L’obesità è un problema crescente con molti rischi per la salute associati e costi associati.1,2 Durante 1971 a 2000, la prevalenza dell’obesità negli Stati Uniti è aumentata da 14.5% a 30.9 %.3 Negli Stati Uniti, oltre il 37% degli adulti e quasi il 17% dei giovani erano obesi nel 2009-10.4 Attualmente oltre 1,1 miliardi di adulti in tutto il mondo sono in sovrappeso, e di questi, 312 milioni sono obesi.5 Analisi dei dati degli Stati Uniti longitudinale (CARDIA studio)6 e trasversale (NHANES) 7 studi per determinare la distribuzione di aumento di peso nel tempo, ha scoperto che la media degli Stati Uniti adul
L’obesità è un problema crescente con molti rischi per la salute associati e costi associati.1,2 Durante 1971 a 2000, la prevalenza dell’obesità negli Stati Uniti è aumentata da 14.5% a 30.9 %.3 Negli Stati Uniti, oltre il 37% degli adulti e quasi il 17% dei giovani erano obesi nel 2009-10.4 Attualmente oltre 1,1 miliardi di adulti in tutto il mondo sono in sovrappeso, e di questi, 312 milioni sono obesi.5 Analisi dei dati degli studi longitudinali (CARDIA study)6 e trasversali (NHANES)7 per determinare la distribuzione dell’aumento di peso nel tempo, ha rilevato che l’adulto medio degli Stati Uniti sta guadagnando 0,5-1 kg/anno.8 Questo articolo esaminerà il concetto di bilancio energetico e la sua rilevanza nella lotta contro l’epidemia di obesità.
Il concetto di bilancio energetico
Il concetto di bilancio energetico si basa sul principio termodinamico fondamentale che l’energia non può essere distrutta e può essere acquisita, persa o immagazzinata solo da un organismo. Il bilancio energetico è definito come lo stato raggiunto quando l’assunzione di energia è uguale al dispendio energetico. Questo concetto può essere utilizzato per dimostrare come il peso corporeo cambierà nel tempo in risposta ai cambiamenti nell’assunzione e nella spesa energetica. Quando il corpo è in equilibrio energetico, il peso corporeo è stabile.9,10 Gli esseri umani assumono energia attraverso l’assunzione di cibo e bevande e consumano energia attraverso il tasso metabolico a riposo (RMR)—l’effetto termico (TEF) del cibo e dell’attività fisica. L’RMR è il dispendio energetico necessario per mantenere le normali funzioni corporee e l’omeostasi. L’RMR è proporzionale alla massa corporea, in particolare alla massa senza grassi. TEF si riferisce all’energia necessaria per assorbire, digerire e metabolizzare il cibo consumato e in genere rappresenta l ‘ 8-10% del dispendio energetico giornaliero. L’energia spesa a causa dell’attività fisica (EEact) rappresenta l’energia che viene spesa in aggiunta al RMR e al TEF, incluso l’esercizio volontario, il brivido, il controllo posturale e il movimento volontario. Viene calcolato moltiplicando il dispendio energetico di un’attività per il tempo impiegato per eseguirlo ed è la componente più variabile del dispendio energetico.10 Più l’individuo è sedentario, minore è l’effetto dell’attività fisica. Questo può essere a partire da 100 calorie al giorno, mentre gli atleti d’élite possono consumare 3.000 calorie al giorno di attività fisica. Il calo del dispendio energetico che si verifica con l’avanzare dell’età è principalmente il risultato del calo della massa corporea magra, che riduce TEF e EEact.
I disturbi nel bilancio energetico causano cambiamenti nella massa corporea, anche se il lasso di tempo in cui ciò si verifica varia tra gli individui e può spiegare la grande risposta interindividuale agli interventi di perdita di peso. Un bilancio energetico positivo, in cui l’assunzione di energia supera la spesa provoca un aumento di peso, con il 60-80% dell’aumento di peso risultante attribuibile al grasso corporeo.11 In bilancio energetico negativo, quando l’energia
Figura 1: il continuo aumento di Peso nella Popolazione Secondo il Concetto di Energia Balance14
Figura 2: Relazione tra il Bilancio Energetico e di Attività Fisica Level10 
la spesa supera di aspirazione, la conseguente perdita della massa corporea è anche rappresentato da 60-80 % di grasso corporeo.
Si presume comunemente che l’assunzione di energia e il dispendio energetico possano essere modificati indipendentemente, attraverso cambiamenti nell’assunzione di cibo e nell’attività fisica, per raggiungere l’equilibrio energetico. Tuttavia, la produzione e la spesa energetica sono interdipendenti e regolamentate a più livelli. Ciò comprende un sistema di controllo fisiologico complesso, che comprende i segnali neurali ed ormonali afferenti che raggiungono l’ipotalamo, con le proiezioni efferenti risultanti del sistema nervoso autonomo che innervano i muscoli, i visceri ed il tessuto adiposo.12 Come risultato di questo controllo fisiologico, le componenti dell’apporto e della spesa energetica non possono essere modificate senza cambiamenti compensativi nell’altra. I componenti del bilancio energetico si influenzano a vicenda e servono a mantenere una massa corporea costante. Ad esempio, quando l’apporto calorico è ridotto, il corpo risponde stimolando la fame e riducendo l’RMR in modo che venga spesa meno energia.13 Analogamente, un aumento dell’EEact potrebbe comportare un aumento della fame o una riduzione dell’attività fisica in altri momenti della giornata.9 In termini di bilancio energetico, la compensazione in risposta al bilancio energetico positivo sembra essere più debole della compensazione in risposta al bilancio energetico negativo.
Nonostante questo sistema di controllo interno, la maggior parte degli adulti aumenta di peso nel tempo. Il consumo di energia in eccesso non comporta un aumento di peso continuo, poiché l’aumento di peso è accompagnato da un aumento del dispendio energetico che porta a uno stato stazionario di bilancio energetico a questo nuovo peso corporeo leggermente superiore. Tuttavia, è probabile che questo aumento del fabbisogno energetico alla fine porti ad un aumento dell’assunzione di energia, creando un “effetto cricchetto” per cui un bilancio energetico positivo piccolo e coerente si traduce in un graduale aumento di peso nel tempo (vedi Figura 1).14
L’evidenza suggerisce che è più difficile mantenere l’equilibrio energetico nell’ambiente moderno rispetto al passato. Tuttavia, l’aumento di peso che si è effettivamente verificato negli ultimi decenni è inferiore a quello previsto dai cambiamenti nell’assunzione e nella spesa energetica. Utilizzando stime degli aumenti dell’assunzione di cibo e delle diminuzioni dell’attività fisica dal 1971 al 2000, è stato calcolato che gli adulti statunitensi hanno sperimentato un grado di bilancio energetico positivo sufficiente a provocare un aumento di peso da 30 a 80 volte durante quel periodo. È quindi evidente che i processi fisiologici hanno causato adattamenti che servono ad aiutare a mantenere l’equilibrio energetico.10
Teoricamente, il bilancio energetico può essere raggiunto a bassi o alti livelli di dispendio energetico. Tuttavia, è stato ipotizzato che il bilancio energetico possa essere più facile da raggiungere ad alti livelli di dispendio energetico, noto come throughput ad alta energia.10 Negli 1950, studi trasversali hanno scoperto che l’assunzione di energia era meglio abbinata al dispendio energetico quando le persone erano fisicamente attive.15 Inoltre, studi condotti sui ratti hanno rilevato che la relazione tra assunzione di cibo e dispendio energetico era solo lineare entro certi limiti.16 Nei ratti, la corrispondenza tra assunzione di energia e spesa era imprecisa a livelli bassi o alti di attività fisica. La stessa osservazione è stata fatta negli studi sull’uomo: l’assunzione di cibo non è diminuita quando la domanda di energia è diminuita. Sulla base di queste osservazioni, è stato proposto che possa esistere una soglia minima di attività fisica o di rendimento energetico. Al di sopra di questa soglia, definita “zona regolamentata”, l’assunzione di energia viene aumentata per soddisfare un elevato dispendio energetico. Di conseguenza, gli aggiustamenti adattivi nell’assunzione di energia e nella spesa per raggiungere l’equilibrio possono essere molto sensibili in questa zona. A basso rendimento energetico, la “zona non regolamentata”, l’assunzione di energia e la spesa sono solo debolmente sensibili l’una all’altra. La zona non regolamentata è difficile da sostenere per la maggior parte delle persone e il risultato è un aumento di peso, che restituisce al sistema un throughput ad alta energia (vedi Figura 2).10,15 Nel corso dell’ultimo secolo, la produzione energetica degli stili di vita umani occidentali è diminuita, spingendo la maggior parte delle persone nella zona non regolamentata. Aumentare l’attività fisica per gli individui che si trovano nella zona non regolamentata dovrebbe portare alla perdita di peso poiché la compensazione dall’assunzione di cibo non è probabile che sia completa.17,18
Il ruolo dell’attività fisica nel bilancio energetico
Le strategie per combattere l’obesità devono mirare sia all’input energetico che alla spesa, che include l’assunzione di cibo e l’attività fisica. Un recente rapporto ha concluso che il metabolismo a riposo non gioca un ruolo significativo nell’aumento di peso e che l’attività fisica è un fattore più importante.19 Alcuni autori hanno attribuito l’aumento di peso nella popolazione statunitense esclusivamente all’aumento dell’assunzione di cibo, sostenendo che l’attività fisica nel tempo libero è rimasta stabile nei decenni in cui i tassi di obesità sono aumentati.20
Tabella 1: Riepilogo di Studi di Attività Fisica e aumento di Peso Studio
| Nome Studio | Studio di Progettazione | Risultato | Riferimento |
| Il Rischio Coronarico Sviluppo nei Giovani Adulti (CARDIAS) studio | studio Prospettico, longitudinale, 3,554 uomini, 20 anni | Uomini con alta PA guadagnato il 2,6 kg in meno (0.15 BMI unità/anno vs 0.20 con bassa PA) e le donne con alti PA guadagnato il 6,1 kg in meno (0.17 BMI unità/anno vs 0,30) con bassa PA | Hankinson et al., 20106 |
| Studio di coorte gemellare finlandese | Studio di coorte, 146 coppie gemelle, 30 anni | In 42 coppie gemelle con PA discordante, l’aumento di peso medio da era di 5,4 kg in meno nell’attivo rispetto ai gemelli inattivi (p=0,003) | Waller et al., 200824 |
| Aerobics Center Longitudinal Study | Clinic-based coorte study, 2,501 uomini sani, 5 anni | PA giornaliera era inversamente correlata all’aumento di peso. Un passaggio da una PA bassa ad una PA moderata o alta era necessario per la perdita di peso nel tempo. Uomini con inizialmente il più basso PA aveva più grande beneficio dalla crescente attività |
Di Pietro et al., 200444 |
| Studio PRINCIPALE | Studio longitudinale di coorte, uomini di età compresa tra 50-59 anni, 5 anni | BMI, era inversamente associato alla PA spesa per arrivare al lavoro e praticare attività ricreative ad alta intensità. Gli uomini che camminavano regolarmente o pedalavano al lavoro avevano un BMI medio di 0,3 kg/m2 inferiore a quelli che non spendevano energia per andare al lavoro | Wagner et al., 200145 |
| NHANES-I epidemiologic follow-up study | Studio di coorte, 3.515 uomini e 5.810 donne di età compresa tra 25 e 74 anni.10 anni | PA ricreativo era inversamente correlato al peso corporeo. Il rischio relativo stimato di aumento di peso maggiore per quelli con sondaggio PA basso rispetto a quelli con alta PA era 3.1 negli uomini e 3.8 nelle donne | Williamson et al., 19937 |
| Progetto di lavoratore sano | Studio di coorte 1,639 maschio 1913 dipendenti di sesso femminile 2 anni | Aumento dell’esercizio, attività a piedi o ad alta intensità, diminuzione prevista del peso corporeo nelle donne e negli uomini (1.76 lb e 1.39 lb, rispettivamente, per ogni aumento di sessione a settimana) | Francese et al., 199422 |
| Studio di coorte Doetinchem | 4.944 partecipanti allo studio Doetinchem, 5 anni | Coloro che aumentavano la PA avevano meno guadagno in peso corporeo (-280 g). Questi effetti sono stati sostenuti (anche se non in modo significativo) per 5 anni | May et al., 201023 |
| EPIC-PANACEA | Analisi trasversale, 125.629 uomini e 280.190 donne, 8 anni | Una differenza di una categoria nell’indice PA era inversamente associata a una differenza di 0,18 kg/ m2 nel BMI medio negli uomini e 0,31 kg/m2 nelle donne | Besson et al., 200921 |
BMI = indice di massa corporea; EPIC-PANACEA = Indagine prospettica europea su cancro e nutrizione-Attività fisica, nutrizione, alcol, cessazione del fumo, mangiare fuori casa e obesità; NHANES = Indagine nazionale sulla salute e la nutrizione; PA = attività fisica.
Lo studio epidemiologico prospettico dell’infarto miocardico (PRIME) è uno studio prospettico condotto in una coorte di uomini da 50 a 59 anni, per valutare il contributo del rischio e dei fattori genetici allo sviluppo della malattia coronarica..
Tuttavia, questa interpretazione respinge il declino sia nello stile di vita che nell’attività fisica professionale che si è verificato nell’ultimo secolo.10 Questo continuo calo del dispendio energetico giornaliero dell’attività fisica ha creato una situazione “permissiva” in cui qualsiasi apporto calorico in eccesso è probabile che promuova l’aumento di peso (cioè la zona non regolamentata). Aumento di peso negli individui che mantengono un maggiore livello di attività fisica il dispendio energetico è inferiore rispetto agli individui sedentari, sostenendo l’idea che livelli più elevati di flusso energetico siano protettivi contro lo squilibrio energetico positivo. Studi multipli hanno dimostrato che un alto livello di attività fisica è associato a un minore aumento di peso nel tempo, mentre livelli più bassi di attività fisica sono associati a un maggiore aumento di peso nel tempo (vedere Tabella 1).6,7,21-24 L’urbanizzazione, l’industrializzazione e l’uso del trasporto meccanizzato hanno portato a una diminuzione generale dell’attività fisica. Mentre l’attività fisica nel tempo libero è rimasta abbastanza costante da 1988,25 l’attività fisica in termini di stile di vita è diminuita in modo significativo. Uno studio di una comunità amish del Vecchio Ordine ha rilevato che il numero medio di passi al giorno compiuti dagli uomini nella comunità era 18,425 contro 14,196 per le donne.26 Al contrario, in Colorado, il maschio medio prende 6733 passi al giorno,e la femmina media prende 6384 passi al giorno, 27 una differenza nel dispendio energetico giornaliero di 400-600 kcal al giorno. È stato stimato che negli ultimi 50 anni negli Stati Uniti, il dispendio energetico giornaliero legato all’occupazione è diminuito di oltre 100 calorie poiché i moderni stili di vita sedentari richiedono un dispendio energetico molto inferiore rispetto al passato. Poiché l’attività fisica è diminuita, i pesi del corpo sono aumentati, il che è accompagnato da un corrispondente aumento del dispendio energetico. Infatti, è stato suggerito che diventare obesi è il modo del corpo di aumentare il dispendio energetico per raggiungere l’equilibrio energetico in uno stile di vita sempre più sedentario.10
Figura 3: Media Cumulativa di Grasso Equilibrio per Uomini Attivi e Sedentari Regimens29
In termini di comprensione del bilancio energetico, gli individui con bassi livelli di attività fisica sono a rischio maggiore di bilancio energetico positivo e obesità rispetto a quelli con livelli più elevati di attività fisica. Quelli con un basso livello di attività fisica hanno difficoltà a raggiungere l’equilibrio energetico perché devono limitare il loro cibo per abbinare il loro apporto energetico a un basso livello di dispendio energetico. Questa ipotesi è supportata da dati che mostrano che a bassi livelli di attività fisica, l’assunzione di energia non cambia rapidamente e con precisione per riflettere i cambiamenti nella spesa, con conseguente tendenza ad aumentare di peso.28 In uno studio su sei uomini di peso normale in un calorimetro di tutta la stanza, riducendo il livello di attività fisica da 1,8 a 1.4 x RMR non ha indotto una riduzione compensatoria dell’appetito o della fame, con conseguente bilancio energetico positivo e aumento di peso, visto come un aumento netto di grasso (vedi Figura 3).29 Gli autori hanno concluso che la variazione del livello di attività all’interno dell’intervallo sedentario ha un effetto significativo sul bilancio energetico.
Meno studi hanno studiato la prevenzione primaria dell’aumento di peso in funzione dell’aumento dell’attività fisica in contrasto con la perdita di peso o l’aumento di peso secondario dopo la riduzione del peso. In contrasto con gli studi che mostrano un aumento dell’assunzione di cibo per mantenere l’equilibrio energetico, con l’aggiunta di esercizio, uno studio ha suggerito che l’aggiunta di piccole quantità di attività quotidiane stili di vita riduce l’aumento di peso che molte persone stanno vivendo, anno dopo anno.30
In sintesi, ci sono chiari benefici associati all’aumento dell’attività fisica tra i sedentari. Un peso sano è meglio mantenuto con un livello relativamente alto di attività fisica e un elevato apporto energetico. Ciò non significa che la necessità di controllare l’assunzione di cibo dovrebbe essere dimenticata. Le strategie volte ad aumentare il dispendio energetico e a controllare l’assunzione di cibo dovrebbero costituire la base degli interventi per combattere l’obesità, piuttosto che concentrarsi esclusivamente sulla restrizione alimentare. Strategie per combattere l’epidemia di obesità Le prove discusse sopra suggeriscono che le strategie per ridurre l’epidemia di obesità dovrebbero mirare a spingere la popolazione nella zona regolamentata del bilancio energetico, e questo può essere ottenuto attraverso un aumento dell’attività fisica. Gli interventi e le raccomandazioni che non tengono conto sia dell’apporto energetico che della spesa tendono a non avere successo nella lotta all’obesità a lungo termine.31 Tuttavia, la maggior parte degli attuali interventi di perdita di peso pone l’accento sulla restrizione alimentare piuttosto che sul bilancio energetico. I regimi che comportano restrizioni alimentari tendono a causare riduzioni compensative della spesa energetica32 e un aumento della fame.33 Uno studio del National Weight Control Registry ha rilevato che i manutentori di perdita di peso a lungo termine di successo (definiti come perdita di peso media di 30 kg per una media di 5.5 anni) impegnarsi in alti livelli di attività fisica regolare.34
Le strategie per prevenire l’aumento di peso hanno maggiori probabilità di avere successo a lungo termine rispetto alle strategie per promuovere la perdita di peso perché i sistemi fisiologici coinvolti nel sistema di bilancio energetico rispondono più fortemente al bilancio energetico negativo che alla prevenzione del bilancio energetico positivo.32 Interventi di perdita di peso innescano meccanismi compensativi per mantenere l’equilibrio energetico. Poiché la perdita di massa corporea si traduce in un calo di RMR, una perdita di peso del 10% può comportare una riduzione del fabbisogno calorico di 170-250 kcal al giorno e una perdita di peso del 20% richiede una riduzione di 325-480 kcal al giorno.14 Inoltre, sono necessari solo piccoli cambiamenti nel comportamento per prevenire l’aumento di peso, mentre sono necessari grandi cambiamenti per produrre una perdita di peso sostenuta.
Abbiamo molto più successo nel produrre perdita di peso che nel mantenerla a lungo termine.35 La perdita di peso può essere ottenuta attraverso cambiamenti temporanei nella dieta o nell’attività fisica, ma il mantenimento della perdita di peso a lungo termine richiede cambiamenti permanenti sia nella dieta che nell’attività fisica. Dal momento che le persone sono meglio a fare cambiamenti temporanei di quelli permanenti, la maggior parte delle persone che fanno raggiungere gli obiettivi di perdita di peso riguadagnare il peso perso nel tempo.
In una revisione dei risultati a lungo termine delle diete che limitano le calorie, è stato riscontrato che da un terzo a due terzi dei dietisti riacquistano più peso di quello che hanno perso nelle loro diete.36 È quindi chiaro che gli attuali paradigmi di controllo del peso non hanno successo e potrebbero essere sviluppate strategie migliori con una migliore comprensione dei processi fisiologici alla base del bilancio energetico.
La variazione del bilancio energetico necessaria per prevenire l’aumento di peso primario è relativamente piccola: un approccio di modellazione matematica è stato applicato ai modelli di popolazione degli Stati Uniti e ha concluso che l’epidemia di obesità potrebbe essere spiegata da uno squilibrio energetico medio giornaliero tra assunzione e spesa di circa 10 kcal.37 Hill stima che l’aumento di peso mediano della popolazione di 0.da 5 a 1 kg all’anno negli ultimi due decenni può essere rappresentato da un bilancio energetico positivo di 15 kcal al giorno.8 Al 90 ° percentile di aumento di peso, questo era di 50 kcal al giorno. Sulla base dell’ipotesi che l’energia in eccesso sia immagazzinata con un’efficienza del 50%, è stato suggerito che riducendo il bilancio energetico positivo di 100 kcal/d mediante una combinazione di riduzioni dell’apporto energetico e aumenti dell’attività fisica, si potrebbe prevenire l’aumento di peso nel 90% della popolazione adulta. Questo approccio è stato applicato a noi bambini e si è concluso che cambiamenti comportamentali coerenti in media da 110 a 165 kcal al giorno possono essere sufficienti per controbilanciare il divario energetico.38
Gli interventi di salute pubblica possono beneficiare del cambiamento del bilancio energetico utilizzando uno specifico obiettivo comportamentale quantificabile. Tuttavia, cambiare qualsiasi comportamento è difficile e l’utilizzo di un approccio di piccole modifiche è utile per promuovere miglioramenti incrementali che costruiscono l’autoefficacia lungo la strada. Studi prospettici hanno dimostrato che piccoli cambiamenti nella dieta e nello stile di vita possono produrre effetti sostenuti sul peso corporeo.39 Una task force composta da membri dell’American Society for Nutrition, dell’Institute of Food Technologists e dell’International Food Information Council ha concluso che un approccio di piccoli cambiamenti, volto ad aiutare le persone a fare piccoli cambiamenti consapevoli nel loro stile di vita, potrebbe essere utile per affrontare l’obesità.40
Basato sul concetto di approcci piccoli cambiamenti, il programma America on the Move sostiene di camminare 2.000 passi in più ogni giorno e mangiare 100 kcal in meno ogni giorno (www.americaonthemove.org). È stato dimostrato che fornire contatori elettronici a gradini (contapassi) può aumentare l’aderenza a tale regime.41 L’intervento ha dimostrato di ridurre l’aumento di peso in famiglie con bambini in sovrappeso, 19,42 e la sua efficacia a breve termine è stata dimostrata in uno studio su 116 adulti in sovrappeso.43 Tali approcci possono produrre risultati senza i sentimenti di onere e di restrizione associati a interventi più rigorosi.
Conclusione
Il problema dell’obesità globale è sorto da piccoli squilibri nell’assunzione e nella spesa energetica che si sono accumulati nel tempo. Il fallimento degli attuali interventi per ottenere risultati significativi e a lungo termine nella lotta all’obesità potrebbe riflettere un fallimento nell’apprezzare i processi fisiologici alla base del bilancio energetico. Nuovi approcci che considerano come funziona il sistema di bilancio energetico dovrebbero sostituire l’attenzione esistente sulla restrizione alimentare diffusa e sulla perdita di peso. È necessario educare il pubblico sul concetto di bilancio energetico e aiutarli a sviluppare le capacità cognitive necessarie per contrastare la tendenza all’eccesso di cibo e al comportamento sedentario. Il concetto di zone regolamentate e non regolamentate di bilancio energetico può spiegare l’epidemia di obesità tra la popolazione sempre più sedentaria.
Tuttavia, cambiamenti relativamente piccoli nell’assunzione e nella spesa energetica possono arrestare l’aumento di peso nella maggior parte delle persone. Aumentando l’attività fisica nella popolazione, più persone si sposteranno nella zona regolamentata del bilancio energetico e di conseguenza avranno un maggiore controllo sul loro peso corporeo. Solo affrontando la prevenzione dell’aumento di peso può essere invertita l’epidemia di obesità