Як дієти можуть зробити дедалі жирнішими: моделювання перебору ваги до ожиріння з точки зору авторегуляції складу тіла

Предмети

Анотація

Передумови

Паралельно зростаючій поширеності надлишкової ваги та ожиріння у всьому світі, поширеність дієт також зростає, і нинішні підрахунки вказують, що 40% дорослих намагалися схуднути в якийсь момент протягом останніх 5 років [1]. З дослідженнями довгострокових результатів, які показують, що принаймні одна третина тих, хто дотримується дієти, відновлює більше ваги, ніж втрачала [2], разом з перспективними дослідженнями, які вказують, що дієти - як у дорослих [3,4,5,6,7,8], 9,10,11], підлітки [12,13,14,15,16] або діти [17,18,19] - прогнозують прибавку у вазі та ожиріння в майбутньому; існує занепокоєння щодо того, чи може дієта, парадоксально, сприяти саме протилежне досягнутому [20,21,22].

Дійсно, уявлення про те, що дієта для схуднення є протипродуктивним для управління вагою, оскільки люди можуть відновити більше жиру, ніж втрачають за кожен цикл схуднення/відновлення, було втілено в назві книги, опублікованої в 1983 році:Дієта товстіє’[23]. Це поняття залишається суперечливим і є предметом частих дебатів серед вчених [24,25,26,27,28,29,30,31], незважаючи на висновок Національної робочої групи США з питань запобігання та лікування ожиріння [32], що цитата: 'наявні докази недостатньо переконливі, щоб перекрити потенційні переваги помірної втрати ваги у пацієнтів із істотним ожирінням'.

На цьому тлі ми описуємо тут розробку та застосування математичної моделі для прогнозування кількості перевищення жиру за допомогою кількох вагових циклів на шляхах від худості до вгодованості - хоча і з позицій авторегуляції складу тіла.

Розробка моделі

Основні поняття

Для вивчення регулювання маси тіла та складу тіла було розроблено кілька математичних моделей, в яких початковий склад тіла є простою функцією, що визначає частку енергетичного дисбалансу, розподіленого до відкладення або мобілізації білка в організмі проти жиру [37,38,39, 40,41,42]. Однак представлена тут модель спирається на уявлення про те, що початковий склад тіла також може бути фактором механізмів, за допомогою яких циклічна вага може схилити людей до підвищеної вгодованості. Основні концепції, що лежать в основі цього моделювання циклу ваги від худості до вгодованості, ґрунтуються на кількох висновках нашого попереднього повторного аналізу даних Міннесотського експерименту щодо змін у складі тіла, споживанні енергії та швидкості основного метаболізму у 32 чоловіків, які завершили 24 тижнів напівголоду та 12 тижнів контрольованого годування, а також у 12 суб'єктів, які також завершили наступні 8 тижнів годування ad libitum доступ до їжі. Вони зведені нижче:

Під час схуднення у відповідь на напівголодне головлення характеристика нежирного розбиття особини (Pss) диктує відносну частку енергії тіла, отриманої з нежирної маси (FFM), і що ця характеристика, яка зберігається під час годування, є функція початкового жиру в тілі% [43, 44]. Це узгоджується з теоретичним рівнянням, розробленим раніше Форбсом [41], яке кількісно визначило нелінійну залежність між часткою знежирених порцій помірних змін ваги у залежності від початкового жиру в організмі, і згодом розширене Холлом [42] для врахування для величини маси тіла змінюється.

Адаптивне придушення термогенезу, яке діє для збереження енергії під час схуднення, зберігається як функція виснаження жиру під час відновлення ваги і служить для конкретного прискорення відновлення жирової маси, але не ФФМ [43, 45].

Гіперфагія під час дозрівального годування зумовлена не лише ступенем виснаження жиру, але й ступенем виснаження ЖЖЖ [46].

Робота цих вищезазначених систем контролю під час годування полягає в тому, що відновлення жиру в організмі досягає завершення (до початкового рівня перед голодуванням) до повного відновлення ЖЖ, а гіперфагія (яка частково зумовлена виснаженням ЖЖ) зберігається до повного відновлення ЖЖ. з одночасним накопиченням надлишкового жиру і, отже, перевищення жиру [46]. Іншими словами, через тимчасову десинхронізацію при повному відновленні жиру та ШЖМ, перевищення жиру є необхідною умовою, що дозволяє завершити відновлення ЖЖ, обумовлене гіперфагією - процес, який називають побічним відгодівлею [47, 48] . У свою чергу, можна припустити, що тимчасова десинхронізація між завершенням відновлення жиру та FFM полягає у відмінностях між нежирними перегородками під час схуднення та під час відновлення ваги.

Математичне моделювання перевищення жиру

На основі вищезазначених основних концепцій, отриманих в результаті повторного аналізу даних Міннесотського експерименту, ми починаємо моделювання перевищення жиру, зображуючи на рис. 1 моделювання змін маси тіла та складу тіла суб'єкта нормального тіла вага, який проходить дві послідовні фази вагового циклу. На першій фазі (час 0–1) суб’єкт втрачає вагу через напівголодування (СС), а на другій фазі (час 1–2) суб’єкт набирає вагу шляхом повторного годування (РЧ) до повного відновлення ФФМ, а саме до \ (FFM_2 = FFM_0 \). Слід зазначити, що (i) передбачається, що в момент часу 0, 1 та 2 відомі жирові відкладення (FAT) та нежирна маса (FFM), і (ii) рядки на рис. 1 лише додані "спрямовувати очі", і не робиться припущення, що втрата або збільшення ваги лінійна за часом. Тоді маса тіла суб'єкта в часі визначається як: \ (W _ >> = FAT _ >> + FFM _ >> \), з часом = 0, 1 або 2.

Динаміка відновлення композиції тіла зображена із десинхронізацією вилучень FAT та FFM, що призводить до перевитрати жиру (верхня панель) або синхронізовано, щоб одночасно досягти 100% відновлень без перевищення жиру (нижня панель). Усі значення виражаються як різниця від відповідних значень протягом контрольного періоду (час 0). Точніше, значення визначаються як \ (FAT _ >> - FAT_0 \) для FAT (червоне коло, пунктирна лінія), \ (FFM _ >> - FFM_0 \) для FFM (синій трикутник, пунктирна лінія) та \ (W_> > - W_0 \) для W (чорний квадрат, суцільна лінія).

Як показано на рис. 1, суб'єкт має початкову вагу \ (W_0 = FAT_0 + FFM_0 \), де ТУР0 і FFM0 - це початковий вміст FAT та FFM відповідно. Проміжок часу від 0 до 1, суб'єкт втрачає вагу ΔWSS> 0 під час напівголоду, і досягає в час 1 при вазі, що дається як:

де ТУР1 і FFM1 - це його вміст FAT та FFM у момент часу 1, відповідно.

Втрата ваги може бути записана як \ (\ Delta W _ >> = \ Delta FAT _ >> + \ Delta FFM _ >> \), де ΔТУРSS та ΔFFMСС - це FAT та FFM відповідно, які втрачаються в процесі напівголоду. Ці величини можуть бути обчислені як \ (\ Delta FAT _ >> = FAT_0 - FAT_1 \) та \ (\ Delta FFM _ >> = FFM_0 - FFM_1 \). Крім того, коефіцієнт розподілу нежирного жиру \ (P _ >> ^> \) під час фази напівголоду визначається як частка втрати ваги як FFM, тобто \ (\ Delta FFM _ >> = P _ >> ^> \ cdot \ Delta W _ >> \). Таким чином, \ (P _ >> ^> \) можна записати як:

Під час фази повторного годування (час 1–2), представленої на рис. 1, суб’єкт проходить процес відновлення ваги до тих пір, поки його FFM повністю не відновиться, тобто до \ (FFM_2 = FFM_0 \). Вага, відновлена під час годування, може бути записана як ΔWRF> 0, такий що \ (W_2 = W_1 + \ Delta W _ >> \). Як і на фазі напівголоду, можна писати \ (\ Delta W _ >> = \ Delta FAT _ >> + \ Delta FFM _ >> \), де \ (\ Delta FAT _ >> = FAT_2 - FAT_1 \) та \ (\ Delta FFM _ >> = FFM_2 - FFM_1 \) та введіть коефіцієнт розподілу нежирного жиру \ (P _ >> ^> \) як частку ваги, відновленої як FFM, тобто \ (\ Delta FFM _ >> = P_> > ^> \ cdot \ Delta W _ >> \). Таким чином, \ (P _ >> ^> \) можна записати як:

Використовуючи наведені вище рівняння, ΔWRF можна записати так: