Dieses Protokoll zielt darauf ab, den Zusammenhang zwischen Serumzinkkonzentrationen und der gesamten Knochenmineraldichte anhand national repräsentativer Daten aus der NHANES-Kohorte 2011-2014 zu bewerten.
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Forschungsartikel
Dieses Protokoll zielt darauf ab, den Zusammenhang zwischen Serumzinkkonzentrationen und der gesamten Knochenmineraldichte anhand national repräsentativer Daten aus der NHANES-Kohorte 2011-2014 zu bewerten.
Diese Querschnittsstudie untersuchte den Zusammenhang zwischen Serumzinkkonzentrationen und der gesamten Knochenmineraldichte (BMD) anhand von Daten von 1.674 Erwachsenen im Alter ≥ 20 Jahren in der National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES) 2011-2014. Teilnehmer mit fehlenden Daten zu Schlüsselvariablen wurden ausgeschlossen, und die Analysen berücksichtigten das NHANES-komplexe Umfragedesign mit 4-Jahres-Fasten-Teilstichprobengewichten (WTSAF4YR). Serumzinkspiegel wurden in Quartile unterteilt, und multivariable lineare Regressionsmodelle wurden angewandt, um die Beziehung zwischen Serumzink und Gesamt- sowie standortspezifischer BMD nach Anpassung auf demographische, anthropometrische, lebensstilbezogene und biochemische Störfaktoren zu bewerten. Glatte Kurvenanpassungen und Schwellenwert-Effektanalysen auf Basis verallgemeinerter additiver Modelle (GAMs) wurden verwendet, um potenzielle nichtlineare Assoziationen zu erforschen. Serumzink war nach Anpassung für Kovariaten positiv mit BMD assoziiert, wobei ein nichtlinearer Schwellenwert bei etwa 13,20 μmol/L beobachtet wurde, ab dem die positive Assoziation ausgeprägter wurde. Diese Erkenntnisse geben neue Einblicke in die Rolle von Zink in der Skelettgesundheit und zeigen, dass das Halten des Serumzinks über diesem Niveau zu einer optimalen Knochendichte beitragen und Strategien zur Osteoporoseprävention und Ernährungsbewertung informieren kann.
Osteoporose stellt weltweit ein großes Gesundheitsproblem dar und betrifft schätzungsweise 18,3 % der Weltbevölkerung 1,2. Epidemiologische Daten zeigen, dass diese Erkrankung nicht alle demografischen Gruppen gleichermaßen betrifft, wobei Frauen eine deutlich höhere Belastung als Männer erfahren, insbesondere nach der Menopause aufgrund hormoneller Veränderungen, die den Knochenabbaubeschleunigen 1,2. Die Knochenmineraldichte (BMD) dient als grundlegender Indikator für die Skelettgesundheit und gilt weithin als entscheidender Faktor für die Knochenstärke3. Klinisch gilt es als einer der zuverlässigsten Prädiktoren für die Anfälligkeit einer Person für Frakturen3. Personen mit höherer BMD besitzen in der Regel stärkere, widerstandsfähigere Knochen, die Schutz vor Knochenfragilität und dem Auftreten von Brüchenbieten 4,5. Umgekehrt ist eine reduzierte BMD mit einer beeinträchtigten Knochenintegrität verbunden, wodurch Personen einem erhöhten Risiko für Erkrankungen wie Osteopenie und Osteoporose sowie frakturbedingte Morbidität 4,5 ausgesetzt sind.
Der Rückgang der BMD ist ein multifaktorieller und biologisch komplexer Prozess, der von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst wird, darunter Alterung, hormonelles Milieu, Lebensstilverhalten, Ernährungsstatus und zugrunde liegende pathologische Erkrankungen6. Mit fortschreitendem Alter nimmt die Rate der osteoblastischen Knochenbildung schrittweise ab, während die osteoklastische Knochenresorption relativ verbessert wird, was im Laufe der Zeit zu einem Nettoverlust der Knochenmasse führt7. Unter den biologischen Determinanten sind hormonelle Veränderungen, insbesondere die deutliche Reduktion des zirkulierenden Östrogens nach der Menopause, einer der Haupttreiber der schnellen Knochendemineralisierung8. Ernährungsmängel wie unzureichende Zufuhr von Kalzium, Vitamin D, Protein und essentiellen Spurenelementen wie Magnesium und Zink beeinträchtigen die Skelettintegrität weiter, indem sie die Knochenmineralisierung und die Matrixbildungbeeinträchtigen 3,8. Lebensstilbezogene Faktoren wie körperliche Inaktivität, Zigarettenrauchen, übermäßiger Alkoholkonsum und chronischer psychosozialer Stress verschlimmern die Knochenresorption und beschleunigen denKnochenverlust 9. Darüber hinaus kann die verlängerte Verabreichung von Glukokortikoide, Antikonvulsiva oder Aromatasehemmer sowie chronische systemische Erkrankungen wie Diabetes mellitus, Niereninsuffizienz und Magen-Darm-Erkrankungen die Kalziumhomöostase stören und die normale Knochenumbildung stören, was zusammen zur fortschreitenden Reduktion der BMD und einer erhöhten Anfälligkeit für Osteoporosebeiträgt 3.
Zink ist als wichtiges Spurenelement ein wesentlicher Bestandteil der Regulation des Knochenstoffwechsels und der Erhaltung der skelettalen Integrität10. Zunehmende Evidenz zeigt eine positive Korrelation zwischen Zinkstatus und BMD, wobei das Ausmaß und die Konsistenz dieser Beziehung durch den Ausgangswert des Zinkspiegels, die vorhandene Knochengesundheit und demografische Merkmale der Studienpopulationbeeinflusst werden. Aus mechanistischer Sicht fördert Zink die Osteogenese, indem es die Osteoblastendifferenzierung verbessert, die Synthese der Kollagenmatrix fördert und kritische Enzyme wie alkalische Phosphatase aktiviert, die für eine ordnungsgemäße Knochenmineralisierungunerlässlich ist. Gleichzeitig übt Zink hemmende Effekte auf die osteoklastisch-vermittelte Knochenresorption aus und trägt so zum homöostatischen Gleichgewicht zwischen Knochenbildung und -abbaubei. Beobachtungs- und interventionelle Studien haben gezeigt, dass höhere zirkulierende Zinkkonzentrationen im Allgemeinen mit erhöhter BMD verbunden sind, während Zinkinsuffizienz mit einem erhöhten Osteoporoserisiko12 korreliert.
In der vorliegenden Studie haben wir Daten aus der National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES) 2011-2014 genutzt, die einer großen, national repräsentativen Kohorte von US-Erwachsenen umfassende biochemische, demografische und Lebensstildaten liefert. Im Vergleich zu früheren Untersuchungen bietet dieser Ansatz mehrere methodische Vorteile, darunter eine erweiterte Stichprobengröße, die die statistische Leistungsfähigkeit verbessert, und die Fähigkeit, subtile Assoziationen zu erkennen, sowie die Implementierung von Schwellenwertmodellierungen, um potenzielle nichtlineare Zusammenhänge zwischen Serumzinkkonzentrationen und BMD zu untersuchen. Durch die systematische Untersuchung von Zink-BMD-Assoziationen über verschiedene Quartile hinweg und die Anpassung relevanter Störfaktoren liefert unsere Studie ein differenzierteres Verständnis davon, wie der Zinkstatus die Skelettgesundheit beeinflussen kann. Wichtig ist, dass die Erkenntnisse aus diesem national repräsentativen Datensatz klinische Entscheidungsfindung und öffentliche Gesundheitsstrategien unterstützen können, sodass Kliniker und Forscher die potenzielle Rolle von Zink bei der Erhaltung der Knochengesundheit und der Osteoporoseprävention besser bewerten können.
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Das Research Ethics Review Board (ERB) des National Center for Health Statistics (NCHS) hat die NHANES-Datenerfassungsprotokolle genehmigt. Da die NHANES-Datensätze öffentlich zugänglich sind, sind Forscher davon ausgenommen, zusätzliche Genehmigungen ihrer eigenen institutionellen Prüfungsgremien (IRBs) einzuholen.
Studiendesign und Merkmale der Studienpopulation
In der vorliegenden Querschnittsuntersuchung wollten wir die potenzielle unabhängige Verbindung zwischen Serumzinkkonzentrationen und BMD anhand von Daten aus den NHANES-Zyklen 2011–2014 untersuchen. NHANES, das vom National Center for Health Statistics (NCHS) verwaltet wird, verwendet eine sorgfältig entwickelte, geschichtete, mehrstufige Wahrscheinlichkeitsstichprobenmethodik, um einen landesweit repräsentativen Datensatz der zivilen, nicht-institutionalisierten Bevölkerung der Vereinigten Staaten zu erstellen. Jeder Umfragezyklus sammelt systematisch umfangreiche Informationen zu demografischen Merkmalen, Lebensstilfaktoren, Ernährungsaufnahme, klinischen Parametern und anthropometrischen Messungen durch eine Kombination aus standardisierten Interviews, strukturierten Fragebögen und körperlichen Untersuchungen. Umfassende Protokolle und methodische Details für jede Umfragekomponente sind auf der offiziellen NHANES-Website öffentlich zugänglich. Für diese Analyse konzentrierten wir uns auf Erwachsene ab 20 Jahren und schlossen Personen mit fehlenden oder unvollständigen Daten zu wichtigen anthropometrischen Messgrößen oder anderen für die Studienmodelle erforderlichen wesentlichen Kovariaten aus. Der Prozess der Teilnehmerauswahl sowie spezifische Einschluss- und Ausschlusskriterien werden in Abbildung 1 visuell zusammengefasst, um einen klaren Überblick über die analytische Stichprobe zu geben.
Bewertungsindikatoren
Bewertung anthropometrischer Maße
Geschulte und zertifizierte Gesundheitstechniker sammelten anthropometrische Messungen, einschließlich Körpergewicht und Stehhöhe, in spezialisierten mobilen NHANES-Prüfungszentren nach streng standardisierten Protokollen des NCHS. Das Körpergewicht wurde mit einer kalibrierten digitalen Waage bis auf die nächstgelegenen 0,1 kg gemessen, um Konsistenz und Genauigkeit über alle Messungen hinweg zu gewährleisten. Die Stehhöhe wurde mit einem festen Stadiometer auf den nächsten 0,1 Zentimeter gemessen, wobei die Teilnehmer angewiesen wurden, eine aufrechte Haltung und die Fersen zur Präzision zusammenzuhalten. Anschließend wurde der Body-Mass-Index (BMI), ein weithin anerkannter Indikator für allgemeine Fettleibigkeit, für jeden Teilnehmer berechnet, indem das gemessene Gewicht in Kilogramm durch das Quadrat der Höhe in Metern (kg/m2) geteilt wurde.
Zinkstatus im Serum
Venöse Blutproben wurden von Studienteilnehmern in den zugewiesenen mobilen Untersuchungszentren (MECs) von zertifizierten Phlebotomisten nach standardisierten NHANES-Verfahren entnommen. Die gesammelten Proben wurden umgehend verarbeitet und unter kontrollierten Bedingungen von geschultem Personal zum Labor des National Center for Environmental Health (NCEH) zur anschließenden biochemischen Analyse transportiert. Nach der ersten Zentrifugation wurden Serum-Aliquots während des Transits bei °C aufbewahrt, um die Probenintegrität zu erhalten, und anschließend bei ultraniedrigen Temperaturen von entweder -20 °C oder -70 °C bis zur Analyse gelagert. Die Quantifizierung der Serumzinkkonzentrationen erfolgte mittels induktiv gekoppelter Plasma-Dynamik-Reaktionszellmassespektrometrie (ICP-DRC-MS), einer hochsensiblen und präzisen analytischen Methode. Umfassende Details zu den Laborprotokollen, Qualitätskontrollmaßnahmen und analytischen Spezifikationen für die Serum-Zinkbewertung sind in der NHANES-Labordatendatei (LBDZN) dokumentiert, die auf der offiziellen NHANES-Website abgerufen werden kann, mit einer weiteren methodischen Beschreibung unter: https://wwwn.cdc.gov/nchs/nhanes/2011-2012/PBCD_G.htm.
BMD
Alle Teilnehmer, die die Einschlusskriterien dieser Studie erfüllten, unterzogen sich einer Dual-Energie-Röntgenabsorptiometrie (DXA)-Scans, um präzise Messungen der BMD zu erhalten. Die Scans wurden von zertifizierten Radiologietechnologen mit einem Fan-Beam-Densitometer durchgeführt, wobei die Datenerfassung und -analyse mit der Hologic APEX-Software (Version 4.0) durchgeführt wurden, um Genauigkeit und Konsistenz sicherzustellen. Die standardisierten DXA-Prüfungsprotokolle, einschließlich der Teilnehmerpositionierung, Kalibrierungsverfahren und Qualitätskontrollmaßnahmen, sind auf der offiziellen NHANES-Website ausführlich detailliert, mit dem entsprechenden Link in der Materialtabelle. Bestimmte Personen wurden aufgrund spezifischer Sicherheits- und technischer Kriterien von der DXA-Bewertung ausgeschlossen, darunter Schwangerschaft, Verabreichung von Kontrastmitteln innerhalb der vorangegangenen sieben Tage, ein Körpergewicht von über 180 kg, mehrfache vorherige Hüftgelenkersatzoperationen, beidseitige Hüftbrüche oder das Vorhandensein von Hüftprothesen, um die Validität und Zuverlässigkeit der BMD-Messungen aufrechtzuerhalten.
Kovariaten
Um den Zusammenhang zwischen Serumzinkkonzentrationen und BMD rigoros zu bewerten, war es unerlässlich, potenziell störende Variablen und die komplexen Wechselwirkungen zwischen mehreren Kovariaten zu berücksichtigen. Demografische Faktoren umfassten das Alter der Teilnehmer (≥20 Jahre), das Geschlecht (männlich oder weiblich), Rasse/Ethnie (kategorisiert als mexikanisch-amerikanisch, nicht-hispanisch weiß, nicht-hispanisch schwarz, andere hispanische und andere Rassen), Bildungsniveau (unter High School, High School oder gleichwertig und über High School) sowie das Verhältnis des Familieneinkommens zur bundesstaatlichen Armutsschwelle. Anthropometrische Parameter, einschließlich BMI, wurden während standardisierter körperlicher Untersuchungen erfasst. Biochemische Messungen, insbesondere Serum-Gesamtcalcium- und Serumphosphorkonzentrationen (beide in mmol/L), wurden aufgrund ihrer entscheidenden Rolle im Knochenstoffwechsel und in der Mineralisierung ebenfalls als Schlüsselkovariaten berücksichtigt. Darüber hinaus wurden Lebensstil- und gesundheitsbezogene Merkmale durch strukturierte Fragebögen bewertet, die die selbstberichtete Teilnahme an intensiver körperlicher Aktivität (ja/nein), die Vorgeschichte von Diabetes (ja/nein), den Bluthochdruckstatus (ja/nein) und den Alkoholkonsum erfassten. Der Alkoholkonsum wurde als die durchschnittliche Anzahl der täglich konsumierten alkoholischen Getränke in den vorangegangenen12 Monaten quantifiziert. Der Rauchstatus der Teilnehmer wurde anhand ihres kumulierten lebenslangen Zigarettenkonsums bestimmt. Personen, die im Laufe ihres Lebens weniger als 100 Zigaretten geraucht hatten, wurden als Nichtraucher eingestuft, während diejenigen, die angaben, 100 oder mehr Zigaretten geraucht zu haben, als Raucher14 eingestuft wurden.
Statistische Analyse
Alle statistischen Analysen dieser Studie wurden mit der EmpowerStats-Software (Version 4.1) durchgeführt. Analysen wurden mit dem komplexen NHANES-Umfragedesign durchgeführt, wobei Stichprobengewichte, Stratifizierung und Clustering berücksichtigt wurden, um national repräsentative Schätzungen zu erstellen. Konkret wurden in allen Analysen das 4-jährige Fasten-Subprobengewicht (WTSAF4YR), die Stratifikationsvariable (SDMVSTRA) und die primäre Stichprobeneinheit (SDMVPSU) angewendet. Die demografischen, klinischen und biochemischen Eigenschaften der Studienpopulation wurden zunächst zusammengefasst und über Quartile der serumhaltigen Zinkkonzentrationen hinweg verglichen, um einen Überblick über die Populationsverteilungen zu erhalten. Für kontinuierliche Variablen wurden Gruppenunterschiede mit linearen Regressionsmodellen bewertet, während kategoriale Variablen mit Chi-Quadrat-Tests verglichen wurden, um statistisch signifikante Variationen zwischen den Quartilen zu identifizieren.
Um die Beziehung zwischen Serumzinkspiegeln und BMD zu bewerten, wurden multivariable lineare Regressionsmodelle verwendet. Drei progressiv angepasste Modelle wurden konstruiert, um potenzielle Störfaktoren zu berücksichtigen. Modell 1 stellte die unadjustierte Assoziation dar. Modell 2 kontrollierte grundlegende demografische Kovariaten, einschließlich Alter, Geschlecht und Rasse/Ethnie. Model 3 berücksichtigte zudem weitere potenzielle Störfaktoren wie Bildungsniveau, Diabetesstatus, intensive körperliche Aktivität, Rauchstatus, Bluthochdruck, Serumcalcium, Serumphosphor und das Verhältnis des Familieneinkommens zur bundesstaatlichen Armutsgrenze. Darüber hinaus wurden zur Untersuchung möglicher nichtlinearer Zusammenhänge zwischen Serumzinkkonzentrationen und BMD glatte Kurvenanpassungen durchgeführt. Alle statistischen Tests waren zweiseitig, und ein p-Wert von weniger als 0,05 galt als Hinweis auf statistische Signifikanz.
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Beschreibende Merkmale und Ausgangsprofil der in der Studie eingeschlossenen Teilnehmer
Da die Serumzinkkonzentrationen in einer Nüchternteilprobe gemessen wurden, wurde das entsprechende 4-jährige Nüchternteilprobengewicht (WTSAF4YR) gemäß den NHANES-Analyserichtlinien angewendet. Da Daten aus zwei Umfragezyklen (2011–2012 und 2013–2014) kombiniert wurden, wurde das 4-Jahres-Gewicht durch Division des 2-jährigen Fasten-Teilstichprobengewichts (WTSAF2YR) jedes Teilnehmers nach...
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In dieser Querschnittsstudie mit 1.674 Erwachsenen aus NHANES 2011–2014 waren höhere Serumzinkkonzentrationen positiv mit der Gesamt- und Lendenwirbelsäulen-BMD assoziiert, wobei die stärksten Effekte im höchsten Zinkquartil beobachtet wurden. Multivariable Analysen bestätigten diese Zusammenhänge nach Anpassung für demographische, lebensstilbezogene, anthropometrische und biochemische Kovariaten, und Subgruppenanalysen deuteten auf einen ausgeprägteren Effekt bei Männern hin. Standortsp...
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Die Autoren erklärten keine potenziellen Interessenkonflikte hinsichtlich der Durchführung der Forschung, der Autorschaft und/oder der Veröffentlichung dieses Manuskripts.
Wir danken allen Autoren aufrichtig für ihre Beiträge zur Studie, einschließlich der Konzeptualisierung, Datenerhebung, Analyse, Interpretation und Manuskripterstellung. Ihre gemeinsamen Anstrengungen machten diese Arbeit möglich.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| APEX DXA Analyse-Software | Hologic Inc. | Version 4.0 | Verwendet für DXA-Datenerfassung und -analyse. |
| EmpowerStats (für statistische Analyse, Regression und Schwellenwert-Effektmodellierung) | X& Y Solutions, Boston, MA, USA | Version 4.1 | Statistische Software, die für multivariable lineare Regression, glatte Kurvenanpassung und Schwellenwert-Effektanalyse verwendet wird. RRID, falls verfügbar. |
| Hologic QDR-4500A Fan-Beam-Densitometer | Hologic Inc., Bedford, MA, USA | https://www.hologic.com/file/403701/download?token=9xR5yyeg | Verwendet für DXA-Scans zur Messung der Knochenmineraldichte bei NHANES-Teilnehmern. |
| ICP-DRC-MS (Induktiv gekoppelte Plasmadynamische Reaktionszell-Massenspektrometrie) | NHANES-Labor, CDC | https://wwwn.cdc.gov/nchs/data/nhanes/public/2017/labmethods/UM?J?MET?508.pdf | Verwendet zur Quantifizierung von Serumzinkkonzentrationen mit hoher Empfindlichkeit und Präzision. |
| NHANES 2011 – Dash; 2014 Demografie & Sozioökonomischer Datensatz | CDC NHANES | DEMO | Öffentlich zugänglicher Datensatz mit demografischen, sozioökonomischen und Lebensstilvariablen. |
| NHANES 2011 – Dash; 2014 DXA Knochenmineraldichte-Datensatz | CDC NHANES | DXXSPN | Öffentlich zugänglicher Datensatz mit Gesamt- und standortspezifischen BMD-Messungen mittels DXA. |
| NHANES 2011 – Dash; 2014 Serum-Zink-Datensatz | CDC NHANES | LBDZN | Öffentlich zugänglicher Datensatz mit Serum-Zinkmessungen für US-Erwachsene. |
| NHANES 2011 – Dash; 2016 öffentliche Datensätze (LBDZN, DXXSPN, DEMO) | CDC NHANES | https://wwwn.cdc.gov/nchs/nhanes/tutorials/datasets.aspx | Datensätze der National Health and Nutrition Examination Survey zu Serumzink, DXA BMD und demographischen/sozioökonomischen Daten. Repository: https://www.cdc.gov/nchs/nhanes/ |
| Offizielle Website von NHANES | Nationales Zentrum für Gesundheitsstatistik (NCHS), CDC | https://www.cdc.gov/nchs/nhanes/ | Offizielle Details zum DXA-Prüfungsprotokoll sind verfügbar unter: https://www.cdc.gov/nchs/ |
| QDR-4500A Fanstrahl-Densitometer | Hologic Inc. (Bedford, MA, USA) | QDR-4500A | Wird für DXA-Scans verwendet, um BMD-Messungen zu erhalten. |
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