studies of
postmenopausal women have attributed increases
in both cardiorespiratory fitness and bone mass to
physical activity (Chow et al. 1987; Dalsky et al.
1988). There is some evidence that through physi-
cal activity, osteoporotic women can minimize bone
loss or facilitate some gain in bone mineral content
(Krølner et al. 1983; Kohrt et al. 1995). However,
other studies have failed to show such benefits
(Nelson et al. 1991; Sandler et al. 1989; Cavanaugh
and Cann 1988). The intensity of the physical
activity and the degree to which it stresses the bones
may be crucial factors in determining whether bone
mass is maintained. Thus it is likely that resistance
exercise may have more pronounced effects than
endurance exercise, although this has not yet been
unequivocally established.
Several investigators have found that the posi-
tive effect of physical activity on the bones of both
premenopausal and postmenopausal women depends
on the presence of estrogen. In postmenopausal
women, greater gain in bone density accrues when
physical activity and estrogen replacement therapy
occur simultaneously (Prince et al. 1991; Kohrt et al.
1995). In young, premenopausal women, however,
excessive amounts of vigorous training may lead to
a low estrogen level and secondary amenorrhea, with
subsequent decreased bone mass and increased risk
of stress fractures (Marcus et al. 1985; Drinkwater et
al. 1984; Allen 1994).
The exercise-associated changes in bone mineral
density observed over time among both premeno-
pausal and postmenopausal women are much less
pronounced than those differences observed cross-
sectionally between active and sedentary persons
(Drinkwater 1993). Cross-sectional studies demon-
strate differences of 10–15 percent in bone mineral
density at various sites (Aloia et al. 1988; Lane et al.
1986; Michel, Bloch, Fries 1989; Recker et al. 1992),
whereas intervention studies show smaller gains of
1–5 percent (Krølner et al. 1983; Dalsky et al. 1988;
Nelson et al. 1991; Pruitt et al. 1992; Drinkwater
1993). These differences may be due to differences in
comparison groups, to follow-up duration insuffi-
cient to show large changes in bone mineral density,
or to measurement at different skeletal sites. Still to
be conducted are well-designed randomized clinical
trials that are of sufficient size and duration to
determine definitively the longitudinal effects of
physical activity change or the differential effects
of resistance and endurance activity on bone mineral
density.
Biologic Plausibility
Bone is a dynamic tissue that is constantly remod-
eling its structure by resorption and formation.
Physical activity, through its load-bearing effect on
the skeleton, is likely the single most important
influence on bone density and architecture (Lanyon
1996). Bone cells respond to mechanical loading by
improving the balance between bone formation and
bone resorption, which in turn builds greater bone
mass (Lanyon 1987, 1993). The higher the load, the
greater the bone mass; conversely, when the skel-
eton is unloaded (as with inactivity), bone mass
declines. Glucose-6-phosphate, prostaglandins, and
nitric oxide play a role in mediating the mechanical
How to C#: Preview Document Content Using XDoc.Word
RasterEdge XDoc.Word provide you with APIs to get a thumbnail bitmap of the first page in the word document file. C# DLLs for Word File Preview. Add references:
add a page to a pdf in reader; add pages to an existing pdf
How to C#: Preview Document Content Using XDoc.PowerPoint
APIs to get a thumbnail bitmap of the first page in the C# DLLs: Preview PowerPoint Document. Add necessary XDoc.PowerPoint DLL libraries into your created C#
add page to pdf in preview; add and delete pages in pdf online
132
Physical Activity and Health
loading effect on bone (Pitsillides et al. 1995; Turner
et al. 1995; Tang et al. 1995). Because it is muscle
that exerts the largest forces on bone during physi-
cal activity, the role of muscle mass and strength in
maintaining skeletal integrity should be explored
more fully.
Nonmechanical factors, such as age, hormonal
milieu, nutritional intake, and medications, are in-
creasingly being recognized as important determi-
nants of the bone’s response to mechanical loading
(Lanyon 1996). The relative contributions of each of
these factors are currently under study and are not
yet clearly delineated.  Animal studies confirm a
difference in bone response to mechanical loading
with age and by estrogen status (Turner, Takano,
Owan 1995). The potential clinical relevance of this
research is to better define the optimal amount and
type of exercise for maintaining or increasing bone
mass, particularly with aging or in the absence of
estrogen replacement therapy after menopause.
Physical Activity and the
Prevention of Fractures and Falling
Studies of physical activity in relation to hip frac-
ture in women have generally found a lower risk of
hip fracture among those who were more active.
Three cohort studies have reported such a protec-
tive effect. One showed a statistically significant
protective effect among those reporting the most
recreational activity at baseline (Farmer et al. 1989),
one showed inverse but not statistically significant
associations for both work and leisure-time physi-
cal activity (Meyer, Tverdal, Falch 1993), and one
showed a significant protective effect of walking for
exercise (Cummings et al. 1995). Case-control stud-
ies have been more equivocal. One such study
found a significant protective effect for two levels of
past activity, but for recent activity only moderate
amounts of activity showed a significant protective
effect (Jaglal, Kreiger, Darlington 1993). Another
case-control study showed inconsistent effects
across a variety of physical activity classifications
(Cumming and Klineberg 1994).
Nonskeletal factors that increase the risk of
fractures due to falls include limitations in activi-
ties of daily living (e.g., dressing and feeding one-
self); compromised gait, balance, reaction time,
and muscle strength; impaired vision; medication
use; and environmental hazards (Dunn et al. 1992;
Gilligan, Checovich, Smith 1993; Tinetti, Speechley,
Ginter 1988; Cummings et al. 1995). Various exer-
cises may help prevent falls by improving muscle
strength, functional capacity,  gait, balance, and
reaction time. Tinetti and colleagues (1994) showed
a significant decrease in falls in the elderly concomi-
tant with an improvement in balance and gait achieved
through exercise. Province and colleagues (1995)
demonstrated a protective effect against falls through
general exercise and exercises designed to improve
balance. Moreover, Fiatarone and colleagues (1994)
have shown that even frail elderly persons who have
multiple chronic diseases benefit substantially from
resistance training. This well-controlled random-
ized trial demonstrated the importance of strength
training in improving stair-climbing power, gait,
and other measures of physical function.  Moderate
exercise-training techniques, such as tai chi chuan,
have also been shown to decrease falling and to
improve function in older adults by increasing or
maintaining aerobic power, strength, and balance
(Lai et al. 1995; Wolf et al. 1996; Wolfson et al.
1996).
Conclusions
Physical activity appears to build greater bone mass
in childhood and early adolescence and to help
maintain peak bone mass in adulthood. Among
women after menopause, physical activity may pro-
tect against the rapid decline in bone mass, but
findings are inconsistent in this regard, and it is
unclear whether muscle-strengthening (resistance)
activity may be more effective than endurance activ-
ity for this purpose. Estrogen replacement therapy
has been shown conclusively to decrease bone loss
after menopause, and there is evidence that this
effect is enhanced with physical activity. However, it
is not clear whether physical activity alone, in the
absence of estrogen replacement therapy, can pre-
vent bone loss.
Physical activity, including muscle-strengthen-
ing (resistance) exercise, appears to be protective
against falling and fractures among the elderly, prob-
ably by increasing muscle strength and balance.
C# PDF insert image Library: insert images into PDF in C#.net, ASP
How to insert and add image, picture, digital photo, scanned signature or logo into PDF document page in C#.NET class application?
add a page to pdf file; adding page numbers to pdf in preview
VB.NET PDF File Compress Library: Compress reduce PDF size in vb.
Remove bookmarks, annotations, watermark, page labels and article threads from PDF while compressing. Also a preview component enables compressing and
adding page numbers pdf; add page numbers to a pdf
133
The Effects of Physical Activity on Health and Disease
Obesity
Obesity, a major public health problem in the United
States, plays a central role in the development of
diabetes mellitus (West 1978) and confers an in-
creased risk for CHD, high blood pressure, osteoar-
thritis, dyslipoproteinemia, various cancers, and
all-cause mortality (Hubert et al. 1983; Bray 1985;
Albanes 1987; Lee et al. 1993; Manson et al. 1995).
The progressive weight gain often observed between
the third and sixth decades of life may be partly
explained by age-related changes: although energy
intake tends to decline after the second decade of life,
this decrease is insufficient to offset the greater
decline in the amount of energy that most people
expend throughout their adult years (Bray 1983;
Federation of American Societies for Experimental
Biology 1995). In addition to these age trends, popu-
lation surveys indicate that the age-adjusted preva-
lence of overweight among adults in the United
States has increased from about 25 percent in the
1970s to 33 percent in 1988–1991 (Kuczmarski et al.
1994). The increase is evident for all race and sex
groups. This phenomenon is believed to be due to
high rates of inactivity combined with easy access to
energy-dense food (Blackburn and Prineas 1983).
Obesity, defined as an excess of adipose tissue,
is difficult to measure in population-based studies.
Most investigations have therefore either used a
relative weight index, such as percent desirable
weight (Metropolitan Life Insurance Company
1959), or have used BMI (defined by a ratio of
weight to height) as a surrogate measure. Quetelet’s
index (weight [kg]/height[m]
2
) has been the most
frequently used BMI. Although these weight-height
indices are strongly correlated with more direct
measures of adiposity, such as underwater weighing,
they have limitations: fatty tissue cannot be distin-
guished from muscle mass or edema, and associa-
tions between weight-height indices and adiposity
may be nonlinear or may differ by age or ethnic group
(Harrison et al. 1985; Garn, Leonard, Hawthorne
1986; Lillioja and Bogardus 1988). Despite these
limitations, BMI has shown a monotonic association
with mortality in several recent cohort studies (Lee
et al. 1993; Manson et al. 1995; Willett et al. 1995).
Using nationally representative data, the CDC
has defined overweight as a Quetelet’s index at or
above the 85th percentile for 20- to 29-year-olds
(‡ 27.3 kg/m
2
for women, ‡ 27.8 kg/m
2
for men),
corresponding to 120–125 percent of desirable weight
(NIH 1985; Kuczmarkski 1992; Kuczmarkski et al.
1994). The 95th percentile of Quetelet’s  index (32.3
kg/m
2
for women, 31.1 kg/m
2
for men), equivalent to
a relative weight of approximately 145 percent, has
been used to classify persons as severely overweight.
Between 1976 and 1991, the mean weight of U.S.
adults increased by 3.6 kg (almost 8 pounds), and 58
million American adults (33 percent) are now con-
sidered to be overweight (Kuczmarski et al. 1994).
Because substantial weight loss in adults is diffi-
cult to achieve and maintain (Dyer 1994), childhood
obesity and its prevention have received increased
attention. Overweight children are likely to remain
overweight as adolescents and adults (Johnston 1985)
and are subsequently at increased risk for high blood
pressure, diabetes, CHD, and all-cause mortality
(Abraham, Collins, Nordsieck 1971; Nieto, Szklo,
Comstock 1992; Must et al. 1992). Moreover, paral-
leling the trend seen among adults, the prevalence of
overweight among U.S. children and adolescents has
increased substantially over the past decade (Shear et
al. 1988; Troiano et al. 1995).
Physical Activity and Obesity
It is commonly believed that physically active people
are less likely to gain weight over the course of their
lives and are thus more likely to have a lower preva-
lence of obesity than inactive people; accordingly, it
is also commonly believed that low levels of physical
activity are a cause of obesity. Few data, however,
exist to evaluate the truth of these suppositions.
Several cross-sectional studies report lower
weight, BMI, or skinfold measures among people
with higher levels of self-reported physical activity
or fitness (DiPietro 1995; Ching et al. 1996;
Williamson et al. 1993; French et al. 1994; Folsom et
al. 1985; Dannenberg et al. 1989; Slattery et al. 1992;
Gibbons et al. 1983; Voorrips et al. 1992).  Prospec-
tive studies have shown less consistent results.
French and colleagues (1994) reported an inverse
association between leisure-time physical activity
(either walking or engaging in high-intensity activ-
ity) and later weight gain, and Ching and colleagues
(1996) found that physical activity was inversely
related to the risk of becoming overweight. Klesges
and colleagues (1992) reported that weight gain was
VB.NET PDF insert image library: insert images into PDF in vb.net
inserting image to PDF in preview without adobe provide users the most individualized PDF page image inserting function, allowing developers to add and insert
add page number pdf; adding page numbers to pdf in reader
How to C#: Preview Document Content Using XDoc.excel
you with APIs to get a thumbnail bitmap of the first page in the C# DLLs: Preview Excel Document without Microsoft Office Installed. Add necessary references:
add page number to pdf print; add page numbers to pdf preview
134
Physical Activity and Health
inversely associated with leisure-time physical activ-
ity among women but not among men. Williamson
and colleagues (1993), however, found no associa-
tion between physical activity and subsequent weight
change. Williamson and colleagues (1993) and
Voorrips and colleagues (1992) proposed that de-
creases in physical activity may be both a cause and
a consequence of weight gain over a lifetime and that
multiple measurements over time may be necessary
to characterize the interrelationship. One cohort
study that assessed changes in physical activity
reported that among women, decreased physical
activity performed as work was related to weight
gain; no associations were found among men
(Klesges et al. 1992).
The relationship between physical activity and
obesity in children is still under investigation. Some
studies comparing obese and nonobese children
have shown higher physical activity levels in
nonobese children (Johnson, Burke, Mayer 1956;
Bullen, Reed, Mayer 1964); others have shown little
or no relationship (Stefanik, Heald, Mayer 1959;
Bradfield, Paulos, Grossman 1971).  Somewhat in-
consistent results have also been seen in cross-
sectional studies, with several finding lower BMIs or
skinfold measures among children with higher levels
of physical activity or fitness (Wolf et al. 1993;
Obarzanek et al. 1994; Strazzullo et al. 1988; Tell and
Vellar 1988) and some smaller studies finding no
association (Sallis et al. 1988; LaPorte et al. 1982).
More recently, two longitudinal studies have re-
ported inverse relationships between physical activ-
ity and triceps skinfold measures (Moore et al. 1995)
and BMI (Klesges et al. 1995) in young children. A
third longitudinal study (Ku et al. 1981) found a
significant negative association between physical
activity and percentage of body fat in boys but not
in girls. Additional longitudinal studies of children,
including measurement of changes in physical ac-
tivity, will help clarify whether physical activity
prevents the development of obesity.
Over the past two decades, several comprehen-
sive review articles (Oscai 1973; Stefanick 1993;
Thompson, Jarvie, et al. 1982; Wilmore 1983), as
well as two meta-analyses (Ballor and Keesey 1991;
Epstein and Wing 1980), have examined the impact
of exercise training on body weight and obesity.
These reviews conclude that 1) physical activity
generally affects body composition and weight fa-
vorably by promoting fat loss while preserving or
increasing lean mass; 2) the rate of weight loss is
positively related, in a dose-response manner, to the
frequency and duration of the physical activity ses-
sion, as well as to the duration (e.g., months, years)
of the physical activity program; and 3) although the
rate of weight loss resulting from increased physical
activity without caloric restriction is relatively slow,
the combination of increased physical activity and
dieting appears to be more effective for long-term
weight regulation than is dieting alone (Brownell
and Stunkard 1980; Kayman, Bruvold, Stern 1990).
Independent of its effect on body weight and
total adiposity, physical activity may favorably af-
fect fat distribution. Several large cross-sectional
studies in Europe (Seidell et al. 1991), Canada
(Tremblay et al. 1990), and the United States (Kaye
et al. 1990; Slattery et al. 1992; Troisi et al. 1991;
Wing et al. 1991) report an inverse association
between energy expenditure from physical activity
and several indicators of central body fat distribu-
tion, such as the waist-to-hip ratio or the waist-to-
thigh-circumference ratio.
Biologic Plausibility
Increase in fat mass and the development of obesity
occur when energy intake exceeds total daily energy
expenditure for a prolonged period (Bray 1983;
Leibel, Rosenbaum, Hirsch 1995). Total energy ex-
penditure represents the sum of 1) resting energy
expenditure for maintaining basic body functions
(approximately 60 percent of total energy require-
ments); 2) the thermic effect of eating for digestion,
absorption, transport, and deposition of nutrients
(about 10 percent); and 3) nonresting energy expen-
diture, primarily in the form of physical activity
(about 30 percent) (Leibel, Rosenbaum, Hirsch
1995). This third component, nonresting energy
expenditure, is the most variable. Energy balance
tilts to weight gain when disproportionately more
energy is taken in; theoretically, about one pound
(or 0.45 kg) of fat energy is stored for each 3,500
kilocalories of excess energy intake. By increasing
nonresting energy expenditure, regular physical ac-
tivity contributes to weight maintenance and weight
reduction. Evidence supports the metabolic and
C# PDF insert text Library: insert text into PDF content in C#.net
Able to add a single text character and text string formatted text and plain text to PDF page using .NET Supports adding text to PDF in preview without adobe
add pages to pdf acrobat; add page number to pdf preview
135
The Effects of Physical Activity on Health and Disease
physiological benefits of incorporating physical ac-
tivity into programs that prevent or manage obesity
(Pi-Sunyer 1988; Leon 1989; Bouchard, Després,
Tremblay 1993; DiPietro 1995; Ewbank, Darga,
Lucas 1995).
Controversy exists over whether physical activ-
ity following a meal increases the thermic effect of
food ingestion and whether physical activity before
a meal reduces appetite.  The evidence suggests that
physical activity programs do not necessarily pro-
duce a compensatory increase in food intake in obese
individuals (Woo, Garrow, Pi-Sunyer 1982a, 1982b).
Moreover, daily physical activity may further assist
in weight loss by partially reducing the decline in
resting energy expenditure that occurs during diet-
ing and associated weight loss (Lennon et al. 1985).
This effect is plausible because endurance exercise
and strength training may help preserve, to some
degree, metabolically active, lean body mass, whereas
caloric restriction does not (Hill, Drougas, Peters
1994; Ballor and Keesy 1991).
Because abdominal fat is more responsive than
gluteal or lower-body fat to epinephrine stimula-
tion (Wahrenberg, Bolinder, Arner 1991), physical
activity may result in a more beneficial redistribu-
tion of body fat in both sexes (Bouchard, Després,
Tremblay 1993).  Further investigation, however,
is needed to clarify the associations between go-
nadal hormone levels, baseline regional fat distri-
bution, and exercise-related changes in weight and
body fat distribution.
Conclusions
Physical activity is important for weight control. By
using energy and maintaining muscle mass, physical
activity is a useful and effective adjunct to dietary
management for avoiding weight gain or losing
weight. Physical activity appears to favorably affect
distribution of body fat.
Mental Health
Mental disorders pose a significant public health
burden in the United States. Some disorders, such as
depression, are associated with suicide, which is
currently the ninth leading cause of death among
Americans (NCHS 1996). A major cause of hospital-
ization and disability, mental disorders cost $148
billion per year, about half of which is due to severe
mental illness (National Advisory Mental Health
Council 1993).
The annual prevalence of mental disorders in the
United States population is high. Nearly three out of
10 persons 15–54 years of age who live in households
report having had a mental disorder during the
previous year (Regier et al. 1993; Kessler et al. 1994).
The most frequently reported disorders are affective
(mood) and anxiety disorders. More than one out of
10 adults suffers from a depressive disorder in any
given year; between 13 and 17 percent suffer from an
anxiety disorder. Women report a higher prevalence
of affective and anxiety disorders than do men. Most
people with mental disorders do not obtain any
professional treatment; only one in five people with
a disorder during the previous year has received help
from a health service provider.
Mental disorders, mental illnesses, mental
health, and psychological well-being relate to such
factors as mood or affect, personality, cognition,
and perception. Psychological constructs about
these factors are interrelated with a person’s physi-
cal health status and quality of life. In studies of the
effects of physical activity on mental health, the
most frequently studied outcomes include mood
(anxiety, depression, negative affect, and to a lesser
extent, positive affect), self-esteem, self-efficacy,
and cognitive functioning. The general hypothesis
is that people who are physically active or have
higher levels of cardiorespiratory fitness have en-
hanced mood (less negative and greater positive
affect), higher self-esteem, greater confidence in
their ability to perform tasks requiring physical
activity (i.e., greater self-efficacy), and better cog-
nitive functioning than sedentary persons or those
who are less physically fit. One National Institutes
of Mental Health workshop (Morgan and Goldston
1987) and numerous recent reviews have been
devoted to this literature (Brown 1990;  LaFontaine
et al. 1992; Landers and Petruzzello 1994; Martinsen
and Stephens 1994; McAuley 1994; McDonald and
Hodgdon 1991; Morgan 1994; North, McCullagh,
Tran 1990; Plante and Rodin 1990; Raglin 1990; Sime
1990). The effects of physical activity on most mental
disorders—including sleep and eating disorders,
schizophrenia, dementia, personality disorders,  and
substance-related disorders—are not as well studied
136
Physical Activity and Health
(Dishman 1986; Taylor, Sallis, Needle 1985;
Martinsen and Stephens 1994).
This section focuses primarily on the association
of physical activity with anxiety and depression.
Evidence related to other psychological factors, such
as positive affect, self-esteem, self-efficacy, and cog-
nitive functioning, is discussed later in this chapter
in the “Health-Related Quality of Life” section.
Physical Activity and Mental Health
Epidemiologic research among men and women
suggests that physical activity may be associated
with reduced symptoms of depression (Ross and
Hayes 1988; Stephens 1988; Stephens and Craig
1990; Farmer et al. 1988; Camacho et al. 1991),
clinical depression (Weyerer 1992), symptoms of
anxiety (Ross and Hayes 1988; Stephens 1988), and
improvements in positive affect (Stephens 1988;
Stephens and Craig 1990) and general well-being
(Stephens 1988). In general, persons who are inactive
are twice as likely to have symptoms of depression
than are more active persons.
Most epidemiologic and intervention studies on
the relationship of physical activity and mental health
have used self-report questionnaires to assess symp-
toms of anxiety and depression among persons from
the general population, although some studies have
focused on patients diagnosed by clinicians.  These
questionnaires are useful for identifying persons
experiencing mental distress (i.e., symptoms of
anxiety or depression), but such identifications do
not necessarily correspond to diagnoses of anxiety or
depression by clinicians using standard interview
criteria (Fechner-Bates, Coyne, Schwenk 1994).
The literature suggests that physical activity helps
improve the mental health of both clinical and
nonclinical populations. Physical activity interven-
tions have benefited persons from the general popu-
lation who report mood disturbance (Simons and
Birkimer 1988; Wilfley and Kunce 1986), including
symptoms of anxiety (Steptoe et al. 1989) and de-
pression (Morgan et al. 1970), as well as patients
who have been diagnosed with nonbipolar,
nonpsychotic depression (Doyne et al. 1987; Klein et
al. 1985; Martinsen, Medhus, Sandvik 1985). These
findings are supported by a limited number of inter-
vention studies conducted in community and labo-
ratory settings (Brown 1990; Landers and Petruzzello
1994; Martinsen and Stephens 1994; McAuley 1994;
Morgan 1994; Plante and Rodin 1990; Sime 1990).
Intervention studies have primarily evaluated the
effects of aerobic physical activities, such as brisk
walking and running, on mental health; how other
forms of physical activity, such as strength training,
affect mental health requires further study.
The psychological benefits of regular physical
activity for persons who have relatively good physi-
cal and mental health are less clear. Some interven-
tion studies have found that physical activity
provides mental health benefits to persons recruited
from the community who are without serious psy-
chological problems. These benefits included in-
creases in general well-being (Cramer, Nieman, Lee
1991) and reductions in tension, confusion (Moses
et al. 1989), and perceived stress and anxiety (King,
Taylor, Haskell 1993). Other researchers have found
that few (Brown et al. 1995; Blumenthal et al. 1989;
King, Taylor, Haskell 1989) or no mental health
benefits (Hughes, Casal, Leon 1986; Lennox, Bedell,
Stone 1990) occurred among people without men-
tal disorders who participated in physical activity
interventions.
Most of these studies involved relatively small
sample sizes. Furthermore, the participants had little
opportunity to show improvement on objective and
standardized mental health measures, since their
baseline scores were already in the normal range or
lower on measures of negative affect and were in the
normal range or higher for positive affect. Even when
no change was observed on objective measures, in
some of these studies, participants reported feeling a
subjective sensation of improved physical, psycho-
logical, or social well-being after participating in
regular physical activity (Blumenthal et al. 1989;
King, Taylor, Haskell 1993).
Psychological assessments that have been used
in physical activity research have included state and
trait measures. State measures, which reflect how a
person feels “right now,” are particularly useful in
assessing changes in mood that occur before and
after an intervention, such as a single episode of
physical activity. Trait measures, which evaluate
how a person “generally” feels, focus on personality
characteristics that tend to be stable or sustained
across the life span. Although physical activity train-
ing programs can result in sustained psychological
137
The Effects of Physical Activity on Health and Disease
benefits, many people after a single session of physi-
cal activity report improvements in transient moods,
such as reduced anxiety (Morgan 1979a; Roth 1989),
and have temporary reductions in muscular tension
(DeVries 1981; DeVries and Adams 1972). The re-
duction in anxiety may persist for 2 to 6 hours
following a session of physical activity (Landers and
Petruzzello 1994; Raglin and Morgan 1987). Regular
daily physical activity is required to experience this
calming effect on an ongoing basis. Some researchers
have thus proposed that the episodic mental health
benefits associated with physical activity may act as
an important preventive measure that could lead to
the maintenance of mental health over time (Morgan
1981; Morgan et al. 1980; Raglin 1990).
A number of epidemiologic studies of noninsti-
tutionalized populations have evaluated the associa-
tions between self-reported levels of physical activity
and mental health. These studies typically assessed
retrospective self-reports of leisure-time physical
activity during the previous several weeks or more.
How these assessments relate to changes in cardio-
respiratory fitness is unknown. The available evi-
dence indicates, however, that increases in
cardiorespiratory fitness are not necessary for psy-
chological benefits to occur (Brown and Wang 1992;
King, Taylor, Haskell 1989; Landers and Petruzzello
1994; Martinsen and Stephens 1994).
Cross-sectional epidemiologic or community
population studies support an association between
physical activity and psychological well-being in
the general population. For example, in one cross-
sectional study using data generated from a state
telephone survey, researchers determined that adults
(n = 401) who spent more time participating in
regular exercise, sports, or other physical activities
had fewer symptoms of depression and anxiety than
persons reporting no physical activity or low levels of
participation (Ross and Hayes 1988). These associa-
tions were similar for men and women and for older
and younger adults. The cause-and-effect relation-
ship, however, cannot be determined because physi-
cal activity and mood were measured at the same
time.
In another cross-sectional study (Stephens 1988),
secondary analyses of two Canadian surveys (n =
23,791 and 22,250 young people and adults) and two
U.S. surveys (n = 3,025 and 6,913 adults) conducted
between 1971 and 1981 associated physical activity
with fewer symptoms of anxiety and depression and
with higher positive mood and general well-being.
These associations were observed in all four surveys,
even though they used different measures of physical
activity and mental health, and were strongest among
women and among persons aged 40 years or older.
However, one of the Canadian surveys found that
women manifested higher positive affect when their
energy expenditure scores were based on recre-
ational activities only, rather than on a combination
of recreational and household activities. Hence,
mental health outcomes may depend on the type of
physical activities being performed and perhaps on
the setting in which they occur. This finding is
important in that investigators have typically evalu-
ated the mental health effects of recreational aerobic
activities, such as running, rather than occupational
and household activities.
A subsequent nationwide Canadian survey
(Stephens and Craig 1990) of approximately 4,000
respondents aged 10 years and older found that
persons who reported higher levels of total daily
leisure-time energy expenditure had a more positive
mood than persons reporting lower levels of expen-
diture. Persons aged 25 years and older demon-
strated an inverse relationship between physical
activity and symptoms of depression.
Although many cross-sectional studies suggest a
positive association between physical activity and
mental health, they do not necessarily indicate a
cause-and-effect relationship. Persons who have good
mental health may simply be more likely to be active.
Another possibility is that physical activity and men-
tal health vary together, in which case a third vari-
able, such as chronic health conditions, would
mediate this relationship.
Cohort studies provide additional insights into
whether physical activity contributes to the primary
prevention of mental health problems (Table 4-9).
In one cohort study of 1,900 U.S. adults, a cross-
sectional analysis of the baseline data revealed an
association between depressive symptoms and little
or no involvement in physical activity (Farmer et al.
1988). At 8-year follow-up, little or no recreational
physical activity was found to be a significant predic-
tor of increased depressive symptoms among white
women who had reported few depressive symptoms
138
Physical Activity and Health
Table 4-9.  Longitudinal population-based studies of physical activity as related to depressive symptoms
Definition of
Definition of
Study
Population
physical activity
cancer
Farmer et al.
NHANES I
Little or no exercise done for
Depressive symptoms
(1988)
Follow-up Study
recreation at baseline
scores of (a) < 16 and
participants,
(b) ‡ 16 at baseline
white adults,
aged 25–77 years,
1975 baseline
Camacho et al.
Alameda County, CA
Self-reported frequency of
Depressive symptoms at
(1991)
population study
involvement in active sports,
1974 follow-up
participants aged ‡ 20
swimming or walking, daily
years; or ever
exercise, and gardening;
married, 1965 baseline
(low = 0–4, moderate = 5–8,
high = 9–14)
Weyerer (1992)
German population
Regular, occasional, or no
Psychiatric interview
study participants
exercise at baseline based on
assessed depression at
aged ‡ 16 years at
single question: How often do you
follow-up (1980–1984)
1975–1979 baseline
currently exercise for sports?
Paffenbarger,
Harvard alumni
(a) £ 1hour, 1–2 hours, 3+
Physician-diagnosed
Lee, Leung
study participants,
(a) hours of sports play/week at
depression at 1988
(1994)
men aged 35–74 years,
(a) baseline
follow-up
1962 or 1966 baseline
(b) < 1,000 kcal, 1,000–2,499 kcal,
(a) or 2,500+ kcal/week at baseline
Documents you may be interested
Documents you may be interested