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研究記事

NHANES 2011-2014コホートにおける血清亜鉛と骨密度の断面関連

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DOI:

10.3791/69451

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2025年11月28日

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1Spine Surgery Department, Quanzhou Orthopedic-Traumatological Hospital, 2Fuzhou University Affiliated Provincial Hospital, School of Medicine, Fuzhou University

この記事について

サマリー

本プロトコルは、NHANES 2011-2014年コホートの代表的なデータを用いて、血清亜鉛濃度と総骨密度の関連を評価することを目的としています。

要約

この横断面研究は、2011年から2014年にかけて実施された国立健康栄養検査調査(NHANES)の20歳≥成人1,674人のデータを用いて、血清亜鉛濃度と総骨密度(BMD)の関連を調査しました。主要変数に関する欠如データがある参加者は除外され、解析は4年間の空腹下位標本重み(WTSAF4YR)を用いたNHANES複合調査設計を考慮した。血清亜鉛レベルは4分位数に分割され、多変数線形回帰モデルを用いて、人口統計的、人体計測、生活習慣、生化学的交絡因子の調整後の血清亜鉛と総および部位特異的BMDとの関係を評価しました。一般化加法モデル(GAM)に基づく滑らかな曲線フィッティングおよびしきい値効果解析を用いて、潜在的な非線形関連を探りました。共変量調整後、血清亜鉛はBMDと正の相関を示し、約13.20 μmol/Lで非線形閾値効果が観察され、それを超えると正の関連がより顕著になりました。これらの発見は、亜鉛が骨格の健康に果たす役割について新たな洞察を提供し、血清亜鉛をこのレベル以上に保つことが最適な骨密度に寄与し、骨粗鬆症の予防や栄養評価の戦略に役立つ可能性があることを浮き彫りにしています。

概要

骨粗鬆症は世界的に大きな公衆衛生上の懸念事項であり、世界人口の推定18.3%に影響を及ぼしています1,2。疫学的データによると、この状態はすべての人口グループに均等に影響を及ぼすわけではなく、特に閉経後のホルモン変化により骨量減少が加速するため、女性は男性に比べて著しく高い負担を経験しています1,2。骨密度(BMD)は骨格の健康の基本的な指標であり、骨強度の重要な決定要因として広く認識されています。臨床的には、個人の骨折感受性を予測する最も信頼できる指標の一つと考えられています。3.骨密度が高い人は一般的により強く、より回復力のある骨を持ち、骨の脆弱性や骨折の発生から守られます 4,5。逆に、骨密度の低下は骨の完全性の低下と関連し、骨減少症や骨粗鬆症などの疾患や骨折関連の罹患リスクを高めます4,5。

骨密度低下は、加齢、ホルモン環境、生活習慣、栄養状態、基礎病的状態など、さまざまな要因に影響される多因子的かつ生物学的に複雑なプロセスです。加齢とともに、骨芽細胞の形成速度は徐々に低下し、破骨細胞の吸収は比較的強化され、時間とともに骨量の純減が見られます7。生物学的決定要因の中で、特に閉経後の循環エストロゲンの著しい減少をはじめとするホルモン変化が、急速な骨脱灰の主な要因の一つです。カルシウム、ビタミンD、タンパク質、マグネシウムや亜鉛などの必須微量元素の不足などの栄養不足は、骨の石灰化やマトリックス形成を妨げ、骨格の完全性をさらに損なう3,8。身体活動不足、喫煙、過度の飲酒、慢性的な心理社会的ストレスなどの生活習慣関連要因は、骨吸収を悪化させ、骨の減少を加速させます。さらに、グルココルチコイド、抗けいれん薬、アロマターゼ阻害薬の長期投与や、糖尿病、腎不全、消化器疾患などの慢性全身疾患は、カルシウム恒常性を乱し、正常な骨再形成を妨げることがあり、これらが骨密度の進行性低下と骨粗鬆症の感受性増加に寄与します。

亜鉛は重要な微量元素として、骨代謝の調節や骨格の完全性の維持に不可欠です10。蓄積された証拠は亜鉛状態と骨密度(BMD)の間に正の相関があることを示していますが、この関係の大きさと一貫性は、基礎亜鉛レベル、既存の骨の健康状態、研究対象集団の人口統計的特徴によって影響されます11。機構的観点から見ると、亜鉛は骨芽細胞の分化を促進し、コラーゲンマトリックスの合成を促進し、適切な骨の石灰化に不可欠なアルカリホスファターゼなどの重要酵素を活性化させることで骨形成を促進します。同時に、亜鉛は破骨細胞介在の骨吸収に抑制作用を働き、骨形成と分解の恒常性バランスに寄与します10,12。観察および介入的研究により、循環中の亜鉛濃度が高いと一般的にBMDの増加と関連し、亜鉛不足は骨粗鬆症リスクの増加と相関していることが示されています12。

本研究では、2011年から2014年の全国健康栄養検査調査(NHANES)のデータを活用しました。この調査は、米国成人の大規模な全国代表性コホートに、包括的な生化学的、人口統計的、ライフスタイルデータを提供しています。従来の研究と比較して、このアプローチは統計的検出力を高める拡大サンプルサイズや微妙な関連性の検出能力、血清亜鉛濃度とBMDとの非線形関係を探る閾値モデリングの実装など、いくつかの方法論的利点を提供します。亜鉛とBMDの関連を異なる四分位数で体系的に検証し、関連する交絡因子を調整することで、亜鉛の状態が骨格の健康にどのように影響するかをより微妙に理解できます。重要なのは、この全国的に代表的なデータセットから得られた結果が臨床意思決定や公衆衛生戦略に役立ち、臨床医や研究者が骨の健康維持や骨粗鬆症予防における亜鉛の役割をよりよく評価できることです。

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プロトコル

国立健康統計センター(NCHS)研究倫理審査委員会(ERB)はNHANESのデータ収集プロトコルを承認しました。NHANESデータセットは公開されているため、研究者は自らの機関審査委員会(IRB)から追加の承認を得る必要がありません。

研究デザインと研究対象集団の特徴

本回の横断面研究では、2011年から2014年のNHANESサイクルのデータを用いて、血清亜鉛濃度とBMDの潜在的な独立関連を検証しようとした。NHANESは国立健康統計センター(NCHS)が管理しており、慎重に設計された階層化された多段階確率サンプリング手法を用いて、米国の民間人で非施設化された人口の全国代表性データセットを生成しています。各調査サイクルは、標準化されたインタビュー、構造化されたアンケート、身体検査を組み合わせて、人口統計的特徴、生活習慣要因、食事摂取量、臨床パラメータ、人体計測などの広範な情報を体系的に収集します。各調査要素の包括的なプロトコルと方法論の詳細は、公式NHANESウェブサイトで公開されています。本分析の目的では、20歳以上の成人に焦点を当て、主要な人体測定指標や研究モデルに必要な重要な共変量に関する欠損または不完全なデータを除外しました。参加者選定のプロセスおよび具体的な包含・除外基準は 図1 に視覚的にまとめられており、分析サンプルの概要を明確に示しています。

評価指標

人体計測指標の評価

訓練を受け認定された医療技術者が、NCHSが厳格に標準化したプロトコルに従い、専用のNHANES移動診察センターで体重や立ち高さを含む人体計測の収集を行いました。体重は校正されたデジタルスケールで0.1kg単位で記録され、すべての測定で一貫性と正確さを確保しました。固定スタディオメーターを用いて立っている高さは0.1センチメートルに近づき、参加者は直立姿勢を保ち、かかとを揃えて正確にするよう指示されました。その後、一般脂肪率の広く認められた指標である体格指数(BMI)を、測定体重(キログラム)を身長メートル(kg/m²)の二乗で割って各参加者の体格指数(BMI)を算出しました。

血清中の亜鉛の状態

静脈血検体は、指定された移動検査センター(MEC)で認定採血技師が標準化されたNHANES手順に従い、研究参加者から採取しました。収集されたサンプルは迅速に処理され、訓練を受けた人員によって管理された条件下で国立環境衛生センター(NCEH)の研究所へ運ばれ、その後の生化学的分析が行われました。初期遠心分離後、血清アリコートは輸送中に°Cで保持され、サンプルの完全性を保ち、分析時まで-20°Cまたは-70°Cの超低温で保存されました。血清亜鉛濃度の定量は、誘導結合プラズマ動的反応セル質量分析法(ICP-DRC-MS)を用いて行われました。これは非常に感度が高く精密な分析手法です。血清亜鉛評価の検査プロトコル、品質管理措置、分析仕様に関する包括的な詳細は、公式NHANESウェブサイトでアクセス可能なNHANES検査データファイル(LBDZN)に記載されており、さらに方法論的な説明は以下の通りで提供されています:https://wwwn.cdc.gov/nchs/nhanes/2011-2012/PBCD_G.htm。

BMD

本研究の対象条件を満たした全参加者は、BMDの正確な測定を得るために二重エネルギーX線吸収計量(DXA)スキャンを受けました。スキャンは認定放射線技師がファンビーム密度計を使用して実施し、データ取得と解析はHologic APEXソフトウェア(バージョン4.0)を通じて正確性と一貫性を確保しました。参加者の位置取り、校正手順、品質管理措置を含む標準化されたDXA検査プロトコルは、公式NHANESウェブサイトで詳細に記載されており、対応リンクは 材料表に掲載されています。特定の個人は、妊娠、直近7日以内の造影剤投与、体重450ポンドを超えること、複数回の股関節置換術歴、両側股関節骨折、股関節義肢の有無など、特定の安全性および技術的基準に基づきDXA評価を除外し、BMD測定の妥当性と信頼性を維持するために除外されました。

共変量

血清亜鉛濃度とBMDの関連を厳密に評価するためには、交絡変数や複数の共変量間の複雑な相互作用を考慮することが不可欠でした。人口統計的要因には、参加者の年齢(≥20歳)、性別(男女)、人種・民族(メキシコ系アメリカ人、非ヒスパニック系白人、非ヒスパニック系黒人、その他のヒスパニック系およびその他の人種に分類)、教育レベル(高校未満、同等の学歴、高校以上)、および家族収入と連邦貧困閾値の比率が含まれていました。BMIを含む人体計測パラメータは標準化身体検査で収集されました。生化学的指標、特に血清総カルシウム濃度と血清リン濃度(いずれもmmol/L単位)も、骨代謝と石灰化における重要な役割から重要な共変量として組み込まれました。さらに、生活習慣および健康関連の特徴は構造化されたアンケートを通じて評価され、自己申告による激しい身体活動への参加(はい/いいえ)、糖尿病の病史(はい/いいえ)、高血圧の状態(はい/いいえ)、およびアルコール摂取量を記録しました。アルコール摂取量は、過去12か月間に1日あたり平均飲んだアルコール飲料数(13)で定量化されました。参加者の喫煙状況は、生涯の累積喫煙量に基づいて決定されました。生涯で100本未満のタバコを吸った人は非喫煙者に分類され、100本以上喫煙したと報告した人は喫煙者14に分類されました。

統計解析

本研究のすべての統計解析はEmpowerStatsソフトウェア(バージョン4.1)を使用して実施されました。分析はNHANES複合調査設計を用いて行われ、サンプリング重み、層別化、クラスタリングを考慮して全国的に代表的な推定値を得ました。具体的には、4年間の空腹時サブサンプル重み(WTSAF4YR)、層化変数(SDMVSTRA)、および一次サンプリング単位(SDMVPSU)がすべての解析に適用されました。研究対象集団の人口統計学的、臨床的、生化学的特徴をまず要約し、血清亜鉛濃度の四分位数ごとに比較し、集団分布の概要を提供しました。連続変数では、グループ差は線形回帰モデルを用いて評価され、カテゴリ変数はカイ二乗検定を用いて四分位数間の統計的に有意な変動を特定しました。

血清亜鉛レベルとBMDの関係を評価するために、多変数線形回帰モデルを用いました。交絡因子を考慮した3つの段階的調整モデルが構築されました。モデル1は未調整の関連を表していました。モデル2は年齢、性別、人種・民族などの基本的な人口統計的共変量を管理しました。モデル3では、学歴達成度、糖尿病の有無、激しい身体活動の有無、喫煙状況、高血圧、血清総カルシウム、血清リン、家族収入と連邦貧困閾値の比率など、追加の交絡因子も組み込まれました。さらに、血清亜鉛濃度とBMDとの潜在的な非線形関係を調査するために、滑らかな曲線フィッティング解析が実施されました。すべての統計検定は両側検定であり、p値が0.05未満であれば統計的有意性を示すと考えられました。

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結果

研究に含まれる参加者の記述的特徴およびベースラインプロファイル

血清亜鉛濃度は空腹時サブサンプルで測定されたため、対応する4年間の断食サブサンプル重み(WTSAF4YR)がNHANESの分析ガイドラインに従って適用されました。2011-2012年および2013-2014年の2つの調査サイクルのデータを統合したため、4年重みは各参加者の2年間の空腹時サブサンプル重み(WTSAF2YR)を2で割り、式WTSAF4YR = 1/2 × WTSAF2YRに従って導かれました。当初、2011年から2014年のNHANESサイクルからの合計19,931名の参加者が本分析の対象として検討されました。20歳未満の個人(n = 8,242)はまず成人集団に焦点を当てて除外され、その後、血清亜鉛濃度や骨密度測定などの主要変数に関する欠落した参加者(n = 9,814)を除外しました。このフィルタリング過程により、20歳以上の成人1,875人のサブセットが得られ、主要変数に関する完全なデータが得られました。人体測定の信頼性を確保するため、身長、体重、BMI(n = 20...

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ディスカッション

NHANES 2011-2014の成人1,674人を対象としたこの横断面研究では、血清亜鉛濃度の上昇が全脊椎および腰椎のBMDと正の関連を示し、最も高い亜鉛の四分位数で最も強い影響が観察されました。人口統計学的、生活習慣的、人体計測的、生化学的共変量を調整した後、多変数解析でこれらの関連が確認され、サブグループ解析では男性でより顕著な効果が示唆されました。部位特異的な結果は、腰椎のような小梁が豊富な部位が、骨盤のような皮質が豊富な部位よりも亜鉛に反応しやすいことを示しました。閾値効果モデリングはさらに非線形関係を示し、13.20 μmol/L前後の転換点を明らかにし、それを超えると亜鉛の増加は骨密度の増加と関連しています。

いくつかの重要な分析的判断が、私たちの発見の堅牢さを支えています。第一に、多変数線形回帰モデルの選択により、人口統計学的要因、生活習慣的要因、人体計測的要因、生化学的要因を含む包括的な要因群を考慮でき、血清亜鉛とBMDの関連を単離しました。さらに、血清亜鉛四分位法による層別解析や性別によるサブグ...

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開示事項

著者たちは、本原稿の研究、著作、出版に関して潜在的な利益相反を一切認めていません。

謝辞

概念化、データ収集、分析、解釈、原稿準備など、研究への貢献をしてくださったすべての著者の皆様に心より感謝申し上げます。彼らの協力により、この仕事が可能となりました。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
APEX DXA解析ソフトウェアホロジック社バージョン4.0DXAのデータ取得および解析に使用されます。
EmpowerStats(統計分析、回帰分析、閾値効果モデリング用)X&Y Solutions、ボストン、マサチューセッツ州、アメリカ合衆国バージョン4.1多変数線形回帰、滑らかな曲線フィッティング、しきい値効果解析に使用される統計ソフトウェア。もし可能ならRRIDをおすすめします。
Hologic QDR-4500A ファンビーム密度計Hologic Inc.、マサチューセッツ州ベッドフォード、アメリカ合衆国https://www.hologic.com/file/403701/download?token=9xR5yyegNHANES参加者の骨密度測定のためのDXAスキャンに使用されます。
ICP-DRC-MS(誘導結合プラズマ動的反応細胞質量分析)NHANES研究所、CDChttps://wwwn.cdc.gov/nchs/data/nhanes/public/2017/labmethods/UM?J?MET?508.pdf血清亜鉛濃度の高感度かつ高精度な定量に使用されます。
NHANES 2011年–2014年の人口統計と社会経済データセットCDC NHANESデモ人口統計、社会経済的、ライフスタイルの変数を含む公開データセット。
NHANES 2011年–2014年DXA骨ミネラル密度データセットCDC NHANESDXXSPNDXAによる総および部位特異的な骨密度測定を含む公開データセット。
NHANES 2011年–2014年の血清亜鉛データセットCDC NHANESLBDZN米国成人の血清亜鉛測定を含む公開データセット。
NHANES 2011年–2016年公開データセット(LBDZN、DXXSPN、DEMO)CDC NHANEShttps://wwwn.cdc.gov/nchs/nhanes/tutorials/datasets.aspx血清亜鉛、DXA骨密度、人口統計・社会経済データの国立健康・栄養検査調査データセット。リポジトリ:https://www.cdc.gov/nchs/nhanes/
NHANES公式ウェブサイト国立健康統計センター(NCHS)、CDChttps://www.cdc.gov/nchs/nhanes/公式のDXA検査プロトコルの詳細は以下のサイトでご覧いただけます https://www.cdc.gov/nchs/
QDR-4500A ファンビーム密度計Hologic Inc.(米国マサチューセッツ州ベッドフォード)QDR-4500ADXAスキャンでBMD測定に使用されます。

参考文献

  1. Salari, N., et al. The global prevalence of osteoporosis in the world: A comprehensive systematic review and meta-analysis. J Orthop Surg Res. 16 (1), 609(2021).
  2. Clynes, M. A., et al. The epidemiology of osteoporosis. Br Med Bull. 133 (1), 105-117 (2020).
  3. Marquezan, M., et al. Bone mineral density. Angle Orthod. 82 (1), 62-66 (2012).
  4. Gebetsberger, J., Schirmer, M., Wurzer, W. J., Streif, W. Low bone mineral density in hemophiliacs. Front Med (Lausanne). 9, 794456(2022).
  5. Link, T. M., Heilmeier, U. Bone quality-beyond bone mineral density. Semin Musculoskelet Radiol. 20 (3), 269-278 (2016).
  6. Bover, J., et al. Osteoporosis, bone mineral density and CKD-MBD: Treatment considerations. J Nephrol. 30 (5), 677-687 (2017).
  7. Bover, J., et al. Osteoporosis, bone mineral density and CKD-MBD complex (I): Diagnostic considerations. Nefrologia (Engl Ed). 38 (5), 476-490 (2018).
  8. Lv, X., et al. Risk factors associated with lower bone mineral density in primary aldosteronism patients. Front Endocrinol (Lausanne). 13, 884302(2022).
  9. Zheng, B., et al. Low bone mineral density as a risk factor for cervical sagittal imbalance following laminoplasty. World Neurosurg. 201, 124232(2025).
  10. Fang, D., et al. The association between dietary zinc intake and osteopenia, osteoporosis in patients with rheumatoid arthritis. BMC Musculoskelet Disord. 25 (1), 710(2024).
  11. Molenda, M., Kolmas, J. The role of zinc in bone tissue health and regeneration: A review. Biol Trace Elem Res. 201 (12), 5640-5651 (2023).
  12. Ceylan, M. N., Akdas, S., Yazihan, N. Is zinc an important trace element on bone-related diseases and complications? A meta-analysis and systematic review from serum level, dietary intake, and supplementation aspects. Biol Trace Elem Res. 199 (2), 535-549 (2021).
  13. Zhang, Y. B., et al. Associations of healthy lifestyle and socioeconomic status with mortality and incident cardiovascular disease: Two prospective cohort studies. BMJ. 373, n604(2021).
  14. ALHarthi, S., et al. Association between time since quitting smoking and periodontitis in former smokers in the National Health and Nutrition Examination Surveys (NHANES) 2009 to 2012. J Periodontol. 90 (1), 16-25 (2009).
  15. Wei, M., Wei, J., Huang, S. The association between dietary mineral intake and bone mineral density: A cross-sectional study. J Health Popul Nutr. 44 (1), 279(2025).
  16. Ishizu, H., et al. Zinc improves denosumab and eldecalcitol efficacy for bone mineral density in patients with hypozincemia. J Bone Miner Metab. 42 (2), 233-241 (2024).
  17. Angus, R. M., Sambrook, P. N., Pocock, N. A., Eisman, J. A. Dietary intake and bone mineral density. Bone Miner. 4 (3), 265-277 (1988).
  18. Qi, S., et al. Zinc supplementation increased bone mineral density, improves bone histomorphology, and prevents bone loss in diabetic rat. Biol Trace Elem Res. 194 (2), 493-501 (2020).

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