Modelli matematici: obesità dai numeri

Verso una maggiore precisione nella ricerca sull’obesità.

“How to Be Thin”, Litografia a colori, Scuola Inglese, XX secolo

Fonte: immagini Bridgeman, utilizzate con permesso

“… quando puoi misurare ciò di cui parli ed esprimerlo in numeri, ne sai qualcosa; ma quando non puoi misurarlo … la tua conoscenza è di un tipo scarno e insoddisfacente; potrebbe essere l’inizio della conoscenza, ma non sei appena avanzato al livello della scienza … “

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Così scrisse il matematico e fisico irlandese del XIX secolo Lord Kelvin, famoso per i suoi esperimenti sull’energia termica (e per i quali fu chiamata la scala Kelvin della temperatura assoluta). (Conferenza, 1883, in Lectures and Addresses popolari , 1889, Volume 1). le parole sono particolarmente rilevanti per lo studio dell’obesità.

Scuola americana, XX secolo, Credito: Copyright GraphicaArtis

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Essenzialmente l’obesità è un “disturbo dell’equilibrio energetico”, basato sulla prima legge della termodinamica, che si verifica quando consumiamo più calorie di quante ne consumiamo. Ma, spiegano i ricercatori Kevin Hall e Juen Guo ( Gastroenterology , 2017), questo è semplicemente un “quadro utile” e non fornisce alcuna “spiegazione causale” per il motivo per cui alcune persone sono più inclini all’obesità rispetto ad altre. Chiariscono che “… la prevenzione dell’obesità è spesso erroneamente descritta come una semplice questione di contabilità”, cioè che 3500 kcal equivalgono a una sterlina, ma questa visione diffusa, citata sui siti Web e attraverso i media, è “ingenua e scorretta” perché fa non prendere in considerazione la complessa e dinamica relazione interdipendente tra assunzione e spesa. (Hall and Chow, International Journal of Obesity, 2013; Thomas et al, International Journal of Obesity , 2013)

Sebbene questa relazione sia conosciuta da anni, persiste testardamente anche nella letteratura scientifica. Ad esempio, in risposta a un punto di vista (Guth, JAMA , 1/16, 2018), Hall et al ( JAMA 6/12, 2018) mettono in discussione la comprensione semplicistica dell’autore, basata sulla regola di 3500 kcal per libbra, quella piccola la diminuzione dell’apporto calorico porterà “progressivamente” a perdite di peso “sostanziali” nel tempo. In altre parole, la regola del 3500 kcal “esagera”, (nonostante gli sforzi sostenuti dalla dieta), e non vi è una “perdita di peso lenta e costante”, in particolare a causa degli adattamenti fisiologici del corpo.

E persino in una rivista professionale pubblicata di recente, i ricercatori hanno utilizzato questa regola “non valida” per i calcoli di cambiamento di peso previsti nello studio del diabete di tipo 2. (Vedi i commenti di Andrew W. Brown e colleghi in BMJ Open Diabetes Research and Care, 11 settembre 2018.)

Wilbur O. Atwater, ricercatore dell’obesità all’inizio del XX secolo ha stabilito valori energetici per proteine, grassi e carboidrati

Fonte: Wikimedia Commons / Public Domain

La regola del 3500 kcal era stata istituita alla fine degli anni ’50 da Max Wishnofsky ( American Journal of Clinical Nutrition , 1958). Wishnofsky ha riconosciuto che il cambio di peso era complesso, con una “serie di alti e bassi irregolari, con periodi frequenti senza cambiamenti apparenti di peso”, e la regola del 3500 kcal dipendeva da diverse variabili, incluso il tempo di osservazione, se qualcuno fosse il digiuno e l’idratazione del corpo. La sua conclusione eccessivamente semplificata, tuttavia, si basava su un piccolo campione e osservazioni a breve termine, nonché su una “comprensione limitata dei processi metabolici fondamentali” e la sua inaccuratezza ha portato “molti pazienti a chiedersi perché la loro perdita di peso prescritta sia inferiore al previsto. “(Thomas et al, Journal dell’American Academy of Nutrition and Dietetics , 2014) Tuttavia, questa regola di 3500 kcal, con i suoi” difetti fatali “, divenne vangelo, con il risultato che i pazienti sono stati incolpati e potenzialmente stigmatizzati o incolpati per una mancanza di forza di volontà e motivazione. (Hall e Kahan, Medical Clinics of North America, 2018)

Fu Wilbur O. Atwater, un ricercatore dell’inizio del XX secolo, che confermò la legge di conservazione dell’energia negli esseri umani e stabilì i valori energetici, ancora in uso oggi, per le proteine ​​(4 cal / grammo); carboidrati (4 cal / grammo); grasso (9 cal / grammo); e alcool (7 cal / grammo). (Heymsfield et al, European Journal of Clinical Nutrition , 2017) Ma, dicono Allison e i suoi colleghi, “Poche componenti dietetiche sono circondate da più disinformazione e miti rispetto alle calorie,” in parte legate alla nostra “mancanza di metodi accurati e pratici” per valutare l’apporto calorico e per stabilire il nostro fabbisogno calorico nel tempo. (Heymsfield et al, American Journal of Clinical Nutrition , 1995)

Artista francese Robert Delaunay, The Runners, 1926, Collezione privata

Fonte: Wikimedia Commons / Public Domain

Per anni, i ricercatori hanno accettato le autovalutazioni dei soggetti per il loro apporto calorico, nonché per le loro misure di altezza e peso e persino per la loro attività fisica. Ciò che ora è stato stabilito inequivocabilmente è che queste auto-segnalazioni sono spesso grossolanamente imprecise e conducono a “questioni di validità dei dati”. Dhurandhar e colleghi ( International Journal of Obesity , 2015), in risposta all’uso di self-report, hanno sottolineato , “… qualcosa non è meglio di niente.” I motivi di questa errata pubblicazione includono un’etichettatura errata degli alimenti; stime imprecise di porzioni; negazione psicologica e autoinganno; memoria difettosa; o anche voler presentarsi in modo più favorevole. (Heymsfield et al, 1995)

In sostituzione delle relazioni autonome, ora disponiamo di strumenti di misurazione migliori, come il metodo dell’acqua doppiamente etichettato, una tecnica sviluppata per gli esseri umani “liberi” nei primi anni ’80 per valutare il nostro tasso metabolico e la spesa totale giornaliera nell’arco di poche settimane e l’assorbimetria a raggi X a doppia energia – la scansione DXA – sviluppata negli anni ’70 per misurare la composizione corporea, ma anche questi non sono completamente esenti da errori. (Thomas et al, American Journal of Clinical Nutrition , 2014, Thomas et al, European Journal of Clinical Nutrition , 2018, Heymsfield et al, Obesity Reviews , 2018) Inoltre, nelle situazioni di vita libera, usando i nostri metodi attuali, siamo limitati a periodi di osservazione – “istantanee” – di circa due settimane. (Hall et al, American Journal of Clinical Nutrition , 2012)

Maurice Brazil Prendergast, artista americano, grande giardino pubblico di Boston Sketchbook: Design for a Bicycle, 1895-97

Fonte: Metropolitan Museum of New York, Public Domain, Collezione Robert Lehman, 1975

Più recentemente, tuttavia, i ricercatori stanno usando “modelli matematici convalidati” e hanno stabilito, ad esempio, che il cosiddetto livello dietetico che si manifesta dopo sei mesi di dieta, in cui la perdita di peso sembra cessare, è in realtà molto più una funzione dei pazienti “che sperimentano un decadimento esponenziale dell’aderenza all’alimentazione”. (Freedhoff and Hall, The Lancet , 2016; Hall e Guo, 2017) Per ragioni che non sono completamente comprese, l’aderenza alla dieta, incluso “sostenere scelte e comportamenti dietetici” è “così impegnativo che è povero anche negli studi a breve termine quando viene fornito tutto il cibo.” (Freedhoff and Hall, 2016) I ricercatori, tuttavia, sottolineano che c’è una considerevole variabilità individuale e mentre la perdita di peso e la manutenzione sono difficili, ci sono molte storie aneddotiche di persone a dieta di successo. Inoltre, sebbene vi sia un certo adattamento metabolico alla perdita di peso, e la perdita di peso può rallentare il metabolismo per ragioni complesse, compreso il calo calorico della spesa con perdita di peso (Hall, obesità , 2018), “mediatori” ormonali del cambiamento dell’appetito (Heymsfield et al. , Obesità , 2017) e una notevole attività fisica è richiesta per mantenere la perdita, (Hall, 2018) questo non spiega il livello di sei mesi descritto da molti dieters. È la “perdita intermittente apparentemente innocua” dell’aderenza alla dieta, cioè la “stanchezza comportamentale” (Hall e Kahan, 2018), che è principalmente responsabile. (Thomas et al, American Journal of Clinical Nutrition , 2014)

Una corsa nell’antica Grecia

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I modelli matematici possono anche essere particolarmente utili nella simulazione di progetti sperimentali che non sarebbero etici o pratici. Un’altra “nuova applicazione” è il loro uso per prevedere, a partire da risultati a breve termine, quali pazienti avranno più successo nella loro perdita di peso a lungo termine, vale a dire determinare chi sono i “rispondenti” a un particolare intervento e se no , per suggerire un cambio di strategia, secondo Allison e colleghi (Dawson et al, Advances in Nutrition , 2014). Inoltre, i ricercatori hanno utilizzato un modello matematico per valutare le complesse interazioni tra modalità genetiche e non genetiche di trasmissione dell’obesità e per valutare i tassi di prevalenza. (Ejima et al, Obesity , 2018) Questo modello ha previsto che la prevalenza dell’obesità raggiungerà il 41% della popolazione statunitense entro il 2030.

Allison e colleghi (Ivanescu et al, International Journal of Obesity , 2016), tuttavia, apprezzano l’importanza di convalidare i loro modelli matematici. Ad esempio, un modello derivato da un campione finito non sempre predice anche sulla popolazione complessiva da cui è stato prelevato il campione o su un nuovo campione da una popolazione diversa – un fenomeno che chiamano riduzione della validità . Per convalidare un modello, sono necessari nuovi set di dati. Per un eccellente esempio di come i ricercatori hanno usato quattro diversi studi classici, inclusi quelli di Claude Bouchard e Ancel Keys, per convalidare il loro modello, vedere Thomas e i suoi colleghi sull’American Journal of Clinical Nutrition, 2014.

Conclusione: per anni la ricerca sull’obesità ha sofferto di gravi carenze metodologiche che hanno portato alcuni investigatori a sottolineare la necessità di una ricerca migliore, e non necessariamente più. Ad esempio, quando le persone pensano di aderire alle diete, potrebbero, anche inconsciamente, non farlo. Inoltre, innumerevoli studi hanno fatto affidamento, non su misurazioni accurate, ma su autoregolamentazioni notoriamente inaccurate di apporto calorico, dispendio calorico, altezza e peso. Anche la regola empirica in cui 3500 kcal equivalgono a una sterlina è semplicistica ed errata. Per rimediare a questi difetti, i ricercatori hanno iniziato a generare modelli matematici nel tentativo di creare maggiore precisione nella misurazione e chiarire perché è così difficile per le persone perdere peso e, in particolare, mantenere quella perdita nel tempo. Nessun modello è perfetto: i modelli possono avere quello che gli investigatori chiamano il ritiro della validità , e anche i modelli matematici sono buoni quanto i dati da cui sono derivati ​​in origine. Tutta la ricerca è un work in progress. Ciononostante, questi modelli matematici rappresentano un enorme miglioramento in anni di dati inaccurati e gli investigatori dell’obesità trarranno notevoli benefici dall’integrarli nella loro ricerca. Lord Kelvin approverebbe.

Nota: per uno strumento basato sul web per stimare la perdita di peso nel tempo, fare riferimento a Body Weight Planner. (Hall e Kahan, 2018)

Ritratto di Lord Kelvin, matematico e fisico irlandese, prima del 1907, di Hubert von Herkomer. Museo di Glasgow.

Fonte: Wikimedia Commons / Public Domain