गणितीय मॉडल: संख्याओं द्वारा मोटापा

मोटापे के अनुसंधान में अधिक से अधिक सटीक।

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“हाउ टू बी थिन” कलर लिथोग्राफ, इंग्लिश स्कूल, 20 वीं सदी

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“… जब आप माप सकते हैं कि आप क्या बोल रहे हैं, और इसे संख्याओं में व्यक्त करें, तो आप इसके बारे में कुछ जानते हैं; लेकिन जब आप इसे माप नहीं सकते … तो आपका ज्ञान एक अल्प और असंतोषजनक प्रकार का है; यह ज्ञान की शुरुआत हो सकती है, लेकिन आप विज्ञान के स्तर पर बहुत आगे बढ़ चुके हैं… ”

तो 19 वीं सदी के आयरिश गणितज्ञ और भौतिक विज्ञानी लॉर्ड केल्विन ने ऊष्मा ऊर्जा पर अपने प्रयोगों के लिए प्रसिद्ध (और जिनके लिए केल्विन पैमाने का निरपेक्ष तापमान नाम दिया था।) (व्याख्यान, 1883, लोकप्रिय व्याख्यान और संबोधन , 1889, खंड 1 में) केल्विन। शब्द विशेष रूप से मोटापे के अध्ययन के लिए प्रासंगिक हैं।

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अमेरिकन स्कूल, 20 वीं शताब्दी, क्रेडिट: कॉपीराइट ग्राफिकाएर्टिस

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अनिवार्य रूप से मोटापा “ऊर्जा संतुलन का विकार” है , जो थर्मोडायनामिक्स के पहले नियम पर आधारित है , जो तब होता है जब हम खर्च से अधिक कैलोरी का उपभोग करते हैं। लेकिन, शोधकर्ताओं केविन हॉल और जुएन गुओ ( गैस्ट्रोएंट्रोलॉजी , 2017) को समझाएं, यह केवल एक “उपयोगी ढांचा” है और कुछ लोगों को मोटापे के कारण दूसरों की तुलना में मोटापे का खतरा नहीं है। वे स्पष्ट करते हैं, “… मोटापे की रोकथाम को अक्सर ग़लती से बहीखाते के एक साधारण मामले के रूप में चित्रित किया जाता है,” अर्थात, 3500 किलो कैलोरी एक पाउंड के बराबर होती है, लेकिन वेबसाइटों और पूरे मीडिया में उद्धृत यह व्यापक दृष्टिकोण, “भोला और गलत” है क्योंकि यह करता है सेवन और व्यय के बीच जटिल और गतिशील अन्योन्याश्रित संबंध को ध्यान में नहीं रखना चाहिए। (हॉल एंड चॉ, इंटरनेशनल जर्नल ऑफ़ ओबेसिटी, 2013; थॉमस एट अल, इंटरनेशनल जर्नल ऑफ़ ओबेसिटी , 2013)

हालाँकि यह रिश्ता सालों से जाना जाता है, लेकिन यह वैज्ञानिक साहित्य में भी ज़िद पर कायम है। परीक्षा के लिए, एक दृष्टिकोण (गुथ, JAMA , 1/16, 2018) के जवाब में, हॉल एट अल ( JAMA 6/12, 2018) 3500 किलो पाउंड प्रति पाउंड के नियम के आधार पर लेखक की सादगीपूर्ण समझ के साथ, यह छोटा है कैलोरी की मात्रा घटने से समय के साथ “उत्तरोत्तर” वजन में “पर्याप्त” वृद्धि होगी। दूसरे शब्दों में, 3500 किलो कैलोरी का नियम “ओवरप्रोमीज़,” (डाइटर्स द्वारा निरंतर प्रयासों के बावजूद), और विशेष रूप से शरीर के शारीरिक अनुकूलन के कारण “धीमा स्थिर वजन घटाने” नहीं है।

और यहां तक कि हाल ही में प्रकाशित पेशेवर पत्रिका में, शोधकर्ताओं ने टाइप 2 मधुमेह के अपने अध्ययन में वजन परिवर्तन की अनुमानित गणना के लिए इस “अमान्य” नियम का उपयोग किया था। ( बीएमजे ओपन डायबिटीज रिसर्च एंड केयर, 11 सितंबर 2018 को एंड्रयू डब्ल्यू। ब्राउन और उनके सहयोगियों द्वारा टिप्पणियां देखें)

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विल्बर ओ। एटवॉटर, 20 वीं शताब्दी के आरंभिक मोटापा शोधकर्ता ने प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट के लिए ऊर्जा मूल्यों की स्थापना की

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मैक्स वॉन्नोफस्की ( अमेरिकन जर्नल ऑफ़ क्लिनिकल न्यूट्रिशन , 1958) द्वारा 1950 के दशक के उत्तरार्ध में 3500 किलो कैलोरी नियम स्थापित किया गया था। विश्नोफ़्स्की ने स्वीकार किया कि वजन में बदलाव जटिल था, एक अनियमित “उतार-चढ़ाव की श्रृंखला के साथ, बिना किसी स्पष्ट वजन परिवर्तन के लगातार अवधि”, और 3500 किलो कैलोरी नियम कई चर पर निर्भर करता था, जिसमें अवलोकन के समय की लंबाई भी शामिल थी, चाहे कोई भी हो उपवास, और शरीर का जलयोजन। हालाँकि, उनका ओवरसाइप्लाइज़ किया गया निष्कर्ष, एक छोटे से नमूने और अल्पकालिक टिप्पणियों पर आधारित था, साथ ही साथ “मूलभूत चयापचय प्रक्रियाओं की सीमित समझ” और इसकी अशुद्धि ने कई रोगियों को आश्चर्यचकित कर दिया था कि क्यों उनका निर्धारित वजन कम होने की उम्मीद कम है। “(थॉमस एट अल, जर्नल ऑफ द अमेरिकन एकेडमी ऑफ न्यूट्रीशन एंड डायटेटिक्स , 2014) फिर भी, यह 3500 kcal नियम, इसके” घातक दोषों “के साथ, सुसमाचार बन गया, जिसके परिणामस्वरूप रोगियों को दोषी ठहराया गया और संभावित रूप से कलंकित या स्वयं को दोषी ठहराया। इच्छाशक्ति और प्रेरणा की कमी। (हॉल और काहन, उत्तरी अमेरिका के मेडिकल क्लीनिक, 2018)

यह 20 वीं शताब्दी के शुरुआती शोधकर्ता विल्बर ओ। एटवॉटर थे, जिन्होंने मनुष्यों में ऊर्जा के संरक्षण के कानून की पुष्टि की और ऊर्जा मूल्यों की स्थापना की, जो आज भी उपयोग में हैं, प्रोटीन के लिए (4 कैलोरी / ग्राम); कार्बोहाइड्रेट (4 कैल / ग्राम); वसा (9 कैल / ग्राम); और शराब (7 कैल / ग्राम)। (हेम्सफील्ड एट अल, यूरोपीय जर्नल ऑफ क्लिनिकल न्यूट्रिशन , 2017) लेकिन, एलीसन और उनके सहयोगियों का कहना है, “कुछ आहार घटक कैलोरी से अधिक गलत सूचना और मिथकों से घिरे हैं,” हमारे “सटीक और व्यावहारिक तरीकों की कमी” से संबंधित हैं। कैलोरी सेवन का आकलन करने और समय के साथ हमारी कैलोरी आवश्यकताओं की स्थापना के लिए। (हेम्सफील्ड एट अल, अमेरिकन जर्नल ऑफ क्लिनिकल न्यूट्रिशन , 1995)

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फ्रांसीसी कलाकार रॉबर्ट डेलौने, द रनर, 1926, निजी संग्रह

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वर्षों से, शोधकर्ताओं ने उनके कैलोरी सेवन के साथ-साथ उनकी ऊंचाई और वजन माप और यहां तक कि उनकी शारीरिक गतिविधि के लिए विषयों की स्व-रिपोर्ट स्वीकार की है। अब जो असमान रूप से स्थापित किया गया है, वह यह है कि ये आत्म-रिपोर्टें अक्सर गलत हैं और “डेटा वैधता के प्रश्न” की ओर ले जाती हैं, धुरंधर और उनके सहयोगियों ( इंटरनेशनल जर्नल ऑफ़ मोटापा , 2015) ने स्वयं-रिपोर्ट के उपयोग के जवाब में जोर दिया है। , “… कुछ भी नहीं से बेहतर नहीं है।” इस गलत सूचना के कारणों में गलत खाद्य लेबलिंग शामिल है; भागों के गलत अनुमान; मनोवैज्ञानिक इनकार और आत्म-धोखे; दोषपूर्ण स्मृति; या खुद को और अधिक अनुकूल रूप से प्रस्तुत करना चाहते हैं। (हेम्सफील्ड एट अल, 1995)

स्व-रिपोर्टों के प्रतिस्थापन के रूप में, अब हमारे पास बेहतर माप उपकरण हैं, जैसे कि दोगुनी लेबल वाली पानी की विधि, 1980 के दशक की शुरुआत में “मुक्त-जीवित” मनुष्यों के लिए विकसित एक तकनीक जो कुछ हफ्तों में हमारी चयापचय दर और कुल दैनिक व्यय का आकलन करती है। , और दोहरी-ऊर्जा एक्स-रे अवशोषकमिति- डीएक्सए स्कैन-1970 के दशक में शरीर की संरचना को मापने के लिए विकसित की गई, लेकिन यहां तक कि ये पूरी तरह से त्रुटि से मुक्त नहीं हैं। (थॉमस एट अल, अमेरिकन जर्नल ऑफ क्लिनिकल न्यूट्रिशन , 2014; थॉमस एट अल, यूरोपियन जर्नल ऑफ क्लिनिकल न्यूट्रिशन , 2018; हेम्सफील्ड एट अल, ओबेसिटी रिव्यू, 2018) इसके अलावा, हमारे वर्तमान तरीकों का उपयोग करते हुए, स्वतंत्र जीवन स्थितियों में, हम सीमित हैं। अवलोकन अवधि- “स्नैपशॉट्स” – लगभग दो सप्ताह की। (हॉल एट अल, अमेरिकन जर्नल ऑफ क्लिनिकल न्यूट्रिशन , 2012)

Metropolitan Museum of New York, Public Domain, Robert lehman Collection, 1975

मौरिस ब्राज़ील प्रेंडरगैस्ट, अमेरिकी कलाकार, बड़े बोस्टन पब्लिक गार्डन स्केचबुक: एक साइकिल के लिए डिज़ाइन, 1895-97

स्रोत: न्यूयॉर्क का मेट्रोपॉलिटन म्यूजियम, पब्लिक डोमेन, रॉबर्ट लेहमन कलेक्शन, 1975

हाल ही में, हालांकि, शोधकर्ता अब “मान्य गणितीय मॉडल” का उपयोग कर रहे हैं, और उन्होंने उदाहरण के लिए स्थापित किया है, जो कि आहार आहार के छह महीने बाद होने वाले तथाकथित आहार पठार , जिसमें वजन कम होना बंद हो जाता है, वास्तव में बहुत अधिक है रोगियों के एक कार्य “आहार पालन का एक घातीय क्षय का सामना करना पड़ रहा है।” “इतना चुनौतीपूर्ण है कि यह अल्पकालिक अध्ययन में भी खराब है जब सभी भोजन प्रदान किया जाता है।” (फ़्रीडहॉफ़ और हॉल, 2016) शोधकर्ता, हालांकि, इस बात पर जोर देते हैं कि काफी व्यक्तिगत परिवर्तनशीलता है और जबकि वजन कम करना और रखरखाव मुश्किल है, सफल डाइटर्स की कई किस्से कहानियाँ हैं। इसके अलावा, हालांकि वजन घटाने के लिए कुछ चयापचय अनुकूलन है, और वजन कम करना जटिल कारणों से चयापचय को धीमा कर सकता है, जिसमें वजन घटाने (हॉल, मोटापा , 2018) के साथ कैलोरी खर्च में गिरावट, भूख परिवर्तन के हार्मोनल “मध्यस्थ” (हीम्सफील्ड एट अल) शामिल हैं। , मोटापा , 2017) और नुकसान को बनाए रखने के लिए काफी शारीरिक गतिविधि की आवश्यकता होती है, (हॉल, 2018) यह कई आहारकर्ताओं द्वारा वर्णित छह महीने के पठार की व्याख्या नहीं करता है। यह आहार पालन का “प्रतीत होता है कि सहज रूप से आंतरायिक नुकसान” है – यानी, “व्यवहार संबंधी थकान” (हॉल और कहन, 2018) -यह ज्यादातर जिम्मेदार है। (थॉमस एट अल, अमेरिकन जर्नल ऑफ क्लिनिकल न्यूट्रिशन , 2014)

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प्राचीन ग्रीस में एक रेस

स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स / पब्लिक डोमेन

गणितीय मॉडल प्रयोगात्मक डिजाइनों के अनुकरण में भी विशेष रूप से उपयोगी हो सकते हैं जो नैतिक या व्यावहारिक नहीं होंगे। एक और “उपन्यास अनुप्रयोग” उनका उपयोग भविष्यवाणी करने के लिए है, जो अल्पकालिक परिणामों से होता है, जो रोगियों को लंबे समय तक अपने वजन घटाने में अधिक सफल होगा, अर्थात, यह निर्धारित करने के लिए कि “उत्तरदाता” किसी विशेष हस्तक्षेप के लिए और यदि नहीं एलिसन और सहकर्मियों (डॉसन एट अल, एडवांस इन न्यूट्रिशन , 2014 के अनुसार) रणनीति में बदलाव का सुझाव देने के लिए। आगे, शोधकर्ताओं ने मोटापे के संचरण के आनुवंशिक और गैर-आनुवंशिक तरीकों के बीच जटिल बातचीत का मूल्यांकन करने के लिए एक गणितीय मॉडल का उपयोग किया है और व्यापकता दर का आकलन करने के लिए। (एजिमा एट अल, ओबेसिटी, 2018) इस मॉडल ने भविष्यवाणी की है कि 2030 तक दुर्भाग्य से मोटापा व्यापक रूप से अमेरिका की आबादी का 41% तक पहुंच जाएगा।

एलीसन और सहकर्मियों (इवानस्कु एट अल, इंटरनेशनल जर्नल ऑफ ओबेसिटी , 2016), हालांकि, उनके गणितीय मॉडल को मान्य करने के महत्व की सराहना करते हैं। उदाहरण के लिए, एक परिमित नमूने से प्राप्त एक मॉडल हमेशा समग्र आबादी पर भविष्यवाणी नहीं करेगा, जहां से नमूना लिया गया था या एक अलग आबादी से एक नए नमूने पर – एक घटना जिसे वे वैधता संकोचन कहते हैं। एक मॉडल को मान्य करने के लिए, नए डेटासेट की आवश्यकता होती है। शोधकर्ताओं ने अपने मॉडल को मान्य करने के लिए क्लाउड ब्यूहार्ड और एंसल कीज़ सहित चार अलग-अलग शास्त्रीय अध्ययनों का उपयोग करने के एक उत्कृष्ट उदाहरण के लिए, अमेरिकन जर्नल ऑफ़ क्लिनिकल न्यूट्रिशन, 2014 में थॉमस और उनके सहयोगियों को देखा।

नीचे की रेखा: वर्षों से, मोटापे के अनुसंधान को गंभीर कार्यप्रणाली की कमियों का सामना करना पड़ा है जिसने कुछ जांचकर्ताओं को बेहतर की आवश्यकता पर जोर देने के लिए नेतृत्व किया है, जरूरी नहीं कि अधिक शोध। उदाहरण के लिए, जब लोग सोचते हैं कि वे आहार का पालन कर रहे हैं, तो वे अनजाने में भी ऐसा नहीं कर सकते हैं। इसके अलावा, अनगिनत अध्ययनों ने भरोसा किया है, सटीक माप पर नहीं, बल्कि कैलोरी सेवन, कैलोरी व्यय, ऊंचाई और वजन के कुख्यात गलत रिपोर्टों पर। यहां तक कि अंगूठे का नियम जिसमें 3500 किलो कैलोरी एक पाउंड के बराबर होता है वह सरल और गलत है। इन दोषों को मापने के लिए, शोधकर्ताओं ने माप में अधिक सटीक निर्माण करने के प्रयास में गणितीय मॉडल तैयार करना शुरू कर दिया है और स्पष्ट किया है कि समय के साथ उस नुकसान को बनाए रखने के लिए लोगों के लिए वजन कम करना और विशेष रूप से इतना मुश्किल क्यों है। कोई मॉडल सही नहीं है: मॉडल में जांचकर्ता जो वैधता संकोचन कहते हैं, और यहां तक कि गणितीय मॉडल केवल उन आंकड़ों के रूप में अच्छे हैं, जिनसे वे मूल रूप से व्युत्पन्न हैं। सभी शोध एक कार्य-प्रगति है। फिर भी, ये गणितीय मॉडल गलत डेटा के वर्षों में एक बहुत बड़ा सुधार हैं, और मोटापे की जांच करने वालों को उनके शोध में शामिल करने से काफी लाभ होगा। लॉर्ड केल्विन मंजूरी देगा।

नोट: समय के साथ वजन घटाने का अनुमान लगाने के लिए एक वेब-आधारित टूल के लिए, बॉडी वेट प्लानर को देखें। (हॉल और कहन, 2018)

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