Этот протокол направлен на оценку связи между концентрациями цинка в сыворотке и общей минеральной плотностью костей, используя национально репрезентативные данные когорты NHANES 2011-2014 годов.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Исследовательская статья
Этот протокол направлен на оценку связи между концентрациями цинка в сыворотке и общей минеральной плотностью костей, используя национально репрезентативные данные когорты NHANES 2011-2014 годов.
Это поперечное исследование изучало связь между концентрациями цинка в сыворотке и общей минеральной плотностью костей (BMD) на основе данных 1 674 взрослых в возрасте ≥ 20 лет в Национальном опросе по здравоохранению и питанию (NHANES) 2011-2014 годов. Участники с отсутствующими данными по ключевым переменным были исключены, и анализы учитывали комплексный дизайн опроса NHANES с четырёхлетними подвесами натощак (WTSAF4YR). Уровни цинка в сыворотке были разделены на квартили, и для оценки взаимосвязи между сывороточным цинком и общим, а также локально специфическим BMD после корректировки демографических, антропометрических, образов жизни и биохимических факторов применялись многомерные модели линейной регрессии. Для изучения потенциальных нелинейных ассоциаций использовались анализ плавной подгонки кривой и пороговых эффектов на основе обобщённых аддитивных моделей (GAMs). Цинк в сыворотке был положительно связан с BMD после корректировки для ковариатов, при этом нелинейный пороговый эффект наблюдался примерно при 13,20 мкмоль/л, после чего положительная ассоциация становилась более выраженной. Эти результаты дают новое понимание роли цинка в здоровье скелета, подчёркивая, что поддержание сывороточного цинка выше этого уровня может способствовать оптимальной плотности костей и разрабатывать стратегии профилактики остеопороза и оценки питательной ценности.
Остеопороз представляет собой серьёзную проблему общественного здравоохранения во всём мире, затрагивая, по оценкам, 18,3% населениямира 1,2. Эпидемиологические данные показывают, что это состояние не затрагивает все демографические группы одинаково: женщины испытывают заметно более высокую нагрузку по сравнению с мужчинами, особенно после менопаузы из-за гормональных изменений, ускоряющих потерюкостной массы 1,2. Минеральная плотность костей (BMD) является фундаментальным показателем здоровья скелета и широко признана ключевым фактором прочностикостей 3. Клинически это считается одним из самых надёжных предикторов восприимчивости человека кпереломам 3. У людей с повышенной BMD обычно более прочные и устойчивые кости, что обеспечивает защиту от хрупкости костей и появленияпереломов 4,5. В то же время снижение BMD связано с нарушением целостности костей, что повышает риск таких состояний, как остеопения и остеопороз, а также заболеваемость, связанная спереломами 4,5.
Снижение BMD — это многофакторный и биологически сложный процесс, на который влияет множество факторов, включая старение, гормональную среду, образ жизни, питание и сопутствующие патологическиесостояния 6. С возрастом скорость формирования остеообластной кости постепенно снижается, тогда как остеокластическая резорбция костей становится относительно усиленной, что приводит к чистой потере костной массы современем 7. Среди биологических детерминантов гормональные изменения, особенно заметное снижение циркулирующего эстрогена после менопаузы, являются одними из основных факторов быстрой деминерализациикостей 8. Дефициты питательных веществ, такие как недостаточное потребление кальция, витамина D, белка и важных микроэлементов, таких как магний и цинк, дополнительно нарушают целостность скелета, ухудшая минерализацию костей и формированиематрикса 3,8. Факторы, связанные с образом жизни, включая физическую неактивность, курение, чрезмерное употребление алкоголя и хронический психосоциальный стресс, усугубляют резорбцию костей и ускоряют потерюкостной ткани 9. Кроме того, длительное введение глюкокортикоидов, противосудорожных препаратов или ингибиторов ароматазы, а также хронических системных заболеваний, таких как сахарный диабет, почечная недостаточность и желудочно-кишечные заболевания, могут нарушать гомеостаз кальция и нарушать нормальное восстановление костей, что в совокупности способствует постепенному снижению ТКМ и повышению восприимчивости костеопорозу 3.
Цинк, как жизненно важный микроэлемент, играет ключевую роль в регуляции метаболизма костей и сохранении целостностискелета 10. Накопленные данные указывают на положительную корреляцию между статусом цинка и КИМТ, хотя масштаб и последовательность этой зависимости зависят от исходных уровней цинка, существующего состояния костей и демографических особенностей11-й популяции. С механистической точки зрения цинк способствует остеогенезу, усиливая дифференцировку остеобластов, способствуя синтезу коллагена и активируя критически важные ферменты, такие как щелочная фосфатаза, необходимая для правильной минерализациикостей 10. Одновременно цинк оказывает тормозящее воздействие на резорбцию костей, опосредованную остеокластами, тем самым способствуя гомеостатическому балансу между формированием и деградациейкостей 10,12. Наблюдательные и интервенционные исследования показали, что более высокие концентрации цинка в циркуляции обычно связаны с повышением BMD, тогда как недостаточность цинка коррелирует с повышенным рискомостеопороза 12.
В настоящем исследовании мы использовали данные Национального опроса по вопросам здоровья и питания (NHANES) 2011-2014 годов, который предоставляет большой национально репрезентативной группе взрослых американцев комплексные биохимические, демографические и образ жизни данные. По сравнению с предыдущими исследованиями этот подход обладает рядом методологических преимуществ, включая расширенный размер выборки, повышающий статистическую мощность и способность выявлять тонкие ассоциации, а также реализацию порогового моделирования для изучения потенциальных нелинейных связей между концентрациями цинка в сыворотке и ИМД. Систематически изучая ассоциации цинка и ТКМ в разных квартилях и корректируя с учётом соответствующих факторов, наше исследование даёт более тонкое понимание того, как статус цинка может влиять на здоровье скелета. Важно, что результаты, полученные из этого национально репрезентативного набора данных, могут влиять на клинические решения и стратегии общественного здравоохранения, позволяя клиницистам и исследователям лучше оценивать потенциальную роль цинка в поддержании здоровья костей и профилактике остеопороза.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Национальный совет по этике исследований (ERB) Национального центра статистики здравоохранения (NCHS) одобрил протоколы сбора данных NHANES. Поскольку наборы данных NHANES являются публично доступными, исследователи освобождены от получения дополнительного одобрения от собственных институциональных экспертных советов (IRB).
Дизайн исследования и характеристики изучаемой популяции
В настоящем поперечном исследовании мы стремились изучить потенциальную независимую связь между концентрациями цинка в сыворотке и BMD, используя данные, полученные из циклов NHANES 2011–2014 годов. NHANES, управляемый Национальным центром статистики здравоохранения (NCHS), использует тщательно разработанную стратифицированную многоступенчатую методологию вероятностной выборки для создания национально репрезентативного набора данных о гражданском, неинституционализированном населении Соединённых Штатов. Каждый цикл опроса систематически собирает обширную информацию, охватывающую демографические характеристики, факторы образа жизни, питание, клинические параметры и антропометрические измерения посредством сочетания стандартизированных интервью, структурированных анкет и физических осмотров. Подробные протоколы и методологические детали для каждого компонента обследования доступны на официальном сайте NHANES. Для целей этого анализа мы сосредоточились на взрослых в возрасте 20 лет и старше и исключили лиц с отсутствующими или неполными данными по ключевым антропометрическим показателям или другим необходимым ковариатам, необходимым для моделей исследования. Процесс отбора участников, а также конкретные критерии включения и исключения, визуально обобщён на рисунке 1 для получения чёткого представления о аналитической выборке.
Показатели оценки
Оценка антропометрических показателей
Обученные и сертифицированные медицинские техники проводили сбор антропометрических измерений, включая вес тела и рост стоя, в специализированных мобильных осмотровых центрах NHANES, следуя строго стандартизированным протоколам, установленным NCHS. Вес тела фиксировался до ближайших 0,1 кг с помощью откалиброванных цифровых весов, обеспечивая согласованность и точность всех измерений. Высота стоя измерялась до ближайших 0,1 сантиметра с использованием стационарного стадиометра, при этом участникам было рекомендовано сохранять вертикальную осанку и держать пятки вместе для точности. Впоследствии для каждого участника был рассчитан индекс массы тела (ИМТ), широко признанный индикатор общей ожирённости, путём деления измеренного веса в килограммах на квадрат высоты в метрах (кг/м 2).
Статус цинка в сыворотке
Венозные образцы венозной крови были получены у участников исследования в специально отведённых мобильных центрах (MEC) сертифицированными флеботомистами, следуя стандартизированным процедурам NHANES. Собранные образцы были оперативно обработаны и транспортировались в контролируемых условиях обученным персоналом в лабораторию Национального центра экологического здоровья (NCEH) для последующего биохимического анализа. После первоначального центрифугирования сывороточные аликвоты сохранялись при °C во время транспортировки для сохранения целостности образца, а затем хранили при ультранизких температурах -20 °C или -70 °C до момента анализа. Количественная оценка концентраций цинка в сыворотке проводилась с помощью индуктивно-связанной плазменной динамической масс-спектрометрии реакционных клеток (ICP-DRC-MS), высокочувствительного и точного аналитического метода. Подробная информация о лабораторных протоколах, мерах контроля качества и аналитических спецификациях для оценки сывороточного цинка приведена в лабораторном файле NHANES (LBDZN), который доступен на официальном сайте NHANES, с дополнительным методологическим описанием по адресу: https://wwwn.cdc.gov/nchs/nhanes/2011-2012/PBCD_G.htm.
BMD
Все участники, соответствовавшие критериям включения в это исследование, прошли двухэнергетическое рентгеновское абсорбциометрическое сканирование (DXA) для получения точных измерений ИМД. Сканирование проводились сертифицированными радиологическими технологами с использованием денситометра с веерным лучом, а сбор и анализ данных проводились с помощью программного обеспечения Hologic APEX (версия 4.0) для обеспечения точности и согласованности. Стандартизированные протоколы экзаменаций DXA, включая позиционирование участников, процедуры калибровки и меры контроля качества, подробно изложены на официальном сайте NHANES с соответствующей ссылкой в Таблице материалов. Некоторые лица были исключены из прохождения оценки DXA на основании конкретных критериев безопасности и технических критериев, включая беременность, введение контрастных веществ в течение предыдущих семи дней, массу тела свыше 450 фунтов, многочисленные предыдущие замены тазобедренного сустава, двусторонние переломы бедра или наличие протезов бедра, чтобы сохранить достоверность и надёжность измерений ИКР.
Ковариаты
Для тщательной оценки связи между концентрациями цинка в сыворотке и BMD было необходимо учитывать потенциальные смешивающие переменные и сложные взаимодействия между несколькими ковариатами. Демографические факторы включали возраст участников (≥20 лет), пол (мужчина или женщина), расу/этническую принадлежность (классифицируемые как мексиканско-американцы, нелатиноамериканцы белые, нелатиноамериканцы чернокожие, другие латиноамериканцы и другие расы), уровень образования (ниже средней школы, средней школы или эквивалент, и выше средней школы), а также отношение дохода семьи к федеральному порогу бедности. Антропометрические параметры, включая ИМТ, были собраны во время стандартизированных физических осмотров. Биохимические показатели, в частности концентрации кальция в сыворотке и фосфора в сыворотке (обе в ммоль/л), также были включены в качестве ключевых ковариатов из-за их критической роли в метаболизме и минерализации костей. Кроме того, образ жизни и связанные со здоровьем характеристики оценивались с помощью структурированных анкет, в которых были отражены самоотчеты об активной физической активности (да/нет), история диабета (да/нет), статус гипертонии (да/нет) и употребление алкоголя. Потребление алкоголя количественно оценивалось как среднее количество употребленных алкогольных напитков в день за предыдущие12 месяцев 13. Статус курения участников определялся на основе их совокупного пожизненного потребления сигарет. Люди, выкурившие менее 100 сигарет за свою жизнь, классифицировались как некурящие, тогда как те, кто сообщил, что выкурили 100 и более сигарет, классифицировались каккурильщики 14.
Статистический анализ
Все статистические анализы для этого исследования проводились с использованием программного обеспечения EmpowerStats (версия 4.1). Анализы проводились с использованием сложного дизайна опроса NHANES с учётом весов выборки, стратификации и кластеризации для получения национально репрезентативных оценок. В частности, во всех анализах применялись 4-летний вес подвыборки натощак (WTSAF4YR), переменная стратификации (SDMVSTRA) и первичная единица отбора проб (SDMVPSU). Демографические, клинические и биохимические характеристики исследуемой популяции были сначала суммированы и сравнины между квартилями концентраций цинка в сыворотке для получения обзора распределения популяций. Для непрерывных переменных групповые различия оценивались с помощью линейных регрессионных моделей, тогда как категориальные переменные сравнивались с помощью хи-квадратных тестов для выявления статистически значимых вариаций между квартилями.
Для оценки взаимосвязи между уровнем цинка в сыворотке и BMD использовались многомерные линейные регрессионные модели. Были построены три прогрессивно скорректированные модели с учётом потенциальных смешивающих факторов. Модель 1 отражала нескорректированную ассоциацию. Модель 2 учитывала базовые демографические ковариаты, включая возраст, пол и расу/этническую принадлежность. Модель 3 также включала дополнительные потенциальные факторы, такие как уровень образования, диабет, активная физическая активность, курение, гипертония, общий уровень кальция в сыворотке, фосфор в сыворотке и отношение дохода семьи к федеральному порогу бедности. Кроме того, для изучения потенциальных нелинейных связей между концентрациями цинка в сыворотке и BMD были проведены анализы подгонки гладких кривых. Все статистические тесты были двусторонними, и p-значение менее 0,05 считалось признаком статистической значимости.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Описательные характеристики и базовый профиль участников, включённых в исследование
Поскольку концентрации цинка в сыворотке измерялись натощак, соответствующий четырёхлетний вес подвыборки натощак (WTSAF4YR) применялся в соответствии с аналитическими руководствами NHANES. Поскольку данные из двух циклов опроса (2011–2012 и 2013–2014) были объединены, четырёхлетний вес был получен путём деления двухлетнего подвыборочного веса (WTSAF2YR) каждого участника натощак на два, следуя...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этом поперечном исследовании 1 674 взрослых из NHANES 2011–2014 годов более высокие концентрации цинка в сыворотке положительно ассоциировались с общей и поясничной массой позвоночника, при этом наиболее сильные эффекты наблюдались в самом высоком цинковом квартиле. Многофакторные анализы подтвердили эти связи после корректировки с учётом демографических, образа жизни, антропометрических и биохимических ковариатов, а подгрупповые анализы показали более выраженный эффект у мужчин. Специ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы не заявили о возможных конфликтах интересов относительно проведения исследования, авторства и/или публикации этой рукописи.
Мы искренне благодарим всех авторов за их вклад в исследование, включая концептуализацию, сбор данных, анализ, интерпретацию и подготовку рукописей. Их совместные усилия сделали эту работу возможной.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Программное обеспечение для анализа APEX DXA | Hologic Inc. | Версия 4.0 | Используется для сбора и анализа данных DXA. |
| EmpowerStats (для статистического анализа, регрессии и моделирования порогового эффекта) | X& Y Solutions, Бостон, Массачусетс, США | Версия 4.1 | Статистическое программное обеспечение, используемое для многомерной линейной регрессии, подгонки гладких кривых и анализа пороговых эффектов. RRID, если это возможно. |
| Холологический денситометр с вентиляторным лучом QDR-4500A | Hologic Inc., Бедфорд, Массачусетс, США | https://www.hologic.com/file/403701/download?token=9xR5yyeg | Используется для DXA-сканирования для измерения минеральной плотности костей у участников NHANES. |
| ICP-DRC-MS (Индуктивно-связанная плазменная динамическая реакционная ячейка масс-спектрометрия) | Лаборатория NHANES, CDC | https://wwwn.cdc.gov/nchs/data/nhanes/public/2017/labmethods/UM?J?MET?508.pdf | Используется для количественного определения концентрации цинка в сыворотке с высокой чувствительностью и точностью. |
| NHANES 2011– Демография 2014 года и Социально-экономический набор данных | CDC NHANES | ДЕМО | Общедоступный набор данных с демографическими, социально-экономическими и образом жизни переменными. |
| NHANES 2011– Набор данных DXA по минеральной плотности костей 2014 года | CDC NHANES | DXXSPN | Общедоступный набор данных, содержащий полные и специфичные для места измерения BMD через DXA. |
| NHANES 2011– Набор данных Serum Zinc 2014 года | CDC NHANES | LBDZN | Общедоступный набор данных, содержащий измерения цинка в сыворотке для взрослых жителей США. |
| NHANES 2011– Публичные наборы данных 2016 года (LBDZN, DXXSPN, DEMO) | CDC NHANES | https://wwwn.cdc.gov/nchs/nhanes/tutorials/datasets.aspx | Наборы данных Национального опроса по здравоохранению и питанию по сывороточному цинку, DXA BMD и демографическим/социально-экономическим данным. Репозиторий: https://www.cdc.gov/nchs/nhanes/ |
| Официальный сайт NHANES | Национальный центр статистики здравоохранения (NCHS), CDC | https://www.cdc.gov/nchs/nhanes/ | Официальная информация о протоколе экзамена DXA доступна по адресу: https://www.cdc.gov/nchs/ |
| Денситометр с вентиляторным лучом QDR-4500A | Hologic Inc. (Бедфорд, Массачусетс, США) | QDR-4500A | Используется для DXA-сканирования с целью получения измерений BMD. |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.