Przekrojowe powiązania w surowicy z gęstością minerałów kostnych w kohorcie NHANES 2011-2014

Podsumowanie

Protokół ten ma na celu ocenę związku między stężeniami w surowicy a całkowitą gęstością minerałów kostnych, korzystając z reprezentatywnych danych z kohorty NHANES 2011-2014.

Streszczenie

To badanie przekrojowe badało związek między stężeniami w surowicy a całkowitą gęstością mineralną kości (BMD), wykorzystując dane od 1 674 dorosłych w wieku ≥ 20 lat w ramach National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES) 2011-2014. Uczestnicy z brakującymi danymi dotyczącymi kluczowych zmiennych zostali wykluczeni, a analizy uwzględniały złożony projekt badania NHANES z wagami podpróby czczteroletniej postu (WTSAF4YR). Poziomy w surowicy podzielono na kwartyle, a do oceny związku między surowicą cynkową a całkowitą oraz specyficzną dla miejsca BMD zastosowano wielowymiarowe modele regresji liniowej, które oceniły czynniki zakłócające demograficzny, antropometryczny, styl życia i biochemię. Do badania potencjalnych nieliniowych powiązań wykorzystano analizy gładkiego dopasowania krzywej oraz efektu progowego oparte na uogólnionych modelach addytywnych (GAM). w surowicy był pozytywnie powiązany z BMD po dostosowaniu dla współwariatów, z nieliniowym efektem progowym zaobserwowanym na poziomie około 13,20 μmol/L, po czym dodatnia asocjacja stała się bardziej wyraźna. Te odkrycia dostarczają nowych informacji o roli w zdrowiu szkieletu, podkreślając, że utrzymanie surowicy cynkowej powyżej tego poziomu może przyczyniać się do optymalnej gęstości kości oraz wspierać strategie zapobiegania osteoporozy i oceny żywieniowej.

Wprowadzenie

Osteoporoza stanowi poważny problem zdrowia publicznego na całym świecie, dotykając szacunkowo 18,3% światowej populacji ^1,2. Dane epidemiologiczne wskazują, że to schorzenie nie dotyka wszystkich grup demograficznych jednak, a kobiety doświadczają znacznie większego obciążenia niż mężczyźni, szczególnie po menopauzie z powodu zmian hormonalnych przyspieszających utratę masy kostnej ^1,2. Gęstość mineralna kości (BMD) pełni rolę fundamentalnego wskaźnika zdrowia szkieletu i jest powszechnie uznawana za kluczowy czynnik determinujący wytrzymałość kości³. Klinicznie uważana jest za jeden z najbardziej wiarygodnych wskaźników podatności jednostki na złamania³. Osoby z wyższym BMD zazwyczaj posiadają silniejsze, bardziej wytrzymałe kości, które zapewniają ochronę przed kruchością kości i występowaniem złamań ^4,5. Natomiast obniżona ilość BMD wiąże się ze zaburzoną integralnością kości, co zwiększa ryzyko takich schorzeń jak osteopenia i osteoporoza, a także chorobowości związanej ze złamaniami ^4,5.

Spadek BMD to proces wieloczynnikowy i biologicznie złożony, na który wpływa wiele czynników, w tym starzenie się, środowisko hormonalne, zachowania związane ze stylem życia, stan odżywienia oraz podstawowe schorzenia patologiczne⁶. Wraz z wiekiem tempo powstawania kości osteoblastycznej stopniowo maleje, podczas gdy resorpcja kości osteoklastyczna staje się stosunkowo zwiększona, co skutkuje utratą masy kostnej netto w czasie⁷. Wśród czynników biologicznych zmiany hormonalne, zwłaszcza wyraźne zmniejszenie krążącego estrogenu po menopauzie, stanowią jeden z głównych czynników napędzających szybką demineralizację kości⁸. Niedobory żywieniowe, takie jak niewystarczające spożycie wapnia, witaminy D, białka oraz niezbędnych pierwiastków śladowych, takich jak magnez i, dodatkowo osłabiają integralność szkieletu poprzez upośledzenie mineralizacji kości i powstawania matrycy ^3,8. Czynniki związane ze stylem życia, takie jak brak aktywności fizycznej, palenie papierosów, nadmierne spożycie alkoholu oraz przewlekły stres psychospołeczny, nasilają wchłanianie kości i przyspieszają utratę masy masowej⁹. Dodatkowo, długotrwałe podawanie glukokortykoidów, leków przeciwdrgawkowych lub inhibitorów aromatazy, a także przewlekłych chorób ogólnoustrojowych, takich jak cukrzyca, niewydolność nerek czy choroby przewodu pokarmowego, mogą zaburzać homeostazę wapnia i zakłócać prawidłową remodelację kości, co łącznie przyczynia się do postępującej redukcji BMD i zwiększonej podatności na osteoporozę³.

, jako istotny pierwiastek śladowy, jest integralną częścią regulacji metabolizmu kości i zachowania integralności szkieletu¹⁰. Rosnące dowody wskazują na pozytywną korelację między statusem a BMD, choć skala i spójność tej zależności zależą od bazowego poziomu, istniejącego stanu zdrowia kości oraz cech demograficznych populacji badanej¹¹. Z mechanistycznego punktu widzenia ułatwia osteogenezę poprzez zwiększanie różnicowania osteoblastów, wspieranie syntezy matrycy kolagenowej oraz aktywację kluczowych enzymów, takich jak fosfataza alkaliczna, która jest niezbędna do prawidłowej mineralizacji kości¹⁰. Równocześnie wywiera hamujące działanie na resorpcję kości podsycaną przez osteoklasty, przyczyniając się tym samym do homeostatycznej równowagi między formowaniem się a degradacją kości^10,12. Badania obserwacyjne i interwencyjne wykazały, że wyższe stężenia w obiegu są zazwyczaj związane ze wzrostem BMD, podczas gdy niedobór koreluje ze zwiększonym ryzykiem osteoporozy¹².

W niniejszym badaniu wykorzystaliśmy dane z National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES) 2011-2014, które dostarcza dużej, ogólnokrajowej kohorty dorosłych w USA kompleksowych danych biochemicznych, demograficznych i stylu życia. W porównaniu z wcześniejszymi badaniami, to podejście oferuje kilka zalet metodologicznych, w tym zwiększoną wielkość próby, która zwiększa moc statystyczną i zdolność wykrywania subtelnych powiązań, a także wdrożenie modelowania progowego do badania potencjalnych nieliniowych zależności między stężeniami w surowicy a BMD. Systematycznie analizując powiązania z BMD w różnych kwartylach i uwzględniając istotne czynniki zakłócające, nasze badanie pozwala uzyskać bardziej zniuansowane zrozumienie, jak status może wpływać na zdrowie szkieletu. Co ważne, wyniki uzyskane z tego reprezentatywnego zbioru danych mogą wspierać podejmowanie decyzji klinicznych i strategie zdrowia publicznego, umożliwiając klinicystom i naukowcom lepszą ocenę potencjalnej roli w utrzymaniu zdrowia kości i zapobieganiu osteoporozie.

Protokół

Rada ds. Etyki Etyki Badań (ERB) Narodowego Centrum Statystyki Zdrowia (NCHS) zatwierdziła protokoły zbierania danych NHANES. Ponieważ zbiory danych NHANES są publicznie dostępne, badacze są zwolnieni z konieczności uzyskiwania dodatkowej zgody od własnych instytucjonalnych komisji recenzenckich (IRB).

Projekt badania i charakterystyka populacji badanej

W obecnym badaniu przekrojowym staraliśmy się zbadać potencjalne niezależne powiązanie między stężeniami w surowicy a BMD, wykorzystując dane z cykli NHANES z lat 2011-2014. NHANES, zarządzany przez National Center for Health Statistics (NCHS), stosuje starannie zaprojektowaną, wieloetapową metodologię próbkowania prawdopodobieństwa do generowania reprezentatywnego zbioru danych o cywilnej, nieinstytucjonalnej populacji Stanów Zjednoczonych. Każdy cykl ankietowy systematycznie gromadzi obszerne informacje obejmujące cechy demograficzne, czynniki stylu życia, spożycie diety, parametry kliniczne oraz pomiary antropometryczne, poprzez połączenie standaryzowanych wywiadów, ustrukturyzowanych kwestionariuszy i badań fizykalnych. Kompleksowe protokoły i szczegóły metodologiczne dotyczące każdego komponentu badania są publicznie dostępne na oficjalnej stronie internetowej NHANES. Na potrzeby tej analizy skupiliśmy się na dorosłych w wieku 20 lat i starszych, wykluczając osoby z brakującymi lub niepełnymi danymi dotyczącymi kluczowych miar antropometrycznych lub innych niezbędnych kowarianów wymaganych do modeli. Proces wyboru uczestników, wraz z konkretnymi kryteriami włączenia i wykluczenia, został wizualnie podsumowany na Rysunku 1 , aby zapewnić jasny przegląd próby analitycznej.

Wskaźniki oceny

Ocena miar antropometrycznych

Przeszkoleni i certyfikowani technicy medyczni przeprowadzali zbieranie pomiarów antropometrycznych, w tym masy ciała i wysokości stojącej, w dedykowanych mobilnych centrach egzaminacyjnych NHANES, zgodnie z rygorystycznymi standardami ustalonymi przez NCHS. Masa ciała była rejestrowana do najbliższych 0,1 kg za pomocą skalibrowanej wagi cyfrowej, co zapewniało spójność i dokładność we wszystkich pomiarach. Wysokość stojąca mierzono do najbliższych 0,1 centymetra za pomocą stałego stadiometru, a uczestnicy mieli utrzymywać pionową postawę i pięty razem dla precyzji. Następnie dla każdego uczestnika obliczono wskaźnik masy ciała (BMI), powszechnie uznawany wskaźnik ogólnej odtłuszczenia, dzieląc zmierzoną masę w kilogramach przez kwadrat wzrostu w metrach (kg/m²).

Status w surowicy

Próbki krwi żylnej pobrano od uczestników badania w wyznaczonych mobilnych ośrodkach badań (MECs) przez certyfikowanych flebotomistów według standaryzowanych procedur NHANES. Zebrane próbki były niezwłocznie przetwarzane i transportowane w kontrolowanych warunkach przez wykwalifikowany personel do laboratorium National Center for Environmental Health (NCEH) w celu dalszej analizy biochemicznej. Po początkowej centrifugacji aliquoty surowicy były przechowywane w temperaturze °C podczas transportu, aby zachować integralność próbki, a następnie przechowywane w ultraniskich temperaturach -20 °C lub -70 °C aż do czasu analizy. Ilościowa identyfikacja stężeń w surowicy została przeprowadzona za pomocą indukcyjnie sprzężonej plazmy – dynamicznej spektrometrii masowej komórek (ICP-DRC-MS), bardzo czułej i precyzyjnej metody analitycznej. Szczegółowe informacje dotyczące protokołów laboratoryjnych, środków kontroli jakości oraz specyfikacji analitycznych oceny surowicy cynkowej są udokumentowane w pliku danych laboratoryjnych NHANES (LBDZN), dostępnym na oficjalnej stronie NHANES, a dalszy opis metodologiczny znajduje się pod adresem: https://wwwn.cdc.gov/nchs/nhanes/2011-2012/PBCD_G.htm.

BMD

Wszyscy uczestnicy, którzy spełnili kryteria włączenia do tego badania, przeszli podwójne badania absorpcyjne promieniowania rentgenowskiego (DXA) w celu uzyskania precyzyjnych pomiarów BMD. Skany przeprowadzili certyfikowani technolodzy radiologiczni z wykorzystaniem densytometru z wiązką wachlarzową, a akwizycja i analiza danych przeprowadzono za pomocą oprogramowania Hologic APEX (wersja 4.0), aby zapewnić dokładność i spójność. Ustandaryzowane protokoły egzaminacyjne DXA, w tym pozycjonowanie uczestników, procedury kalibracji oraz środki kontroli jakości, są w pełni opisane na oficjalnej stronie NHANES, z odpowiednim linkiem w Tabeli Materiałów. Niektóre osoby zostały wykluczone z oceny DXA na podstawie określonych kryteriów bezpieczeństwa i technicznych, w tym ciąży, podawania środków kontrastowych w ciągu ostatnich siedmiu dni, masy ciała przekraczającej 450 funtów, wielokrotnych wcześniejszych wymianach stawu biodrowego, obustronnych złamań biodra lub obecności protez biodrowych, aby zachować wiarygodność i wiarygodność pomiarów BMD.

Kowarianity

Aby rygorystycznie ocenić związek między stężeniami w surowicy a BMD, konieczne było uwzględnienie potencjalnych zmiennych zakłócających oraz złożonych interakcji między wieloma kowarianami. Czynniki demograficzne obejmowały wiek uczestników (≥20 lat), płeć (mężczyzna lub kobieta), rasę/pochodzenie etniczne (sklasyfikowane jako Meksykańsko-Amerykanie, biali nie-latynosi, czarnoskórzy nie-Hiszpańsko, inni Hiszpanie i inne rasy), poziom wykształcenia (niższy niż szkoła średnia, średnia lub równoważna, a także wyższy niż szkoła średnia) oraz stosunek dochodu rodziny do federalnego progu ubóstwa. Parametry antropometryczne, w tym BMI, były zbierane podczas standaryzowanych badań fizykalnych. Pomiary biochemiczne, w szczególności stężenia wapnia w surowicy i fosforu w surowicy (oba w mmol/L), zostały również włączone jako kluczowe współwariaty ze względu na ich kluczową rolę w metabolizmie i mineralizacji kości. Ponadto oceniano cechy stylu życia i zdrowia za pomocą ustrukturyzowanych kwestionariuszy, które uwzględniały samozgłoszony udział w intensywnej aktywności fizycznej (tak/nie), historię cukrzycy (tak/nie), stan nadciśnienia (tak/nie) oraz spożycie alkoholu. Spożycie alkoholu określano jako średnią liczbę spożywanych napojów alkoholowych dziennie w ciągu poprzednich 12 miesięcy¹³. Status palenia uczestników był określany na podstawie ich łącznego spożycia papierosów przez całe życie. Osoby, które w ciągu życia wypaliły mniej niż 100 papierosów, były klasyfikowane jako niepalący, natomiast osoby, które zgłaszały wypalenie 100 lub więcej papierosów, były klasyfikowane jako palacze¹⁴.

Analiza statystyczna

Wszystkie analizy statystyczne w tym badaniu zostały przeprowadzone przy użyciu oprogramowania EmpowerStats (wersja 4.1). Analizy przeprowadzono z wykorzystaniem złożonego projektu badania NHANES, uwzględniając wagi próbkowania, stratyfikację i klasterowanie, aby uzyskać reprezentatywne szacunki na poziomie krajowym. Konkretnie, we wszystkich analizach zastosowano 4-letnią podpróbę na czczo (WTSAF4YR), zmienną stratyfikacyjną (SDMVSTRA) oraz jednostkę pierwotnego próbkowania (SDMVPSU). Cechy demograficzne, kliniczne i biochemiczne populacji badanej populacji zostały najpierw podsumowane i porównane w poszczególnych kwartylach stężeń w surowicy, aby uzyskać przegląd rozkładu populacji. Dla zmiennych ciągłych różnice grupowe oceniano za pomocą modeli regresji liniowej, natomiast zmienne kategoryczne porównywano testami chi-kwadrat, aby zidentyfikować statystycznie istotne różnice między kwartylami.

Aby ocenić związek między poziomami w surowicy a BMD, zastosowano wielowymiarowe modele regresji liniowej. Opracowano trzy stopniowo korygowane modele, aby uwzględnić potencjalne czynniki zakłócające. Model 1 reprezentował nieskorygowane powiązanie. Model 2 kontrolował podstawowe demograficzne współzmienniki, w tym wiek, płeć oraz rasę/pochodzenie etniczne. Model 3 dodatkowo uwzględniał dodatkowe potencjalne czynniki zakłócające, takie jak osiągnięcia edukacyjne, status cukrzycy, zaangażowanie w intensywną aktywność fizyczną, status palenia, nadciśnienie, całkowity poziom wapnia w surowicy, fosfor w surowicy oraz stosunek dochodu rodziny do federalnego progu ubóstwa. Ponadto, aby zbadać potencjalne nieliniowe zależności między stężeniami w surowicy a BMD, przeprowadzono analizy dopasowania krzywej gładkiej. Wszystkie testy statystyczne były dwustronne, a wartość p poniżej 0,05 była uznawana za wskaźnik istotności statystycznej.

Wyniki

Charakterystyka opisowa i profil wyjściowy uczestników objętych badaniem

Ponieważ stężenia w surowicy mierzono w podpróbie na czczo, odpowiednia 4-letnia masa podpróby na czczo (WTSAF4YR) została zastosowana zgodnie z wytycznymi analitycznymi NHANES. Ponieważ dane z dwóch cykli ankietowych (2011-2012 i 2013-2014) zostały połączone, waga 4-letnia została wyprowadzona przez podzielenie dwuletniej masy podpróby na czczo (WTSAF2YR) każdego uczestnika przez dwa, zgodnie z wzorem WT...

Dyskusja

W tym przekrojowym badaniu obejmującym 1 674 dorosłych z NHANES 2011-2014, wyższe stężenia w surowicy były pozytywnie powiązane z BMD całkowitej i lędźwiowej kręgosłupa, z najsilniejszymi efektami zaobserwowanymi w najwyższym kwartylu. Analizy wielowymiarowe potwierdziły te powiązania po uwzględnieniu demografii, stylu życia, antropometrycznych i biochemicznych kowariantów, a analizy podgrupowe sugerowały wyraźniejszy efekt u mężczyzn. Wyniki specyficzne dla konkretnych miejsc wskazywały, że miejsca bogate w trawekularne...

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Oprogramowanie do analizy APEX DXA	Hologic Inc.	Wersja 4.0	Wykorzystywane do akwizycji i analizy danych DXA.
EmpowerStats (do analizy statystycznej, regresji i modelowania efektu progowego)	X& Y Solutions, Boston, MA, USA	Wersja 4.1	Oprogramowanie statystyczne wykorzystywane do wielozmiennej regresji liniowej, płynnego dopasowywania krzywych oraz analizy efektu progowego. RRID, jeśli jest dostępny.
Densytometr wachlarzowy Hologic QDR-4500A	Hologic Inc., Bedford, MA, USA	https://www.hologic.com/file/403701/download?token=9xR5yyeg	Wykorzystywany do badań DXA w celu pomiaru gęstości mineralnej kości u uczestników NHANES.
ICP-DRC-MS (Spektrometria mas z dynamiczną reakcją plazmy z indukcyjnym sprzężeniem plazmowym)	Laboratorium NHANES, CDC	https://wwwn.cdc.gov/nchs/data/nhanes/public/2017/labmethods/UM?J?MET?508.pdf	Wykorzystywany do ilościowego określania stężeń w surowicy z wysoką czułością i precyzją.
NHANES 2011 – Demografia 2014 i Zbiór danych społeczno-ekonomicznych	CDC NHANES	DEMO	Publicznie dostępny zbiór danych z zmiennymi demograficznymi, społeczno-ekonomicznymi i stylem życia.
NHANES 2011 – Zbiór danych DXA Gęstości Mineralnej Kości z 2014 roku	CDC NHANES	DXXSPN	Publicznie dostępny zbiór danych zawierający całkowite i specyficzne dla lokalizacji pomiary BMD za pomocą DXA.
NHANES 2011 – Zestaw danych Serum Cync z 2014 roku	CDC NHANES	LBDZN	Publicznie dostępny zestaw danych zawierający pomiary surowicy cynkowej dla dorosłych w USA.
NHANES 2011 – Publiczne zbiory danych z 2016 roku (LBDZN, DXXSPN, DEMO)	CDC NHANES	https://wwwn.cdc.gov/nchs/nhanes/tutorials/datasets.aspx	Zbiory danych National Health and Nutrition Examination Survey dotyczące surowicy, DXA BMD oraz danych demograficznych/społeczno-ekonomicznych. Repozytorium: https://www.cdc.gov/nchs/nhanes/
Oficjalna strona NHANES	Narodowe Centrum Statystyki Zdrowia (NCHS), CDC	https://www.cdc.gov/nchs/nhanes/	Szczegóły oficjalnego protokołu egzaminu DXA dostępne są pod adresem: https://www.cdc.gov/nchs/
Densytometr QDR-4500A z wiązką wachlarzową QDR-4500A	Hologic Inc. (Bedford, MA, USA)	QDR-4500A	Wykorzystywane do skanów DXA w celu uzyskania pomiarów BMD.