Modèles mathématiques: l’obésité en chiffres

Vers une plus grande précision dans la recherche sur l’obésité.

“Comment être mince”, lithographie en couleur, Ecole anglaise, XXe siècle

Source: images Bridgeman, utilisées avec permission

«… Quand vous pouvez mesurer de quoi vous parlez et l’exprimer en chiffres, vous en savez quelque chose; mais quand vous ne pouvez pas le mesurer… vos connaissances sont maigres et peu satisfaisantes; c’est peut-être le début de la connaissance, mais vous avez à peine progressé vers le stade de la science…

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Ainsi fut écrit le mathématicien et physicien irlandais du 19e siècle, Lord Kelvin, célèbre pour ses expériences sur l’énergie thermique (et pour lequel l’échelle de température absolue exprimée en kelvin fut nommée.) (Conférence, 1883, dans Popular Lectures and Adresses , 1889, Volume 1.) les mots sont particulièrement pertinents pour l’étude de l’obésité.

American school, 20th century, Crédit: Copyright GraphicaArtis

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L’obésité est essentiellement un «trouble de l’équilibre énergétique», basé sur la première loi de la thermodynamique, qui se produit lorsque nous consommons plus de calories que nous n’en dépensons. Mais, expliquent les chercheurs Kevin Hall et Juen Guo ( Gastroenterology , 2017), il ne s’agit que d’un «cadre utile» et ne fournit aucune «explication causale» expliquant pourquoi certaines personnes sont plus sujettes à l’obésité que d’autres. Ils précisent: «… la prévention de l’obésité est souvent décrite à tort comme une simple question de comptabilité», à savoir que 3500 kcal équivaut à une livre sterling, mais cette vision répandue, citée sur des sites Web et dans les médias, est «naïve et incorrecte» car elle ne tienne pas compte de la relation interdépendante complexe et dynamique entre l’apport et les dépenses. (Hall et Chow, Journal international de l’obésité, 2013; Thomas et al, Journal international de l’obésité , 2013)

Bien que cette relation soit connue depuis des années, elle persiste obstinément dans la littérature scientifique. Par exemple, en réponse à un point de vue (Guth, JAMA , 1/16, 2018), Hall et al ( JAMA 6/12, 2018) contestent la compréhension simpliste de l’auteur, fondée sur la règle de 3500 kcal par livre, que une diminution de l’apport calorique entraînera «progressivement» une perte de poids «substantielle» dans le temps. En d’autres termes, la règle des 3500 kcal «surpromose» (malgré les efforts soutenus des personnes à la diète), et il n’y a pas de «perte de poids lente et régulière», en particulier en raison des adaptations physiologiques du corps.

Et même dans un journal professionnel récemment publié, les chercheurs avaient utilisé cette règle «invalide» pour leurs calculs prévisionnels de variation de poids dans leur étude du diabète de type 2. (Voir les commentaires de Andrew W. Brown et de ses collègues dans BMJ Open Diabetes Research and Care, 11 septembre 2018.)

Wilbur O. Atwater, chercheur en obésité du début du XXe siècle a établi les valeurs énergétiques des protéines, des lipides et des glucides

Source: Wikimedia Commons / Domaine Public

La règle des 3500 kcal avait été établie à la fin des années 1950 par Max Wishnofsky ( American Journal of Clinical Nutrition , 1958). Wishnofsky a reconnu que le changement de poids était complexe, avec une «série de hauts et de bas irréguliers, avec de fréquentes périodes sans changement apparent de poids», et la règle des 3 500 kcal dépendait de plusieurs variables, y compris la durée d’observation, le jeûne et l’hydratation du corps. Sa conclusion trop simpliste, cependant, était basée sur un petit échantillon et des observations à court terme, ainsi que sur une «compréhension limitée des processus métaboliques fondamentaux» et son imprécision a amené «de nombreux patients à se demander pourquoi leur perte de poids prescrite est moins importante que prévu. ”(Thomas et al, Journal de l’Académie américaine de nutrition et de diététique , 2014) Néanmoins, cette règle de 3500 kcal, avec ses“ défauts fatals ”, est devenue un évangile, avec pour résultat que les patients ont été blâmés et potentiellement stigmatisés ou se sont blâmés pour un manque de volonté et de motivation. (Hall et Kahan, Cliniques médicales d’Amérique du Nord, 2018)

C’est Wilbur O. Atwater, chercheur du début du XXe siècle, qui a confirmé la loi de la conservation de l’énergie chez l’homme et établi les valeurs énergétiques, encore utilisées aujourd’hui, des protéines (4 calories / gramme); glucides (4 calories / gramme); graisse (9 cal / gramme); et alcool (7 cal / gramme). (Heymsfield et al., European Journal of Clinical Nutrition , 2017) Mais, disent Allison et ses collègues, «peu de composants alimentaires sont entourés de plus de désinformation et de mythes que la calorie», en partie à cause de notre «manque de méthodes précises et pratiques». pour évaluer l’apport calorique et pour établir nos besoins caloriques au fil du temps. (Heymsfield et al., Journal américain de la nutrition clinique , 1995)

Artiste français Robert Delaunay, The Runners, 1926, Collection privée

Source: Wikimedia Commons / Domaine Public

Pendant des années, les chercheurs ont accepté les auto-évaluations de sujets pour leur apport calorique, ainsi que pour leurs mesures de taille et de poids et même pour leur activité physique. Ce qui est maintenant établi sans équivoque, c’est que ces auto-évaluations sont souvent grossièrement inexactes et conduisent à des «questions de validité des données». Dhurandhar et ses collègues ( International Journal of Obesity , 2015), en réponse à l’utilisation des auto-évaluations, ont souligné , “… Quelque chose n’est pas meilleur que rien.” Les raisons de cette déclaration erronée sont les suivantes: étiquetage inexact des aliments; estimations inexactes des portions; déni psychologique et auto-illusion; mémoire défectueuse; ou même vouloir se présenter plus favorablement. (Heymsfield et al, 1995)

En remplacement des auto-évaluations, nous disposons désormais de meilleurs outils de mesure, tels que la méthode de l’eau doublement étiquetée, une technique mise au point au début des années 1980 pour les humains «en liberté», afin d’évaluer notre taux métabolique et nos dépenses quotidiennes totales sur quelques semaines. et l’absorptiométrie à rayons X à double énergie – le scan DXA – développée dans les années 1970 pour mesurer la composition corporelle, mais même ceux-ci ne sont pas totalement exempts d’erreur. (Thomas et coll., American Journal of Clinical Nutrition , 2014; Thomas et coll., European Journal of Clinical Nutrition , 2018; Heymsfield et coll., Obesity Reviews , 2018) De plus, en situation de vie libre, en utilisant nos méthodes actuelles, nous sommes limités aux périodes d’observation – “instantanés” – d’environ deux semaines. (Hall et al., American Journal of Clinical Nutrition , 2012)

Maurice Brazil Prendergast, artiste américain, Grand Boston Public Garden Sketchbook: Dessin pour un vélo, 1895-1897

Source: Musée métropolitain de New York, domaine public, collection Robert Lehman, 1975

Plus récemment, cependant, des chercheurs ont maintenant recours à des «modèles mathématiques validés» et ont établi, par exemple, que le plateau dit de régime qui se produit après six mois de régime, au cours duquel la perte de poids semble s’arrêter, est en réalité beaucoup plus efficace. une fonction de patients «subissant une décroissance exponentielle de l’observance du régime alimentaire». (Freedhoff et Hall, The Lancet , 2016; Hall et Guo, 2017) Pour des raisons qui ne sont pas entièrement comprises, adhérence au régime alimentaire, y compris «des choix et comportements alimentaires durables» est «tellement difficile qu’il est médiocre même dans les études à court terme lorsque toute la nourriture est fournie» (Freedhoff et Hall, 2016) Les chercheurs soulignent cependant qu’il existe une variabilité individuelle considérable et que la perte et le maintien de poids sont difficiles, il y a beaucoup d’histoires anecdotiques de personnes à la diète réussies. En outre, bien qu’il existe une certaine adaptation métabolique à la perte de poids et que la perte de poids puisse ralentir le métabolisme pour des raisons complexes, notamment le fait que les dépenses caloriques diminuent avec la perte de poids (Hall, Obesity , 2018), les «médiateurs» hormonaux du changement d’appétit (Heymsfield et al. , Obesity , 2017) et le maintien de la perte nécessite une activité physique importante (Hall, 2018), ce qui n’explique pas le plateau de six mois décrit par de nombreuses personnes à la diète. C’est la «perte intermittente apparemment anodine» d’adhérence alimentaire, c’est-à-dire la «fatigue comportementale» (Hall et Kahan, 2018), qui en est la principale responsable. (Thomas et al., Journal américain de la nutrition clinique , 2014)

Une course dans la Grèce antique

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Les modèles mathématiques peuvent également être particulièrement utiles pour simuler des conceptions expérimentales qui ne seraient ni éthiques ni pratiques. Une autre «nouvelle application» est leur utilisation pour prédire, à partir de résultats à court terme, quels patients auront le plus de succès en termes de perte de poids à long terme, c’est-à-dire pour déterminer qui sont les «répondeurs» à une intervention donnée et si ce n’est pas le cas. , pour suggérer un changement de stratégie, selon Allison et ses collègues (Dawson et al, Advances in Nutrition , 2014.) En outre, les chercheurs ont utilisé un modèle mathématique pour évaluer les interactions complexes entre les modes de transmission génétique et non génétique de l’obésité et évaluer les taux de prévalence. (Ejima et al, Obesity , 2018) Ce modèle a prédit que la prévalence de l’obésité atteindra malheureusement 41% de la population américaine d’ici 2030.

Allison et ses collègues (Ivanescu et al, International Journal of Obesity , 2016), cependant, reconnaissent l’importance de valider leurs modèles mathématiques. Par exemple, un modèle dérivé d’un échantillon fini ne permet pas toujours de prédire aussi bien la population globale dans laquelle l’échantillon a été prélevé, ni un nouvel échantillon provenant d’une population différente – un phénomène qu’ils appellent un retrait de validité . Pour valider un modèle, de nouveaux jeux de données sont requis. Pour un excellent exemple de la façon dont les chercheurs ont utilisé quatre études classiques différentes, y compris celles de Claude Bouchard et Ancel Keys, pour valider leur modèle, voir Thomas et ses collègues dans l’ American Journal of Clinical Nutrition, 2014.

Conclusion: depuis des années, la recherche sur l’obésité souffre de graves déficiences méthodologiques qui ont amené certains chercheurs à insister sur la nécessité d’améliorer la recherche, mais pas nécessairement davantage. Par exemple, lorsque les gens pensent adhérer à un régime, ils peuvent ne pas le faire, même inconsciemment. En outre, d’innombrables études se sont fondées, non pas sur des mesures précises, mais sur des auto-déclarations notoirement inexactes relatives à l’apport calorique, aux dépenses caloriques, à la taille et au poids. Même la règle empirique dans laquelle 3500 kcal équivaut à une livre est simpliste et erronée. Pour remédier à ces défauts, les chercheurs ont commencé à générer des modèles mathématiques dans le but de créer des mesures plus précises et de comprendre pourquoi il est si difficile de perdre du poids et, en particulier, de maintenir cette perte dans le temps. Aucun modèle n’est parfait: les modèles peuvent avoir ce que les enquêteurs appellent une réduction de validité , et même les modèles mathématiques ne valent que les données dont ils sont dérivés à l’origine. Toute recherche est un travail en cours. Néanmoins, ces modèles mathématiques représentent une amélioration considérable par rapport aux années de données inexactes, et les chercheurs en obésité bénéficieront considérablement de leur intégration dans leurs recherches. Lord Kelvin serait d’accord.

Remarque: pour un outil Web permettant d’estimer la perte de poids au fil du temps, reportez-vous au planificateur de poids corporel. (Hall et Kahan, 2018)

Portrait de Lord Kelvin, mathématicien et physicien irlandais, avant 1907, par Hubert von Herkomer. Musée de Glasgow.

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