6.6. Особенности биологических объектов как объектов исследования

Обобщая все вышесказанное о биологических системах, можно сформулировать ряд особенностей этого класса систем как объектов медико-биологических исследований.

1. Любая живая биологическая система характеризуется необычайной морфологической и функциональной сложностью. Она включает множество разнообразных подсистем с многообразными и подвижными связями и функциями, что приводит к большому количеству возможных состояний.

2. При изучении живой системы приходится считаться с непрерывно изменяющимся комплексом множества факторов, активно воздействующих на систему или на ее подсистемы, и с вероятностным характером поведения биообъекта в ответ на раздражители даже одной и той же модальности. Точный учет самих факторов и результатов их воздействия в реальных условиях не представляется возможным. Особую роль при исследовании высших биологических систем играют психофизиологические факторы, обусловленные наличием психических процессов и существенно искажающие результаты.

8. Биологический объект характеризуется огромным количеством показателей - статических и динамических, количественных и качественных, измеряемых прямыми, а чаще косвенными методами. Величины показателей изменяются в широких пределах, они не постоянны даже для одного состояния организма. Это создает известные трудности для получения полной и достоверной информации о состоянии биологического объекта в реальном масштабе времени.

3. Состояние биологической системы описывается набором физиологических процессов и большим количеством разнородных медико-биологических показателей - статических и динамических, количественных и качественных, измеряемых прямыми, а чаще косвенными методами. Общее количество таких показателей окончательно не определено; их число постоянно увеличивается в связи с тем, что появление новых подходов к изучению состояния организма приводит к введению в практику и новых показателей. Часть показателей может быть получена с помощью сложных и продолжительных по времени процедур. Величины показателей изменяются в широких пределах, они не постоянны даже для одного состояния организма.

10. Необходимы специальные приемы для оценки соответствия полученных количественных и качественных характеристик действительному состоянию объекта исследования. Оценка этого соответствия для живых систем становится особенно важной, так как состояние организма часто определяет дальнейший ход исследований. Только использование различных методов и способов получения и обработки информации от объекта позволяет исследователю формировать информативные показатели, делать заключения о состоянии исследуемого организма и принимать решения по лечебным процедурам.

4. Большое число параметров, описывающих биологическую систему, затрудняет, а иногда и исключает возможность их одновременного фиксирования для получения представления о мгновенном состоянии системы, поэтому, выполнив процедуру измерения, можно оценить лишь вероятность этого состояния. Это создает известные трудности для получения полной и достоверной информации о состоянии биологического объекта в реальном масштабе времени.

5. Зарегистрированные показатели и процессы неоднозначно определяют состояние системы, так как состояние ее равновесия (ее так называемая “индивидуальная” норма) может обеспечиваться при разных величинах определяющих параметров. Кроме того, эти параметры взаимосвязаны, причем связь эта иногда нелинейная и чаще всего с не известным законом.

6. Необходимы специальные приемы для оценки соответствия полученных количественных и качественных характеристик действительному состоянию объекта исследования. Оценка этого соответствия для живых систем становится особенно важной, так как состояние организма часто определяет дальнейший ход исследований. Только использование различных методов и способов получения и обработки информации от объекта позволяет исследователю формировать информативные показатели, делать заключения о состоянии исследуемого организма и принимать решения по лечебным процедурам.

7. Для описания биологических объектов и систем методов их исследования должен использоваться системный подход и, в частности, системный анализ. Только изучение всех факторов, влияющих на состояние организма и определяющих его реакции на внешние воздействия, с позиций системного анализа позволяет понять специфические особенности этого вида объекта, найти наиболее оптимальные методы изучения проявлений жизнедеятельности, установить требования к техническим средствам, используемым в этих исследованиях.

8. Получение точных математических зависимостей между различными параметрами, физиологическими процессами и медико-биологическими показателями, характеризующими организмы, затруднено, так как функциональные системы живых организмов еще недостаточно изучены, а также не разработан адекватный математический аппарат, пригодный для их описания. Отсутствие количественных характеристик состояния и функций биологической системы приводит к тому, что результат внешних управляющих воздействий на нее не может быть предсказан однозначно. Неоднозначность реакции на один и тот же набор сигналов внешней среды или смежных иерархических уровней указывает также на нестационарность самих биосистем.

9. Для биосистем характерна качественная неоднородность, проявляющаяся в том, что в рамках одной и той же функциональной системы совместно и слаженно работают разнородные подсистемы разного пространственного масштаба с разными постоянными времени, с качественно различными управляющими сигналами (химическими, физическими, информационными).

10. Наличие множества механизмов регуляции с разными постоянными времени регулирования требует осуществления контроля продолжительности эксперимента для исключения нестационарности в изучаемых процессах.

11. Разного рода патологические явления, возникающие или проявляющиеся в тех или иных подсистемах (например, в органах и тканях организма), могут рефлекторно влиять через высшие уровни управления системой (например, через вегетативную нервную рецепцию) на функции высших уровней, изменяя и искажая их, и, как следствие, нарушать различные процессы в биосистеме, что, в свою очередь, затрудняет интерпретацию получаемых результатов.

12. Индивидуальный разброс измеряемых медико-биологических показателей, внутригрупповая изменчивость обусловливают фиксирование и априорное ограничение группы исследуемых объектов, а учет генетических, национальных, климатических и других эффектов заставляет всегда специально описывать свойства группы, на которой проводятся исследования одних и тех же проявлений.

13. Изменчивость и индивидуальность параметров приводят к широкому использованию в медицине и биологии методов математической статистики (биометрии). Однако, для получения достоверных результатов требуется собирать и обрабатывать огромный статистический материал по разнообразными характеристикам биологического объекта, измерение которых иногда связано со значительными затратами времени, так как некоторые биологические процессы соизмеримы с продолжительностью существования биологической системы.

14. Исследование биологических систем целесообразно производить в условиях их реального существования, без ограничения подвижности. Однако закон поведения системы в большинстве случаев заранее неизвестен, что создает значительные трудности, например при исследованиях человека в космическом полете или при исследованиях физиологии труда как спорта.

15. Большие трудности возникают при измерении параметров внутренней среды биологических систем без нарушения их целостности, без внесения искажений в измеряемый параметр из-за нарушения физиологичности эксперимента. В ответ на подключение измерительных преобразователей организм реагирует включением механизмов адаптации к воздействиям и даже реакцией отторжения, что может существенно исказить результаты исследований.

Перечисленные особенности биологических систем как объектов изучения заставляют исследователей решать многочисленные проблемы как методического (при разработке методов исследования биологических объектов), так и технического характера (при получении биомедицинской информации от объекта и дальнейшей ее обработке). Тем не менее, успехи, достигнутые при синтезе биомедицинских технологий и медицинской техники, указывают на реальность решения многих из этих проблем и намечают пути, по которым могут развиваться дальнейшие исследования.