Assicurati di dire a PDO che il valore è un numero intero non una stringa; se PDO lo inserisce come stringa, MySQL dovrà eseguire il typecast dei valori per il confronto. A seconda di come avviene, potrebbe causare gravi rallentamenti facendo sì che MySQL eviti di utilizzare un indice.
Non sono completamente sicuro del comportamento qui, ma ho avuto questo problema con Postgres qualche anno fa...
