Доклады

Математическая теория надежности в технике и надежность биологических систем: история вопроса и современное состояние

Кольтовер В.К.

Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка, Московская область, Россия. E-mail: koltover@icp.ac.ru

Основы математической теории надежности были заложены в 1950-х годах в связи с развитием авиации, радиотехники и др. Надежность определяется как свойство выполнять заданную функцию в течение заданного времени в заданных условиях [1]. Подобно техническим устройствам, любая биосистема – это устройство, сконструированное для выполнения заданной функции в соответствии с предназначением – информационным планом или генетической программой. Подобно техническим устройствам, биологические конструкции не вполне надежны, т.е., в работе каждого устройства акты нормальной работы чередуются со случайными (стохастическими) отказами (сбоями). Проблема надежности биологических систем была впервые поставлена в работах Д.М. Гродзинского и его сотрудников [2]. Проводились регулярно конференции по бионадежности, начиная с первой, 1975 г., Киев, тогда – СССР. В 1978 г. при Научном совете по биологической физике АН СССР была создана специальная комиссия по проблемам надежности биологических систем, в состав которой вошли многие выдающиеся биофизики. Спустя четверть века начались аналогичные исследования за бывшим «железным занавесом» - под названием “robustness” [3]. Между тем, существует математическая теория надежности, в англоязычной литературе – reliability, а не «robustness». Термин reliability общепринят в технике. Соответственно, именно этот термин был использован в пионерских работах по бионадежности. В настоящем докладе представлены результаты применения теории надежности к проблеме старения. Старение – это неизбежное следствие генетически запрограммированного дефицита надежности биомолекулярных конструкций, тогда как свободнорадикальный редокс-таймер, локализованный в специализированных клетках центральной нервной системы, служит эффективным стохастическим механизмом реализации программы старения [4, 5]. Тот же системный теоретико-надежностный подход служит эвристической методологией для превентивной медицине, в частности, для поиска реальных механизмов антиоксидантной терапии.

Литература

1. Lloyd D.K., Lipov M. Reliability: Management, Methods and Mathematics. – New Jersey: Prentice Hall. 1962.

2. Гродзинский Д.М., Войтенко В.П., Кутлахмедов Ю.А., Кольтовер В.К. Надежность и старение биологических систем. – Киев: Наукова думка. 1987.

3. Kitano H. Biological robustness. // Nat. Rev. Genet. 5. 2004. Pp. 826-837.

4. Koltover V.K. Free radical timer of aging: from chemistry of free radicals to systems theory of reliability. // Current Aging Sci. 10. 2017. Pp. 12-17.

5. Koltover V.K. Mathematical theory of reliability and biological robustness: reliable systems from unreliable elements. In: Focus on Systems Theory Research. – New York: Nova Science Publ., 2018. In press.

• тезисы на английском языке (PDF)