Food choices and body weight changes: A mathematical model analysis

Title: Food choices and body weight changes: A mathematical model analysis

Mantana Chudtong1,2, Andrea De Gaetano3,4

Affiliations

• 1Department of Mathematics, Faculty of Science, Mahidol University, Bangkok 10400, Thailand.

• 2Center of Excellence in Mathematics, the Commission on Higher Education, Si Ayutthaya Rd., Bangkok 10400, Thailand.

• 3National Research Council of Italy (IRIB-CNR and IASI-CNR), Palermo and Rome, Italy.

• 4Dept. of Biomatics, Óbuda University, Budapest, Hungary.  

         Plain language Summary: This study developed a computer model that simulates how people eat from minute to minute and how this affects their health over many years. The model looks at how appetite, blood sugar, and insulin levels interact to influence when we eat and how much we eat. By assuming that a person’s eating habits stay roughly the same over time, the researchers ran long-term simulations to explore how different food choices—such as eating more high-fiber foods versus high-carbohydrate foods—or reducing appetite can change body weight. The results show that even small changes in appetite in the short term can lead to noticeable weight gain or loss over several years. The model also shows that choosing different types of food, even when eating the same amount, can lead to long-term changes in body weight. What makes this model new and useful is that it links very short-term eating behaviors with long-term changes in metabolism, insulin sensitivity, blood sugar fluctuations, and body size. This helps explain how unhealthy eating patterns can gradually lead to Type 2 diabetes over time.

          งานวิจัยนี้สร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่จำลองพฤติกรรมการกินของคนแบบนาทีต่อหนึ่งนาที และศึกษาว่าสิ่งนี้ส่งผลต่อสุขภาพในระยะหลายปีอย่างไร แบบจำลองนี้พิจารณาปฏิสัมพันธ์ระหว่างความอยากอาหาร ระดับน้ำตาลในเลือด และระดับอินซูลิน ซึ่งมีผลต่อเวลาที่เรากินและปริมาณอาหารที่กินในแต่ละมื้อ โดยสมมติว่าพฤติกรรมการกินของคนเราค่อนข้างคงที่ตลอดเวลา นักวิจัยจึงใช้แบบจำลองนี้จำลองผลลัพธ์ระยะยาวเพื่อดูผลกระทบของการเลือกประเภทอาหาร—เช่น อาหารที่มีกากใยสูงเทียบกับอาหารคาร์โบไฮเดรตสูง—หรือการลดความอยากอาหาร ผลการศึกษาพบว่า แม้การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของความอยากอาหารในช่วงสั้น ๆ ก็สามารถทำให้น้ำหนักเพิ่มหรือลดได้อย่างเห็นได้ชัดในช่วงหลายปี นอกจากนี้ แบบจำลองยังแสดงให้เห็นว่าการเลือกชนิดของอาหาร แม้ว่าจะกินในปริมาณเท่าเดิม ก็สามารถทำให้น้ำหนักเปลี่ยนแปลงในระยะยาวได้ สิ่งที่ทำให้แบบจำลองนี้มีความโดดเด่นคือสามารถเชื่อมโยงพฤติกรรมการกินในช่วงเวลาสั้นมากเข้ากับการเปลี่ยนแปลงระยะยาวของระบบเมตาบอลิซึม ความไวต่ออินซูลิน ความผันผวนของระดับน้ำตาลในเลือด และขนาดตัวของมนุษย์ ซึ่งช่วยอธิบายได้ว่าพฤติกรรมการกินที่ไม่ดีต่อสุขภาพสามารถนำไปสู่โรคเบาหวานชนิดที่ 2 ได้อย่างไรในระยะยาว

Mathematical Biosciences and Engineering 2025, Volume 22, Issue 7: 1790-1824. doi: 10.3934/mbe.2025065.