Dit protocol heeft als doel de relatie te evalueren tussen serumzinkconcentraties en totale botmineraaldichtheid met behulp van nationaal representatieve gegevens uit de NHANES 2011-2014 cohort.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Onderzoeksartikel
Dit protocol heeft als doel de relatie te evalueren tussen serumzinkconcentraties en totale botmineraaldichtheid met behulp van nationaal representatieve gegevens uit de NHANES 2011-2014 cohort.
Deze dwarsdoorsnedestudie onderzocht de relatie tussen serumzinkconcentraties en totale botmineraaldichtheid (BMD) met behulp van gegevens van 1.674 volwassenen ≥ 20 jaar in de National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES) 2011-2014. Deelnemers met ontbrekende gegevens over belangrijke variabelen werden uitgesloten, en analyses hielden rekening met het NHANES-complexe enquêteontwerp met 4-jaar vastende substeekgewichten (WTSAF4YR). Serumzinkniveaus werden onderverdeeld in kwartielen, en multivariabele lineaire regressiemodellen werden toegepast om de relatie tussen serumzink en totaal, evenals locatie-specifieke BMD, na correctie voor demografische factoren, antropometrische, levensstijl- en biochemische verwarren, te beoordelen. Smooth curve fitting en threshold effect-analyses op basis van gegeneraliseerde additieve modellen (GAM's) werden gebruikt om potentiële niet-lineaire associaties te onderzoeken. Serumzink werd positief geassocieerd met BMD na correctie voor covariaten, met een niet-lineair drempeleffect waargenomen bij ongeveer 13,20 μmol/L, waarna de positieve associatie sterker werd. Deze bevindingen bieden nieuw inzicht in de rol van zink in de skeletgezondheid en benadrukken dat het behouden van serumzink boven dit niveau kan bijdragen aan een optimale botdichtheid en strategieën voor osteoporosepreventie en voedingsbeoordeling kan informeren.
Osteoporose vormt wereldwijd een groot volksgezondheidsprobleem en treft naar schatting 18,3% van dewereldbevolking. Epidemiologische gegevens geven aan dat deze aandoening niet alle demografische groepen gelijk treft, waarbij vrouwen een aanzienlijk hogere last ervaren dan mannen, vooral na de menopauze, door hormonale veranderingen die het botverliesversnellen 1,2. Botmineraaldichtheid (BMD) dient als een fundamentele indicator van skeletgezondheid en wordt algemeen erkend als een cruciale factor voor botsterkte3. Klinisch gezien wordt het beschouwd als een van de meest betrouwbare voorspellers van de vatbaarheid van een individu voor fracturen3. Personen met een hogere BMD hebben doorgaans sterkere, veerkrachtigere botten, die bescherming bieden tegen botfragiliteit en het optreden van breuken 4,5. Omgekeerd wordt verminderde BMD geassocieerd met een verminderde botintegriteit, waardoor mensen een verhoogd risico lopen op aandoeningen zoals osteopenie en osteoporose, evenals breukgerelateerde morbiditeit 4,5.
Achteruitgang van BMD is een multifactorieel en biologisch ingewikkeld proces dat wordt beïnvloed door een reeks factoren, waaronder veroudering, hormonale omgeving, leefstijlgedrag, voedingsstatus en onderliggende pathologische aandoeningen6. Met toenemende leeftijd neemt de snelheid van osteoblastische botvorming geleidelijk af, terwijl osteoclastische botresorptie relatief verbetert, wat resulteert in een netto verlies van botmassa in de loop van de tijd7. Onder de biologische determinanten vormen hormonale veranderingen, met name de duidelijke vermindering van circulerend oestrogeen na de menopauze, een van de belangrijkste drijfveren van snelle botdemineralisatie8. Voedingstekorten, zoals een onvoldoende inname van calcium, vitamine D, eiwit en essentiële sporenelementen zoals magnesium en zink, verzwakken de skeletintegriteit verder door het aantasten van botmineralisatie en matrixvorming 3,8. Leefstijlgerelateerde factoren, waaronder lichamelijke inactiviteit, roken, overmatig alcoholgebruik en chronische psychosociale stress, verergeren botresorptie en versnellen botverlies9. Daarnaast kan langdurige toediening van glucocorticoïden, anticonvulsiva of aromataseremmers, evenals chronische systemische aandoeningen zoals diabetes mellitus, nierinsufficiëntie en maag-darmziekten, de calciumhomeostase verstoren en de normale botremodellering verstoren, wat samen bijdraagt aan de geleidelijke vermindering van BMD en verhoogde vatbaarheid voor osteoporose3.
Zink, als essentieel spoorelement, is essentieel voor de regulatie van het botmetabolisme en het behoud van skeletintegriteit10. Steeds meer bewijs wijst op een positieve correlatie tussen zinkstatus en BMD, hoewel de omvang en consistentie van deze relatie worden beïnvloed door de basiszinkniveaus, de bestaande botgezondheid en demografische kenmerken van de studiepopulatie11. Vanuit mechanistisch perspectief bevordert zink osteogenese door de differentiatie van osteoblasten te versterken, de synthese van collageenmatrix te bevorderen en kritieke enzymen zoals alkalische fosfatase te activeren, wat essentieel is voor een goedebotmineralisatie. Tegelijkertijd oefent zink remmende effecten uit op osteoclast-gemedieerde botresorptie, en draagt zo bij aan het homeostatische evenwicht tussen botvorming en -afbraak10,12. Observationele en interventionele studies hebben aangetoond dat hogere circulerende zinkconcentraties over het algemeen geassocieerd zijn met een verhoogde BMD, terwijl zinkinsufficiëntie correleert met een verhoogd osteoporoserisico12.
In deze studie hebben we gebruik gemaakt van gegevens uit de National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES) 2011-2014, die een grote, nationaal representatieve groep Amerikaanse volwassenen voorzien van uitgebreide biochemische, demografische en leefstijlgegevens. In vergelijking met eerdere onderzoeken biedt deze benadering verschillende methodologische voordelen, waaronder een uitgebreide steekproefgrootte die de statistische kracht vergroot en het vermogen om subtiele associaties te detecteren, evenals de implementatie van drempelmodellering om potentiële niet-lineaire relaties tussen serumzinkconcentraties en BMD te onderzoeken. Door systematisch zink-BMD-associaties over verschillende kwarttielen te onderzoeken en relevante confounders aan te passen, biedt onze studie een genuanceerder begrip van hoe zinkstatus de skeletgezondheid kan beïnvloeden. Belangrijk is dat de bevindingen uit deze nationaal representatieve dataset klinische besluitvorming en volksgezondheidsstrategieën kunnen informeren, waardoor clinici en onderzoekers de potentiële rol van zink bij het behoud van botgezondheid en het voorkomen van osteoporose beter kunnen beoordelen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De Research Ethics Review Board (ERB) van het National Center for Health Statistics (NCHS) keurde de NHANES-gegevensverzamelingsprotocollen goed. Omdat de NHANES-datasets openbaar toegankelijk zijn, zijn onderzoekers vrijgesteld van het verkrijgen van aanvullende goedkeuring van hun eigen institutionele beoordelingscommissies (IRB's).
Studieopzet en kenmerken van de studiepopulatie
In het huidige dwarsdoorsnedeonderzoek probeerden we de mogelijke onafhankelijke relatie tussen serumzinkconcentraties en BMD te onderzoeken met behulp van gegevens afkomstig uit de cycli van de NHANES 2011-2014. NHANES, dat wordt beheerd door het National Center for Health Statistics (NCHS), gebruikt een zorgvuldig ontworpen gestratificeerde, meerfasige probability sampling-methodologie om een nationaal representatieve dataset te genereren van de civiele, niet-geïnstitutionaliseerde bevolking van de Verenigde Staten. Elke enquêtecyclus verzamelt systematisch uitgebreide informatie die demografische kenmerken, leefstijlfactoren, dieetinname, klinische parameters en antropometrische metingen omvat via een combinatie van gestandaardiseerde interviews, gestructureerde vragenlijsten en lichamelijke onderzoeken. Uitgebreide protocollen en methodologische details voor elk onderdeel van de enquête zijn openbaar toegankelijk op de officiële NHANES-website. Voor deze analyse richtten we ons op volwassenen van 20 jaar en ouder en sloten we individuen uit met ontbrekende of onvolledige gegevens over belangrijke antropometrische maten of andere essentiële covariaten die nodig zijn voor de studiemodellen. Het proces van deelnemersselectie, samen met specifieke inclusie- en exclusiecriteria, wordt visueel samengevat in Figuur 1 om een duidelijk overzicht van de analytische steekproef te geven.
Beoordelingsindicatoren
Beoordeling van antropometrische maten
Getrainde en gecertificeerde gezondheidstechnici voerden het verzamelen van antropometrische metingen uit, waaronder lichaamsgewicht en staande hoogte, bij speciale NHANES mobiele examencentra, volgens streng gestandaardiseerde protocollen die door de NCHS zijn vastgesteld. Het lichaamsgewicht werd tot de dichtstbijzijnde 0,1 kg geregistreerd met een gekalibreerde digitale weegschaal, wat consistentie en nauwkeurigheid over alle metingen heen waarborgde. De staande hoogte werd gemeten tot de dichtstbijzijnde 0,1 centimeter met behulp van een vaste stadiometer, waarbij deelnemers werden geïnstrueerd een rechtopstaande houding en hielen samen te houden voor precisie. Vervolgens werd de body mass index (BMI), een algemeen erkende indicator van algemene vet, voor elke deelnemer berekend door het gemeten gewicht in kilogrammen te delen door het kwadraat van de hoogte in meters (kg/m2).
Zinkstatus in serum
Veneuze bloedmonsters werden verkregen van deelnemers aan de aangewezen mobiele onderzoekscentra (MEC's) door gecertificeerde flebotomisten volgens gestandaardiseerde NHANES-procedures. De verzamelde monsters werden snel verwerkt en onder gecontroleerde omstandigheden door getraind personeel naar het laboratorium van het National Center for Environmental Health (NCEH) vervoerd voor daaropvolgende biochemische analyse. Na de eerste centrifugatie werden serumaliquots tijdens het transport op °C gehouden om de integriteit van het monster te behouden en vervolgens opgeslagen bij ultralage temperaturen van -20 °C of -70 °C tot aan de analyse. Kwantificering van serumzinkconcentraties werd uitgevoerd met inductief gekoppelde plasmadynamische reactiecelmassaspectrometrie (ICP-DRC-MS), een zeer gevoelige en precieze analytische methode. Uitgebreide details over de laboratoriumprotocollen, kwaliteitscontrolemaatregelen en analytische specificaties voor serumzinkbeoordeling zijn gedocumenteerd in het NHANES-laboratoriumgegevensbestand (LBDZN), dat te vinden is op de officiële NHANES-website, met een verdere methodologische beschrijving op: https://wwwn.cdc.gov/nchs/nhanes/2011-2012/PBCD_G.htm.
BMD
Alle deelnemers die voldeden aan de inclusiecriteria voor deze studie ondergingen dual-energy röntgenabsorptiometrie (DXA) scans om nauwkeurige metingen van BMD te verkrijgen. De scans werden uitgevoerd door gecertificeerde radiologische technologen met behulp van een fan-beam densitometer, waarbij gegevensverzameling en analyse werden uitgevoerd via Hologic APEX-software (versie 4.0) om nauwkeurigheid en consistentie te waarborgen. De gestandaardiseerde DXA-examenprotocollen, waaronder de positionering van deelnemers, kalibratieprocedures en kwaliteitscontrolemaatregelen, zijn volledig gedetailleerd op de officiële NHANES-website, met de bijbehorende link in de Materiaaltabel. Bepaalde personen werden uitgesloten van een DXA-beoordeling op basis van specifieke veiligheids- en technische criteria, waaronder zwangerschap, toediening van contrastmiddelen binnen de voorgaande zeven dagen, een lichaamsgewicht van meer dan 450 pond, meerdere eerdere heupvervangingen, bilaterale heupfracturen of de aanwezigheid van heupprotheses, om de geldigheid en betrouwbaarheid van BMD-metingen te waarborgen.
Covariaten
Om de associatie tussen serumzinkconcentraties en BMD rigoureus te beoordelen, was het essentieel om rekening te houden met mogelijke verstorende variabelen en de complexe interacties tussen meerdere covariaten. Demografische factoren omvatten de leeftijd van de deelnemers (≥20 jaar), geslacht (man of vrouw), ras/etniciteit (gecategoriseerd als Mexicaans-Amerikaans, niet-Spaanse blanke, niet-Spaanse zwarte, andere Hispanics en andere rassen), opleidingsniveau (lager dan middelbare school, middelbare school of gelijkwaardige school, en hoger dan de middelbare school), en de verhouding van gezinsinkomen tot de federale armoedegrens. Antropometrische parameters, waaronder BMI, werden verzameld tijdens gestandaardiseerde lichamelijke onderzoeken. Biochemische metingen, specifiek serum totale calcium- en serumfosforconcentraties (beide in mmol/L), werden ook opgenomen als belangrijke covariaten vanwege hun cruciale rol in botmetabolisme en mineralisatie. Daarnaast werden leefstijl- en gezondheidsgerelateerde kenmerken beoordeeld via gestructureerde vragenlijsten, waarbij zelfgerapporteerde deelname aan intensieve lichamelijke activiteit (ja/nee), de geschiedenis van diabetes (ja/nee), hypertensiestatus (ja/nee) en alcoholconsumptie werden vastgelegd. Alcoholgebruik werd gekwantificeerd als het gemiddelde aantal alcoholische dranken dat per dag werd geconsumeerd in de voorgaande 12 maanden13. De rookstatus van de deelnemers werd bepaald op basis van hun cumulatieve levenslange sigarettenconsumptie. Personen die minder dan 100 sigaretten in hun leven hadden gerookt, werden geclassificeerd als niet-rokers, terwijl degenen die aangaven 100 of meer sigaretten te hebben gerookt, werden geclassificeerd als roker14.
Statistische analyse
Alle statistische analyses voor deze studie zijn uitgevoerd met EmpowerStats-software (versie 4.1). Analyses werden uitgevoerd met behulp van het NHANES-complexe surveyontwerp, waarbij rekening werd gehouden met steekproefgewichten, stratificatie en clustering om nationaal representatieve schattingen te produceren. Specifiek werden in alle analyses het 4-jaar vastende substeekgewicht (WTSAF4YR), de stratificatievariabele (SDMVSTRA) en de primaire steekproefeenheid (SDMVPSU) toegepast. De demografische, klinische en biochemische kenmerken van de studiepopulatie werden eerst samengevat en vergeleken over kwarttielen van serumzinkconcentraties om een overzicht te geven van de populatieverdelingen. Voor continue variabelen werden groepsverschillen beoordeeld met lineaire regressiemodellen, terwijl categorische variabelen werden vergeleken met chi-kwadraattests om statistisch significante variaties tussen kwartielen te identificeren.
Om de relatie tussen serumzinkniveaus en BMD te evalueren, werden multivariabele lineaire regressiemodellen gebruikt. Er werden drie progressief aangepaste modellen opgesteld om rekening te houden met mogelijke verstorende factoren. Model 1 vertegenwoordigde de niet-gecorrigeerde associatie. Model 2 controleerde voor basale demografische covariaten, waaronder leeftijd, geslacht en ras/etniciteit. Model 3 nam verder extra potentiële factoren toe zoals opleidingsniveau, diabetesstatus, intensieve lichamelijke activiteit, rookstatus, hypertensie, het totale calciumgehalte in het serum, fosfor in het serum, en de verhouding van gezinsinkomen tot de federale armoedegrens. Bovendien werden om mogelijke niet-lineaire relaties tussen serumzinkconcentraties en BMD te onderzoeken, analyses uitgevoerd met smooth curve fitting. Alle statistische tests waren tweezijdig, en een p-waarde van minder dan 0,05 werd als indicatief voor statistische significantie beschouwd.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Beschrijvende kenmerken en basisprofiel van de deelnemers die in de studie waren opgenomen
Omdat de serumzinkconcentraties werden gemeten in een nuchtere substeekproef, werd het bijbehorende 4-jaar nuchtere substeekgewicht (WTSAF4YR) toegepast in overeenstemming met de analytische richtlijnen van NHANES. Omdat gegevens uit twee enquêtecycli (2011-2012 en 2013-2014) werden samengevoegd, werd het 4-jaarsgewicht afgeleid door het 2-jarige nuchtere substeekgewicht (WTSAF2YR) van e...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
In deze dwarsdoorsnedestudie van 1.674 volwassenen van NHANES 2011-2014 waren hogere serumzinkconcentraties positief geassocieerd met totale en lumbale wervelkolom BMD, met de sterkste effecten waargenomen in het hoogste zinkkwarttiel. Multivariabele analyses bevestigden deze associaties na correctie voor demografische, levensstijl-, antropometrische en biochemische covariaten, en subgroepanalyses suggereerden een uitgesprokener effect bij mannen. Site-specifieke resultaten gaven aan dat...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs verklaarden geen mogelijke belangenconflicten met betrekking tot het uitvoeren van het onderzoek, het auteurschap en/of de publicatie van dit manuscript.
Wij danken alle auteurs oprecht voor hun bijdragen aan de studie, waaronder conceptualisatie, gegevensverwerving, analyse, interpretatie en manuscriptvoorbereiding. Hun gezamenlijke inspanningen maakten dit werk mogelijk.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| APEX DXA Analysis Software | Hologic Inc. | Versie 4.0 | Wordt gebruikt voor DXA data-acquisitie en analyse. |
| EmpowerStats (voor statistische analyse, regressie en threshold effectmodellering) | X&Y Solutions, Boston, MA, USA | Versie 4.1 | Statistische software gebruikt voor multivariabele lineaire regressie, fitting van gladde curven en threshold effect analyse. RRID indien beschikbaar. |
| Hologic QDR-4500A fan-beam densitometer | Hologic Inc., Bedford, MA, USA | https://www.hologic.com/file/403701/download?token=9xR5yyeg | Wordt gebruikt voor DXA scans om botmineraaldichtheid bij NHANES deelnemers te meten. |
| ICP-DRC-MS (Inductively Coupled Plasma Dynamic Reaction Cell Mass Spectrometry) | NHANES Laboratorium, CDC | https://wwwn.cdc.gov/nchs/data/nhanes/public/2017/labmethods/UM?J?MET?508.pdf | Wordt gebruikt voor kwantificering van serum zinkconcentraties met hoge gevoeligheid en precisie. |
| NHANES 2011–2014 Demografie & Sociaaleconomisch dataset | CDC NHANES | DEMO | Publiek beschikbare dataset met demografische, sociaaleconomische en lifestyle variabelen. |
| NHANES 2011–2014 DXA Botmineraaldichtheid dataset | CDC NHANES | DXXSPN | Publiek beschikbare dataset met totale en site-specifieke BMD metingen via DXA. |
| NHANES 2011–2014 Serum Zink dataset | CDC NHANES | LBDZN | Publiek beschikbare dataset met serum zink metingen voor Amerikaanse volwassenen. |
| NHANES 2011–2016 publieke datasets (LBDZN, DXXSPN, DEMO) | CDC NHANES | https://wwwn.cdc.gov/nchs/nhanes/tutorials/datasets.aspx | National Health and Nutrition Examination Survey datasets voor serum zink, DXA BMD en demografisch/sociaaleconomisch data. Repository: https://www.cdc.gov/nchs/nhanes/ |
| NHANES Officiële Website | National Center for Health Statistics (NCHS), CDC | https://www.cdc.gov/nchs/nhanes/ | Officiële DXA onderzoeksprotocol details zijn beschikbaar op: https://www.cdc.gov/nchs/ |
| QDR-4500A Fan-Beam Densitometer | Hologic Inc. (Bedford, MA, USA) | QDR-4500A | Wordt gebruikt voor DXA scans om BMD metingen te verkrijgen. |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.