Bone mineral density: new anthropometric and bioanthropological insights

In questa tesi, la densità ossea (DMO) -rilevata tramite ultrasonometria ossea quantitativa (QUS)- è stata indagata sotto una doppia prospettiva: la prima parte è incentrata su studi antropometrico-sportivi su una popolazione italiana, mentre la seconda riguarda aspetti bioarcheologici. Un capitolo introduttivo precede queste due sezioni, contenti in totale 4 studi sperimentali e 2 capitoli introdottivi. La prima parte della tesi discute la relazione tra DMO, antropometria, esercizio fisico e stile di vita. Il primo studio sperimentale è stato condotto tra il 2019 e il 2022 su un campione di 243 uomini e donne italiani di età compresa tra i 20 e gli 84 anni. Lo scopo dello studio è quello di investigare l’associazione tra DMO, composizione corporea, attività sportiva praticata e livello di attività (atletici, attivi, sedentari). La composizione corporea e altri caratteri somatometrici sono stati valutati tramite diversi parametri, tra cui Body Mass Index (BMI), Massa Grassa e Massa Magra (Kg, %), forza della presa della mano, waist to hip ratio (WHR), waist to stature ratio (WHtR), aree muscolo-adipose dell’arto superiore, Digit Ratio, e Frame Index. I risultati dell’analisi di regressione lineare multipla hanno mostrato che il principale fattore predittivo per la DMO è rappresentato dal grasso corporeo, che vi esercita un’azione negativa indipendentemente da sesso ed età. Un fattore positivamente predittivo è la forza della presa della mano. Il secondo studio sperimentale propone un nuovo strumento di screening per osteopenia chiamato QuBone, progettato per valutare lo stato di rischio di insorgenza considerando l’influenza di alcune variabili antropometriche, attività sportiva e stile di vita. Lo studio è stato condotto su 434 individui italiani di età compresa tra 20 e 84 anni. Un sottoinsieme di 63 persone ha ripetuto le rilevazioni per verificare la validità e la ripetibilità del questionario, mostrando sostanziali concordanze. Un secondo sottogruppo di 174 persone è stato sottoposto anche ad indagine antropometrica e analisi QUS, per raccogliere dati utili a valutare l’associazione tra DMO, parametri antropometrici e dati del questionario. Da questi dati sono state effettuate analisi di regressione lineare multipla, in modo da assegnare uno score di rischio ad ogni variabile considerata. In seguito, sono stati calcolati due cut-offs, in modo da fornire come risultato lo stato di rischio del soggetto. La seconda parte della tesi è invece incentrata sulle implicazioni paleopatologiche e tafonomiche della DMO su campioni scheletrici antichi. Il primo studio sperimentale della seconda parte compara differenti tecniche di indagine, con scopo di valutare se il QUS sia una metodologia più attendibile su resti antichi rispetto alla radiogrammetria. 104 resti scheletrici da siti medievali sono stati sottoposti a varie analisi (osteometria, QUS e radiogrammetria), in relazione alla presenza di fratture osteoporotiche. I risultati dall’analisi statistica logistica multivariata hanno mostrato che il QUS rappresenta un metodo più efficace rispetto alla radiogrammetria e quantifica l’effettivo rischio di frattura in popolazioni antiche. Nel terzo studio sperimentale (preliminare) è stata condotta un’analisi tafonomica attraverso varie tecniche (QUS, SEM, microscopia, radiologia) su 17 resti scheletrici dal sito di Castello del Tartaro (Verona), per individuare un metodo per discernere tra perdita di massa ossea patologica e diagenetica. I risultati preliminari hanno mostrato che in contesti di conservazione precari (sito alluvionale e fortemente antropizzato) la DMO è fortemente degradata, ed occorre particolare cautela in fase di analisi paleopatologica. In conclusione, questa tesi fornisce una ricerca diversificata riguardo la DMO sotto una duplice prospettiva antropologica.

In this thesis, bone mineral density (BMD) assessed through Quantitative Ultrasonometry (QUS) was analyzed through a dual perception: the first section is focused on anthropometry and sports science in contemporary people (o populations), whilst the second one presents a bioarchaeological perspective. An introductory chapter precedes these two parts. The first section of the thesis discusses the relationship between BMD, anthropometry, physical exercise and lifestyle. Chapter 1 is an opening chapter. Chapter 2 is an experimental study conducted from 2019 to 2022 on a cohort of 243 Italian men and women between 20 and 84 years. The aim of the study is to investigate the association between BMD, body composition, practiced sport and activity level (athletic, active and sedentary). Body composition and other somatometric characteristics were assessed by different anthropometric parameters, including Body Mass Index (BMI), Fat Mass and Fat Free Mass (Kg, %), handgrip strength, Waist to Hip Ratio (WHR), Waist to Height Ratio (WHtR), body composition of the upper limb, digit ratio, and Frame index. The main predictive factor is represented by body fat, exerting a negative effect on BMD and thus enhancing fracture risk. A positive predictive parameter is handgrip strength. The second experimental research presented in Chapter 3 proposes a new screening tool for osteopenia named QuBone. This new questionnaire was designed to evaluate an individual’s risk for developing osteopenia depending on anthropometric characteristics, sports category and lifestyle. The study was carried out on 434 Italian subjects aged between 20 and 84 years; a subgroup of 63 subjects fulfilled the questionnaire a second time in order to evaluate internal consistency and repeatability of the questionnaire, which showed substantial results. A second subgroup of 174 individuals underwent anthropometric assessment and BMD analysis to allow multiple linear regression analysis for evaluating the association between BMD, anthropometric parameters and lifestyle data. From these models, a weight score was calculated for each factor. Then, two cut-offs for osteopenia and osteoporosis risk thresholds were evaluated. The new QuBone is thus a valid, self-administrable preventive tool, aimed to provide a risk score for the whole adult population by considering a wide asset of risk factors. The second section of the thesis is focused on paleopathological and taphonomic implications of BMD in ancient skeletal remains. Chapter 1 is an introductory overview. Aim of the study in Chapter 2 is to evaluate whether QUS may be considered a more reliable technique for low BMD in skeletal remains compared to a classic methodology. Results from multivariate logistic regression analysis have shown that QUS is a more reliable method compared to radiogrammetry, and provides a quantifiable cut-off for assessing fracture risk in archaeological individuals. In chapter 3, a multi-method analysis was carried out on 17 skeletal individuals from the Bronze Age site of Castello del Tartaro (Verona). Aim of this pilot study is to design a new method to discern between pathologic and diagenetic bone loss, to avoid misdiagnosing. The skeletal sample was chosen due to its severe and particular taphonomic asset. Chosen methods were: 1) QUS analysis; 2) SEM analysis; 3) macroscopic inspection; 4) radiogrammetry and radiology.Preliminary results have shown that BMD analysis should be carefully considered when dealing with samples from alluvial contexts suffering from strong anthropic intervention. BMD appeared extremely degraded, and thus an interpretation should be considered carefully. Further analyses aim to propose new reference data in order to use QUS analysis as a quantitative method for assessing the preservation state of a skeletal assemblage. In conclusion, this thesis provides a comprehensive research concerning BMD over two different anthropological perspectives.