Abstract

INTRODUCERE

Milioane de oameni urmăresc programe de televiziune de realitate care descriu o pierdere dramatică în greutate. Cel mai popular este „Cel mai mare ratat”, care a început în 2004 în S.U.A. și de atunci a fost reprodus în întreaga lume, reflectând creșterea pandemiei globale de obezitate (1). Spectacolul înfățișează o mulțime de oameni obezi angajați în exerciții fizice intense și care pierd rapid o cantitate mare de greutate. În timp ce accentul emisiunii de televiziune este componenta de exercițiu a programului de slăbire, contribuția relativă a restricției de dietă este neclară. Aici calculez contribuțiile dietei și exercițiilor fizice la pierderea în greutate observată folosind un model de calcul validat al metabolismului uman (2) pentru a simula compoziția corpului și datele privind cheltuielile de energie măsurate în timpul competiției (3).

METODE ȘI PROCEDURI

Metodele și procedurile utilizate pentru colectarea datelor experimentale au fost descrise anterior (3). Pe scurt, 16 participanți obezi au fost găzduiți într-o fermă din apropiere de Los Angeles, CA, unde 6 zile pe săptămână au participat la 90 de minute pe zi de pregătire directă și/sau antrenament aerobic în circuit vigor și au fost încurajați să exercite până la 3 ore d pe cont propriu. Participanții au rămas la fermă până când au fost „eliminați” la fiecare 6-11 zile. În săptămâna 13, cei 4 participanți rămași la fermă s-au întors acasă. În săptămâna 30, toți participanții s-au întors la Los Angeles pentru testare. Rata metabolică de repaus (RMR), masa de grăsime (FM) și cheltuielile totale de energie (TEE) au fost măsurate la momentul inițial, săptămâna 6 și săptămâna 30 la 11 participanți care au făcut obiectul analizei actuale.

Am folosit un model de calcul validat al metabolismului uman (2) pentru a simula dieta și programul de exerciții fizice necesare pentru a se potrivi cu modificarea greutății corporale medii (BW) și cu datele TEE. Modelul de calcul urmărește cantitativ metabolismul macronutrienților din dietă și simulează modul în care modificările dietei și exercițiile fizice au ca rezultat adaptări ale cheltuielilor de energie ale întregului corp, selectarea combustibilului metabolic și modificări ale fluxurilor majore ale întregului corp care contribuie la echilibrul macronutrienților și la schimbarea compoziției corpului. Modelul simulează atât costul energetic al exercițiului, cât și efectul acestuia asupra mobilizării și utilizării combustibilului. Pentru a simula intervenția celor mai mari pierzători, am specificat că parametrul model care definește aportul mediu de energie a fost o constantă pentru perioada de timp de la fermă, urmată de o altă fază de aport constant de energie după ce participanții au plecat acasă. Parametrul model care reprezintă exercițiul a fost ales pentru a crește la începerea programului și a crește liniar în timp ce în fermă pentru a reprezenta un efect de antrenament. La întoarcerea acasă, parametrul exercițiului a fost presupus a fi constant. Nici un alt parametru de model nu a fost ajustat pentru a se potrivi cu datele.

Valorile celor patru parametri ai modelului care definesc aportul mediu de energie și exercițiile fizice în perioadele de la fermă și acasă au fost singurii parametri ai modelului ajustați pentru a se potrivi cu datele BW și TEE. Cele mai bune valori ale parametrilor de potrivire au fost determinate folosind un algoritm descendent simplex (4) implementat în software-ul Berkeley Madonna (versiunea 8.3; http://www.berkeleymadonna.com) pentru a minimiza pătratele însumate ale reziduurilor ponderate dintre ieșirile de simulare. și datele BW și TEE. Rețineți că măsurătorile RMR și FM nu au fost utilizate în procesul de montare a modelului și compararea predicțiilor modelului cu aceste măsurători oferă un test al modelului. Exercițiul energic a fost definit ca un echivalent metabolic de 6 kcal/kg/h. Consumul mediu de energie calculat și orele de exerciții energice sunt raportate la două cifre semnificative. Pentru a testa sensibilitatea modelului la parametrii calculați, am efectuat 1000 de rulări ale modelului, de fiecare dată eșantionând în mod aleatoriu cele patru valori ale parametrilor din distribuțiile normale centrate pe valorile cele mai potrivite ale parametrilor cu abateri standard de 20%.

REZULTATE

Vârsta participanților, indicele de masă corporală, greutatea și procentul de grăsime corporală la momentul inițial au fost de 33 ± 11 ani, 48,7 ± 10,1 kg/m 2, 144,9 ± 39,4 kg și 49 ± 6% (medie ± SD), respectiv. Figura 1A ilustrează pierderile BW și FM, iar Figura 1B prezintă componentele echilibrului energetic. În timp ce concurenții se aflau la fermă, rata medie a pierderii în greutate a fost de 0,4 ± 0,1 kg/zi, care a scăzut la 0,19 ± 0,1 kg/zi după întoarcerea acasă. Pierderea totală în greutate a fost de 58,2 ± 26 kg, cu 81,6 ± 8,4% din pierderea în greutate provenită din grăsimea corporală. Simulările pe computer s-au potrivit cu modificările observate în BW, FM, RMR și TEE.

exercițiu

A) Simulare (curbe) și măsurare (cutii, medie ± SD) modificări ale greutății corporale (BW) și ale masei grase (FM) în timpul competiției The Biggest Loser. B) Componente ale bilanțului energetic, inclusiv cheltuielile totale de energie (TEE), rata metabolică de repaus (RMR) și aportul de energie. C) Recâștigarea simulată lentă a BW și FM la revenirea la dieta inițială și stilul de viață sedentar după 7 luni. D) Întreținerea simulată a pierderii BW și FM cu o dietă susținută de 3000 kcal/zi și 20 de minute de exerciții fizice zilnice după 7 luni.

În timp ce participanții se aflau la fermă, modelul a calculat că aportul lor mediu de energie a scăzut cu 65%, consumând doar 1300 kcal/zi, în timp ce se angajează într-o medie de 3,1 ore/zi de exerciții energice. În ultimele 17 săptămâni când concurenții au fost acasă, aportul mediu de energie a crescut la 1900 kcal/zi, iar timpul petrecut în exerciții fizice a scăzut la 1,1 ore/zi. Modificarea aleatorie a acestor parametri cu 20% a reprodus eroarea standard de aproximativ 10% a pierderii medii în greutate măsurate. Astfel, valorile parametrilor calculați au incertitudini de aproximativ 20%.

Pentru a investiga contribuția relativă a exercițiului și a dietei, am simulat rezultatele oricărei intervenții singure și am constatat că numai dieta a condus la pierderea în greutate de 34 kg în săptămâna 30, 65% provenind din grăsime corporală, în timp ce exercițiul fizic singur a dus la 27 kg de greutate pierderea cu 102% din pierderea de grăsime. Astfel, s-a prezis că exercițiul fizic singur va duce la creșteri ușoare ale masei slabe și la o pierdere cu 5 kg mai mare de grăsime comparativ cu dieta singură, ceea ce a dus la o pierdere de 11,7 kg masă slabă. S-a prezis că exercițiul fizic va scădea RMR cu doar 1% față de valoarea inițială, în timp ce dieta singură a prezis că va suprima RMR cu 25%.

Extinderea duratei simulărilor pe computer cu aportul mediu final de energie de 1900 kcal/zi, împreună cu 1,1 ore/zi de exercițiu energic a condus la reduceri de grăsime corporală care pun viața în pericol (Figura 1C descrie cursul simulat de greutate lentă în timp concurenții urmau să se întoarcă la stilul lor de viață sedentar și la dieta de 3700 kcal/zi. Figura 1D simulează pierderea în greutate menținută cu 20 de minute de exerciții fizice zilnice împreună cu o dietă de 3000 kcal/zi. Dacă această intervenție modestă a fost instituită de la început, modelul a prezis că doar 17,5 kg din pierderea totală în greutate s-ar fi realizat la sfârșitul intervenției de 30 de săptămâni și aproximativ 4 ani ar fi necesari pentru a produce 95% din pierderea în greutate rămasă (neprezentată).

DISCUŢIE

Aproape jumătate dintre americani cred că emisiunile de televiziune precum „Cel mai mare ratat” vor avea un efect pozitiv asupra epidemiei de obezitate (5). Experții în obezitate, în general, nu sunt de acord, susținând că spectacolul perpetuează tendința de greutate, ridică așteptări false pentru pierderea în greutate și descrie o intervenție nerealistă pentru majoritatea oamenilor (6-8). Pentru a ajuta la abordarea acestui ultim punct, am cuantificat dieta și intervenția exercițiilor fizice folosind un model de calcul validat pentru a integra cantitativ datele experimentale.

Modelul a calculat că magnitudinea observată a pierderii rapide în greutate necesită schimbări uriașe atât în ​​dietă, cât și în exerciții fizice, care au fost deosebit de izbitoare în perioada de timp în care concurenții se aflau la fermă. Dar chiar și după ce s-au întors acasă pentru ultima fază a competiției, concurenții au menținut o cantitate impresionantă de exerciții energice zilnice și un grad substanțial de restricție calorică care, în combinație, nu ar fi durabil. Cu toate acestea, simulările modelului sugerează că menținerea pierderii în greutate ar putea fi realizată cu o schimbare de comportament susținută mai fezabilă, cuprinzând 20 de minute de activitate viguroasă zilnică, împreună cu un aport mediu de energie de 3000 kcal/zi. În timp ce modelul prezice că aceeași eventuală pierdere în greutate ar fi realizată dacă această intervenție mai modestă ar fi instituită de la început, ar necesita mulți ani pentru a realiza.

Dacă concurenții ar trebui să revină la stilul lor de viață sedentar și la dieta imediat după concurs, modelul a simulat o rată lentă de creștere în greutate. Este nevoie de mulți ani pentru a recâștiga greutatea pierdută din cauza timpului de răspuns lent la schimbările în dietă și activitate fizică (9). Astfel, măsurătorile de urmărire care demonstrează o recuperare incompletă a greutății nu înseamnă neapărat că a fost susținută o intervenție de scădere în greutate - în special după o scădere substanțială în greutate.

În timp ce simularea intervenției în regim alimentar singură a prezis că va duce la o scădere mai mare în greutate, 35% s-a datorat pierderii masei slabe. În schimb, exercițiul fizic singur a dus la pierderi mai mari de grăsime corporală și o ușoară creștere a masei slabe, în ciuda echilibrului energetic negativ substanțial. Desigur, aceste predicții ale modelului nu au putut fi coroborate cu datele experimentale din acest grup, dar sunt în general conforme cu efectele așteptate ale restricției energetice și ale antrenamentelor pentru exerciții fizice (10-13).

Datele RMR și FM măsurate s-au comparat favorabil cu simulările modelului, deși nu au fost utilizate în procesul de ajustare a parametrilor. Aceasta oferă o validare suplimentară a modelului de calcul și ilustrează faptul că modelul a captat în mod corespunzător efectele exercițiului pentru a păstra masa slabă, reprezentând în același timp cu precizie încetinirea metabolică substanțială în timpul pierderii rapide în greutate, care a fost remarcată anterior la concurenții The Biggest Loser (3).

MULȚUMIRI

Mulțumesc lui Nicholas Knuth, Darcy Johannsen, Eric Ravussin și Robert Huizenga pentru asistența lor în colectarea datelor publicate anterior utilizate în acest studiu. Această cercetare a fost susținută de Programul de cercetare intramurală al NIH, Institutul Național de Diabet și Boli Digestive și Rinichiere.

Finanțare: Această cercetare a fost susținută de Programul de cercetare intramurală al NIH, Institutul Național de Diabet și Boli Digestive și Rinichiere.

Note de subsol

DEZVĂLUIRE Autorul nu declară niciun conflict de interese.