Динаміка росту та маси тіла людини Інтегративна модель систем
Департамент промислової та системної інженерії, Virginia Tech, Фолс-Черч, штат Вірджинія, Сполучені Штати Америки, Школа менеджменту Слоуна, Массачусетський технологічний інститут, Кембридж, штат Массачусетс, Сполучені Штати Америки
Цифри
Анотація
Цитування: Рахмандад Н (2014) Динаміка росту та маси тіла людини: модель інтегративних систем. PLoS ONE 9 (12): e114609. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0114609
Редактор: Девід Мейр, Університет Макмастера, Канада
Отримано: 1 серпня 2014 р .; Прийнято: 11 листопада 2014 р .; Опубліковано: 5 грудня 2014 року
Наявність даних: Автори підтверджують, що всі дані, що лежать в основі висновків, є повністю доступними без обмежень. Дані на індивідуальному рівні, що використовуються для перевірки моделі, доступні у відкритих файлах Національного обстеження здоров’я та харчування (http://www.cdc.gov/nchs/nhanes.htm). Інші дані перевірки доступні в тексті публікацій, на які посилаються.
Фінансування: Фінансування цього проекту здійснювалось через Національний інститут охорони здоров’я, Управління з питань поведінкових та соціальних досліджень за контрактом HHSN276201000004C та 1R21HL113680-01. Інше фінансування для цієї роботи автор не отримав. Фінансисти не мали жодної ролі у розробці досліджень, зборі та аналізі даних, прийнятті рішення про публікацію чи підготовці рукопису.
Конкуруючі інтереси: Автор заявив, що не існує конкуруючих інтересів.
Вступ
Тенденції ожиріння у всьому світі викликають занепокоєння [1], [2] і охоплюють різні вікові, статеві та етнічні групи [3] із значними витратами на охорону здоров’я та економіку [4]. Для оцінки впливу альтернативних втручань та політики необхідні перевірені обчислювальні моделі. Наприклад, використання спрощених моделей може призвести до надмірно оптимістичних очікувань від втручання, що згодом може розчарувати та зашкодити прихильності [5]. Обчислювальні моделі динаміки ваги та зросту можуть також інформувати про моніторинг індивідуального росту та старіння, розробку та оцінку недоїдання та затримок у рості, а також діагностику порушень харчування та росту, серед іншого. Нарешті, математичні моделі інтегрують наявні висновки, надають кількісні прогнози та спонукають емпіричні дослідження, спрямовані на виявлення прогалин знань, визначених моделлю.
Зростаюча література включає моделі динаміки маси тіла у дорослих [6] - [10]. Існує кілька таких моделей для зростання в дитинстві [11], [12]. Однак нинішні моделі не 1) Включають немовлят та дітей молодше п’яти років. 2) Захоплення динаміки зростання у висоту. 3) Розглянемо довгострокову динаміку, включаючи зміни у складі тіла внаслідок старіння. 4) Влаштуйте расові відмінності або надайте чіткі моменти для налаштування моделі для конкретних підгруп. Ця стаття вводить механістичну модель індивідуальної ваги тіла, складу та динаміки зросту від народження до старості, включаючи варіації між особами щодо статі та раси. Модель перевірена за допомогою різноманітного набору попередніх досліджень, які не використовувались у формулюванні моделі, що підвищує стійкість та застосовність до розробки втручань та аналізу політики. Документована імітаційна модель та інструкції надаються, щоб забезпечити тиражування, розширення та різноманітний аналіз зацікавленими дослідниками та практиками.
Матеріали і методи
Застосовується підхід механістичного моделювання, в якому система звичайних диференціальних рівнянь представляє тіло людини зі змінними стану, що представляють ключові поняття, необхідні для кількісної оцінки маси тіла, зросту та складу протягом життя. Для цього я використовую три змінні стану. Згідно з попередніми дослідженнями, маса тіла поділяється на жирову масу (FM) та масу без жиру (FFM). Останній поєднує в собі один змінний білок, глікоген, внутрішньоклітинні та позаклітинні маси рідини та інші нежирні компоненти. FM та FFM достатньо для моделювання більш довгострокової динаміки, про яку йдеться в цій роботі [10], тоді як детальніше потрібно для фіксування погодинної та добової динаміки [9]. Третя змінна стану, висота (H), дозволяє цій моделі враховувати коливання висоти та потенціал затримки росту в результаті недоїдання. Включення зросту також полегшує використання ІМТ, а не ваги, для визначення еталонних даних для моделі та аналізу ожиріння та інших станів. Існує менша різниця в ІМТ, ніж вага, що робить отримані контрольні криві більш надійними.