Статья опубликована в журнале «Анализ риска здоровью». Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки РФ по фундаментальным научным исследованиям.
Почему одна из самых грозных болезней человечества носит имя морского обитателя? Связь между животным и болезнью установил еще Гиппократ. Наблюдая злокачественные опухоли, древний врач увидел в них сходство с ракообразным: центральное уплотнение и расходящиеся вены напоминали тело и клешни. Он назвал явление «карциномой» (от греч. karkinos — «краб»), и это название, пройдя через латинское cancer, навсегда закрепилось в медицине. И сегодня оно точно отражает суть процесса — собственные клетки организма, как упрямое ракообразное, выходят из-под контроля и начинают бесконтрольно захватывать новые территории.
По своей сути, онкологическое заболевание — это внутренняя «поломка». Здоровая клетка следует строгой программе: растет, работает и, состарившись, умирает. Рак начинается, когда одна клетка нарушает эту последовательность. Она перестает быть частью слаженной системы и начинает бесконечно копировать саму себя. Позже из нее образуется множество таких же «испорченных» элементов, формирующих опухоль. Это образование способно прорастать в соседние здоровые ткани и отправлять свои «клоны» с током крови или лимфы в другие органы, создавая новые очаги болезни — метастазы.
С возрастом риск онкологии увеличивается из-за совместного действия нескольких факторов. В клетках организма постепенно накапливаются генетические мутации — случайные «поломки», которые со временем могут привести к их бесконтрольному размножению. Одновременно слабеет работа иммунитета: если в молодости защитная система эффективно выявляет и уничтожает единичные поврежденные участки, то с годами ее надзор ослабевает, и потенциально опасные изменения легче ускользают от контроля.
Кроме того, с возрастом меняется метаболизм: увеличивается доля жировой ткани. Она не только запасает энергию, но и активно выделяет биологически активные вещества, поддерживающие в организме состояние хронического воспаления низкой интенсивности. Такая среда дополнительно повреждает ткани и стимулирует деление, создавая благоприятные условия для формирования опухоли.
Математическое моделирование давно решает практические задачи медицины: помогает прогнозировать эпидемии, рассчитывать дозировки лекарств и планировать ресурсы. Теперь этот же подход применяется и в онкологии. С помощью формул и алгоритмов специалисты получают точные прогнозы, оценивают риски и анализируют сложные процессы, переводя наблюдения в точные цифры. Чтобы повысить эффективность борьбы с онкологией, необходимо понимать, какие угрозы и с какой вероятностью возникают у человека в течение жизни.
Существующие модели для оценки риска рака делятся на два типа, и оба плохо подходят для оценки влияния возраста. Первые слишком просты: они учитывают только внешние факторы вроде курения, но игнорируют сам процесс старения как источник риска. Вторые, наоборот, чрезмерно сложны: они детально описывают биологию (мутации, деление клеток), но требуют данных, которые невозможно получить для тысяч людей (например, скорость обновления стволовых клеток в органе).
Исследователи Пермского Политеха под руководством профессора Петра Трусова и «Федерального научного центра медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» под руководством академика РАН Нины Зайцевой создали математическую модель, которая предлагает новый подход к оценке влияния возраста на риск возникновения и тяжесть течения онкологических заболеваний.
Она основана на системе эволюционных уравнений и учитывает не только вероятность возникновения болезни, но и шанс умереть от нее. В основе подхода лежит идея эволюции риска во времени — подобно тому, как биологическая система меняется с возрастом, математическая модель описывает, как накапливаются и развиваются риски для здоровья на протяжении жизни человека.
Для анализа ученые использовали масштабную базу данных: более 150 тысяч случаев онкологических заболеваний, накопленных за 16 лет наблюдений. Чтобы выделить влияние именно старения, исключив другие факторы (такие как среда обитания, наследственность и образ жизни), ученые использовали специальную методику анализа. Расчеты были выполнены для 13 основных групп онкологических заболеваний — таких как опухоли органов пищеварения, дыхательной системы, молочной железы и других. Для каждой группы были получены коэффициенты, показывающие, как с возрастом растет вероятность заболеть и насколько тяжелее протекает болезнь.
С помощью модели специалисты показали, что с возрастом структура рисков меняется: на первый план выходят не наиболее известные виды рака, а другие — менее обсуждаемые, но более смертельные.
— Ключевыми зависимыми от возраста заболеваниями стали злокачественные новообразования органов пищеварения. К 70 годам их доля в общем онкологическом риске достигает 31,9%, а вероятность развития увеличивается в 168 раз по сравнению с 20-летним возрастом, — отмечает Петр Трусов, профессор, заведующий кафедрой «Математическое моделирование систем и процессов» ПНИПУ, доктор физико-математических наук.
Рак молочной железы, который считается одним из самых распространенных, с возрастом резко снижается: с 40,4% в структуре риска у молодых людей до всего 6,3% к 70 годам. Это указывает на то, что для данного типа рака факторы, связанные непосредственно со старением организма (например, накопление мутаций), играют меньшую роль по сравнению с внешними воздействиями или наследственностью.
— Возраст оказывает сильное влияние на редкие виды рака. Например, вероятность развития опухолей костей и суставных хрящей, несмотря на низкую общую распространенность, с каждым прожитым годом возрастает быстрее, чем для большинства других онкологических заболеваний. Это может говорить о том, что редкие формы рака могут быть в значительной степени обусловлены самим процессом старения организма, — объясняет Владимир Чигвинцев, научный сотрудник кафедры математического моделирования систем и процессов ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.
Исследователи выявили неожиданную закономерность для рака кожи. Его смертельность с возрастом не растет, а, наоборот, снижается — более чем в два раза за период с 20 до 70 лет. Это может быть связано как с возрастными особенностями самих опухолей, так и с более ранней их диагностикой у пожилых пациентов.
Разработанная модель позволяет перейти от общей борьбы с раком к четкому пониманию главных угроз для каждого этапа жизни. Она дает возможность направлять ресурсы на профилактику и раннюю диагностику именно тех видов онкологии, риск которых максимально возрастает в определенные периоды. Кроме того, созданный подход станет основой для оценки того, как различные факторы — от экологических и производственных до генетических — влияют на возникновение и течение рака на фоне естественного старения. Это позволит повысить эффективность раннего выявления групп и лиц подверженных риску, и разработать более персонализированные стратегии профилактики для всех возрастных групп.