Ideje helyesen megjósolni a fogyás mértékét a fogyókúrával

Diana M. Thomas

Matematika professzor és igazgató, a Kvantitatív Elhízás Kutatóközpontja, Montclair Állami Egyetem, Montclair, NJ.

M. Cristina Gonzalez

Adjunktus az egészség és magatartás posztgraduális programjában, Pelotasi Katolikus Egyetem, Pelotas, RS, Brazília.

Andrea Z. Pereira

az UNIFESP Endokrinológiai Osztályának táplálkozási, elhízási és bariatrikus sebészeti területének koordinátora és táplálkozástámogató orvos a HIAE Onkológiai Osztályán, São Paulo, Brazília.

Leanne M. Redman

a reproduktív endokrinológiai és nőegészségügyi laboratórium tagja, Pennington Biomedical Research Center, Baton Rouge, LA.

Steven B. Heymsfield

Professzor és George A. Bray Jr. táplálkozási tanszék a Pennington Biomedical Research Center-ben, Baton Rouge, LA. Az American Dietetic Association tiszteletbeli tagja.

Wishnofsky szabályának kidolgozása

Max Wishnofsky egy 1958-as jelentésben megkérdezte: "Mi az a kilogramm testsúly-egyenérték, amelyet egy kiló testtömeg szerzett vagy fogyott?" 1 A meglévő szakirodalom átgondolt elemzése után Wishnofsky arra a következtetésre jutott, hogy "az elveszett vagy a testtömeg egy fontjának kalóriatartalma 3500 lesz". Ötven évvel később, a tudományos szakirodalomban és a laikus sajtóban megjelent több ezer idézettel Hill és munkatársai megismételték a modern könyvben a gyakran használt "kb. 3500 kcal energiahiányra van szükség 1 kg testtömeg leadásához" nyilatkozatot. Táplálkozás az egészségügyben és a betegségekben. A 2 Hill nincs egyedül, ugyanaz az alapszabály érvényesült újabban a Mayo Clinic 3, a Livestrong 4 és számtalan más weboldalon. De a Wishnofsky-féle szabály nem pontos, ezért sok tanácsos beteg elgondolkodik azon, hogy az előírt súlycsökkenés miért sokkal alacsonyabb a vártnál, még akkor is, ha szigorúan betartják dietetikusuk ajánlásait.

Csak ritkán hivatkoznak megfelelően a Wishnofsky 1 tényleges jelentésére, és az eredeti koncepció gyakran mutálódik (például a "súly" helyett a "zsír" nyereség vagy veszteség lép fel), mivel az vírusszerűen terjed az interneten. Mi pontosan pontatlan, sőt tudományosan helytelen ezzel a fél évszázados dictummal?

A Wishnofsky-szabály alkalmazása az energiabevitel (EI, kcal/d) csökkentéséből vagy a testmozgásból származó energiatermelés növeléséből (EO, kcal/d) eredő súlycsökkenés fontjában történő megjóslására egyszerű: megszorozza az energiaraktárak (ES, kcal/d) a diéta időtartama szerint (napokban), és osszuk el 3500 kcal/lb-vel. Számos alapvető feltételezés képezi Wishnofsky szabályának alapját: hogy az alany állandó előírt EI-t tart fenn; hogy a súlycsökkenést nem befolyásolják az EO változásai; hogy alacsony kalóriatartalmú, kiegyensúlyozott étrend mellett a testtömeg-csökkenés elsősorban a zsírszövet zsírjából származik; és a fogyás energiatartalma állandó 3500 kcal/lb vagy 7700 kcal/kg. Milyen feltételek mellett állnak fenn ezek a feltételezések? Most kritikusan megvizsgáljuk ezt a kérdést azon az úton, hogy felfedezzük, miért adják Wishnofsky szabályának modern alkalmazásai a fogyás kinetikájának hiányos leírását.

Miért pontatlan Wishnofsky szabálya

Ahhoz, hogy megértsük, miért van elavult és pontatlan a Wishnofsky-féle szabály alkalmazása (3500 kcal hiány → 1 lb súlycsökkenés vagy 7700 kcal → 1 kg súlycsökkenés), először meg kell vizsgálnunk, mit tudunk ma az alacsony energia kalóriatartalmú fogyókúrás energiaegyensúlyról és fogyásról. Amikor a testsúly egyensúlyban lévő alany csökkenti az energiabevitelt anélkül, hogy megváltoztatná az önkéntes energiafelhasználást (például a fizikai aktivitás növelésével vagy csökkentésével), negatív energiaegyensúly-periódus következik, amely az energiatárolókra támaszkodik. Feltéve, hogy az alany alacsony kalóriatartalmú, makrotápanyagokkal kiegyensúlyozott étrendet fogyaszt, a fogyás két külön fázisban megy végbe; gyors fogyási szakasz az első napokban vagy hetekben, majd egy lassabb, legfeljebb két évig tartó fogyás szakasza 7,8 .

Elvesztett súly ≠ 3500 kcal/lb, és az energiatermelés nem állandó

Bár az alacsony kalóriatartalmú diétával történő metabolikus adaptációk időzítése a súlycsökkenés korai szakaszában nem teljesen egyértelmű, idővel hormonális és idegi szabályozó mechanizmusok alakulnak ki, amelyek a nyugalmi energiafelhasználás, a fehérjeforgalom és más anyagcsere folyamatok csökkenését váltják ki 10, 11. A csökkent energiafogyasztás az etetés termikus hatásainak csökkenéséhez és talán a testmozgás nélküli aktivitás termogenezisének szintjéhez is vezet 10. Összességében véve a rendelkezésre álló glikogénkészlet kimerülése és az anyagcsere-adaptációk csökkentik a fehérje katabolizmus és az energiafogyasztás mértékét, a növekvő zsíroxidációs szintre való áttéréssel 7. Ezeknek a folyamatoknak az együttes hatása lelassítja a fogyás ütemét és a második lassabb súlycsökkenési szakaszba vezet.

A második súlycsökkenési szakasz hónapokig vagy évekig tart, bár nagyon kevés felügyelt tanulmány haladja meg a hat hónapot egy éven túl, amelyek felhasználhatók az elméletileg levezetett energiaegyensúly-kapcsolatok kritikus értékelésére 7. Mivel a glikogén nagyrészt kimerült, az oxidált szénhidrát főleg az étrendből és a fehérjében található glükogén aminosavakból származik. A nitrogén (azaz a fehérje) egyensúlya megközelíti a nullát, az egyensúlyi állapot szintje az energia és a fehérje bevitelétől függ 12. A zsírszövet trigliceridek képezik a fő energiaforrást ebben az időszakban, a testsúlycsökkenés mértéke lényegesen csökken a korai étrendhez képest. 24. hétre a CALERIE I vizsgálat résztvevői által mért súlyváltozás mért energiatartalma az átlagos 4 hetes értékről (4858 ± 388 kcal/kg) 6569 ± 272 kcal/kg (2986 kcal/lb) 8,9-re nőtt .

A fogyókúra korai szakaszához hasonlóan a súlycsökkenés későbbi szakaszában a súlyváltozás összetétele (és energiatartalma) a tantárgyi alapjellemzők, az előírt energiahiány mértéke és a fogyókúra időtartama szerint alakul 12,13. A fogyás ezen szakaszának fontos jellemzője az energiatermelés lelassulása 10. Amint azt korábban megjegyeztük, a nyugalmi energiafelhasználás, az etetés termikus hatása, a testmozgás nélküli termogenezis és még az aktivitás termogenezise is csökkenhet vagy csökkenhet az alapszinthez képest. Ezenkívül a csökkenő testtömeg csökkent metabolikusan aktív szövetmennyiséggel és alacsonyabb energiaköltséggel jár. Az alany most észreveszi a súlycsökkenés fokozatos lassulását, amely valamikor szinte észrevehetetlen, és végül a fogyás megszűnik, amikor az energiaegyensúly új, alacsonyabb szinten áll helyre.

A fogyás előrejelzésének modern megközelítései

Wishnofsky véleménye a súlyváltozás dinamikájáról az akkori alapvető anyagcsere-folyamatok korlátozott megértésén alapult, egyszerű megfogalmazását pedig elhízott nők kis mintáiban végzett rövid távú fogyókúra-tanulmányokból nyert benyomásokkal 6 .

Ma az alacsony kalóriatartalmú étrend vagy a túlfogyasztás súlyváltozásának kinetikáját tekintjük az energia-anyagcsere és a termodinamika tágabb összefüggésében. Az egyszerű termodinamikai modellek három fő alkotóeleme: EI, EO és ES. Wishnofsky középpontjában az ES (azaz az EI - EO) és a testtömeg változásának összefüggése állt, ES/ΔWeight = 3500 kcal/lb a zsírszövet Bozenrad kémiai elemzése alapján 5. Vegyünk egy példát az internetről, hogy lássuk, miként alkalmazzák Wishnofsky szabályát és miért pontatlanok:

„Ahhoz, hogy képet kapjon arról, mennyit fogyhat le, ne feledje, hogy egy font leadásához 3500 kalóriával kell csökkentenie a kalóriabevitelt. Tehát, ha lecseréli a szódát vízzel, és ezeket a kalóriákat nem helyettesíti más étrendben, akkor potenciális fogyása jelentős lehet. ” "Cserélje ki minden nap 12 uncia kokszos dobozját vízzel, és évente 51 100 kalóriát spórol meg, vagyis kb. 15 fontot 14."

Egy 12 uncia doboz koksz 140 kcal, tehát 365 nap (1 év) elteltével anélkül, hogy ez a szódabikarbóna ES -51,100 kcal lenne (-140 kcal/d × 365 d), és ez az érték elosztva 3500 kcal/lb-vel egyenlő nak nek

15 font a legközelebbi egész számra kerekítve. Kezdjük kritikai elemzésünket azzal a feltevéssel, hogy az alany EI-je 140 kcal/d-kal csökken, mivel minden nap egy doboz cukorral édesített szódát csökkent. Ilyen körülmények között az EI állandó (azaz az alap kiindulási érték mínusz 140 kcal/d), de az EO és az ES/ΔSúly nem állandó, amint azt Wishnofsky feltételezi, mindkettő változik az idő múlásával. Először is, az EO csökken a negatív energiamérleg során a korábban említett okok miatt: az anyagcsere-adaptációk jelenléte, az ételek csökkent termikus hatása és a testmozgással nem járó aktivitás termogenezise, a fizikai aktivitás lehetséges csökkenése; és a testhő elvesztése termeli a sovány szöveteket. Amikor az EO csökkenése a kiindulási ponttól pontosan 140 kcal/napot ér el, az alany súlycsökkenése egy új, csökkentett súlynál megnő. A stabil súlyszint elérése gyakran hónapokat vagy akár éveket is igénybe vesz 10 .

Hasonlóképpen, a súlyváltozás energiatartalma (ES/ΔW) nem állandó 3500 kcal/lb-n, de az idő múlásával változik. Az értékek lényegesen kevesebbek, mint 3500 kcal/lb a korai gyors fogyás fázisában, és a 3500 kcal/lb vagy 7700 kcal/g értéket közelítik meg a második lassabb súlycsökkenési fázisban 8. A zsír- és a sovány szövetek egyaránt elvesznek, és kiszámítható módon teszik ezt meg, mivel a test új súlycsökkenési platóvá alakul át 13,15 .

Antonetti úttörő munkája óta mások fejlettebb dinamikus súlycsökkenési előrejelző modellekkel követték. Két, termodinamikai elveken alapuló, széles körben alkalmazott modell könnyen hozzáférhető a dietetikus közösség számára. Mindkét modellt a termodinamika első törvénye köré fejlesztették ki, amely gyakorlati szempontból kimondja, hogy a test energiatárolóinak változásának sebessége megegyezik az energiafogyasztás és a kibocsátás sebességének különbségével (azaz ES = EI - EO). Az energiaegyensúly, a stabil energiatárolók és az állandó testtömeg az idő múlásával érhető el, amikor az élelmiszerként elfogyasztott energia kiegyensúlyozza a hő, a bőr, a vizelet és a széklet energiaveszteségét.

A rendelkezésre álló dinamikus súlycsökkenési előrejelzési modellek e termodinamikai fogalmak köré formálódnak, és klasszikus matematikai eszközök segítségével kerülnek kidolgozásra, amelyek tartalmazzák a számítást. Ezen modellek alapjainak megértése érdekében visszatérhetünk korábbi webes példánkra, és megvizsgálhatjuk azokat a fiziológiai eseményeket, amelyek akkor következnek be, amikor az ember lecsökkenti a napi folyadékfogyasztást azáltal, hogy egy doboz szódát egyenértékű vízzel vált át. Az energiafogyasztás 140 kcal/d-vel történő csökkentésével az ember azonnali negatív energiamérlegbe kerül. A súly hipotetikusan csökken az első nap során, és ennek a súlyváltozásnak alacsony az energiasűrűsége, mivel arányosan nagy mennyiségű glikogént, fehérjét és vizet katabolizálnak a kalóriahiány pótlására. A súlyváltozás energiasűrűsége az idő múlásával fokozatosan növekszik a rendelkezésre álló glikogénkészletek kimerülésével, és ahogy a fehérje- és az energia-anyagcsere adaptációi aktiválódnak a súlycsökkenés későbbi fázisa felé. A modellezők dinamikus egyenleteiket e folyamatok megértésével, az egyéni kiindulási testösszetétel, nem, életkor és magasság hatásával építik, és nem támaszkodnak a feltételezett stabil energiasűrűség 3500 kcal/lb (7700 kcal/kg) értékre.

Nyilvánvaló, hogy a rendelkezésre álló modellek sokkal összetettebbek, mint a Wishnofsky 1 által kidolgozott egyszerű megfogalmazás. A Thomas 10,18 és a Hall 19,20 modellek mind azt feltételezik, hogy a testtömeg zsír és zsírmentes tömegre van osztva, és összekapcsolják e két rekesz tömegében bekövetkezett változásokat az energiatárolók megfelelő változásával. Az energiafogyasztás modelljeit a két modell között némi különbséggel dolgozzuk ki, figyelembe véve a nyugalmi energiafelhasználás, az önkéntes fizikai aktivitás, a spontán fizikai aktivitás, az etetés termikus hatásának változását, valamint a zsír- és fehérjeszintézissel járó biokémiai hatékonyságot. A Thomas és Hall-modell kifejezések levezetése a legújabb, 20,21. Mindkét modellt referenciával validálták a 18–21. Kísérleti adatokkal, és a felhasználók a tömegváltozás becsléseit szabadon elérhető és lefordítható webalapú alkalmazások segítségével szimulálhatják. .

Becsült tényleges tömeg 12 héten Thomas és Wishnofsky modelljei (felső panelek) között a CALERIE I vizsgálat résztvevői között, 8,9. Az egyes felső panelek egyszerű lineáris regressziós eredményeket (folytonos vonal és egyenlet) tartalmaznak; a szaggatott vonal az azonosítási vonalat jelenti. A Bland-Altman-ábrákat az alsó ábra paneleken mutatják be a folytonos vízszintes vonallal, amely az elfogultságot jelzi (az előre jelzett súly átlagos eltérése a tényleges súlytól). A szaggatott vízszintes vonalak a 95% -os megbízhatósági intervallumokat képviselik.

Becsült tényleges tömeg 24 héten Thomas és Wishnofsky modelljei (felső panelek) között a CALERIE I tanulmány résztvevői között, 8,9. Egyszerű lineáris regressziós eredmények (folytonos vonal és egyenlet) szerepelnek az egyes felső panelekben; a szaggatott vonal az azonosítási vonalat jelenti. A Bland-Altman-ábrákat az alsó ábra paneleken mutatjuk be, a folytonos vízszintes vonallal, amely a megjósolt súly tényleges súlytól való átlagos eltérését ábrázolja. A szaggatott vízszintes vonalak a 95% -os megbízhatósági intervallumokat képviselik.

Wishnofsky modellje 15 kg súlycsökkenést jósolt egy év alatt a kalóriát tartalmazó szóda vízpótlásának korábbi webes példájánál (3. ábra). Ezzel szemben az ebben a példában szereplő dinamikus egyenletek 5,7 font súlycsökkenést jósolnak a Thomas 10,24-es modelltől, 8,2 fontot a Hall-modell 19,20-tól, és 8,4 fontot fogynak az Antonetti 16-os modelltől egy reprezentatív túlsúlyos (30 éves) nő esetében. év, magasság 1,68 m [5'6 "], súly 76 kg [167,2 lb] és BMI 27 kg/m 2).

Thomas 10, Hall 19,20, Antonetti 16 és Wishnofsky 1 modellek által jósolt testtömeg-változás (fontban kifejezve) túlsúlyos nőnél (30 éves, magasság 168 cm, súly 76 kg, BMI 27 kg/m 2) napi egy szódával (140 kcal) csökkenti a bevitelét. A Thomas-modell bevitelének csökkentése során mutatott eltérést a CALERIE-tanulmányhoz kiszámított Bland Altman-konfidencia-intervallumok fejezik ki, az 1. és a 2. ábra szerint 9, 24 .

Amint azt a CALERIE és a szóda példák mutatják, Wishnofsky modelljének fogalmi és matematikai hibái egyre hangsúlyosabbá válnak a súlyváltozás időbeli nagyobb extrapolálásával.

Következtetések

Elvihetők-e a fizikában és kémia területén alkalmazott matematikával kapcsolatos termodinamika törvényei egy olyan betegtanácsadói foglalkozásra, amely magában foglalja a fogyókúra elvárásainak biztosítását a diétával? Egyrészt megvan a Wishnofsky-féle szabály, amelyet egyszerűen lehet alkalmazni, de amelynek nincs korabeli tudományos alapja, és rövid távon is nagy hibához vezet a fogyás előrejelzésében. Másrészt komplex validált dinamikus súlycsökkenési egyenleteink vannak, amelyeknek erős tudományos alapjaik vannak, és amelyeknek pontosabb és reálisabb súlycsökkenési prediktív értéke van. Az intuitív előrelépés az, hogy ezeket a dinamikus előrejelzési modelleket számtalan táplálkozási webhelyen, mobiltelefonos alkalmazásban és hordozható számítógépes eszközökben alkalmazzuk, amelyek ma már általánosan elérhetővé válnak.

Ahelyett, hogy ezeket az újabb dinamikus súlycsökkenési előrejelzési modelleket véglegesen népszerűsítenénk, csak a komplex felépítési és validálási folyamatot kezdtük meg. A termodinamikailag megalapozott modellek energia- és anyagcsere-adatokra támaszkodnak, amelyek mérési hibát tartalmaznak, és ez a hiba modelltagokká terjed. Ezenkívül mindig van olyan mértékű egyéni biológiai variáció, amelyet nem lehet megragadni egy olyan modellel, amelyet részben a népesség átlagaiból építenek fel. Sokkal több kutatásra van szükség a modellkifejezések javításához, pontosabb empirikusan levezetett együtthatók rendelkezésre bocsátásához, ideértve a testmozgás dózisfüggő hatását vagy a testsúly változásának hatását betegség jelenlétében, valamint a klinikai alkalmazásokhoz tervezett szoftvereken keresztül történő hatékony szállítást. Ennek a megközelítésnek az előmozdítása megerősíti a modern dietetika és az alapvető táplálkozási és fizikai tudományok közötti kapcsolatokat.

Köszönetnyilvánítás

FINANSZÍROZÁS/TÁMOGATÁS:

Az egyik szerzőt a Herman és Margret Sokol Gyógyszerészeti Élettudományi Ösztöndíj, az NIH R15 DK090739 támogatása, egy másik pedig az NIH az R00HD060762 és az U01> DK094418 támogatása.

Rövidítések

Lábjegyzetek

Kiadói nyilatkozat: Ez egy szerkesztetlen kézirat PDF-fájlja, amelyet kiadásra elfogadtak. Ügyfeleink számára nyújtott szolgáltatásként a kéziratnak ezt a korai változatát biztosítjuk. A kézirat átmásolásán, szedésén és a kapott bizonyíték felülvizsgálatán átesik, mielőtt a végső hivatkozható formában közzétennék. Felhívjuk figyelmét, hogy a gyártási folyamat során olyan hibákat fedezhetnek fel, amelyek befolyásolhatják a tartalmat, és a naplóra vonatkozó minden jogi felelősségvállalás vonatkozik.

POTENCIÁLIS ÉRDEKLŐDÉS: Az egyik szerző Jenny Craig tanácsadója. A nyomozók egyike sem számolt be összeférhetetlenségről e tanulmány kapcsán.

Közreműködői információk

Diana M. Thomas, a matematika professzora és a Kvantitatív Elhízás Kutatóközpontjának igazgatója, Montclair Állami Egyetem, Montclair, NJ.

M. Cristina Gonzalez, az egészségügyi és magatartási posztgraduális program adjunktusa, Pelotasi Katolikus Egyetem, Pelotas, RS, Brazília.

Andrea Z. Pereira, az UNIFESP Endokrinológiai Osztályának táplálkozási, elhízási és bariatrikus sebészeti területének koordinátora és táplálkozástámogató orvos az Onkológiai Osztályon, HIAE, São Paulo, Brazília.

Leanne M. Redman, a reproduktív endokrinológiai és női egészségügyi laboratórium tagja, Pennington Biomedical Research Center, Baton Rouge, LA.

Steven B. Heymsfield, professzor és George A. Bray Jr. táplálkozási elnöke a Pennington Biomedical Research Center-ben, Baton Rouge, LA. Az American Dietetic Association tiszteletbeli tagja.