Hogyan tehet hízlalóbbá a fogyókúra: a testsúly elhízás felé történő kerékpározásának modellezése a testösszetétel automatikus szabályozása szempontjából

Tárgyak

Absztrakt

Háttér

A túlsúly és az elhízás világszerte növekvő gyakoriságával párhuzamosan a fogyókúra elterjedtsége is növekszik, és a jelenlegi becslések azt mutatják, hogy a felnőttek 40% -a megpróbált valamikor lefogyni az elmúlt 5 év során [1]. A hosszú távú eredményekről szóló tanulmányok azt mutatják, hogy a fogyókúrázók legalább egyharmada több testsúlyt nyer vissza, mint amennyit elveszített [2], valamint a prospektív tanulmányok azt mutatják, hogy a fogyókúra - akár felnőtteknél [3,4,5,6,7,8, 9,10,11], serdülők [12,13,14,15,16] vagy gyermekek [17,18,19] - megjósolja a jövőbeni súlygyarapodást és elhízást, aggodalomra ad okot, hogy a diétázás paradox módon elősegítheti-e pontosan a ellentétben azzal, amit el akarnak érni [20,21,22].

Valójában az a gondolat, hogy a fogyókúrás fogyókúra hátrányos a testsúly-szabályozás szempontjából, mivel az emberek több zsírt nyerhetnek vissza, mint amennyit a fogyás/visszanyerés minden egyes ciklusa során elveszítenek, egy 1983-ban megjelent könyv címe testesítette meg:A fogyókúra hízik’[23]. Ez az elképzelés továbbra is ellentmondásos, és a tudósok között gyakran vita tárgyát képezi [24,25,26,27,28,29,30,31], annak ellenére, hogy az elhízás megelőzésével és kezelésével foglalkozó amerikai nemzeti munkacsoport [32] megállapította, hogy idézet: 'a rendelkezésre álló bizonyítékok nem elég meggyőzőek ahhoz, hogy felülírják a mérsékelt súlycsökkenés lehetséges előnyeit jelentősen elhízott betegeknél’.

Ennek hátterében itt egy matematikai modell kifejlesztését és alkalmazását írjuk le, hogy megjósoljuk a többszörös súlyciklusokon átívelő zsírmennyiség mennyiségét a soványságtól a kövérségig vezető utakon - igaz, a testösszetétel automatikus szabályozása szempontjából.

A modell kidolgozása

Alapfogalmak

Számos matematikai modellt fejlesztettek ki a testtömeg és a testösszetétel szabályozásának tanulmányozására, amelyekben a kezdeti testösszetétel egy egyszerű funkció, amely meghatározta az energia-egyensúlyhiány frakcióját, amely a testfehérje és zsír közötti lerakódás vagy mobilizáció felé oszlik meg [37,38,39, 40,41,42]. Az itt bemutatott modell azonban azon a felfogáson nyugszik, hogy a kezdeti testösszetétel is szerepet játszhat azon mechanizmusokban, amelyek révén a súlykerékpározás hajlamosíthatja az embereket a fokozott zsírosságra. A súlykerékpározásnak a soványságtól a kövérségig történő modellezésének alapjául szolgáló alapfogalmak a Minnesota-kísérletből származó, a testösszetétel, az energiafogyasztás és az alapanyagcsere változásának változását vizsgáló 32 férfi korábbi elemzésének számos új megállapításán alapulnak. hét féligvetés és 12 hét ellenőrzött újratöltés, valamint annak a 12 alanynak, akik a következő 8 hét után ad libitum élelmiszerhez való hozzáférés. Ezeket az alábbiakban foglaljuk össze:

A félidarvadásra adott testsúlycsökkenés során az egyén saját zsírtartalmú zsírmegosztási jellemzője (Ps) meghatározza a zsírmentes tömegből (FFM) származó testenergia relatív arányát, és hogy ez a jellemző, amely az etetés során konzerválódik, a kezdeti testzsír% függvénye [43, 44]. Ez összhangban áll a Forbes által korábban kidolgozott elméleti egyenlettel [41], amely a kezdeti testzsír függvényében számszerűsítette a mérsékelt súlyváltozások zsírmentes aránya közötti nemlineáris összefüggést, amelyet később Hall [42] kiterjesztett a beszámolóra. a testtömeg változásának nagysága miatt.

A termogenezis adaptív elnyomása, amely a fogyás során energiát takarít meg, a testsúly helyreállítása során is fennáll a zsírvesztés függvényében, és kifejezetten a zsírtömeg helyreállításának felgyorsítására szolgál, de nem az FFM-re [43, 45].

Az ad libitum utántöltése során fellépő hiperfágia nemcsak a zsírvesztés mértéke, hanem az FFM kimerülés mértéke által is vezérelhető [46].

Ezeknek a fent említett ellenőrzési rendszereknek az újratöltés során az a működése, hogy a testzsír helyreállítása befejeződik (az éhezés előtti alapszintig) az FFM teljes helyreállítása előtt, és hogy a hyperphagia (amelyet részben az FFM kimerülése vezet) addig tart, amíg a teljes FFM helyre nem áll, a zsírfelesleg egyidejű felhalmozódásával és ezáltal a zsír túlhaladásával [46]. Más szavakkal, a zsír és az FFM teljes helyreállításának időbeli deszinkronizálódása miatt a zsír túllépése előfeltétel, amely lehetővé teszi a hiperfágia által vezérelt FFM helyreállításának befejezését - ezt a folyamatot biztosítéki hízlalásnak nevezik [47, 48]. . Viszont feltételezhető, hogy a zsír és az FFM helyreállítása közötti időbeli deszinkronizáció a sovány zsír-megosztás különbségében rejlik a fogyás és a súly helyreállítása során.

A zsír túllövésének matematikai modellezése

A fenti alapfogalmak alapján, amelyek a Minnesota-kísérlet adatainak újbóli elemzéséből származnak, a zsír túlhaladásának modellezését úgy kezdjük, hogy az 1. ábrán egy normál testű alany testtömegében és testösszetételében bekövetkező változások szimulációját ábrázoljuk. súly, aki a súlyciklus két egymást követő szakaszán megy keresztül. Az első szakaszban (0–1. Idő) az alany súlyvesztés (SS) révén fogy, a második fázisban (1–2. Idő) az alany az újratöltés (RF) révén visszanyeri a súlyát az FFM teljes helyreállításáig, mégpedig egészen \ (FFM_2 = FFM_0 \). Meg kell jegyezni, hogy (i) feltételezzük, hogy a 0, 1 és 2 időpontban a testzsír (FAT) és a zsírmentes tömeg (FFM) ismert, és (ii) az 1. ábra vonalai csak hozzáadódnak „irányítani a szemet”, és nem feltételezik, hogy a súlycsökkenés vagy -gyarapodás időben lineáris. Az alany testtömegét az idő múlásával a következőképpen határozzuk meg: \ (W _ >> = FAT _ >> + FFM _ >> \), idő = 0, 1 vagy 2.

A testösszetétel helyreállításának dinamikáját úgy ábrázolják, hogy a FAT és az FFM visszanyerések szinkronizálatlanok, és zsírok túlhajtását eredményezik (felső panel) vagy szinkronizálva, hogy egyszerre érje el a 100% -os regenerálódást zsír túlhaladás nélkül (alsó panel). Valamennyi értéket a megfelelő értékek különbségként fejezzük ki a kontroll időtartama alatt (0 idő). Pontosabban: az értékeket a következőképpen definiálják: F (FAT _ >> - FAT_0 \) a FAT (piros kör, szaggatott vonal), \ (FFM _ >> - FFM_0 \) az FFM (kék háromszög, szaggatott vonal) és \ (W_>) > - W_0 \) W esetén (fekete négyzet, folytonos vonal).

Amint az az 1. ábrán látható, az alany kezdeti súlya \ (W_0 = FAT_0 + FFM_0 \), ahol ZSÍR0 és FFM0 az alany kezdeti FAT-, illetve FFM-tartalma. 0 és 1 között az alany elveszíti Δ súlyátWSS> 0 féligvetés során, és az 1. időpontban éri el a következő súlyt:

hol ZSÍR1 és FFM1 az FAT és FFM tartalma az 1. időpontban.

A fogyás felírható \ (\ Delta W _ >> = \ Delta FAT _ >> + \ Delta FFM _ >> \), ahol ΔZSÍRSS és ΔFFMAz SS azok a FAT, illetve FFM, amelyek elvesznek a szemesztarvációs folyamat során. Ezeket a mennyiségeket kiszámíthatjuk \ (\ Delta FAT _ >> = FAT_0 - FAT_1 \) és \ (\ Delta FFM _ >> = FFM_0 - FFM_1 \) értékekkel. Ezenkívül a félzsírosodási szakasz alatti sovány-zsíros particionálási arányt (P _ >> ^> \) a súlycsökkenés részeként definiáljuk FFM-ként, azaz \ (\ Delta FFM _ >> = P _ >> ^> \ cdot \ Delta W _ >> \). Így \ (P _ >> ^> \) a következőképpen írható fel:

Az 1. ábrán bemutatott újratöltési szakaszban (1–2 idő) az alany súlyvisszanyerési folyamaton megy keresztül, amíg FFM-je teljesen helyre nem áll, azaz \ (FFM_2 = FFM_0 \) -ig. Az újratöltés során visszanyert súly Δ-ként írható felWRF> 0, úgy hogy \ (W_2 = W_1 + \ Delta W _ >> \). Akárcsak a félig faragási fázisban, itt is írhatunk \ (\ Delta W _ >> = \ Delta FAT _ >> + \ Delta FFM _ >> \), ahol \ (\ Delta FAT _ >> = FAT_2 - FAT_1 \) és \ (\ Delta FFM _ >> = FFM_2 - FFM_1 \), és vezesse be az újratáplált sovány zsír-partíció arányt \ (P _ >> ^> \), mint a tömeg FFM-ként visszanyert részét, vagyis \ (\ Delta FFM _ >> = P_> > ^> \ cdot \ Delta W _ >> \). Így \ (P _ >> ^> \) a következőképpen írható fel:

A fenti egyenletek felhasználásával ΔWAz RF az alábbiak szerint írható: