Associazioni trasversali dello zinco sierico con la densità minerale ossea nella coorte NHANES 2011-2014

Sommario

Questo protocollo mira a valutare l'associazione tra le concentrazioni seroniche di zinco e la densità minerale ossea totale utilizzando dati rappresentativi a livello nazionale della coorte NHANES 2011-2014.

Abstract

Questo studio trasversale ha indagato l'associazione tra le concentrazioni seroniche di zinco e la densità minerale ossea totale (DMO) utilizzando dati di 1.674 adulti di età ≥ 20 anni nel National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES) 2011-2014. I partecipanti con dati mancanti sulle variabili chiave sono stati esclusi e le analisi hanno tenuto conto del disegno complessi del sondaggio NHANES con pesi sottocampionari a digiuno di 4 anni (WTSAF4YR). I livelli sierici di zinco sono stati suddivisi in quartili e sono stati applicati modelli di regressione lineare multivariabile per valutare la relazione tra zinco sierico e DMO totale e specifica per il sito dopo aggiustamento per fattori demografici, antropometrici, di stile di vita e biochimici. Analisi di adattamento di curve lisce e effetti di soglia basate su modelli additivi generalizzati (GAM) sono state utilizzate per esplorare potenziali associazioni non lineari. Lo zinco sierico è stato positivamente associato alla DMO dopo aggiustamento per le covariate, con un effetto soglia non lineare osservato a circa 13,20 μmol/L, oltre il quale l'associazione positiva è diventata più pronunciata. Questi risultati offrono nuove prospettive sul ruolo dello zinco nella salute scheletrica, evidenziando che mantenere lo zinco sierico sopra questo livello può contribuire a una densità ossea ottimale e informare strategie per la prevenzione dell'osteoporosi e la valutazione nutrizionale.

Introduzione

L'osteoporosi rappresenta una grave preoccupazione di salute pubblica a livello mondiale, colpendo circa il 18,3% della popolazione^{mondiale 1,2}. I dati epidemiologici indicano che questa condizione non colpisce tutti i gruppi demografici allo stesso modo, con le donne che sperimentano un carico nettamente più elevato rispetto agli uomini, in particolare dopo la menopausa a causa di cambiamenti ormonali che accelerano la perdita^{ossea 1,2}. La densità minerale ossea (DMO) rappresenta un indicatore fondamentale della salute scheletrica ed è ampiamente riconosciuta come un fattore cruciale per la resistenza^{ossea 3}. Clinicamente, è considerato uno dei predittori più affidabili della suscettibilità di un individuo alle^{fratture 3}. Gli individui con BMD più elevata generalmente possiedono ossa più forti e resistenti, che conferiscono protezione contro la fragilità ossea e l'insorgenza di fratture ^4,5. Al contrario, una riduzione della DMO è associata a una compromessa dell'integrità ossea, ponendo gli individui a un rischio elevato di condizioni come osteopenia e osteoporosi, nonché morbilità correlata alle^{fratture 4,5}.

Il declino della DMO è un processo multifattoriale e biologicamente complesso influenzato da una costellazione di fattori, tra cui l'invecchiamento, l'ambiente ormonale, i comportamenti dello stile di vita, lo stato nutrizionale e le condizioni patologiche^sottostanti. Con l'avanzare dell'età, il tasso di formazione ossea osteoblastica diminuisce progressivamente, mentre la riassorbimento osteoclastico ossea diventa relativamente migliorata, causando una perdita netta di massa ossea nel^{tempo 7}. Tra i determinanti biologici, le alterazioni ormonali, in particolare la marcata riduzione degli estrogeni circolanti dopo la menopausa, costituiscono uno dei principali fattori che guidano la rapida demineralizzazione^{ossea 8}. Le carenze nutrizionali, come l'apporto insufficiente di calcio, vitamina D, proteine e oligoelementi essenziali come magnesio e zinco, compromettono ulteriormente l'integrità scheletrica compromettendo la mineralizzazione ossea e la formazione^{della matrice 3,8}. Fattori legati allo stile di vita, tra cui inattività fisica, fumo di sigaretta, consumo eccessivo di alcol e stress psicosociale cronico, aggravano la riassorbimento ossea e accelerano la perdita^{ossea 9}. Inoltre, la somministrazione prolungata di glucocorticoidi, anticonvulsivanti o inibitori dell'aromatasi, così come disturbi cronici sistemici come il diabete mellito, l'insufficienza renale e le malattie gastrointestinali, possono alterare l'omeostasi del calcio e disturbare il normale rimodellamento osseo, contribuendo collettivamente alla progressiva riduzione della DMO e all'aumento della suscettibilità^{all'osteoporosi 3}.

Lo zinco, in quanto elemento in traca vitale, è fondamentale per la regolazione del metabolismo osseo e per la conservazione dell'integrità^{scheletrica 10}. Le evidenze accumulate indicano una correlazione positiva tra lo stato dello zinco e la DMO, anche se l'entità e la coerenza di questa relazione sono influenzate dai livelli basali di zinco, dalla salute ossea esistente e dalle caratteristiche demografiche della popolazione^{dello studio 11}. Da una prospettiva meccanicistica, lo zinco facilita l'osteogenesi migliorando la differenziazione degli osteoblasti, favorendo la sintesi della matrice di collagene e attivando enzimi critici come la fosfatasi alcalina, essenziale per una corretta mineralizzazione^{ossea 10}. Contemporaneamente, lo zinco esercita effetti inibitori sulla riassorbimento osseo mediata dagli osteoclasti, contribuendo così all'equilibrio omeostatico tra formazione ossea e^{degradazione 10,12}. Studi osservazionali e interventistici hanno dimostrato che concentrazioni più elevate di zinco circolante sono generalmente associate a un aumento della DMO, mentre l'insufficienza di zinco è correlata a un rischio elevato^{di osteoporosi 12}.

Nel presente studio, abbiamo sfruttato i dati del National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES) 2011-2014, che fornisce un ampio gruppo rappresentativo nazionale di adulti statunitensi con dati biochimici, demografici e di stile di vita completi. Rispetto alle indagini precedenti, questo approccio offre diversi vantaggi metodologici, tra cui una dimensione del campione ampliata che aumenta la potenza statistica e la capacità di rilevare associazioni sottili, oltre all'implementazione della modellazione delle soglie per esplorare potenziali relazioni non lineari tra concentrazioni seroniche di zinco e BMD. Esaminando sistematicamente le associazioni zinco-BMD tra diversi quartili e aggiustando per i confondenti rilevanti, il nostro studio fornisce una comprensione più sfumata di come lo stato dello zinco possa influenzare la salute scheletrica. È importante sottolineare che i risultati derivati da questo dataset rappresentativo a livello nazionale possono informare le strategie decisionali cliniche e di salute pubblica, permettendo a clinici e ricercatori di valutare meglio il potenziale ruolo dello zinco nel mantenimento della salute ossea e nella prevenzione dell'osteoporosi.

Protocollo

Il Consiglio di Revisione Etica della Ricerca (ERB) del National Center for Health Statistics (NCHS) ha approvato i protocolli di raccolta dati NHANES. Poiché i dataset NHANES sono accessibili al pubblico, i ricercatori sono esentati dall'ottenere ulteriori approvazioni dai propri comitati di revisione istituzionali (IRB).

Disegno dello studio e caratteristiche della popolazione studiata

Nell'attuale indagine trasversale, abbiamo cercato di esaminare la potenziale associazione indipendente tra le concentrazioni sieriche di zinco e la BMD utilizzando dati derivati dai cicli 2011-2014 del NHANES. NHANES, amministrato dal National Center for Health Statistics (NCHS), utilizza una metodologia di campionamento probabilistico stratificata e multistadio accuratamente progettata per generare un dataset rappresentativo a livello nazionale della popolazione civile non istituzionalizzata degli Stati Uniti. Ogni ciclo di indagine raccoglie sistematicamente informazioni estese che comprendono caratteristiche demografiche, fattori di stile di vita, assunzione alimentare, parametri clinici e misurazioni antropometriche attraverso una combinazione di interviste standardizzate, questionari strutturati ed esami fisici. Protocolli completi e dettagli metodologici per ogni componente del sondaggio sono accessibili pubblicamente sul sito ufficiale di NHANES. Ai fini di questa analisi, ci siamo concentrati sugli adulti di 20 anni e oltre ed abbiamo escluso individui con dati mancanti o incompleti su misure antropometriche chiave o altre covariabili essenziali richieste per i modelli di studio. Il processo di selezione dei partecipanti, insieme a criteri specifici di inclusione ed esclusione, è riassunto visivamente nella Figura 1 per fornire una panoramica chiara del campione analitico.

Indicatori di valutazione

Valutazione delle misure antropometriche

Tecnici sanitari formati e certificati hanno effettuato la raccolta di misurazioni antropometriche, inclusi peso corporeo e altezza in piedi, presso centri mobili dedicati NHANES, seguendo protocolli rigorosamente standardizzati stabiliti dal NCHS. Il peso corporeo veniva registrato fino a 0,1 kg più vicini utilizzando una bilancia digitale calibrata, garantendo coerenza e accuratezza su tutte le misurazioni. L'altezza in piedi veniva misurata fino allo 0,1 centimetro più vicino utilizzando uno stadiometro fisso, con i partecipanti istruiti a mantenere una postura eretta e i talloni uniti per garantire precisione. Successivamente, l'indice di massa corporea (IMC), un indicatore ampiamente riconosciuto dell'adiposità generale, è stato calcolato per ciascun partecipante dividendo il peso misurato in chilogrammi per il quadrato dell'altezza in metri (kg/^{m 2}).

Stato dello zinco nel siero

Campioni di sangue venoso sono stati prelevati dai partecipanti allo studio presso i centri mobili designati (MEC) da flebotomisti certificati seguendo procedure standardizzate NHANES. I campioni raccolti venivano prontamente processati e trasportati in condizioni controllate da personale addestrato al laboratorio del National Center for Environmental Health (NCEH) per un'analisi biochimica successiva. Dopo la centrifugazione iniziale, le aliquote sierie venivano mantenute a °C durante il trasporto per preservare l'integrità del campione e poi conservate a temperature ultra-basse di -20 °C o -70 °C fino al momento dell'analisi. La quantificazione delle concentrazioni seroniche di zinco è stata effettuata utilizzando la spettrometria di massa a cellule di reazione dinamica del plasma induttivamente accoppiata (ICP-DRC-MS), un metodo analitico altamente sensibile e preciso. Dettagli completi riguardanti i protocolli di laboratorio, le misure di controllo qualità e le specifiche analitiche per la valutazione dello zinco sirico sono documentati nel file dati di laboratorio NHANES (LBDZN), accessibile sul sito ufficiale NHANES, con ulteriori descrizioni metodologiche fornite su: https://wwwn.cdc.gov/nchs/nhanes/2011-2012/PBCD_G.htm.

BMD

Tutti i partecipanti che soddisfacevano i criteri di inclusione di questo studio sono stati sottoposti a scansioni di assorbimento a doppia energia a raggi X (DXA) per ottenere misurazioni precise della DMO. Le scansioni sono state condotte da tecnologi radiologici certificati utilizzando un densitometro a fascio a vento, con l'acquisizione e l'analisi dei dati effettuate tramite il software Hologic APEX (versione 4.0) per garantire accuratezza e coerenza. I protocolli standardizzati di esame DXA, inclusi il posizionamento dei partecipanti, le procedure di calibrazione e le misure di controllo qualità, sono completamente dettagliati sul sito ufficiale NHANES, con il corrispondente link fornito nella Tabella dei Materiali. Alcune persone sono state escluse dalla valutazione DXA basata su criteri specifici di sicurezza e tecnici, tra cui gravidanza, somministrazione di contrastanti nei sette giorni precedenti, peso corporeo superiore a 450 libbre, multiple protesi d'anca precedenti, fratture bilaterali dell'anca o presenza di protesi d'anca, al fine di mantenere la validità e l'affidabilità delle misurazioni della DMO.

Covariate

Per valutare rigorosamente l'associazione tra le concentrazioni seroniche di zinco e la DMO, era essenziale tenere conto delle potenziali variabili di confusione e delle complesse interazioni tra molteplici covariate. I fattori demografici includevano l'età dei partecipanti (≥20 anni), il sesso (maschio o femmina), la razza/etnia (categorizzata come messicano-americano, bianco non ispanico, nero non ispanico, altri ispanici e altre razze), livello di istruzione (inferiore rispetto alla scuola superiore, superiore o equivalente, e superiore al liceo) e il rapporto tra reddito familiare e la soglia federale di povertà. I parametri antropometrici, incluso il BMI, sono stati raccolti durante esami fisici standardizzati. Sono state incorporate anche misure biochimiche, in particolare le concentrazioni di calcio totale e fosforo sierico (entrambe in mmol/L), come covariate chiave a causa dei loro ruoli critici nel metabolismo e nella mineralizzazione ossea. Inoltre, sono state valutate le caratteristiche dello stile di vita e della salute tramite questionari strutturati, che hanno registrato la partecipazione auto-dichiarata ad attività fisica vigorosa (sì/no), la storia di diabete (sì/no), lo stato di ipertensione (sì/no) e il consumo di alcol. L'assunzione di alcol è stata quantificata come il numero medio di bevande alcoliche consumate al giorno nei 12 mesi¹³ precedenti. Lo stato di fumatore dei partecipanti è stato determinato in base al consumo cumulativo di sigarette nel corso della vita. Le persone che avevano fumato meno di 100 sigarette nella vita erano classificate come non fumatori, mentre coloro che riportavano di aver fumato 100 o più sigarette erano classificate come^{fumatori 14}.

Analisi statistica

Tutte le analisi statistiche di questo studio sono state effettuate utilizzando il software EmpowerStats (versione 4.1). Le analisi sono state condotte utilizzando il disegno di indagine complessi NHANES, tenendo conto dei pesi campionari, della stratificazione e del clustering per produrre stime rappresentative a livello nazionale. In particolare, in tutte le analisi sono stati applicati il peso del sottocampione a digiuno a 4 anni (WTSAF4YR), la variabile di stratificazione (SDMVSTRA) e l'unità primaria di campionamento (SDMVPSU). Le caratteristiche demografiche, cliniche e biochimiche della popolazione studiata sono state inizialmente riassunte e confrontate tra i quartili delle concentrazioni seroniche di zinco per fornire una panoramica della distribuzione della popolazione. Per le variabili continue, le differenze di gruppo sono state valutate utilizzando modelli di regressione lineare, mentre le variabili categoriche sono state confrontate tramite test chi-quadrato per identificare variazioni statisticamente significative tra quartili.

Per valutare la relazione tra i livelli sierici di zinco e la DMO sono stati impiegati modelli di regressione lineare multivariabile. Sono stati costruiti tre modelli progressivamente adeguati per tenere conto dei potenziali fattori di confusione. Il Modello 1 rappresentava l'associazione non aggiustata. Il Modello 2 controllava le covariate demografiche di base, tra cui età, sesso e razza/etnia. Il Modello 3 ha inoltre incorporato ulteriori potenziali fattori di confusione come il livello di istruzione, lo stato di diabete, l'attività fisica vigorosa, lo stato di fumo, l'ipertensione, il calcio totale sierico, il fosforo seroico e il rapporto tra reddito familiare e la soglia federale di povertà. Inoltre, per indagare potenziali relazioni non lineari tra le concentrazioni seroniche di zinco e la DMO, sono state condotte analisi di adattamento a curve lisce. Tutti i test statistici erano a doppio senso e un valore p inferiore a 0,05 è stato considerato indicativo della significanza statistica.

Risultati

Caratteristiche descrittive e profilo di base dei partecipanti inclusi nello studio

Poiché le concentrazioni seroniche di zinco sono state misurate in un sottocampione a digiuno, è stato applicato il corrispondente peso del sottocampione a digiuno di 4 anni (WTSAF4YR) in conformità con le linee guida analitiche NHANES. Poiché i dati di due cicli di indagine (2011-2012 e 2013-2014) sono stati combinati, il peso a 4 anni è stato ricavato dividendo il peso del sottocampione a dig...

Discussione

In questo studio trasversale su 1.674 adulti del NHANES 2011-2014, concentrazioni serieche di zinco più elevate sono state positivamente associate alla BMD totale e lombare, con gli effetti più forti osservati nel quartile più alto dello zinco. Le analisi multivariabili hanno confermato queste associazioni dopo aver aggiustato per covariazioni demografiche, di stile di vita, antropometriche e biochimiche, e analisi di sottogruppi hanno suggerito un effetto più marcato negli uomini. I ris...

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Software di analisi APEX DXA	Hologic Inc.	Versione 4.0	Utilizzato per l'acquisizione e l'analisi dei dati DXA.
EmpowerStats (per analisi statistica, regressione e modellazione degli effetti soglia)	X& Y Solutions, Boston, MA, USA	Versione 4.1	Software statistico utilizzato per regressione lineare multivariabile, adattamento di curve morbide e analisi dell'effetto soglia. RRID se disponibile.
Densitometro a fascio a ventaglio Hologic QDR-4500A	Hologic Inc., Bedford, MA, USA	https://www.hologic.com/file/403701/download?token=9xR5yyeg	Utilizzato per le scansioni DXA per misurare la densità minerale ossea nei partecipanti NHANES.
ICP-DRC-MS (Spettrometria di massa a cellule di reazione dinamica al plasma accoppiata induttivamente)	Laboratorio NHANES, CDC	https://wwwn.cdc.gov/nchs/data/nhanes/public/2017/labmethods/UM?J?MET?508.pdf	Utilizzato per la quantificazione delle concentrazioni di zinco seroico con alta sensibilità e precisione.
NHANES 2011– Demografia e Dati 2014 Dataset socioeconomico	CDC NHANES	DEMO	Dataset pubblicamente disponibile con variabili demografiche, socioeconomiche e di stile di vita.
NHANES 2011– Dataset DXA sulla densità minerale ossea 2014	CDC NHANES	DXXSPN	Dataset pubblicamente disponibile contenente misurazioni BMD totali e specifiche per sito tramite DXA.
NHANES 2011– Dataset sullo zinco siero 2014	CDC NHANES	LBDZN	Dataset pubblicamente disponibile contenente misurazioni di zinco siero per adulti negli Stati Uniti.
NHANES 2011– Dataset pubblici 2016 (LBDZN, DXXSPN, DEMO)	CDC NHANES	https://wwwn.cdc.gov/nchs/nhanes/tutorials/datasets.aspx	Dataset del National Health and Nutrition Examination Survey per zinco sierico, DXA BMD e dati demografici/socioeconomici. Repository: https://www.cdc.gov/nchs/nhanes/
Sito ufficiale di NHANES	Centro Nazionale per le Statistiche Sanitarie (NCHS), CDC	https://www.cdc.gov/nchs/nhanes/	I dettagli ufficiali sul protocollo d'esame DXA sono disponibili su: https://www.cdc.gov/nchs/
Densitometro a fascio a ventaglio QDR-4500A	Hologic Inc. (Bedford, MA, USA)	QDR-4500A	Utilizzato per le scansioni DXA per ottenere misurazioni BMD.