Teorie spolehlivosti stárnutí a dlouhověkosti (anglicky Reliability theory of aging and longevity) je vědecký přístup zaměřený na získání teoretických poznatků o mechanismech biologického stárnutí a vzorcích přežití druhů aplikací obecné teorie selhání systémů, známé jako teorie spolehlivosti.
Teorie spolehlivosti umožňuje výzkumníkům předpovědět kinetiku selhání související s věkem pro systém dané architektury (struktura spolehlivosti) a danou spolehlivost jeho složek. Aplikace přístupu teorie spolehlivosti na problém biologického stárnutí a dlouhověkosti druhů vedou k následujícím závěrům:
(1) Nadbytečnost je klíčovým pojmem pro pochopení stárnutí a zejména systémové povahy stárnutí. Systémy, které jsou nadbytečné v počtu nenahraditelných prvků, se v průběhu času zhoršují (tj. stárnou), i když jsou postaveny z prvků, které stárnou.
(2) Zjevná míra stárnutí nebo projev stárnutí (měřeno jako relativní rozdíly v míře selhání mezi srovnávanými věkovými skupinami) je paradoxně vyšší u systémů s vyšší mírou redundance.
(3) Vyčerpání nadbytečnosti v průběhu života vysvětluje pozorovaný „kompenzační zákon úmrtnosti“ (úmrtnostní konvergence v pozdějším věku, kdy úmrtnost začíná být v pokročilém věku u různých populací stejného biologického druhu relativně podobná), jakož i pozorované zpomalení úmrtnosti v pozdním věku, vyrovnání a úmrtnostní plošiny.
(4) Zdá se, že živé organismy vznikají s vysokým počátečním zatížením poškozením (hypotéza HIDL), a proto jejich délka života a způsoby stárnutí mohou být citlivé na podmínky raného věku, které určují toto počáteční zatížení poškozením během raného vývoje. Myšlenka programování stárnutí a dlouhověkosti v raném věku může mít důležité praktické důsledky pro rozvoj intervencí v raném věku podporujících zdraví a dlouhověkost.
(5) Teorie spolehlivosti vysvětluje, proč se úmrtnost u mnoha druhů zvyšuje exponenciálně s věkem (Gompertzův zákon) tím, že bere v úvahu počáteční vady (defekty) v nově vzniklých systémech. Vysvětluje také, proč organismy „preferují“ smrt podle Gompertzova zákona, zatímco technická zařízení obvykle selhávají podle Weibullova (mocenského) zákona. Teoretické podmínky jsou specifikovány, když organismy umírají podle Weibullova zákona: organismy by měly být relativně bez počátečních vad a defektů. Teorie umožňuje najít zákon o obecném selhání použitelný pro všechny dospělé a extrémní stáří, kde Gompertzův a Weibullův zákon jsou jen zvláštní případy tohoto obecnějšího zákona o selhání.
(6) Teorie spolehlivosti pomáhá evolučním teoriím vysvětlit, jak by mohl být věk nástupu škodlivých mutací během evoluce odložen, čehož by bylo možné snadno dosáhnout prostým zvýšením počátečních úrovní redundance. Z hlediska spolehlivosti je zvýšení počátečních úrovní redundance nejjednodušším způsobem, jak zlepšit přežití v obzvláště raném reprodukčním věku (s poklesem ve vyšším věku). To přesně odpovídá vyšší prioritě fitness raného reprodukčního věku zdůrazněné evolučními teoriemi. Evoluční myšlenky a myšlenky spolehlivosti také pomáhají pochopit, proč organismy zřejmě „volí“ jednoduché, ale krátkodobé řešení problému přežití zvýšením redundance systémů místo trvalejšího, ale komplikovaného řešení založeného na důsledné opravě (s potenciálem dosažení zanedbatelné senescence). Existují tedy slibné příležitosti pro sloučení teorie spolehlivosti a evolučních teorií stárnutí.
Teorie spolehlivosti celkově poskytuje stručné vysvětlení mnoha důležitých jevů souvisejících se stárnutím a navrhuje řadu zajímavých ověřitelných předpovědí. Teorie spolehlivosti se proto jeví jako slibný přístup k rozvoji komplexní teorie stárnutí a dlouhověkosti integrující matematické metody se specifickými biologickými znalostmi a evolučními myšlenkami.
Gavrilov LA, Gavrilova NS. Teorie spolehlivosti stárnutí a dlouhověkosti. In: Masoro E.J. & Austad S.N.. (eds.): Handbook of the Biology of Aging, Sixth Edition. Academic Press. San Diego, CA, USA, 2006, 3-42. ISBN 0120883872
Gavrilov LA, Gavrilova NS. Why We Fall Apart. Engineering’s Reliability Theory Explains Human Aging. IEEE Spectrum, 2004, 41(9): 30-35.
Gavrilov LA, Gavrilova NS. The Reliability-Engineering Approach to the Problem of Biological Aging. Annals of the New York Academy of Sciences, 2004, 1019: 509-512. PMID 15247076
Gavrilov L.A., Gavrilova N.S. Teorie spolehlivosti stárnutí a dlouhověkosti. Journal of Theoretical Biology, 2001, 213(4): 527-545. PMID 11742523
Leonid A. Gavrilov & Natalia S. Gavrilova (1991), The Biology of Life Span: A Quantitative Approach. New York: Harwood Academic Publisher, ISBN 3718649837
Gavrilov, L.A. Matematický model stárnutí zvířat. Proc. Acad. Sci. SSSR [Doklady Akademii Nauk SSSR], 1978, 238(2): 490-492. Anglický překlad Plenum Publ Corp: pp.53-55. PMID 624242
Gavrilov, L.A., Gavrilova, N.S., Yaguzhinsky, L.S. Hlavní zákonitosti stárnutí a úhynu zvířat nahlížené z hlediska teorie spolehlivosti. J. General Biology [Zhurnal Obschey Biologii], 1978, 39(5): 734-742. PMID 716614