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减肥模型的常微分方程

2009-12-01 22:19阅读:
文针对减肥问题建立了常微分方程数学模型并用该模型对时下比较流行的相关减肥药与减肥方法进行了测定,验证其是否真正可以起到减肥的效果。
针对问题1,我们在充分学习生物学知识的基础上,认为体重的改变主要是由于体内脂肪含量的变化。同时,生物学知识告诉我们能量的摄入主要来自于膳食中的碳水化合物、脂肪和蛋白质;能量的消耗主要有三方面:维持基础代谢、从事劳动以及食物的特殊动力作用,根据能量守恒定律,因此要达到减肥的目的即是要使人体每天消耗的能量大于吸收的能量,从而燃烧体内囤积的脂肪。我们针对该问题建立了常微分方程模型。
针对问题2,主要是对问题1中模型的应用。首先通过文献了解减肥药的作用机理,针对曲美减肥药,知道其的主要功效是加速脂肪的代谢率,即是增加了维持基础代谢的耗能。后经过对模型的求解我们知道每日减肥量上限0.29千克,因而曲美药减肥药介绍中关于“有特别明显者一月减20斤”的描述具有欺骗消费者之嫌。另外,通过节食、运动(不包括个体日常劳动)等方法都能达到减肥的目的,用控制饮食的方法,每日至多平均减肥0.185Kg;同时采用控制饮食和运动的方法,每日也只能减肥0.196Kg
对比两者结果说明,采用控制饮食进行减肥比加强运动更有效。运动减肥效果不是很明显,但是其是最健康的,对身体的有害影响最小。



关键词:减肥 耗能 常微分方程 减肥药

一、问题的重述
随着人类生活水平的提高,肥胖问题日益凸显,严重威胁着人类的身体健康,应运而生的是五花八门的减肥产品以及层出不穷的减肥方法。然而如何选择合适的减肥产品与方法却一直困扰着广大肥胖患者。究竟哪种减肥产品和方法能在不伤害身体的条件下真正起到瘦身的效果?本题就是要求通过对相关数据的收集与整理建立关于减肥问题的数学模型,并用此模型检验相关的减肥产品与减肥方法,论证其是否能起到安全、有效减肥的效果。

二、背景知识
根据中国生理科学会修订并建议的我国人民的每日膳食指南可知:
1、每日膳食中,营养素的供给量是作为保证正常人身体健康而提出 膳食质量标准。营养素的需求量是指维持身体正常的生理功能所需要的营养素的数量。如果人们在饮食中摄入的营养素的数量低于这个数量,将使身体产生不利影响。
市面上虽然许多不同的节食疗法能达到短时期体重的下降,但是因为溜溜球效应的影响,大部分的人又会很快地反弹回原来的体重。所以要达到长期不反弹的效果,每天按照标准摄取有营养价值的食物是很重要的。
2、人体的体重是评定膳食能量摄入适当与否的重要标志。
如果我们每天吸收的能量超过消耗的能量,则我们的体重会增加,达不到减肥的目的。如果我们每天吸收的能量等于消耗的能量,我们的体重就基本不会变化。如果我们每天吸收的能量小于消耗的能量,我们的体重就会减少,则减肥的问题便能解决。
3、人体热能需要量的多少,主要决定于三个方面:维持人体基本代谢所需的能量、从事劳动和其他活动所消耗的能量以及食物的特殊动力作用(将食物转化为人体所需的能量)所消耗的能量。
4、一般情况下,成年男子每一千克体重每小时平均消耗热量为4.2千焦。
减肥最主要的是减去人体内冗余的能量,能量最主要是由糖类、蛋白质和脂肪转化而来的。运动减肥的原理是利用运动需要消耗大量的能量来减掉人体内多余的能量,而不使其堆积 。通过运动,每千克体重每小时平均消耗的能量增加,体内多余的能量转化为热量,供给身体需要。
5、一般情况下,食用普通的混合膳食,食物的特殊动力作用所需要的额外的能量消耗为6.3 103~8.4 103千焦,相当于基础代谢的10%

三、问题的分析
通常当体内的能量守恒被破坏时会引起体重的变化。导致肥胖的主要原因是由于饮食能量摄入多于机体能量消耗,以致过剩能量以脂肪形式贮存于体内。因此解决问题的关键转化为研究人机体能量的摄入与消耗,考虑在什么情况下才能消耗囤积于肥胖患者体内的多余脂肪,从而达到减肥的效果。

四、模型的假设
1、假设排除因为人体内部发生的变化(如内分泌不正常、遗传因素和生理性因素)而引起的肥胖;
2、假设人的体重由脂肪、水、蛋白质、碳水化合物组成,不考虑其他成分;
3、假设蛋白质、碳水化合物、水的质量是不变的,因此导致人体体重变化主要是指脂肪的变化;
4、假设摄入的食物全部转化为热量,即能量转换率为100%
5、假设所有的运算都是基于健康(不发生感冒、发烧等影响新陈代谢的疾病)

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