Биологическая совместимость материалов

Свойства биологических сред

Особенности живого организма как объекта исследования

Живой организм обладает рядом особенностей, которые следует учитывать при изучении влияния на него внешних факторов. Это связано с тем, что в организме, как в автономной системе, локальные изменения (вызванные, например, неблагоприятным внешним воздействием) в той или иной степени влияют на функционирование, на первый взгляд, не связанных с локальным воздействием органов или систем органов [16].

В физиологии накоплен большой экспериментальный материал по изучению характеристик организма в условиях изменяющейся внешней среды. Однако разобраться во всей совокупности взаимосвязанных явлений и процессов, протекающих в организме, нелегко. Это явилось причиной многообразия подходов к описанию живого организма, основанных, как правило, на замене сложных процессов их жизнедеятельности совокупностью более простых, хорошо изученных и понятных [2].

Например, широкое распространение в XV-XVII вв. различного рода механизмов породило такие механические представления об организме, как соединение “безжизненного механизма - тела с душой, обладающей мышлением и волей” (Декарт) или “самозаводящаяся машина, подобная часовому механизму” (Ламерти). Успехи химии и паровой техники в XVIII в. позволили сравнить организм с тепловой и химической машинами (Лавуазье, Рубнер, Пастер). Идеи кибернетики, сформулированные Н.Винером, наводили на мысль об общности процессов управления в машинах и организмах, а развитие компьютерной техники, представления о “прикладных программах” как основе работы сложных технических систем определили точку зрения на организм как на систему, процессы в которой протекают в соответствии с содержащимися в самом организме закодированными программами. Сегодня распространенной точкой зрения на биологический организм является представление о нем как о биохимической машине с кибернетическим управлением. С позиций системного анализа живой организм предстает как возникшая эволюционно, весьма сложно организованная и развивающаяся система, характеризующаяся своими специфическими особенностями [17].

Как и любая конечная система, организм человека обладает конечными ресурсами, которые он тратит на выполнение биологических и социальных функций. В процессе жизни эти ресурсы постепенно растрачиваются, что в конечном счете приводит к гибели живой системы.

Особенности и свойства биологического организма, в частности организма человека, рассматриваются в различных научных дисциплинах -биологии, анатомии, физиологии, биохимии, биофизике и др. Между тем, при рассмотрении свойств биологического объекта с позиций материаловедения целесообразно оценить его особенности как объекта исследования. Эти особенности накладывают ограничения на выбор методов исследований, требуют соблюдения определенных условий, известных как “условия физиологичности” экспериментов, влияют на достоверность результатов.

Системный анализ [17] позволяет сформулировать особенности биологических систем и принципы, положенные в основу их устройства и функционирования. Системные исследования отличаются рядом аспектов. Эволюционный аспект рассматривает приобретение биологическим объектом устойчивых качеств, позволяющих ему противостоять неблагоприятным воздействиям внешней среды, обеспечивающих способность к выживанию в результате многовекового отбора.

Важное значение имеют и другие аспекты системного анализа, позволяющие дать характеристику элементного состава, получить представление об органах и функциональных системах организма, выявить принципы организации процессов жизнедеятельности, механизмов взаимодействия подсистем и другие особенности функционирования, которые обусловливают свойства биообъектов при их исследовании [17].

Рассмотрение живых организмов как биологических систем позволило Е.П.Попечителеву [17] сформулировать ряд особенностей этого класса систем как объектов исследований. Рассмотрим основные особенности.

  • 1. 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 системы.
  • 2. На биологическую систему активно воздействует непрерывно изменяющийся комплекс внешних и внутренних факторов. Характер отклика биологической системы в ответ на раздражители даже одинаковой модальности является вероятностным. Точный учет самих факторов и результатов их воздействий на биологическую систему в реальных условиях не представляется возможным. При исследовании высших биологических систем особую роль играют психофизиологические факторы, существенно искажающие результаты.
  • 3. 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).
  • 4. Различные патологические явления, протекающие в тех или иных подсистемах (например, в органах и тканях человека, контактирующих с инородным материалом), могут рефлекторно влиять через сосудистую, нервную рецепцию на функции высших уровней. Искажение функционирования высших уровней биосистемы приводит к нарушению функций подсистем, что затрудняет интерпретацию экспериментальных результатов.
  • 5. Изменчивость и индивидуальность параметров биологических систем приводит к широкому использованию в медико-биологических исследованиях методов математической статистики (биометрии). При этом для получения достоверных результатов необходима обработка огромного статистического материала по разнообразным характеристикам биологического объекта. Измерение таких характеристик часто связано со значительными затратами времени, так как некоторые биологические процессы соизмеримы с продолжительностью существования биологической системы.
  • 6. Исследование биологических систем целесообразно проводить в условиях их реального существования. Однако, как будет показано далее, это далеко не всегда возможно.
  • 7. Большие трудности возникают при изучении параметров внутренней среды биологических систем без нарушения их целостности, без внесения искажений в измеряемые параметры из-за нарушения физиологичности эксперимента. В ответ на подключение измерительных преобразователей организм реагирует включением механизмов адаптации к воздействиям, а также реакцией отторжения, что может существенно исказить результаты исследований. Деятельность информационно-управляющей системы живого организма направлена на его адаптацию, т.е. восстановление исходного состояния или приспособление к новым условиям существования с возможно меньшими изменениями в процессах, обеспечивающих жизнедеятельность организма - поддержание постоянства гомеостаза.
  • 8. Жизнедеятельность организма - результат сложных нелинейных взаимосвязей между его отдельными элементами: структурой клеток, органами, их системами и т.д. Поддержание гомеостаза связано с существованием гибкой системы саморегуляции, с помощью которой отслеживаются изменения как в самом организме, так и во взаимодействии его с внешней средой. Реакция организма на внешнее воздействие во многом определяется его внутренним состоянием [16].
  • 9. Сложность исследования свойств биосистем 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 в биосистемах, лежит в области инфранизких частот (до сотых, тысячных долей герца).

Важной особенностью живых организмов является то, что даже относящиеся к одному и тому же виду организмы отличаются друг от друга. Кроме того, реакции различных биопараметров организма на воздействие могут не только существенно различаться, но и часто оказываться несопоставимыми [16]. Поэтому проблема изучения реакции живого организма на внешние воздействия связана с выбором информативных параметров, которые бы наиболее полно отражали изменения, происходящие в организме. Ряд таких параметров рассмотрен в следующих разделах настоящего учебного пособия.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >