Associations transversales du zinc sérique avec la densité minérale osseuse dans la cohorte NHANES 2011-2014

Résumé

Ce protocole vise à évaluer l’association entre les concentrations sériques de zinc et la densité minérale osseuse totale à partir de données représentatives au niveau national de la cohorte NHANES 2011-2014.

Résumé

Cette étude transversale a étudié l’association entre les concentrations sériques de zinc et la densité minérale osseuse totale (DMO) à partir de données de 1 674 adultes âgés de ≥ 20 ans dans l’Enquête nationale sur la santé et la nutrition (NHANES) 2011-2014. Les participants dont les données manquaient sur les variables clés ont été exclus, et les analyses ont pris en compte le plan complexe de l’enquête NHANES avec des sous-échantillons à jeûne sur 4 ans (WTSAF4YR). Les niveaux de zinc sérique ont été divisés en quartiles, et des modèles de régression linéaire multivariée ont été appliqués pour évaluer la relation entre le zinc sérique et la DMO totale ainsi que la DMO spécifique au site après ajustement pour les facteurs démographiques, anthropométriques, de mode de vie et biochimiques. Des analyses d’ajustement de courbes lisses et d’effets seuils, basées sur des modèles additifs généralisés (GAM), ont été utilisées pour explorer les associations non linéaires potentielles. Le zinc sérique a été positivement associé à la DMO après ajustement pour les covariables, avec un effet seuil non linéaire observé à environ 13,20 μmol/L, au-delà duquel l’association positive est devenue plus prononcée. Ces résultats apportent un nouvel éclairage sur le rôle du zinc dans la santé squelettique, soulignant que maintenir un zinc sérique au-dessus de ce niveau peut contribuer à une densité osseuse optimale et orienter les stratégies de prévention de l’ostéoporose et d’évaluation nutritionnelle.

Introduction

L’ostéoporose représente un problème majeur de santé publique dans le monde, affectant environ 18,3 % de la population^{mondiale 1,2}. Les données épidémiologiques indiquent que cette affection n’affecte pas tous les groupes démographiques de manière égale, les femmes subissant une charge nettement plus élevée que les hommes, en particulier après la ménopause en raison de changements hormonaux qui accélèrent la perte^{osseuse 1,2}. La densité minérale osseuse (DMO) sert d’indicateur fondamental de la santé squelettique et est largement reconnue comme un déterminant crucial de la solidité^{osseuse 3}. Cliniquement, il est considéré comme l’un des indicateurs les plus fiables de la susceptibilité d’un individu aux^{fractures 3}. Les individus avec une DMO plus élevée possèdent généralement des os plus forts et plus résistants, ce qui confère une protection contre la fragilité osseuse et l’apparition de^{fractures 4,5}. Inversement, une diminution de la DMO est associée à une intégrité osseuse compromise, plaçant les individus à un risque accru de maladies telles que l’ostéopénie et l’ostéoporose, ainsi que d’une morbidité liée aux^{fractures 4,5}.

Le déclin de la DMO est un processus multifactoriel et biologiquement complexe influencé par une constellation de facteurs, dont le vieillissement, le milieu hormonal, les comportements de mode de vie, l’état nutritionnel et les pathologies^{sous-jacentes6}. Avec l’âge, le taux de formation osseuse ostéoblastique diminue progressivement, tandis que la résorption osseuse ostéoclastique devient relativement améliorée, entraînant une perte nette de masse osseuse au^{fil du temps 7}. Parmi les déterminants biologiques, les altérations hormonales, en particulier la réduction marquée des œstrogènes circulants après la ménopause, constituent l’un des principaux facteurs de la déminéralisation osseuse^{rapide 8}. Des carences nutritionnelles, telles qu’un apport insuffisant en calcium, vitamine D, protéines et oligo-éléments essentiels comme le magnésium et le zinc, compromettent davantage l’intégrité squelettique en altissant la minéralisation osseuse et la formation^{de la matrice 3,8}. Les facteurs liés au mode de vie, notamment l’inactivité physique, le tabagisme, la consommation excessive d’alcool et le stress psychosocial chronique, aggravent la résorption osseuse et accélèrent la perte^osseuse. De plus, l’administration prolongée de glucocorticoïdes, d’anticonvulsivants ou d’inhibiteurs de l’aromatase, ainsi que des troubles systémiques chroniques tels que le diabète sucré, l’insuffisance rénale et les maladies gastro-intestinales, peuvent perturber l’homéostasie calcique et perturber le remodelage osseux normal, contribuant collectivement à la réduction progressive de la DMO et à une susceptibilité accrue à l’ostéoporose³.

Le zinc, en tant qu’élément trace vital, est essentiel à la régulation du métabolisme osseux et à la préservation de l’intégrité^{squelettique 10}. Les preuves accumulées indiquent une corrélation positive entre le statut de zinc et la DMO, bien que l’ampleur et la cohérence de cette relation soient influencées par les niveaux de zinc de base, la santé osseuse existante et les caractéristiques démographiques de la population^{étudiée 11}. D’un point de vue mécanistique, le zinc facilite l’ostéogenèse en améliorant la différenciation des ostéoblastes, en favorisant la synthèse de la matrice de collagène et en activant des enzymes essentielles telles que la phosphatase alcaline, essentielle à une bonne minéralisation^osseuse. Parallèlement, le zinc exerce des effets inhibiteurs sur la résorption osseuse médiée par les ostéoclastes, contribuant ainsi à l’équilibre homéostatique entre la formation osseuse et la^{dégradation 10,12}. Des études observationnelles et interventionnelles ont montré que des concentrations plus élevées de zinc circulant sont généralement associées à une augmentation de la DMO, tandis que l’insuffisance en zinc est corrélée à un risque élevé d’ostéoporose¹².

Dans la présente étude, nous avons tiré parti des données de l’Enquête nationale sur la santé et la nutrition (NHANES) 2011-2014, qui fournit un large groupe représentatif national d’adultes américains avec des données biochimiques, démographiques et de mode de vie complètes. Comparée aux études précédentes, cette approche offre plusieurs avantages méthodologiques, notamment une taille d’échantillon élargie qui renforce la puissance statistique et la capacité à détecter des associations subtiles, ainsi que la mise en œuvre de modélisation de seuils pour explorer les relations non linéaires potentielles entre les concentrations sériques de zinc et la DMO. En examinant systématiquement les associations zinc-DMO sur différents quartiles et en ajustant pour les facteurs de confusion pertinents, notre étude offre une compréhension plus nuancée de la manière dont le statut du zinc peut influencer la santé squelettique. Il est important de noter que les résultats issus de ce jeu de données représentatif au niveau national peuvent orienter la prise de décision clinique et les stratégies de santé publique, permettant aux cliniciens et chercheurs d’évaluer mieux le rôle potentiel du zinc dans le maintien de la santé osseuse et la prévention de l’ostéoporose.

Protocole

Le Conseil d’éthique de la recherche (ERB) du National Center for Health Statistics (NCHS) a approuvé les protocoles de collecte de données NHANES. Puisque les ensembles de données NHANES sont accessibles au public, les chercheurs sont exemptés d’obtenir une approbation supplémentaire de la part de leurs propres comités d’examen institutionnels (IRB).

Conception de l’étude et caractéristiques de la population étudiée

Dans la présente étude transversale, nous avons cherché à examiner l’association indépendante potentielle entre les concentrations sériques de zinc et la DMO en utilisant des données issues des cycles 2011-2014 du NHANES. NHANES, administré par le National Center for Health Statistics (NCHS), utilise une méthodologie d’échantillonnage probabilistique stratifiée et à plusieurs étapes soigneusement conçue pour générer un ensemble de données représentatif au niveau national de la population civile non institutionnalisée des États-Unis. Chaque cycle d’enquête collecte systématiquement des informations détaillées englobant les caractéristiques démographiques, les facteurs de mode de vie, l’apport alimentaire, les paramètres cliniques et les mesures anthropométriques grâce à une combinaison d’entretiens standardisés, de questionnaires structurés et d’examens physiques. Des protocoles complets et des détails méthodologiques pour chaque composante de l’enquête sont accessibles au public sur le site officiel du NHANES. Pour cette analyse, nous nous sommes concentrés sur les adultes âgés de 20 ans et plus et avons exclu les individus ayant des données manquantes ou incomplètes sur les mesures anthropométriques clés ou d’autres covariables essentielles requises pour les modèles de l’étude. Le processus de sélection des participants, ainsi que les critères spécifiques d’inclusion et d’exclusion, est résumé visuellement à la Figure 1 afin de fournir un aperçu clair de l’échantillon analytique.

Indicateurs d’évaluation

Évaluation des mesures anthropométriques

Des techniciens de santé formés et certifiés ont réalisé la collecte de mesures anthropométriques, incluant le poids corporel et la hauteur debout, dans des centres mobiles dédiés à l’examen NHANES, suivant des protocoles rigoureusement standardisés établis par le NCHS. Le poids corporel était enregistré au plus proche 0,1 kg à l’aide d’une balance numérique calibrée, garantissant la cohérence et la précision sur toutes les mesures. La hauteur debout était mesurée jusqu’au 0,1 centimètre le plus proche à l’aide d’un stadiomètre fixe, les participants étant invités à maintenir une posture droite et les talons collés pour plus de précision. Par la suite, l’indice de masse corporelle (IMC), un indicateur largement reconnu de l’adiposité générale, a été calculé pour chaque participant en divisant le poids mesuré en kilogrammes par le carré de la hauteur en mètres (kg/^{m 2}).

Statut du zinc dans le sérum

Des échantillons de sang veineux ont été prélevés auprès des participants à l’étude dans les centres mobiles d’examen désignés (MECs) par des phlébotomistes certifiés suivant des procédures standardisées NHANES. Les échantillons prélevés ont été rapidement traités et transportés dans des conditions contrôlées par du personnel formé au laboratoire du National Center for Environmental Health (NCEH) pour une analyse biochimique ultérieure. Après la centrifugation initiale, les aliquotes séroniques étaient conservées à °C pendant le transport pour préserver l’intégrité de l’échantillon, puis stockées à des températures ultra-basses de -20 °C ou -70 °C jusqu’au moment de l’analyse. La quantification des concentrations sériques de zinc a été réalisée à l’aide de la spectrométrie de masse des cellules de réaction dynamique plasma-couplée inductivement (ICP-DRC-MS), une méthode analytique hautement sensible et précise. Des détails complets concernant les protocoles de laboratoire, les mesures de contrôle qualité et les spécifications analytiques pour l’évaluation du zinc sérique sont documentés dans le fichier de données de laboratoire du NHANES (LBDZN), accessible sur le site officiel du NHANES, avec une description méthodologique complémentaire fournie à l’adresse suivante : https://wwwn.cdc.gov/nchs/nhanes/2011-2012/PBCD_G.htm.

BMD

Tous les participants ayant rempli les critères d’inclusion de cette étude ont subi des examens d’absorptiométrie aux rayons X à double énergie (DXA) afin d’obtenir des mesures précises de la DMO. Les scans ont été réalisés par des technologues radiologiques certifiés à l’aide d’un densitomètre à faisceau en éventail, avec l’acquisition et l’analyse des données réalisées via le logiciel Hologic APEX (version 4.0) afin d’assurer la précision et la cohérence. Les protocoles standardisés d’examen DXA, incluant le positionnement des participants, les procédures d’étalonnage et les mesures de contrôle qualité, sont entièrement détaillés sur le site officiel de NHANES, avec le lien correspondant fourni dans le tableau des matériaux. Certaines personnes ont été exclues de l’évaluation DXA basée sur des critères spécifiques de sécurité et techniques, notamment la grossesse, l’administration d’agents de contraste dans les sept jours précédents, un poids corporel supérieur à 450 livres, plusieurs remplacements antérieurs de hanche, des fractures bilatérales de la hanche ou la présence de prothèses de hanche, afin de maintenir la validité et la fiabilité des mesures de la DMO.

Covariables

Pour évaluer rigoureusement l’association entre les concentrations sériques de zinc et la DMO, il était essentiel de prendre en compte les variables de confusion potentielles et les interactions complexes entre plusieurs covariables. Les facteurs démographiques comprenaient l’âge des participants (≥20 ans), le sexe (homme ou femme), la race/l’ethnicité (catégorisés comme Mexicano-Américain, Blancs non hispaniques, Noirs non hispaniques, autres Hispaniques et autres races), le niveau d’éducation (inférieur au lycée, au lycée ou équivalent, et au-dessus du lycée), ainsi que le ratio du revenu familial par rapport au seuil fédéral de pauvreté. Des paramètres anthropométriques, y compris l’IMC, ont été collectés lors d’examens physiques standardisés. Les mesures biochimiques, en particulier les concentrations sériques de calcium total et de phosphore sérique (toutes deux en mmol/L), ont également été incorporées comme covariables clés en raison de leur rôle critique dans le métabolisme osseux et la minéralisation. De plus, les caractéristiques liées au mode de vie et à la santé ont été évalués à travers des questionnaires structurés, capturant la participation auto-déclarée à une activité physique vigoureuse (oui/non), les antécédents de diabète (oui/non), le statut d’hypertension (oui/non) et la consommation d’alcool. La consommation d’alcool a été quantifiée comme le nombre moyen de boissons alcoolisées consommées par jour au cours des 12 mois¹³ précédents. Le statut tabagiste des participants a été déterminé en fonction de leur consommation cumulative de cigarettes au cours de leur vie. Les personnes ayant fumé moins de 100 cigarettes au cours de leur vie étaient classées comme non-fumeurs, tandis que celles qui déclaraient avoir fumé 100 cigarettes ou plus étaient classées comme^{fumeurs de 14} ans.

Analyse statistique

Toutes les analyses statistiques de cette étude ont été réalisées à l’aide du logiciel EmpowerStats (version 4.1). Les analyses ont été réalisées en utilisant le plan complexe de l’enquête NHANES, tenant compte des poids d’échantillonnage, de la stratification et du regroupement afin de produire des estimations représentatives au niveau national. Plus précisément, le sous-échantillon à jeun sur 4 ans (WTSAF4YR), la variable de stratification (SDMVSTRA) et l’unité d’échantillonnage primaire (SDMVPSU) ont été appliqués dans toutes les analyses. Les caractéristiques démographiques, cliniques et biochimiques de la population étudiée ont d’abord été résumées et comparées entre les quartiles des concentrations sériques de zinc afin de fournir un aperçu de la répartition des populations. Pour les variables continues, les différences de groupe ont été évaluées à l’aide de modèles de régression linéaire, tandis que les variables catégorielles ont été comparées à l’aide de tests chi-carré afin d’identifier les variations statistiquement significatives entre les quartiles.

Pour évaluer la relation entre les niveaux de zinc sérique et la DMO, des modèles de régression linéaire multivariée ont été utilisés. Trois modèles ajustés progressivement ont été construits pour tenir compte des facteurs de confusion potentiels. Le modèle 1 représentait l’association non ajustée. Le modèle 2 contrôlait les covariables démographiques de base, notamment l’âge, le sexe et la race/ethnie. Le modèle 3 a également intégré d’autres facteurs potentiels de confusion tels que le niveau d’éducation, le statut de diabète, l’activité physique vigoureuse, le tabagisme, l’hypertension, le calcium total sérique, le phosphore sérique et le ratio entre le revenu familial et le seuil fédéral de pauvreté. De plus, pour étudier les relations non linéaires potentielles entre les concentrations sériques de zinc et la DMO, des analyses d’ajustement de courbes lisses ont été réalisées. Tous les tests statistiques étaient bidirectionnels, et une valeur p inférieure à 0,05 était considérée comme indicative de la signification statistique.

Résultats

Caractéristiques descriptives et profil de référence des participants inclus dans l’étude

Puisque les concentrations sériques de zinc ont été mesurées dans un sous-échantillon à jeun, le poids correspondant du sous-échantillon à jeun de 4 ans (WTSAF4YR) a été appliqué conformément aux directives analytiques du NHANES. Comme les données de deux cycles d’enquête (2011-2012 et 2013-2014) ont été combinées, le poids sur 4 ans a été obtenu en divisant le sous-échantillon de jeûne d...

Discussion

Dans cette étude transversale portant sur 1 674 adultes de la NHANES 2011-2014, des concentrations sériques plus élevées de zinc étaient positivement associées à la DMO totale et lombaire, les effets les plus forts étant observés dans le quartile de zinc le plus élevé. Des analyses multivariées ont confirmé ces associations après ajustement pour les covariables démographiques, de mode de vie, anthropométriques et biochimiques, et des analyses de sous-groupes ont suggéré un effet plus pro...

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Logiciel d’analyse APEX DXA	Hologic Inc.	Version 4.0	Utilisé pour l’acquisition et l’analyse de données DXA.
EmpowerStats (pour l’analyse statistique, la régression et la modélisation de l’effet seuil)	X& Y Solutions, Boston, MA, États-Unis	Version 4.1	Logiciel statistique utilisé pour la régression linéaire multivariable, l’ajustement de courbes lisses et l’analyse de l’effet seuil. RRID si disponible.
Densitomètre à faisceau en éventail Hologic QDR-4500A	Hologic Inc., Bedford, MA, États-Unis	https://www.hologic.com/file/403701/download?token=9xR5yyeg	Utilisé pour les scans DXA afin de mesurer la densité minérale osseuse chez les participants NHANES.
ICP-DRC-MS (Spectrométrie de masse à cellules de réaction dynamique plasma couplées inductivement)	Laboratoire NHANES, CDC	https://wwwn.cdc.gov/nchs/data/nhanes/public/2017/labmethods/UM?J?MET?508.pdf	Utilisé pour quantifier les concentrations sériques de zinc avec une grande sensibilité et précision.
NHANES 2011&ndash ; Démographie & 2014 Ensemble de données socioéconomiques	CDC NHANES	DÉMO	Jeu de données public disponible avec des variables démographiques, socioéconomiques et de mode de vie.
NHANES 2011&ndash ; Ensemble de données DXA sur la densité minérale osseuse 2014	CDC NHANES	DXXSPN	Ensemble de données publiquement disponible contenant des mesures totales et spécifiques au site de la DMO via DXA.
NHANES 2011&ndash ; Ensemble de données sur le zinc sérique 2014	CDC NHANES	LBDZN	Jeu de données public contenant les mesures sériques de zinc pour les adultes américains.
NHANES 2011&ndash ; Ensembles de données publics de 2016 (LBDZN, DXXSPN, DÉMO)	CDC NHANES	https://wwwn.cdc.gov/nchs/nhanes/tutorials/datasets.aspx	Ensembles de données de l’Enquête nationale sur la santé et la nutrition pour le zinc sérique, la DXA BMD, ainsi que les données démographiques/socioéconomiques. Dépôt : https://www.cdc.gov/nchs/nhanes/
Site officiel de NHANES	Centre national des statistiques de la santé (NCHS), CDC	https://www.cdc.gov/nchs/nhanes/	Les détails officiels du protocole d’examen DXA sont disponibles à l’adresse suivante : https://www.cdc.gov/nchs/
Densitomètre à faisceau en éventail QDR-4500A	Hologic Inc. (Bedford, MA, États-Unis)	QDR-4500A	Utilisé pour les scans DXA afin d’obtenir des mesures de la DMO.