Системная электрофизиология

Электрофизиология является частью электробиологии, которая, в свою очередь, составляет область общей биоритмологии. Эта обособленность определяется прежде всего тем, что электрофизиология имеет свое собственное возделываемое поле – исследования биопотенциалов как индикаторов функционального состояния клеток, органов, физиологических систем, целого организма.

В медицинской диагностике и мониторинге функциональных состояний органов и систем организма электрофизиологические методы получили широкое распространение, и есть немало оснований считать, что изменение электрических процессов возникает значительно раньше, чем начинают проявляться (регистрироваться) патологические изменения на биохимическом уровне. В основном исследуются колебания потенциалов, представляющих осцилляторные процессы. Накоплен огромный багаж знаний по механизмам возникновения осцилляторных явлений, патогенезу их нарушений, диагностической значимости их изменений. Имеется огромный арсенал технических средств, разнообразной электрофизиологической аппаратуры регистрации и анализа колебаний потенциалов. Сложились самостоятельные дисциплины по электрокардиографии (ЭКГ) электроэнцефалографии (ЭЭГ), электромиографии (ЭМГ) и др.

Отдельное развитие электрофизиологических дисциплин – типичный пример расчленения природных явлений в соответствии с существующими научными дисциплинами. Возрастающая профессиональная дифференциация медиков является значительным препятствием к интегративной электрофизиологии. Однако необходимость в подробном изучении множества возникающих функциональных состояний (МВС) целостного организма обусловила актуальность проблемы исследования сложных физиологических процессов в их целостности, взаимодействии, что требует системного подхода к их анализу.

Системный подход и анализ

➥ Основная статья: Системный подход в биологии и физиологии

Немногим менее 100 лет назад впервые было сформулировано физиологами12 понятие системы. В настоящее время системный анализ получил глобальное развитие. Как известно, имеется математическое или математизированное описание всех видов систем на основе понимания роли информационных процессов в них и различных видов и способов системного анализа3. Однако формальный системный подход в изучении живых систем оказался до сих пор мало результативным. Как известно, перенос представлений классической кибернетики об управлении технических систем на системы, возникшие в природе эволюционным путем, в физиологии не оправдал себя45. Опыт использования математического моделирования в области живых систем также показал, что нельзя на основании исходного состояния организма предсказать его конечное состояние решением систем уравнений6. Системный подход в изучении живых организмов развивался лишь как принцип теоретической физиологии. Иерархический системный подход, сложившийся в физиологии и глубоко вошедший в общую биологию и медицину, направлен на изучение отдельных частей организма в аспекте усложнения: от молекул до целого организм и далее – к организации социума [В. В. Парин, Р. М. Баевский, 1971, R. Lafaille, 1995]. На каждом уровне организации такой системы выявляются качественно новые свойства за счет сочетания централизации и автономности управления.

Функциональные системы

➥ Основная статья: Функциональные системы, структура и организация мозга

В теории функциональных систем78 системы представляются как динамические, избирательно объединенные соответствующей потребностью организма центрально-периферические структуры, деятельность которых направлена на достижение полезного для системы и организма в целом приспособительного результата. При этом результат выступает в функциональных системах организма в роли системообразующего фактора. Однако теоретическая физиология до сих пор остается слабоформализованной наукой, связь между физиологическими функциями не может быть переведена на строгий язык, аналогичный языку теоретической физики или химии. В значительной мере это связано с особой сложностью организации биосистем, а также с современным уровнем физиологического эксперимента и отсутствием методов системного анализа связей в функциональных системах организма, определяющих внутреннюю организацию регистрируемых электрических колебаний различных структур организма. Хотя еще Н. Винером и Розенблюмом было высказано предположение, что успешность жизнедеятельности живых систем определяется согласованностью и устойчивостью частотных и фазовых соотношений между функциональными изменения ее отдельных частей и что все или почти все процессы регуляции в биологических объектах построены как осцилляторы.

Интегративная физиология

Эта проблема предполагает рассмотрение интегрального биологического процесса как системы, в которой процессы возникают в результате частичного или полного согласования многих элементарных колебаний. Поиск и выявление закономерностей когерентного поведения системы, состоящей из большого числа различных элементов, представляет большие трудности, которые имеют и методический и методологический характер и связаны со стохастическим нелинейным характером автоколебательных процессов в биологических системах, наличием сложного спектра гармоник и часто возникающей неустойчивостью, особенно при смене квазипериодического режима. В настоящее время есть несколько принципиально новых подходов, предложенных И. Пригожиным9, Зенкиным А. А.10, Mandelbrot Benoit, (2002). Но эти работы идут вне физиологии и не предоставляют возможности для интерпретации на основе опыта физиологии. Очевидно, адекватной объекту (живому организму) модель может быть построена лишь при междисциплинарном подходе, что отмечают ведущие специалисты и биологии и математики [О. М. Белоцерковский, 2005]. Такое направление в наше время определяется как интегративная физиология. Накопленные многочисленные фактические данные о деятельности практически всех генераторных образований в организме и современное развитие системного подхода позволяют полагать, что интеграция знаний об электрофизиологических процессах и построение общей системы электрофизиологических процессов в организме является актуальной и решаемой задачей. В этом аспекте такая задача может решаться двумя взаимно дополняющими путями, в целом представляющими междисциплинарный подход. Первый путь – экспериментальные и клинические наблюдения и анализ изменений индивидуально-типовых вариаций и колебаний устойчивости электрофизиологических процессов, их взаимовлияния. Второй путь исследования системной электрофизиологии – формальный, т.е. описание множественных возможных состояний системы с формальным определением границы предельных состояний, т.е. условий функционирования системы, за пределами которых нарушается целостность системы.

Системные исследования

В отличие от обширной литературы по органной электрофизиологии системные исследования практически отсутствуют и попытки рассмотреть электрофизиологические процессы в совокупности, их взаимосвязанности крайне ограничены, главное же, не определены пути поиска методов системного анализа электрофизиологических процессов. Вместе с тем существует понимание о гармонической взаимосвязанности этих процессов, которое высказывают многие ученые. Это, прежде всего, представления, которые развивает Г. Хильдебрандт (1988), о совокупности электрофизиологических процессов как об оркестре и зависимости функционального состояния человека от слаженности работы «оркестра». И хотя эти представления носят декларативный характер, они вызывают несомненный интерес. Вместе с тем бесспорно, что важнейшую роль в этих взаимоотношениях и всей жизнедеятельности организма играют ритмы физиологических функций, дискоординация и десинхронизация которых являются первыми признаками возможных патологических сдвигов11121314.

Однако открытыми остаются вопросы, каким образом осуществляется взаимосвязь разночастотных процессов и их координация, вопросы согласования и оценки уровня дискоординации и десинхронизации электрофизиологических процессов, методологические и методические вопросы их исследования.

Все это говорит о необходимости формирования нового направления – системной электрофизиологии, первоочередной задачей которой является отыскание путей, позволяющих объединить в общую электрофизиологическую систему отдельные подсистемы и поиск методов системного анализа.

Синергология

В настоящее время общим ориентиром для научного поиска, для прогнозирования и моделирования процессов в сложных динамических системах является синергология – теория содействия нестационарных эволюционирующих систем, которая рассматривается как основа междисциплинарного синтеза знаний. На сегодняшний день синергология располагает солидной методической базой, в которой ведущее место принадлежит методам моделирования и анализа природных явлений на основе интеллектуальных и образных систем.

В настоящей работе на этой основе рассматриваются основные понятия и свойства системной электрофизиологии как совокупности связанных подсистем.

Моделирование систем

Современное широкое развитие системного анализа во всех областях знаний показало огромные возможности моделирования систем как средства преодоления сложности и интеграции знаний. Провозглашенный К. В. Судаковым (1997) принцип информационных связей между элементами функциональных систем целостного организма определяет дальнейший путь развития их как информационных систем и приложение информационного подхода во всех областях физиологии.

Для разработки и создания новых методов, которые позволили бы исследовать информационные связи между физиологическими функциями, перспективным представляется современное интеллектуальнообразное моделирование с использованием когнитивной графики и методов распознавания образов [Д. А. Поспелов, А. А. Зенкин, 1993]. Находясь в общем русле визуализации научных исследований, эти методы открывают новые возможности анализа многомерных данных с порождением новых знаний, выявляют новые закономерности во взаимодействии и взаимоотношениях элементов системы информационного характера. На основе использования общих принципов симметрии и моделирования образных систем оказалось возможным выявить информационные закономерности функциональной организации деятельности сердечной, сосудистой и дыхательной систем человека. В определенной мере удалось показать, что функциональный порядок состоит в непрерывном соотношении совокупности существенных пространственных и временных параметров этих систем с инвариантным коэффициентом для здоровых людей [Н. В. Дмитриева, 1990].

Направление поиска ответов на эти вопросы было дано Н. Винером (1961). Первоначально сформулированные Н. Винером [N. Wiener, 1983] положения о живом организме как мультиосцилляторном кластере послужили одной из опорных структур научной базы для развития комплексного междисциплинарного подхода к изучению взаимосвязей электрофизиологических процессов.

Информационно-волновая медицина

В последние десятилетия роли ритмов в жизнедеятельности организмов, в том числе в механизмах адаптации и коррекции дисфункций, уделяется большое внимание [Н. Н. Василевский, Ю. А. Сидоров, Н. Б. Суворов, 1993]. Формируется новое направление – информационно-волновая медицина [О. М. Long, 1991; В. И. Лощилов, 1998]. В самое последнее время получили широкое признание представления о существенной роли резонансных явлений в организме [Н. Н. Данилова, 1985; Е. Bazar, С. Bazar-lirogen, Е. Rahn, М. Schurmann, 1991; М. А. Чернышев, В. М. Баранов, Л. И. Дьяченко, 1991; Н. В. Дмитриева, 1988, 1990; Ю. В. Первушин, 1991; Ю. Н. Королев, Е. А. Рыжкова, А. Б. Бурлаков, 1998]. Впервые установлена с использованием средств геометрии и когнитивной графики в анализе осцилляторных процессов целостного организма регуляторная роль резонансных механизмов в смене функциональных состояний организма [Н. В. Дмитриева, 1990]. Тем самым показана возможность использования в диагностических целях соотношений параметров осциллятор-пых процессов как информационных связей физиологических функций. Дано феноменологическое описание функционального порядка в электрофизиологических процессах как устойчивых соотношений между наблюдаемыми величинами их параметров на различных уровнях исследования. Фундаментальные вопросы происхождения и эволюции этого порядка не затрагиваются в настоящей работе, внимание сосредоточено на некоторых физиологических механизмах устойчивого функционального порядка и его информативности в различных условиях.

Методы интеллектуальных систем

Современное развитие методов интеллектуальных систем определило новые направления в функционально-диагностических исследованиях с использованием информационного подхода. Основными из них являются: 1) моделирование информационных систем живых объектов, 2) разработка методов поддержки принятия диагностических решений при анализе многомерных данных. Осуществление этих направлений возможно лишь при комплексном междисциплинарном подходе, для которого необходима комплексность принципов системного, информационного и симметрийного подходов в исследованиях взаимодействия физиологических функций и, прежде всего, волновых процессов в организме. Реализация такого комбинированного подхода возможна лишь на основе методов, использующих искусственный интеллект и распознавание образов, не только формально-логическое, но и интуитивно-образное мышление и позволяющих выявлять новые знания и увидеть закономерности взаимодействия элементов системы – целостного организма, моделировать множественные функциональные состояния организма, разрабатывать полипараметрические методы диагностики состояния адаптационных процессов человека.

Реализация замысла, положенного в основу данной работы, опирается на почти 20-летний опыт решения физиологических задач в ходе исследований функциональных состояний организма при воздействии внешних факторов [Н. В. Дмитриева, и др. 1978-2000]. По ходу изложения собственного материала привлекается литература по наиболее близким вопросам из смежных областей и широко использованы уже имеющиеся в литературе сводки в виде монографий и обзоров, материалов конференций и симпозиумов по общим и частным вопросам современной электрофизиологии.

Апробация разрабатываемых концепций и методов исследований осуществлялась при сравнительных исследованиях клиническими и клинико-физиологическими традиционными методами с привлечением специалистов-кардиологов, невропатологов и терапевтов.

Системная электрофизиология

Еще 30-40 лет назад биологи только догадывались, что взаимная связь осцилляторных процессов и взаимное захватывание ритмов, их синхронизация важны для поддержания коллективной и индивидуальной регулярности поведения. Так, С. Э. Шноль (1967) писал: « …колебательным режимам живые организмы обязаны:

  1. согласованным во времени течением различных биологических процессов;
  2. наличием механизма «биологических часов»;
  3. всеми видами движений от биений ресничек и жгутиков и движения протоплазмы до ритмического сокращения сердца и работы поперечно-полосатых мышц;
  4. взаимодействием клеток в процессе морфогенеза;
  5. 50 основным механизмам работы ферментов».

Высказывалось предположение, что «биологические часы организма» – это мощная синхронизирующая система, задающая ритм всем другим системам. Она представляет собой мощный колебательный кластер, который состоит из множества синхронно работающих элементов.

Современная биология не только путем электронного, компьютерного или математического моделирования, но и экспериментальным путем все глубже проникает в закономерности взаимной синхронизации биологических осцилляторов [А. Т. Уинфри, 1984]. В блестящей монографии А. Т. Уинфри «Время по биологическим часам» на основе геометрического подхода показаны значимость и ряд фундаментальных закономерностей колебательных явлений в природе от химического осциллятора Белоусова-Жаботинского, пространственной дезорганизации сердцебиений В. И. Кринского и А. С. Михайлова (1984) до циркадианных ритмов и определены контуры будущих исследований.

Системная электрофизиолоия – это, по сути, информационная физиология, предметом изучения которой являются взаимодействия волновых процессов в организме. На этом информационном уровне отображаются и действуют причинно-следственные механизмы. Нельзя не согласиться с В. И. Лощиловым (1998), что главенствующая роль в синтезе и анализе управляющей информации в организме принадлежит сложной геометрической форме электромагнитных полей.

Внутри и межсистемных связи систем

Для понимания целостности системы электрофизиологических процессов прежде всего необходимо определение устойчивых внутри и межсистемных связей между элементами системы. Определение устойчивых внутри- и межсистемных связей электрофизиологических процессов по существу означает выявление «функционального порядка» [Дж. Карери, 1985], в живом организме. Естественно, первоочередным является определение физиологической значимости функционального порядка и возможности использования такой модели для когнитивных целей. Разделяя точку зрения A. Winfree (1988), что дилемма соотношения осцилляторных процессов – геометрическая, в чем мы убедились на собственном опыте исследований, полагаю, что разговор не может быть ограничен обсуждением «динамических систем и геометрии циклов в многомерном пространстве состояний». Мы попытаемся, в первую очередь, определить устойчивые соотношения, найденные, как функциональный порядок между электрофизиологическими событиями клетки, органа как подсистем более общей физиологической подсистемы, а также устойчивые соотношения между физиологическими подсистемами, образующими физиологическую подсистему более высокой сложности. Такое соотношение есть отражение системного порядка электрофизиологических процессов целого организма.

Энтропия

Трудно не поддаться искушению и не порассуждать о порядке в связи с цельностью электрофизиологической системы и единым инвариантным соотношением основных параметров ее. Коль скоро заходит речь о порядке в организации систем, сразу же возникает представление об энтропии. Мы не считаем себя вправе манипулировать этим сложным и загадочным понятием. Ограничимся только сущностью ее в аспекте определения «порядка» в системе. Для основательного знакомства с энтропией мы отсылаем читателя к превосходной монографии П. Эткинс (1987). В общем виде энтропия – это мера беспорядка. Однако измерение энтропии до сих пор для физики не решенная проблема. Предлагается измерять лишь изменение энтропии как соотношения затраченной теплоты и температуры [П. Эткинс, 1987]. Но относительно и этого определения автор предлагает сохранять осторожность и аккуратность, поскольку оно действительно не при всех условиях. Поэтому интерес представляет связь изменения энтропии и информации.

Мерой упорядоченности движения является информация. Энергия – мера интенсивности движения. «Информированной энергией» обладают излучения. Существенный признак такой энергии – дискретность (квантованность) и упорядоченность (ритмичность). Известно, что информация, как и энтропия, обычно измеряется в битах – двоичных единицах. С введением понятия средней взаимной информации между двумя множествами событий (двумя переменными х и у) показано, что информация равна разности безусловной и условной энтропии [Г. А. Голицын, В. М. Петров, 1990]. Не обращаясь к расчетам, мы покажем это на рисунке, заимствованным у указанных авторов. Чем больше взаимная информация, чем теснее связь, тем меньше энтропия (Н(х,у)) рис.

Однако измерение информации в сложных системах не менее трудная задача, чем измерение энтропии.

Порядок и беспорядок

Понятия порядок и беспорядок, возникшие в физике, в современной науке используется для изучения широкого круга явлений, непосредственно не относящихся к физике. Функциональный порядок в биологии итальянский физик Дж. Карери (1985) представляет в терминах корреляции между биохимическими и клеточными событиями. Сформулированное им понятие функционального порядка представляется им как соотношение во времени между отдельными событиями или ансамблем событий, или состояниями физически наблюдаемых величин. Устойчивый функциональный порядок формально описывается как коррелированный статистический ансамбль существенных событий [G. Careri, 1985]. Однако работа Дж. Карери посвящена применению понятий корреляции между биохимическими событиями и многофункциональными сложными структурами, т. е. случаю локального порядка в биологических мембранах. Как замечает Дж. Карери, сеть взаимосвязанных событий и в микрообъектах чрезвычайно сложна и, вследствие этого, не удается описать эти корреляции достаточно точно и полно. И все-таки по сравнению с энтропией параметр порядка содержит несравненно больше информации об упорядоченности в системе.

Энтропия и информация (J): а - при отсутствии связи между переменными х, у; б - при наличии статистической связи между х и у
Рис. Энтропия (H) и информация (J): а – при отсутствии связи между переменными х, у; б – при наличии статистической связи между х и у [Г. А. Голицын, В. М. Петров, 1990]
Второе начало термодинамики устанавливает наличие в природе фундаментальной асимметрии, т.е. однонаправленности всех самопроизвольных процессов. Закон сохранения энергии говорит о сохранности общего количества энергии, но ее распределение изменяется необратимым образом и любое проявление асимметрии так или иначе сводится к рассеиванию энергии.

Связь порядка в природе с симметрией пространственных и временных структур широко обсуждалась и обсуждается в кристаллографии [А. В. Шубников, Федоров, В. И. Вернадский, Г. Вейль и др.]. Попытки рассматривать биологические системы как упорядоченные физические структуры и поиск интегрального показателя упорядоченности системы привели к новой концепции [Симметрия. Гармония. Система, 1988]. Согласно этой концепции, порядок можно рассматривать как когерентность основного коллективного состояния, связанного с симметрией в материальной системе. Порядок системы отождествляется с существованием общих, однотипных отношений в широком классе объектов как ее элементов. Важнейшим требованием при этом является обоснованность связей произвольно выбранных элементов системы. Развитие идеи порядка связано с принципами инвариантности и общими принципами симметрии, из которых следует закон сохранения [В. И. Вернадский, 1979; R. Feynman, R. Leighton, М. Sandos, 1967]. На этой основе ряд авторов [В. С. Бочков, 1974; Цветков 1998; Маклахов 1998; и др.] предлагают определять соотношения порядок-беспорядок мерой золотого сечения: 0,382 – хаоса и 0,618 – порядка.

Нарушение симметрии

Наиболее адекватной характеристикой фазового перехода является именно нарушение симметрии. Термин «нарушение симметрии» используется в физике для описания такой ситуации, когда состояние системы не обладает всеми симметриями, допускаемыми взаимодействием. На динамическую связь параметра порядка и свойств симметрии системы указывал и Дж. Карери. Г. Хильдербрандт, М. А. Марутаев и др. высказали общее представление о порядке в организме в виде музыкальной гармонии целого оркестра, о которых мы говорили выше. Частотное взаимодействие колебательных процессов в организме А. А. Путилов (1987) полагает системообразующим фактором.

Биологический порядок выстраивается от молекулярной активности к надмолекулярному порядку в клетке, органу, физиологическим системам, целостному организму. Эта проблема далека от своего решения. Как указывает И. Пригожин (2000), какой бы конкретный смысл мы не вкладывали в термин «порядок» и «хаос», ясно, что в некоторых случаях сама детерминированность характеристических частот порождает все большую случайность, обусловленную огромным числом частот, участвующих в процессе. Нелинейные динамические системы размерностью больше двух способны генерировать стохастические движения. Такая система, сменив несколько полипериодических режимов, переходит в качественно иной режим, характеризующийся полной неупорядоченностью. Это – детерминированный хаос – потеря регулируемости совершается без введения случайных функций в начальные условия или наложения внешних флуктуаций [Бойко, 1983]. Стабильность установившихся режимов уменьшается при переходе от простого резонанса к кратным и дробным, от обычного синхронизма к стохастическому [И. И. Блехман, 1971].

Описан типичный маршрут, ведущий от простого периодического режима к сложному апериодическому, наступающему в пределе при бесконечном удвоении периода (последовательность Фейгенбаума). Этот маршрут характеризуется универсальными постоянными, значения которых не зависит от конкретных особенностей механизма [М. J. Feigenbaum, 1983]. Отдавая отчет в сложности этих нерешенных вопросов, полагаю небесполезным в аспекте порядка и беспорядка взглянуть на полученные информационные коэффициенты и пофантазировать о системном порядке электрофизиологических процессов живой системы – организма на основе полученных фактов.

Несомненно, что электрофизиологические процессы в организме обладают пространственной и временной когерентностью, т. е. определенной временной структурой. Эта структура проявляется в соотношениях периодов всех электрофизиологических колебаний. Установленным фактом является и то, что коэффициенты этих соотношений находятся в весьма жестких границах для определенных состояний системы. Это свидетельствует об устойчивости системной организации электрофизиологических процессов. Структура этой системы является диссипативной, поскольку поддержание когерентности в ней определяется поддержанием уровня электрогенераторных процессов, обусловленных метаболизмом клеток, тканей, органов. Установленным фактом является и то, что изменение соотношений периодов колебательных процессов в отдельных системах может приводить к резонансным взаимодействиям в этих системах, которые незамедлительно сказываются на состоянии всей системы, т.е. организма, в виде изменения его функционального состояния.

В свете понимания «сущности информации как отношения, взаимоотношения, полиотношения и самоотношения всех явлений природы, образующих единое дискретно-континуумное информационное поле» [И. И. Юзвишин, 1997] можно и следует говорить об информационном характере симметрийных коэффициентов соотношения периодов этих процессов и, следовательно, об информационной структуре электрофизиологической системы. Информационные коэффициенты по сути есть параметры функционального порядка, так как содержат информацию об определенного рода упорядоченности в системе, свидетельствуют об инвариантности распределения физиологических событий во времени. Это означает, что эти коэффициенты являются фундаментальной величиной. Самым важным в доказательстве этого является то обстоятельство, что такой ансамбль соотношений электрофизиологических функций удалось построить из физически наблюдаемых и измеряемых величин. Это свидетельствует об объективности закономерности их соотношений в системе.

Рассматривая полученные результаты в этом аспекте, можно высказать небезосновательное положение, что «биологические часы» человека – это общая электрофизиологическая система, работающая в разных режимах, в определенном функциональном порядке, который просматривается геометрически. В геометрическом плане оба полушария головного мозга представляются двумя соединенными равнобедренными прямоугольниками, которые можно представить в виде квадрата. Такой квадрат вызывает ассоциацию с разрезанным и развернутым тором (тором именуется кольцо, опоясанное множеством пригнанных к нему колец) или техническим тороидом. Последний, как известно, характеризуется тем, что магнитное поле целиком локализовано внутри его объема. Эта ассоциация интересна тем, что указывает на определенный характер закономерности взаимосвязи независимых колебаний в разных его точках. Однако эту фантазию оставим математикам и вернемся к найденным соотношениям параметров осцилляторных процессов и их физиологической значимости. Дано феноменологическое описание устойчивых соотношений между наблюдаемыми величинами электрофизиологических параметров на различных уровнях исследования. Эти соотношения находятся в определенном порядке, представляющем гармоническое единство временных параметров с инвариантным коэффициентом. Нам удалось показать, что найденные численные алгоритмы содержат возможность определения степени развития синхронизации автоколебательных процессов. Информационные коэффициенты позволяют обосновать соизмеримость, или почти соизмеримость, периодов колебаний в разных физиологических системах и характеризовать их уровень функционирования, степень координированности взаимодействия элементов их составляющих и склонность к взаимной синхронизации на принципах гармонии и резонанса. У здоровых людей в состоянии покоя наблюдается квазисинхронизация с инвариантным коэффициентом. По-видимому, поведение отдельных органов и подсистем может быть когерентным при определенных состояниях. Термин «когерентность» означает существование устойчивых инвариантных пространственно-временных соотношений, типичных для волнового движения.

При нарушении этого соотношения возникает напряжение, перенапряжение и полом общей системы с соответствующими последствиями функциональных нарушений работы органов и систем, целого организма, т. е. возникновением адаптационных заболеваний, ведущих к разнообразной патологии.

В связи с этим есть все предпосылки рассматривать взаимосвязи в общей электрофизиологической системе как адаптивные связи и взаимоотношения. При этом понятие «адаптация» здесь следует использовать в широком смысле – как постоянно развивающийся в пространстве и времени внутрисистемный процесс приведения в соответствие ее подсистем. Поэтому общая электрофизиологическая система организма должна рассматриваться как адаптируюшая система. Это представляется важным для определения уровня здоровья. Главной характеристикой является степень гармоничности соотношения параметров всей системы электрофизиологических процессов, т.е. степень сбалансированности связей между подсистемами. Это дает основание для полипараметрической статусметрии оценивать уровень состояния здоровья относительно модели идеального функционального состояния как эталона, без использования сложного и неопределенного понятия «нормы» или «среднего человека.

Определение адаптационных болезней и развитие адаптационных синдромов в соответствии с общепринятой классификацией их [Г. Селье, 1960; Р. М. Баевский, 1979] углубляются и конкретизируются в аспекте понимания функциональной значимости адаптивных связей между электрофизиологическими подсистемами. Логика превращения информационных связей в адаптивные, и следовательно, критерии состояния здоровья демонстрируется положениями принципиального характера, обоснованными ранее [Н. В. Дмитриева, О. С. Глазачев, 2000].

При взаимоотношениях параметров электрофизиологических подсистем, близких к инвариантным здоровье человека удовлетворительно и может быть близким к оптимальному. В этих условиях, которые обычно называют гомеостатическими, или сбалансированными, человек полноценно выполняет свои биосоциальные функции. При отклонении взаимоотношений подсистем от инвариантного на 7-15% имеет место состояние напряжения адаптационных процессов. Функциональные возможности организма не снижены, однако гомеостаз поддерживается благодаря определенному напряжению регуляторных систем. Такое состояние требует коррекции, поскольку длительное напряжение организма ведет к его перенапряжению и срыву адаптационных процессов. При отклонении взаимоотношений подсистем от инвариантного до 25% имеет место состояние неудовлетворительной адаптации к условиям окружающей среды. Функциональные возможности организма снижены. Гомеостаз сохраняется благодаря значительному напряжению регуляторных систем и подключению компенсаторных механизмов. Такое состояние требует проведения активных мер по реабилитации здоровья.

Найдено, что при нарушении взаимоотношений подсистем и их отклонений от инвариантного более 25% имеет место крайнее перенапряжение и срыв механизмов адаптации, появление нозологических симптомов и синдромов. При резком снижении функциональных возможностей организма появляются признаки нарушения гомеостаза и возникновения нозологических форм заболевания. Необходимо углубленное клиническое обследование, лечение и реабилитация здоровья.

Безусловно, данная классификация не является всеобъемлющей и требует дальнейшей разработки и уточнений, однако в ее основу положен важнейший принцип: адаптационные возможности организма определяют меру индивидуального здоровья [В. П. Казначеев, Р. М. Баевский, А. П. Берсенева, 1992; John, Gammon, Weisman, 1987].

Таким образом, представляется очевидным, что нарушение гармонии в соотношениях параметров электрофизиологических подсистем организма является наиболее адекватной интегральной характеристикой его психосоматовегетативного статуса, его функционального состояния.

Использование понятия параметра системного порядка позволило построить единую картину развития адаптационных процессов. Найденные информационные коэффициенты позволяет выделить классы состояний подсистем, в пределах которых они характеризуются одинаковыми показателями. Хотя очевидно, необходимы специальные исследования по оценке удельного вклада отдельных физиологических систем в состояние общей системы, т.е. организма, верифицированные надежными клинико-физиологическими методами.

Выявленные закономерности в соотношениях ряда параметров осцилляторных процессов у человека ставят естественный вопрос, только ли для человека характерна такая закономерность. Воспользовавшись руководством по сравнительной физиологии животных (1977), удалось сопоставить кардиореспираторные коэффициенты ряда млекопитающих с наиболее разными по абсолютным величинам длительности кардиоциклов и пневмоциклов. Эти, поразительные на наш взгляд, результаты представлены в табл.

Таблица. Кардиореспираторные коэффициенты (W) в сравнительной физиологии

МлекопитающиеДлительность пневмоцикла, сДлительность кардиоцикла, сWкр
Слон9,02,01,285
Лошадь6,51,51,3
Человек3,80,851,29
Собака2,50,651,3
Крыса0,80,21,3

Представляется очевидным постоянство соотношения параметров основных волновых процессов разных животных. Это дает основание рассматривать эти соотношения как параметры функционального порядка млекопитающих.

Footnotes

  1. Богданов А. А. Всеобщая организационная наука (текстология). Ч. 1. – М.-Л.: Книга, 1925.
  2. Берталанфи Л., фон. Общая теория систем // Исследования по общей теории, 1960.
  3. Труды Института системного анализа РАН Информационные технологии и системный анализ», 2004
  4. Бочков В. Г. Принцип оптимальности как основа исследования живых систем и некоторые вопросы их математического описания. Особенности современного научного познания. – Свердловск: УНЦ АНСССР, 1974, с. 161-178.
  5. О. М. Белоцерковский, 2005
  6. Компьютерные модели и прогресс медицины. – М.: Наука, 2001.
  7. Анохин П. К. Теория функциональных систем. – Успехи физиологических наук, 1970, т. 1,№1.
  8. Судаков К. В. Информационные свойства функциональных систем: теоретические аспекты. – Вестник РАМН, 1997, № 12, с. 3.
  9. Пригожин И. От существующего к возникающему. – М. Наука, 1985.
  10. Зенкин А. А. Когнитивная компьютерная графика. – М.: Наука, 1991.
  11. Алякринский Б. И., Степанова С. И. По закону ритма. – М.: Наука, 1985.
  12. Судаков К. В. Функциональные системы организма в норме и патологии. – Системные механизмы поведения: Тр. научного совета по экспериментальной и прикладной физиологии РАМН, 1993, т. 2, с. 17—33.
  13. Моисеева И. М., Сысуев А. И. Временная Среда и биологические ритмы.-Л.: Наука, 1981.
  14. Hilderbrandt, G„ Die Koordination rhimischer Functionen beim Menschen // Verhandlungen der Deutshen Gesellschaft fur Innere Medizin, 1967, 73, pp. 921-941.