Гайдес М.А. - Общая теория систем. (Системы и системный анализ)

Чтобы их выявить и понять причину нарушений работы внутренних органов необходим анализ состояния систем организма больного, сопровождающий процесс постановки диагноза. Любой такой анализ имеет три основные задачи:

• определить текущее состояние систем организма больного (поставить диагноз)

• определить прогноз состояния организма больного на будущее

• выработать решение о лечебных действиях с целью улучшения прогноза

Однако уже в постановке диагноза есть некоторая неточность. Используя в оценке клинической ситуации морфологический анализ мы постоянно «опаздываем», потому что ставим не детерминированный (причинно-следственный) и не прогнозирующий, а констатирующий диагноз. Например, диагнозы «кардиомиопатия» или «инфаркт миокарда» являются всего лишь констатацией уже имеющегося определённого поражения миокарда, т.е., уже свершившегося факта – следствия какого-то процесса. Но в этих диагнозах нет указания на причину этого следствия. Фактически в большинстве случаев названия диагнозов – это не названия болезней, а названия результатов болезней, названия дефектов различных органов.

Ультразвуковая эхолокация внутренних органов, контрастная и обычная рентгенография, радиоизотопные исследования, компьютерная томография, спирометрия и пр., позволяют определять изменения формы соответствующих органов, их размеры, толщину и объёмы, т.е., морфологические (статические, структурные) параметры, которые характеризуют состояние или вид поражения того или иного органа. Мы можем сравнивать эти параметры с должными покоя или пика нагрузки (минимальными или максимальными должными величинами) и оценивать их как равными, больше или меньше должных. Однако форма, толщина и объёмы – это не функции органов, а результат функции различных систем организма.

В понятие «функция» входят функциональные (динамические) параметры, которые характеризуют действия, такие как сила, давление, скорость и пр. Динамическое понятие «функция» является рабочим инструментом только системного анализа. Функция систем организма может быть достаточной или недостаточной, и оценить это возможно лишь если сравнивать актуальные кривые этих параметров с должными кривыми. Понятие «должная кривая» отличается от понятия «должная величина» тем, что последняя является единичной величиной, а «должная кривая» – это множество единичных величин, выстроенных в виде кривой. Но понятие «должная кривая» почти не известно и не применяется.

Прогноз состояния организма больного также может быть только вероятностным. Мы можем знать сколько шансов есть у больного быть в каком-то определённом состоянии через определённое время, но никогда мы не можем точно знать, что с ним будет. Если, например, у больного в лёгких обнаружена раковая опухоль, это значит, что через 5 лет от начала заболевания у него есть всего лишь 15-20% шансов остаться в живых, независимо от того, будет принимать он какое-либо лечение, или нет. При этом конкретно данный больной может умереть уже в ближайшие дни, но также может и спонтанно излечиться от рака, поскольку такое, хоть и очень редко, но случается. Т.е., прогноз меняется от «больной если не умрёт» до «то будет жить» с той или иной степенью вероятности. Эта неопределённость является принципиальной и не устранимой, так как возникает на основе вероятностного принципа статистического анализа, являющегося основным инструментом органо-морфологического анализа.

Если бы только прогноз был вероятностным, с этим можно было бы как то мириться. Но и выбор метода лечения также является вероятностным. Например, такой-то вид лечения даёт 80% благоприятного исхода. Это значит, что у больного есть 20% шансов получить неверное лечение. И даже если лечащий врач попытается постоянно отслеживать состояние больного с целью внести необходимую коррекцию в схему лечения, даже в этом случае он всегда будет запаздывать в оценке врачебной ситуации в силу выше изложенных причин. Потеря времени чревата ухудшением состояния больного, поскольку ресурсы его организма уже снижены и вследствие болезни продолжают снижаться.

Мы пытаемся «залезть» в глубины организма ещё глубже, доходя до уровня молекулярной биологии и генетики, и при этом преследуем всего лишь одну главную цель – найти принципиальное решение излечения от той или иной болезни. Но, видно, таким путём проблему не решить. Мы знаем практически все элементы систем организма – органы, клетки, молекулярные образования и т.д., но пока не знаем всех его систем (целевых объединений этих элементов), а также законов термодинамического взаимодействия между ними. Организм человека – это не набор органов и клеток, а цельная очень сложная система, в которой все элементы очень точно подогнаны друг к другу и функционируют на очень тонком балансе взаимодействий между собой. Любой дисбаланс этих взаимодействий – это уже патология, которая приводит к «поломкам» (деструкциям) соответствующих элементов и которые затем обнаруживаются методами органо-морфологического анализа. Обнаружить патологию в раннем функциональном периоде (дисбаланс функций) можно только с помощью функциональной диагностики, которую нужно развивать.

Но и этого ещё недостаточно. Как уже было отмечено, нужен ещё и соответствующий инструмент для анализа этих данных. Этим инструментом является системный анализ. Он изучает сам патологический процесс и его причину задолго до появления морфологических изменений, обнаруживаемых методами органо-морфологического анализа, может предвидеть само появление патологического процесса и может дифференцировать нормальную реакцию от патологической. Если мы видим у больного инфильтрат, склероз или опухоль, это значит, что он находится уже на достаточно поздних стадиях заболевания. Этим изменениям предшествовали нарушения потоков крови, давления или метаболизма тканей. Только после функциональных изменений появляются морфологические.

Системный анализ классифицирует по функциональным признакам (признакам действия). Есть всего только три «полочки» классификации функций (реакций) любых систем – нормальная, чрезмерная (гиперреакция) и недостаточная (гипореация). Чтобы классифицировать таким образом необходимо пользоваться такими основными понятиями, как «цель системы» (должная величина), «иерархия системы», «системная функциональная единица» (СФЕ), «ресурсы системы» и «управление системой». При этом системный анализ также использует и органо-морфологический анализ как свою составную часть, поскольку действия системы (функции) выполняют различные структурные элементы – системные функциональные единицы (СФЕ) систем организма, которыми являются различные клеточные и тканевые структуры.

Использование системного анализа превращает эмпирическую медицину в аналитическую. Анализируя различные явления в организме больного можно построить полную траекторию патогенеза его болезни, выявить резервы организма, определить прогноз его состояния на будущее и начать лечение в то время, когда ещё нет «поломок» структур организма. При этом можно моделировать различные состояния организма при различных воздействиях на него, что открывает путь для выбора наиболее оптимального вида лечения. Сегодня во многих случаях, если не во всех, мы начинаем лечение «вслепую», основываясь только на вероятностных оценках, на врачебном опыте и интуиции. Завтра, используя системный анализ и возможности аналитической медицины, «переигрывая» на компьютере все варианты воздействия на организм больного, мы сможем достаточно точно «вычислить» наши действия в отношении лечения конкретного больного организма. А для этого нужны соответствующие функциональные методы исследования и соответствующие методы анализа, которые могут выявить «движущую силу» болезни, в то время как органо-морфологические методы исследования выявляют лишь её результат. Будущее за аналитической медициной.

Для этого врач должен относиться к живому организму как к обыкновенной машине, правда необычайно сложной, но тем не менее работающей в соответствии с обычными законами термодинамики. Времена витализма канули в прошлое. При этом врач должен помнить, что организм – это не набор органов, а чрезвычайно слаженная и сбалансированная система, где каждый элемент работает не сам по себе, а только (и только!) в полном соответствии с работой других элементов. Ни больше, ни меньше! Отсутствие этого соответствия – это уже патология.

Мне приходилось уже слышать, что принципы, которые предлагаются в этой книге, слишком сложные для понимания и широкого применения в клинической практике. На это можно возразить следующее.

Во-первых, принципы, рассмотренные в данной книге слишком упрощены, на самом деле картина происходящих в организме процессов ещё сложнее. Но при полном овладении метода системного анализа нет особых проблем со сложностью анализа любых процессов и любой сложности, происходящих в организме, потому что системные знания – это упорядоченные знания. В таком случае эта сложность только кажущаяся. Если есть порядок в знаниях, всё намного проще, чем кажется.

Во-вторых, сложность анализа не должна являться препятствием для использования в клинической практике, если это диктуется клинической целесообразностью и необходимостью клинической ситуации. Иначе это будет сплошной театр, а не лечение. Мы будем делать вид, что всё понимаем в организме больного, хотя ничего не понимаем.

Сегодняшний врач не знаком с системным анализом, а знаком только со структурным анализом, потому что современная номенклатурная классификация болезней основана только на нём. Врач мыслит только категориями воспалений, опухолей, гипер- или гипотрофий, структурных перерождений различных органов, типа саркоидоза лёгких, атеро-склеротической бляшки в коронарной артерии или кардиомиопатии, т.е., категориями анатомо-морфологического анализа. У него нет понятия о СФЕ, хотя недостаточность функций для него прежде всего связана с изменением структуры и формы органа и все эти изменения для него являются «врагами», против которых он должен бороться.

Но все эти изменения, являющиеся следствием каких-либо процессов в организме (следствием болезней), являются результатом совершенно различных его состояний и отношение к ним также должно быть различным. Воспаление, например, является одним из «главных наших врагов» и при наличии воспаления у больного врач начинает бороться прежде всего против него. Но то же воспаление является определённой защитной реакцией организма больного против какого-либо внешнего воздействия (травмы, инфекции и т.д.), имеет определённые фазы и соответствующие механизмы. Часть этих механизмов в начале процесса предназначена для нейтрализации внешнего воздействия, разрушающего организм, а другая часть – для восстановления тех разрушений, которые возникли вследствие этого воздействия. Воспаление осуществляется определённой системой, ограниченной своими функциональными резервами, и которая имеет свои подсистемы и свои элементы исполнения и управления. И если этих резервов достаточно, эта система полностью нейтрализует разрушающее внешнее воздействие и полностью ликвидирует все разрушения, восстанавливая разрушенные СФЕ. Но если ресурсов системы не хватает, то завершение фаз воспаления может иметь различное окончание, в зависимости от того, какие из её подсистем недостаточны. И этими завершениями являются разрушение СФЕ различных систем организма, те самые инфильтраты, опухоли, гипер- и/или гипотрофии, эмпиемы, нагноения и другие различные структурные перерождения тканей, которые мы можем обнаружить с помощью структурных методов исследования. Следовательно, на начальных фазах воспаления мы не должны бороться с ним (с воспалением), если нет чрезмерной гипер- или гипореакции, а должны помогать ему, ликвидируя чрезмерное внешнее воздействие (радикальная терапия). А на последующих фазах мы не можем или можем очень мало помочь ему (воспалению), потому что пока ещё не умеем выращивать новые СФЕ (восстановительная и симптоматическая терапия). Но если последующие воспалительные реакции стали извращенными и патологическими, то мы можем прекратить их, прервав порочный круг (радикальная и симптоматическая терапия).

Такой подход к проблемам больного возможен только лишь при условии изучения его организма как единой системы и только с позиций системного анализа. Но для этого нужно знать системы организма, знать все возможные функции и механизмы простых и сложных реакций этих систем, такие как воспаление, свёртываемость крови, потоки, давления, выделение или абсорбция, и знать последствия этих реакций. Мы же сегодня знаем только последствия реакций некоторых систем, но не знаем самих систем организма, не знаем их функций и реакций с позиций и принципов системного анализа, потому что не знаем как пользоваться системным анализом.

Если больной жалуется на одышку в нагрузке, но врач не находит у него никаких морфологических изменений (инфарктов, обструкций коронарных артерий, воспалений бронхов или лёгочной паренхимы и т.д.), то он (врач) бессилен помочь больному, потому что он не знает, что надо делать, он не видит причин для жалоб больного. Сегодняшний врач не знает систем организма, потому что само понятие «система» пока ещё не было чётко определено. Сегодня нет специалистов не только, например, по системе обмена метаболических газов (СОМГ), которая включает в себя систему внешнего газообмена (СВГ – лёгкие без сосудов) и систему кровообращения (СК – левый и правый желудочки сердца, сосуды и кровь), но и специалистов даже по системе внешнего газообмена или системе кровообращения в отдельности. Но есть пульмонологи, которые изучают некоторые аспекты СВГ и есть кардиологи, которые изучают хотя и важнейший, но всего лишь один из элементов СК – сердечные насосные подсистемы СК (левый и правый желудочки сердца). При этом, например, сосудистая система или экстракардиальные насосные системы выпадают из круга их внимания. Ни те, ни другие, в силу очень узкой специализации, не могут полностью определить проблемы больного, потому что не «видят» то, что происходит в смежных областях. Что-то они «видят», но не зная особенностей смежных областей не могут принять адекватного решения и посылают больных для консультаций со смежными специалистами. Но это разорванный анализ, потому что он основан не на единой основе. Такой анализ оказывается недостаточным для описания поведения таких многофункциональных систем, каким является живой организм, или даже одна из его подсистем, какой, например, является СОМГ. Структурный анализ основан только лишь на внешнем статистическом описании (форма и размеры органов и их частей), без описания функциональных связей между описываемыми структурами, которые являются скрытыми от внешнего взгляда и которые можно установить только на основании динамической зависимости изменений одних параметров от изменений других. Статистическая зависимость не является причинно-следственной из-за вероятностного характера этой зависимости.

Причинно-следственную зависимость может установить только системный анализ, а с ним сегодняшние врачи не знакомы. Здесь нужно мыслить не анатомо-морфологическими категориями, а системными и функциональными, представлять себе все уровни иерархии системы-организма и определять, на каком уровне иерархии системы-организма возникает проблема больного. Необходимо знать, что системные функциональные единицы (СФЕ) являются теми кирпичиками, из которых построена любая система, и что любая болезнь – это есть процесс разрушения каких-либо СФЕ соответствующих систем организма. А отсутствие каких-либо СФЕ – это всего лишь дефект, но не болезнь. И дефекты могут быть на различных уровнях систем организма, начиная от внутримолекулярных (например, нарушения в молекулах ДНК или, например, гемоглобина при серповидноклеточной анемии), или внутриклеточных (отсутствие каких-либо ферментов, изменения органелл или дистрофии и перерождения клеток), и кончая большими системами, такими как СОМГ или даже весь организм. Поэтому нужны специалисты не по каким-то частям систем организма, а по самим системам.

Данная книга не претендует быть единственным и полноценным учебником по ОТС и системному анализу и является всего лишь очередной попыткой развить принципы системного анализа до такого состояния, чтобы его можно было использовать в рутинной клинической и любой другой практике научного знания. А для этого были пересмотрены некоторые основные положения ОТС.

Вместе с тем особо отмечу, что данная книга написана не только для врачей, но и для специалистов точных наук. Медицина относится к числу гуманитарных наук, и, возможно, в этом её слабость. Необходимо, чтобы медицина стала точной наукой, а для этого необходимо привлечь к ней внимание специалистов точных наук. Но для того, чтобы был общий язык, понятный и врачам и специалистам любых других специальностей, нужна ОТС.

Насколько удачна эта попытка, судить взыскательному читателю. Возможно, кому-то материал данной книги покажется сложным и громоздким, а возможно и спорным. Но я питаю надежду, что материал данной книги всё же окажет существенную помощь тем специалистам, которые нуждаются именно в таком материале. Эти надежды основаны на твёрдом убеждении в истинности и правильности использования системного анализа для диагностики состояния больных, которое возникло после анализа нескольких тысяч клинических случаев.

Может быть я вообще не брался бы за эту весьма ответственную и на много претендующую работу, если бы не удалось разработать и развить принципы системного анализа до такой степени, что бы их можно было применять в клинической практике для оценки клинической ситуации у больных. Многолетний опыт использования системного анализа показал его высокую эффективность и не использовать его в широкой и всем доступной клинической практике было бы глупо. И если системный анализ прекрасно сработал в медицинской практике, то не менее успешно он может сработать и в физике и биологии, потому что медицина – это та же физика и биология, потому что основана на них. Если кто-то начнёт применять что-либо, отражённое в данной книге, автор сочтёт свою задачу полностью выполненной.

Раздел 1.

Глава 1. Общая теория систем и системный анализ.

§1. Общая теория систем. (основные понятия теории систем).

Введение в теорию систем.

Существует целый ряд отраслей знания, рассматривающих системы как объекты своего внимания. Например, существуют теории открытых, стохастических, антагонических, простых, сложных, самоорганизующихся и прочих систем [5, 6, 24, 26, 27 и др.]. Но всё это частные случаи Общей Теории Систем (ОТС). В рамках данной книги мы рассмотрим только основополагающие вопросы ОТС и некоторые аспекты и приложения этой теории.

«Система – это набор взаимодействующих элементов», сказал фон Берталанфи [4], один из основателей современной ОТС подчёркивая, что система – это структура, у которой элементы каким-то образом действуют друг на друга (взаимодействуют).

Достаточно ли данного определения, чтобы отличить систему от не системы? Очевидно нет, потому что в любой структуре её элементы так или иначе, пассивно или активно действуют друг на друга (давят, толкают, притягивают, индуцируют, нагревают, действуют на нервы, нервничают, обманывают, поглощают, загораживают свет и пр.). Любой набор элементов всегда так или иначе действует и невозможно найти объект, который не совершал бы какие-либо действия. Однако эти действия могут быть случайными, без цели, хотя случайно и не предсказуемо они могут способствовать достижению какой-либо цели. Например, вилка, запущенная шаловливым внуком, может попасть бабушке в глаз и сорвать с него старое бельмо, но таким образом, что сам глаз не будет поврежден и его зрение будет восстановлено (случай, описанный в романе, теоретически возможен). В данном случае, хотя и был получен полезный эффект, вилка в сочетании с внуком не является системой для удаления бельма, а данное странное происшествие было случайным и не предсказуемым. Таким образом, хотя признак действия и является основным, он определяет не понятие системы, а одно из необходимых условий этого понятия.

«Система – это обособленная часть, фрагмент мира, вселенной, обладающий особым качеством (эмерджентностью) относительной самодостаточностью (термодинамической изолированностью)», сказал Эткинс П. [11].

Но любой объект является частью или фрагментом мира, вселенной, и каждый объект отличается от остальных каким-то особым качеством (эмерджентностью), включая место его расположения, время существования и пр. И при этом каждый объект в определённой мере термодинамически независим, как и зависим от его окружения. Следовательно, данное определение также определяет не саму систему, а некоторые из следствий системности.

Существует очень большое множество определений понятия «система» и в каждом из них затрагивается какое-либо свойство систем. Множество определений этого понятия говорит о том, что по сути до сих пор нет достаточно однозначного его определения. Теоретики системности считают, что «системизм» – это новый взгляд на мир, сложившийся в ХХ веке, но который до конца ещё не завершен [23]. Следовательно, до сих пор нет завершенной ОТС. По всей видимости, все существующие определения понятия «система» по своей сути являются определениями следствий, которые вытекают из определения понятия «система», но точного определения этого понятия пока ещё нет.

Полноценного определения понятию «система», вероятно, нет потому, что до сих пор недооценивалась роль понятия «цель». Любые свойства систем, в конечном итоге, связаны с понятием цели, потому что любая система отличается от других систем постоянством своих действий. А её стремление сохранить это постоянство является отличительным качеством любой системы – её целью.

В античной философии учение о цели развивал Аристотель, толковавший цель как «то, ради чего» нечто существует. Распространяя представление о цели, характерной для человеческой деятельности, на природу, Аристотель трактовал цель как конечную причину бытия (causa finalis).

В средневековой философии подлинная цель бытия усматривалась в цели вечного божественного разума; преобладала теологическая трактовка истории и природы как осуществляющих божественную цель (теология).

Сегодня цель трактуется как один из элементов поведения и сознательной деятельности человека, который характеризует предвосхищение в мышлении результата деятельности и пути его реализации с помощью определённых средств. Цель выступает как способ интеграции различных действий человека в некоторую последовательность или систему [29, 25, 34]. Таким образом, цель трактуется как чисто человеческий фактор, присущий только человеку.

Осталось всего ничего – приложить понятие «цели» не только к психологической деятельности человека, но и к самому понятию «система», потому что основным отличительным признаком любой системы является её предназначенность какой-либо цели. Любая система всегда предназначена для чего-то, целенаправленна и служит для какой-то определённой цели. Следовательно, цель ставится не только перед человеком, но и перед каждой системой, вне зависимости от её сложности.

Тем не менее, ни в одном определении системы практически нет понятия цели, хотя именно цель является системообразующим фактором, а не признаки действия, эмерджентности или чего-либо другого. Нет систем без цели и для достижения этой цели группа элементов объединяется в систему и действует. Целенаправленность определяется вопросом: – «Что может делать данный объект».

«Система – это комплекс избирательно вовлеченных элементов, взаимосо-действующих достижению заданного полезного результата, который принимается основным системно образующим фактором», сказал в своё время Анохин В.А. [2].

Очевидно, данное определение ближе остальных к правильному пониманию, потому что в понятие «Что может делать данный объект?» вкладывается понятие цели. Содействовать можно только лишь достижению определённой цели, а получение заданного полезного результата может быть только целью. Остаётся лишь выяснить, кто или что определяет полезность результата. Другими словами, кто или что ставит цель перед системой?

Аксиомы.

Аксиома (греч. axíōma – удостоенное, принятое положение, от axióō - считаю достойным), положение некоторой данной теории, которое при дедуктивном построении этой теории не доказывается в ней, а принимается за исходное, отправное, лежащее в основе доказательств других предложений этой теории. Обычно в качестве аксиомы выбирают такие предложения рассматриваемой теории, которые являются заведомо истинными или могут в рамках этой теории считаться истинными] 22[.

Общая теория систем построена на фундаменте четырёх аксиом и четырёх законов, которые выводятся из аксиом:

• аксиома 1 – у системы всегда есть одна постоянная генеральная цель (принцип целенаправленности, предназначенности систем)

• аксиома 2 – цель для систем ставится извне (принцип задания цели для систем)

• аксиома 3 – для достижения цели система должна действовать определённым образом (принцип выполнения действия системами)

– закон сохранения (принцип постоянства действия систем для сохранения постоянства цели)

– закон причинно-следственных ограничений (принцип существования и детерминизма действий систем)

– закон иерархии целей (принцип распределения цели на подцели)

– закон иерархии систем (принцип распределения подцелей между подсистемами и принцип подчиненности подсистем)

• аксиома 4 – результат действия систем существует независимо от самих систем ( принцип независимости результата действия )

Аксиомы ни откуда логически не выводятся, потому и аксиомы. Они постулируются только на основании наблюдаемых фактов, без логического объяснения принципов, которые с неизбежностью приводят к появлению этих фактов. Возможно при дальнейшем развитии ОТС будут найдены дополнительные принципы и из них уже будет следовать, почему эти аксиомы такие, а не другие. Тогда эти аксиомы перестанут быть аксиомами и станут следствиями других аксиом, а пока что они следуют из опыта и поэтому не требуют доказательств.

Принцип целенаправленности.

В первую очередь необходимо определить, что мы вкладываем в понятие «система», потому что, на первый взгляд, существуют как минимум две группы объектов – «системы» и «не системы». В каком же случае объект является системой? Вероятно, не любой объект является системой, хотя как системы, так и не системы состоят из множества частей (компонентов, элементов и т.д.). Куча песка в ряде случаев – это структура, но не система, хотя и состоит из множества взаимодействующих элементов, представляющих неоднородности плотностей в пространстве (песчинки в сочетании с пустотами). Но в других случаях эта же куча песка может быть системой. Куча шестеренок не является часами (системой), хотя эти же шестерёнки, собранные определённым образом, уже являются часами (системой). Чем же отличается структура-система от структуры-несистемы, ведь та и другая состоят из элементов?