Взаимодополняемость методов количественного описания биообъектов
В биообъектах протекают многочисленные процессы, происходящие в разных подсистемах, на различных иерархических уровнях и подчиняющиеся своим специфическим законам. Знание закономерностей протекания процессов в их количественной форме позволяет делать прогноз, т. е. по заданным в некоторый момент времени /0 характеристикам биообъекта предсказывать его состояния в любой момент времени / (/ >/0).
Процессы в биосистемах и методы их описания (теории) приведены ниже:
Механические взаимодействия
на макроуровне.......................................Классическая ме
ханика биосистем - биомеханика
Массоперенос - транспорт вещества........... Физическая, хими
ческая, биологическая, фармакологическая кинетика
Энергоперенос - транспорт энергии............ Термодинамика,
биоэнергетика макро- и микроуровней
Информационные потоки.........................Теория информа
ции, теория управления в биосистемах
Электромагнитные процессы
в живых системах....................................Биологическая
электродинамика
Воздействие факторов окружающей
среды на организм, популяции...................Экология, экологи
ческая биофизика и токсикология
Взаимодополняемость методов описания заключается в том, что различные теории должны использоваться совместно, дополняя друг друга и формируя возможно более полную и точную картину процессов в биологических и технических подсистемах БТС.
Необходимость использования разных методов описания биообъектов обусловлена сложностью живых систем. Например, при разработке стенда измерения динамических характеристик упругодеформационных свойств сосудов и их заменителей (сосудистых протезов) применяют законы классической механики.
Еще один пример использования законов механики - количественная оценка параметров БТС для лечения пациентов с болями в спине. В такой системе сочетаются естественное последовательное нагружение позвоночника под действием собственного веса в зависимости от индивидуальных особенностей пациента, периодический массаж мышц.
Процессы всасывания и распределения в организме лекарственных веществ в ходе медикаментозного лечения являются примером транспорта вещества (массопереноса). Этот процесс описывают кинетическими закономерностями (фармакологическая кинетика), которые находят применение при решении проблемы оптимальной дозировки лекарственных средств.
Для описания температурных перепадов между кожей и мышцами при разработке методов контроля функций организма в экстремальных условиях (при переохлаждении) используют модель пассивного теплообмена (биоэнергетику макроуровня).
Примером применения теории управления в биосистемах может служить анализ гомеостатической способности системы снабжения организма кислородом на больших высотах.
Законы электродинамики необходимы при разработке БТС, использующих монохроматическое электромагнитное излучение высокой частоты (длина волны 7,1 и 5,6 мм) нетепловой интенсивности для лечения поражений кожи при псориазе.
Количественная оценка воздействия загрязненности воздуха рабочих зон промышленных предприятий на организм человека, мониторинг отклика биогеноценозов на антропогенные воздействия АЭС - примеры экологических задач, при решении которых по результатам измерений концентрации загрязняющих веществ в окружающей среде прогнозируют результат совместного воздействия вредных факторов.
Как уже было отмечено, принцип взаимодополняемости должен использоваться при описании процессов в живых системах, что обусловлено их многофункциональностью. Например, при исследовании теплообмена в организме необходимо рассматривать совместно как минимум две стороны процесса: энергетическую и регуляторную. Энергетическая подсистема описывается термодинамическими закономерностями, а регуляторная функция организма - законами теории управления.
Обобщая перечисленные примеры можно сформулировать следующую последовательность решения задач анализа и синтеза БТС: идентификация физических и химических процессов как в биообъектах, так и в технических подсистемах БТС; использование адекватных моделей и теорий для количественного описания физических и химических процессов; применение принципа взаимодополняемости методов описания для формирования более полной и точной картины процессов в биологических и технических подсистемах БТС.
