КОМПЛЕКСНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СИСТЕМ В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ
Радиоэлектроника сыграла большую роль в развитии почти всех наук к в том числе науки о живом веществе — биологии, физиологии, медицине. Длительный путь изучения живого вещества был основан на случайном эмпирическом подходе к рассмотрению, в основном, структурных (морфологических) картин, тогда как динамические функциональные взаимодействия отдельных структур оставались долгое время неизвестными. И сейчас еще многие структуры остаются нам неизвестными в отношении их функций на различных уровнях, начиная от органного, тканевого и кончая молекулярным уровнем.
С появлением электронных усилителей, преобразователей одного вида энергии в другой (датчиков) самых разнообразных приборов, позволяющих собрать, усилить, и обработать биологическую информацию о процессах, протекающих в живых организмах, биологические науки стали бурно развиваться и совершенствоваться.
Появилась возможность собирать обширную биологическую информацию в объективном, числовом виде и обрабатывать её на быстродействующих электронно-счетных машинах. Но чрезвычайно сложные живые системы не поддаются простому изучению даже при этих технических возможностях, если отсутствует правильный научный подход к постановке эксперимента. Обычный эмпирический подход к исследованиям может привести к ошибочным суждениям о закономерностях воздействия отдельных морфологических образований.
Развитие физиологии и особенно отечественных физиологических школ дает возможность построить теоретические схемы отдельных функциональных элементов в живых организмах, которые помогают целенаправленно повести исследования по определенным путям.
Важную роль в данной ситуации сыграло появление науки об управлении — кибернетики, а также таких разделов её, как теории информации, автоматики, телемеханики.
На основании широкого изучения нервных механизмов управления в живых организмах, изложенных в трудах отечественных физиологов, и, в частности развитие нервизма, как принципа подхода к изучению живого организма, было создано стройное учение о физиологических функциональных системах.
Функциональная физиологическая система — как аппарат саморегуляции в живом организме. Под функциональной системой представляется: «… такое сочетание процессов и механизмов, которое, формируясь динамически в зависимости от ситуации, непременно приводит к конечному приспособительному эффекту, полезному организму как раз в этой ситуации…» (П. К. Анохин, 1962).
Это определение показывает, что функциональная система не ограничивается анатомическими понятиями, а включает в себя определенную цепь структурных образований, не связанных с определенным органом, а целым ‘ комплексом отдельных анатомических субстратов, деятельность которых направлена на достижение конечной цели -выполнение приспособительного акта.
Можно привести пример типичной функциональной системы, рассмотрев такую важную функцию, какой является функция дыхания. Функция дыхания и, в частности, функция внешнего дыхания осуществляется для поддержания таких жизненно важных параметров, как парциальное давление кислорода и углекислоты в альвеолярном воздухе в определенных границах.
Эта функциональная система состоит из нервных образований, (ЦНС) перерабатывающих информацию, поступающую от рецепторов лёгких, сосудистой системы и тканей, об уровне парциального давления этих газов. В зависимости от парциального давления газов и данной ситуации, в которой находится организм, центральная нервная система (ЦНС) посылает импульсы рабочему органу, который осуществляет определенный уровень вентиляции альвеол. Этим рабочим органом является сложный комплекс морфологических структур (дыхательные мышцы, грудная клетка, воздухоносные пути лёгких и альвеолы). Вентиляция альвеол Поддерживает парциальное давление этих газов в альвеолярном воздухе на заданном уровне и меняет его в зависимости от сложившихся обстоятельств.
Рассматривая эту физиологическую функциональную систему, можно целенаправленно организовать и спланировать эксперимент, который должен выявить закономерности в деятельности этой системы, познать законы управления этой системой, и на основании закономерностей построить ряд мероприятий, направленных на изменение этой функции, что явится воздействием на весь организм. Причем это воздействие можно дозировать и направлять в необходимую сторону. Если данная система не обеспечивает адекватное поддержание парциального давления газов в альвеолярном воздухе, должны наблюдаться патологические сдвиги в организме, которые можно будет теперь ликвидировать путем целенаправленного воздействия на функциональную систему.
На этом примере можно обосновать правильный подход к изучению любой физиологической функциональной системы, а также дать технические задания на построение электронных и других приборов для изучения данной функциональной системы или любой другой системы, изучение которой интересует исследователя.
На данном примере можно с большей определенностью построить эксперимент. Для эксперимента по изучению функции внешнего дыхания или других функций организма необходимо получить информацию в виде чисел или кривых о состоянии или уровне жизненно важных констант организма, поддерживаемых системой, в данном случае это касается парциального давления кислорода и углекислоты в альвеолярном воздухе. Также желательно знать, что происходит в рецепторах, которые контролируют парциальное давление этих газов в лёгких. Полезной окажется информация об импульсах, идущих от рецепторов по нервным волокнам в ЦНС. Очень важно знать какие процессы совершаются в нервных центрах, получающих эту информацию и что происходит в самих нервных клетках. Должны быть известными процессы происходящие в рабочем органе и какие импульсы от ЦНС получает рабочий орган, в данном случае дыхательная мускулатура, а также полезно знать о том, как изменяется рабочий параметр в этой системе, т.е. легочная вентиляция. Данный конкретный пример построения эксперимента по изучению деятельности функциональной системы внешнего дыхания позволяет определить не только перечень параметров, подлежащих наблюдению, но и указать характер датчиков, электронных усилителей, преобразователей, регистрирующих систем и других устройств, необходимых для эксперимента. На основе такого подхода к изучению организма можно дать вполне определенные технические задания специалистам по радиоэлектронике, конструкторам и техникам для обеспечения данного исследования.
Придерживаясь принципа изучения организма в физиологических и патологических условиях по принципу исследования определенных функциональных систем, можно перейти от случайного стихийного, эмпирического подхода к научному поиску не только в отношении самого эксперимента, но и в отношении дальнейшего развития биологической, медицинской радиоэлектроники и техники.
Оставить комментарий