2.3 Особенности биологических систем

Сформулируем ряд особенностей биологических систем.

1. Любая биологическая система необычайно сложна, включает множество разнообразных подсистем с многообразными и подвижными связями и функциями, что приводит к большому количеству возможных состояний.

2. При изучении биологической системы приходится считаться с непрерывно изменяющимся комплексом множества факторов, активно воздействующих на систему в целом и ее подсистемы, причем точный учет самих факторов и результатов их воздействия в реальных условиях не представляется возможным. Особую роль при исследовании высших биологических систем играют психофизиологические факторы, существенно искажающие результаты.

3. Состояние биологической системы описывается обширным набором физиологических процессов и большим количеством разнородных медико-биологических показателей. При этом показатели и процессы – неоднозначно определяют состояние системы, так как состояние ее равновесия (норма) может обеспечиваться при разных знамениях определяющих параметров. Кроме того, эти параметры взаимосвязаны, причем связь эта иногда нелинейная.

4. Получение точных математических зависимостей между различными параметрами, физиологическими процессами и медико-биологическими показателями, характеризующими биологические системы, затруднено, так как еще недостаточно изучены такие системы, а также не разработан адекватный математический аппарат, пригодный для их описания.

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

6. 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.

7. Отсутствие количественных характеристик состояния и функций биологической системы приводит к тому, что результат внешних управляющих воздействий на нее не может быть предсказан однозначно.

8. Неоднозначность реакции на один и тот же набор сигналов внешней среды или смежных иерархических уровней указывает также на нестационарность самих биосистем.

9. Разного рода патологические явления, возникающие или проявляющиеся в тех или иных подсистемах (например, в органах и тканях человека), могут рефлекторно влиять через высшие уровни управления системой (напри­\мер, через сосудистую, нервную рецепцию) на функции высших уровней изменяя или искажая их, и, как следствие, нарушать самые различные процессы в биосистеме, а это, в свою очередь, затрудняет интерпретацию получаемых результатов.

10. Индивидуальный разброс измеряемых медико-биологических показателей, внутригрупповая изменчивость обусловливают необходимость фиксирования и априорного ограничения группы исследуемых объектов, а учет генетических эффектов вызывает необходимость введения возрастных групп для исследований одних и тех же проявлений.

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

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

13. Большие трудности возникают при измерении параметров внутренней среды биологических систем без нарушения их целостности, без внесения искажений в измеряемый параметр.

14. Сложность измерений связана также со сравнительно малыми абсолютными значениями измеряемых величин при больших уровнях шумов как вследствие работы других подсистем (внутренних шумов), так и из-за помех, наводимых из внешней среды; спектр измеряемых сигналов, характеризующих физиологические процессы, лежит в области инфронизких частот (до сотых долей герца).

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).