Общая теория систем и системный анализ

Существуют блоки управления (системы управления) простые и сложные, с управлением по рассогласованию и по упреждению и т.д., но всегда их основная задача - привести к соответствию между заданной целью и результатом действия. Например, металический стержень является полноправной системой, несмотря на его кажущуюся простоту. Основной целью этой системы (стержня) является стабильность её формы. Цепи управления (петля ООС) осуществляются на уровне межмолекулярных (или межатомных) связей. Если какая-то внешняя сила начнёт изгибать этот стержень, эти силы будут сопротивляться изгибанию с тем большей силой, чем больше сила изгибания, до определённого предела, зависящего от ресурсов стержня. Но сила сопротивления будет точно соответствовать силе воздействия. Иначе в ответ на сгибающую силу стрежень согнётся в сторону, противоположную силе сгибания. Следовательно, блоку управления удаётся управлять элементами исполнения стержня таким образом, что форма стержня сохраняется в точности заданной. И так до тех пор, пока хватает его СФЕ. Когда ресурсы заканчиваются, стержень уже не может противостоять силе сгибания и начинает сгибаться. Если устранить внешние силы, то силы межмолекулярных связей вернут форму стержня в прежнее состояние, если только не произошло необратимой деформации.

В живых организмах блоки управления выполняют соответствующие рефлексы. Причём к рефлексам, видимо, необходимо относить не только цепи управления, включающие в себя нервные структуры, но и гуморальные контуры (гормональные, простогландиновые, метаболические и т.д.). Например, тканевые прекапиллярные сфинктеры могут срабатывать от изменения рН среды и без участия нервных структур. Внутриклеточные рефлексы также срабатывают без участия нервных структур, на уровне законов химических реакций.

Таким образом, система управляется путём ввода в её орган управления уставки, которая вводится в систему извне, а сам орган управления управляет системой путём включения или выключения функции элементов исполнения - СФЕ. Чем большее число более мелких СФЕ входит в состав данной системы, тем точнее она сможет выполнять свои функции, поскольку число СФЕ определяет число градаций (квантов) результата действия.

Все выше перечисленные 11 следствий являются как бы продолжением аксиом, обусловлены целенаправленностью систем, построены по законам иерархии и ограничены законом сохранения. Перечень следствий можно было бы продолжать, но и перечисленных следствий вполне достаточно для оценки любой системы. Эта оценка касается как свойств самой системы, так и её взаимодействия с другими системами. Оценка первого следствия может быть выражена в процентах, на сколько процентов выполнена (не выполнена) цель. А целью может быть какая-либо должная величина, например, должное давление, должное сопротивление, должное потребление кислорода, или должный сердечный выброс и т.д. Остальные следствия также можно охарактеризовать либо качественно, либо количественно, что и является собственно оценкой системы, т.е., её диагностикой, системным анализом.

Следовательно, систему характеризуют:

? цель (определяет назначение системы)

? иерархия (определяет взаимоотношения между всеми элементами системы без исключения).

? исполнительные элементы (СФЕ, выполняют действия)

? блок управления (следит за правильностью выполнения действий для достижения цели)

Учитывая всё выше сказанное можно достаточно легко и просто построить траекторию патогенеза любого заболевания. Без знания траектории патогенеза лечить болезни невозможно.

Системный анализ касается не только систем внешнего дыхания или кровообращения. Ткани органов, различные клетки и их составные части и продукты их жизнедеятельности также являются элементами различных систем организма. В силу иерархичности они также являются полноценными системами, хотя и более низкого порядка, и все эти системы попадают в сферу системного анализа.

Более того, любой объект, не только биологический, или даже материальный, также является системой, если только он удовлетворяет выше названным аксиомам и их следствиям. Группы математических уравнений, логических элементов, социальных структур, отношений между людьми, духовных ценностей, также могут быть системами и там также работают те же принципы функционирования систем и по тем же законам логики. У всех у них есть цель, свои СФЕ и блоки управления, которые следят за выполнением цели. Если у объекта есть цель, он является системой. А для выполнения этой цели у него должны быть соответствующие элементы исполнения и блок управления с соответствующими анализаторами, ППС и ОСС (исходит из закона сохранения и причинно-следственных ограничений).

Системный анализ анализирует системы и их элементы во взаимосвязи. Результатом такого анализа является оценка соответствия результатов действия систем их целям и выявление причин несоответствия за счёт определения причинно-следственных связей между элементами систем. Основным преимуществом системного анализа является то, что только он может выявить причины недостаточности систем.

Понятие цели является центральным понятием системного анализа. Только стабильность соответствия результата действия системы поставленной цели характеризует всю группу взаимодействующих элементов как систему, придавая ей отличительный признак. Если нет постоянства необходимого результата действия, нет системы.

Цель определяет как элементарный состав систем, так взаимодействие её элементов, которое управляется блоком управления. Взаимодействие только исполнительных элементов (СФЕ) не даёт возможность получения стабильного результата действия, соответствующего цели, заданной для системы. Добавление в систему блока управления, настроенного на заданную цель, даёт возможность получения стабильного (постоянно повторяющегося) результата действия системы, соответствующего заданной цели.

Целью может быть удержание шара, молекул, насекомых, групп зверей или предметов в ловушке, сохранение какой-либо определённой формы, или наоборот, предохранение от сохранения какой-либо формы, перемещение масс чего-либо, например, крови, защита государства (содержание армии), экономия воды (система капельного орошения полей), сохранение курса валют и пр.

Цель любого организма - выжить в условиях внешней среды в любых условиях. Результатом его действий должно быть выживание. Однако ресурсы организма не бесконечные, поэтому он не может выживать в любых условиях, а только в определённых, ограниченных его ресурсами. В силу ограниченности ресурсов каждый живой организм выбирает определённые условия (свою экологическую нишу, «место под солнцем») и приспосабливает свои ресурсы именно к данным условиям. Поэтому есть одноклеточные и многоклеточные организмы, фотосинтезирующие, травоядные и хищники, живущие в воде и на суше, с хвостами и без оных, с рогами, шипами, ластами и когтями, и многое другое, всё то, что составляет земную биосферу и заполняет в ней каждую «нишу». Полярные животные не могут нормально устроиться в тёплом климате, но прекрасно выживают в ужасающем холоде. Глубоководные рыбы не могут плавать у поверхности моря, потому что внутреннее давление может их разорвать, но отлично себя чувствуют на больших глубинах, чего не могут делать пелагические рыбы поверхностных слоёв моря. Лесные жители не могут нормально существовать в степи, а степные в лесу. Короче, нет животного, одинаково приспособленного к любому виду пищи и любым условиям обитания. Каждый вид животных выбирает только те условия, которые подходят к его ресурсам, или наоборот, каждый организм вырабатывает те ресурсы (самоорганизуется), которые позволяют ему выживать в данных условиях.

Чтобы выжить организм должен делать различные действия - искать пищу, убегать от хищников, предохраняться от перегрева и от переохлаждения, и т.д. Если данному организму не удалось выжить (его съели, он высох без воды, замёрз, был раздавлен и т.д.), это значит что у него не было достаточно ресурсов СФЕ или ума против воздействий внешней среды, качественных и количественных, и эта система не достигла цели.

Для достижения цели (выживания), организм должен делать ряд действий, но любое действие требует потребления энергии. Поэтому, одна из подцелей - энергоснабжение организма. А для этого необходимо доставлять к тканям кислород и убирать из них углекислый газ (подцель - обмен метаболических газов), а для этого необходимо обеспечить контакт окружающего воздуха с кровью, а для этого нужно вентилировать лёгкие и перфузировать через них кровь, а для этого нужно..., и т.д., и т.п. Налицо иерархия целей.

Если у больного хронической неспецифической бронхо-пневмонией разрушено около 2/3 лёгких и, несмотря на то, что он дышит чистым кислородом, в данный момент насыщение артериальной крови кислородом даже в покое снижено и равно около 90%, и даже с дыханием чистым кислородом этот больной с трудом существует, это значит, что у него есть система внешнего газообмена (лёгкие) для условий покоя и при условии дыхании чистым кислородом, но нет этой системы для выполнения нагрузки, потому что нагрузку он уже не в состоянии выполнить.

Глава 3. Клинические приложения теории систем

§1. Реакция, дефект и болезнь. (Диагностика и лечение с позиций системного анализа)

Как уже было отмечено ещё в введении, основной задачей медицины является не только снятие боли и страданий у больного, но и обеспечение ему возможности вести полномасштабный уровень жизни, который не должен отличаться от уровня жизни любого другого здорового человека. Медицина должна обеспечивать полное выздоровление и возврат к нормальным жизненным условиям всех без исключения больных. Для выполнения такой глобальной задачи у каждой клинической дисциплины (кардиологии, пульмонологии, гастроэнтерологии, и т.д.) есть две главные подзадачи:

? диагностика - выявление ненормальностей органа, являющегося предметом изучения данных дисциплин

? лечение - ликвидация этих ненормальностей, если таковые обнаруживаются

При этом предполагается, что ненормальности функции органов являются болезнью. Однако, как выше уже было отмечено, что нет функций органов, а есть функции систем. Функции органов - это, в принципе, функции систем, которые составляют эти органы. Сами органы функций не имеют. Следовательно, существует некоторая неопределённость в понятиях «болезнь», «диагностика» и «лечение», поскольку понятие «система» шире, чем понятие «орган». В чём же разница между понятиями «орган» и «система организма»?

Различие между этими понятиями заключается в том, что «орган» является анатомо-морфологическим (структурным) понятием, т.е., анализирует взаиморасположение элементов (топологию) и их состав. А понятие «система организма» - функциональным, т.е., анализирует взаимосвязь и взаимодействие элементов и их состав. Необходимо правильно соотносить эти два понятия. Сам по себе орган не имеет функций, поскольку размеры органа, состав его элементов или их расположение не являются его функцией. Функции есть только у систем, которые входят в этот орган.

Например, нет функций лёгких, а есть функции системы внешнего газообмена и функции некоторых подсистем системы кровообращения (сосудов Малого Круга Кровообращения - МКК, сосудов бронхиального кровообращения, лимфатического кровообращения), которые входят в состав лёгких. Функция системы внешнего газообмена - перенос метаблических газов в воздушной среде, между окружающей атмосферой и венозной кровью, протекающей через МКК. Функция МКК - обеспечить необходимую площадь контакта крови, находящейся в капиллярах МКК, с альвеолярным воздухом, для того, чтобы кровоток мог обменяться метаболическими газами с этим воздухом.

Понятия «норма», «не норма» и «болезнь» определяют три различных класса состояний организма и являются основными понятиями медицины. В зависимости от того, что есть у пациента - норма, не норма, или болезнь, зависят наши врачебные действия в отношении данного больного:

? если пациент в норме, то мы не должны вмешиваться в его состояние (не должны лечить)

? если у пациента не норма, то в зависимости от вида «ненормы» и от наших возможностей мы

- можем вмешиваться в его состояние (есть дефект и нужно лечить)

- не можем вмешиваться (есть дефект и, в общем то, должны лечить, но не всегда можем это сделать, так как наши сегодняшние возможности не безграничны. Например, у больного удалили лёгкое, но в данный момент его состояние достаточно стабильно. У него есть дефект, но исправить его мы не можем.)

· если у пациента болезнь, то мы должны проводить какие-то врачебные мероприятия, активно воздействовать на функциональное состояние организма больного (нужно лечить).

Понятие «норма» очень растяжимое. Например, артериальное систолическое давление 120 и 190 mm Hg может быть нормальным, если первое из них получено в состоянии покоя, а второе - на пике нагрузки. Но такие же значения давления могут быть не нормальными, если первое получено на пике нагрузки, а второе - в состоянии покоя. В некоторых случаях давление может подскочить в покое до 190 mm Hg и у нормального человека, если ему объявить что-нибудь очень неприятное. В этом случае это нормальная реакция на сильный эмоциональный раздражитель.

В чём же разница между реакцией и болезнью? Почему нам так важно знать, это реакция или болезнь? Вероятно потому, что если это нормальная реакция организма в ответ на что-то, мы не должны вмешиваться в функциональное состояние организма, не должны его лечить. Любой живой организм обязан реагировать на обычные для условий его проживания внешние воздействия, поскольку его реакция даёт нужный для его выживания результат действия. Это нормальное явление, и после прекращения внешнего воздействия он должен самостоятельно вернуться на свой исходный уровень, к своему первоначальному функциональному состоянию. Если же это болезнь, то будет происходить прогрессирующее разрушение СФЕ данного организма и мы обязаны вмешаться в этот процесс и активно воздействовать на организм с целью остановки дальнейшего разрушения его СФЕ.

Попытаемся разобраться и определить, что заключается в понятиях «норма», «не норма», «реакция», «патология», «патологический процесс», «дефект», «болезнь», «диагноз» и «лечение».

Норма.

Норма - это такое состояние живого организма, которое позволяет ему выживать в обычной среде проживания, характерной для данного типа живых организмов, и давать реакции такого качества и количества, которые позволяют ему предохранять свои СФЕ от разрушения.

Например, человек проживает в пустыне Калахари и прекрасно переносит очень сухой и жаркий климат без какого-либо ущерба для своего здоровья (бушмен). Если он может прожить в таких условиях многие десятки лет - он в норме, он здоровый человек. Он здесь родился, здесь же родились все его предки и их организм приспособлен для таких условий жизни. Но если его поместить в условия тундры, он может там погибнуть, или как минимум заболеть (т.е., будет разрушение его СФЕ), хотя в других условиях он здоровый человек. В то же время эскимосы прекрасно приспособлены для проживания в условиях тундры и не смогут нормально существовать без специальных мер в пустыне Калахари.

Понятие «норма» является относительным по отношению к средне-статистическому состоянию живых организмов в данных условиях проживания. Если условия жизни меняются, то и состояние организма должно измениться. Если скорость изменений условий проживания меньше или равна скорости изменения состояния живого организма, то норма сохраняется, хотя живой организм может измениться достаточно радикально. Поэтому негры чёрные, а европейцы белые, мамонты были покрыты густой шерстью, а африканские слоны практически лысые. Если же скорость измения условий внешней среды больше скорости изменения функционального состояния организма, то возникают «поломки» СФЕ, потому что возникают динамические переходные паразитные процессы, СФЕ начинают разрушаться и возникает болезнь.

Реакция.

Реакция является действием системы на получение необходимого для её выживания результата действия в ответ на внешнее воздействие, т.е., является функцией системы. Реакция всегда специфична. Живой организм и его внутренние системы всегда должны реагировать на определённые внешние воздействия, и их реакция должна быть того качества и в том объёме, которые соответствуют данному воздействию. Например, в ответ на физическую нагрузку живой организм должен увеличить обмен метаболических газов (увеличить потребление кислорода и выделение углекислого газа), увеличить объём вентиляции лёгких, сердечный выброс и т.д.

Температура тела поднимается в случаях инфекционной атаки. Это нормальная реакция, если только она не превышает определённый критический уровень, возникающая вследствие усиления метаболизма, направленного на борьбу с инфекцией. Поэтому «сбивать» температуру не следует, потому что эта реакция помогает организму бороться с инфекцией. Но возможно, что температура тела поднимается из-за специфического действия бактериальных токсинов, которые выделяют бактерии специально для подъёма температуры тела (пирогенная интоксикация), чтобы улучшить для себя условия размножения. Тогда необходимо «сбивать» температуру тела, чтобы не дать бактериям условий для размножения. Как же определиться, что нам делать? Для этого нужно определить - то что мы видим, это патологическая реакция или нормальная?

Реакция может быть:

? нормальной - нормореактивность

? недостаточной - гипореактивность

? чрезмерной - гиперреактивность

? извращенной - вместо ожидаемой реакции происходит неожидаемая

Нормореактивность (нормальная реакция) - функциональные резервы систем живого организма соответствуют силе внешнего воздействия и управляющие возможности блока управления позволяют подстраивать (управлять) СФЕ таким образом, чтобы результат действия точно соответствовал силе внешнего воздействия. Например, систолическое артериальное давление в 120 mm Hg в состоянии покоя и до появления порога анаэробного обмена является нормальной реакцией.

Гипореактивность системы (патологическая реакция) возникает в тех случаях, когда функциональных резервов данной системы живого организма недостаточно для данной силы внешнего воздействия. Причиной гипореактивности могут быть отсутствие или не срабатывание части СФЕ данной системы из-за их разрушения или блокирования, а также из-за неправильной работы блока управления, когда он не может подстраивать (управлять) СФЕ таким образом, чтобы результат действия точно соответствовал силе внешнего воздействия. При гипореактивности результат действия системы будет недостаточным для выполнения цели. Например, систолическое артериальное давление (АД) в 120 mm Hg на пике максимальной физической нагрузки является гипотоническим и не соответствующим величине нагрузки. Такое может быть вызвано, например, недостатком количества саркомеров миокарда (слабостью миокарда), когда у миокарда недостаточно сил для равития необходимой величины АД, например, атипичное АД (atypical blood pressure) у больных дилатированной кардиомиопатией.

Гиповентиляция лёгких при первичной альвеолярной гиповентиляции является гипореактивностью из-за поражения блока управления - нейронного дыхательного центра. Гипореактивность - это всегда патологическая реакция.

Гиперреактивность системы (нормальная или патологическая реакция) - результат действия системы превышает целевой. Может быть тогда, когда функциональных резервов систем живого организма достаточно для данной силы внешнего воздействия, но либо блок управления не может подстраивать (управлять) СФЕ таким образом, чтобы результат действия точно соответствовал силе внешнего воздействия (патологическая реакция из-за ненормальностей блока управления), либо данная система компенсирует снижение функции сопряженной с ней системы (нормальная компенсаторная реакция из-за патологии сопряженных систем).

Например, систолическое АД может быть повышено в покое (быть гипертоническим) в ответ на повышение общего периферического сосудистого сопротивления (ОПСС) для сохранени адекватного уровня сердечного выброса. Это нормальная компенсаторная гиперреакция миокарда, который увеличивает силу своего сокращения в ответ на ненормальное ОПСС, на ненормальную реакцию сосудов (гиперреактивность в ответ на гиперрезистивность).

У здоровых в покое систолическое АД равно 120 mm Hg, а на пике нагрузки оно также повышается до 190 mm Hg и даже до 270 mm Hg и это считается нормой. Но это относительная норма. Если бы организм обладал бы бесконечными резервами, то ОПСС всё время падало бы, пропорционально нарастанию сердечного выброса, и систолическое АД не превышало бы его значений покоя. Но организм имеет ограниченные ресурсы и эта ограниченность обусловлена биологической недостаточностью, которая начинает проявляться в момент появления порога анаэробного обмена, когда заканчивается резерв сосудистых сегментов (ФЕП) и ОПСС перестаёт снижаться. Поэтому, чтобы обеспечить продолжение увеличения сердечного выброса через неменяющееся ОПСС миокард должен перенапрягаться и повышать давление. Это гиперреакция миокарда, которая направлена на увеличение сердечного выброса (гиперреактивность в ответ на гипердинамию) - относительно нормальная реакция в ответ на высокую нагрузку. Нормальная в том плане, что встречается у всех здоровых, но ненормальная гипертоническая потому, что указывается на биологическую видовую недостаточность.

Если ОПСС и сердечный выброс нормальные, но сосудистая сеть переполнена избыточной жидкостью (общая гиперволемия), и/или тонус стенки артерий повышен из-за ненормальностей симпатической нервной системы, то АД также повысится. Но это уже гиперреактивность из-за ненормальностей блока управления, т.е., вегетативной нервной системы (эссенциальная гипертония, ненормальная реакция).

Извращенная реакция - это реакция системы, которая не соответствует её цели. Атипичное АД - это падение АД во время нагрузки. Это классификация патологических реакций по количественному признаку. Но может быть и качественное различие. Получение анафилактического шока после съеденной клубники, многие виды нарушения сна и психической деятельности, хронические изматывающие повышения температуры тела при многих патологических состояниях - всё это различные патологические реакции, различающиеся по качественному признаку.

Патология.

Патология - это несоответствие ресурсов систем живого организма обычным нормам условий проживания для данной группы живых организмов. Патология включает в себя два других важных понятия - патологическое состояние (дефект) и патологический процесс (болезнь: острая и хроническая, включая порочный круг).

Дефект.

Дефект (патологическое состояние) - это недостаточное количество (отсутствие) каких-либо СФЕ либо вследствие их разрушения, либо вследствие их недоразвития, либо вследствие блокирования их деятельности.

Дефект - это статическое патологическое состояние, когда состояние системы не меняется, но резервов данной системы недостаточно для обычных условий существования. Инфаркт миокарда - это не болезнь, а дефект мышцы сердца. Силы миокарда может быть достаточно для условий покоя, но недостаточно для работы в нагрузке.

Дефекты всегда снижают качество жизни, поскольку системы не могут обеспечить их реакции в нужном качестве и количестве. Отсутствие руки не является болезнью, но является дефектом, сильно ограничивает качество жизни данного субъекта. С таким дефектом можно прожить и сто лет без особых проблем, не принимая никакого лечения. Но качество жизни будет снижено, потому что, например, одной рукой очень сложно завязывать шнурки на туфлях.

Дефект не всегда означает наличие болезни, но всегда является её следствием и всегда может предрасполагать к ней. Если какая-либо система имеет дефект, то её функциональные резервы снижены. В таких случаях сопряженные с данной другие системы перегружены (компенсаторное увеличение их функций - гиперреакция) и легко входят в насыщение уже при небольших уровнях нагрузки. Дальнейшее увеличение нагрузки может привести к «поломкам» и разрушению СФЕ этих перегруженных сопряженных систем, и уже в них также могут появиться дефекты (принцип домино).

Болезнь.

Болезнь (патологический процесс) - это динамический процесс разрушения СФЕ в каких-либо системах живого организма.

Результатом этого процесса является появление и накопление дефектов. Если дефекты постоянно накапливаются, это значит, что происходит постоянное уменьшение числа СФЕ и функциональных резервов данного организма, снижение его возможностей адекватно реагировать на внешние воздействия. В конечном итоге это приведёт к тому, что данный организм не сможет давать адекватные реакции на всё более и более низкие нагрузки (внешние воздействия) и в конце концов даже состояние покоя будет для него чрезмерной нагрузкой. Это уже несовместимо с жизнью.

Понятия «патологический процесс» и «болезнь» идентичны, а понятия «дефект» и «болезнь» - не идентичны, потому что «дефект» - это стационарное состояние, а «болезнь» - динамический процесс. Патологический процесс - это изменение патологического состояния в сторону снижения функциональных резервов из-за процесса разрушения каких-либо СФЕ. Это разрушение СФЕ может быть либо вследствие чрезмерного внешнего воздействия (механическая травма, инфекционная атака, химическое поражение), либо вследствие разрушающего действия порочного круга (см. ниже).

Кроме того, разрушение СФЕ может быть и обычным нормальным процессом вследствие их изношенности. В таких случаях организм сам доложен восстанавливать разрушенные СФЕ, используя для этого мощный регенеративный генетический аппарат внетри клеток. Этот аппарат использует два механизма:

? обмен веществ как средство доставки энертетических носителей и «строительного» материала, из которого строит регенирируемые СФЕ

? механизм генетической регенерации - размножение элементов систем (регенерация элементов клеток и самих клеток тканей).

Если оба механизма исправны, то в норме всегда есть строгий баланс между количеством разрушаемых и регенирируемых СФЕ. Если любой из них или оба они неисправны, то процесс разрушения СФЕ будет превалировать над процессами регенерации и число СФЕ будет снижаться. Примерно так, например, развивается кардиомиопатия и общая миопатия.

Дефект и болезнь похожи тем, что в обоих случаях имеется отсутствие функций каких-либо СФЕ. Разница между дефектом и болезнью заключается в том, что дефект - это патологическое и неизменное (стационарное) состояние, при котором число СФЕ живого организма не меняется, а болезнь - это патологический динамический процесс, при котором число СФЕ живого организма уменьшается.

Чтобы определить, это болезнь или дефект, мы должны найти признаки динамичности процесса. Одним из таких признаков является число СФЕ. Если оно не меняется - это дефект. Если оно постоянно уменьшается - это болезнь. Инфаркт миокарда является дефектом, а не болезнью. Болезнью является патологический процесс в коронарных сосудах, при котором их просвет неуклонно уменьшается и это приводит к инфаркту.

Если разрушающее действие внешнего воздействия было однократным и не привело к гибели организма, но привело к разрушению части СФЕ, то результатом такого воздействия будет дефект в соответствующей системе. Естественно, функциональные резервы данной системы из-за этого снизятся. Если чрезмерное внешнее воздействие или разрушающее действие порочного круга будет продолжаться достаточно долго, то произойдёт накопление дефектов, поскольку всё большее и большее число СФЕ будет разрушаться, и, в конечном итоге, организм будет разрушен. Если патологический процесс не остановить, то итогом будет смерть.

Следовательно, чтобы определить, болезнь это, или дефект, нужно проводить повторные исследования, измеряя число СФЕ. Как это сделать - это совсем другой вопрос. Сегодня в подавляющем числе случаев мы не можем измерять количество СФЕ различных систем организма, но мы пытаемся это сделать, используя различные косвенные параметры. Например, уменьшение жизненной ёмкости лёгких может указывать на уменьшение функциональных единиц вентиляции (ФЕВ) лёгких. Дефект сокращения миокарда при радиоизотопном исследовании указывает на выключение функции определённого числа сократительных СФЕ миокарда - саркомеров.

Кстати, все выше приведенные рассуждения касаются не только цельного организма, но и его частей, включая клетки и их органеллы. Различные дистрофии и атрофии, патии, любые нарушения метаболизма клеток тканей, опухоли - всё это примеры дефектов и патологических процессов на клеточном уровне.

1. Острая болезнь - это разрушение СФЕ из-за чрезмерного внешнего воздействия. Например, ожоги возникают вследствие чрезмерных тепловых воздействий, дизентерийный колит - вследствие инфекционной атаки. Если удалить такое внешнее воздействие, то процесс разрушения СФЕ прекращается и сама острая болезнь как таковая заканчивается, но после неё остаются различные дефекты.

Существуют фазы (периоды) острой болезни. Из них следует отметить две основных - фаза разрушения СФЕ (период действия разрушающих факторов) и фаза восстановления, когда живой организм восстанавливает разрушенные СФЕ за счёт обмена веществ. В каждую фазу возникают соответствующие реакции. В первую фазу возникают реакции, направленные против факторов внешней среды, во вторую - реакции, результатом которых является восстановление. Эффективность этих реакций зависит от ресурсов организма. Если ресурсов недостаточно, то в период разрушения будет причинено больше дефектов, а в период восстановления - будет устранено меньше дефектов. Таким образом может происходить накопление дефектов.

Однако, часто мы видим больных, которые даже после окончания острой болезни продолжают болеть, т.е., процесс разрушения СФЕ всё продолжается, хотя видимых чрезмерных внешних воздействий нет. Например, больные хроническими воспалительными процессами в лёгких постоянно болеют, хотя находятся в тепле и постоянно предохраняются от чрезмерных внешних воздействий. У них постоянно происходит разрушение различных лёгочных структур (патологический процесс). В результате всё меньший и меньший уровень нагрузки будет приводить их к артериальной гипоксемии, вплоть до её появления в покое и невозможности обойтись без дыхания чистым кислородом. Почему так происходит? Что является движущей силой болезни в таких случаях? Рассмотрим патологический процесс более детально.

В случае чрезмерного превышения внешнего воздействия происходит «поломка» (разрушение) каких-либо элементов живого организма, и функции этих элементов исчезнут. Возникнет дефект и если разрушения достаточно обширны, может произойти значительное ухудшение качества жизни, вплоть до смерти. Каким образом можно предотвратить разрушение от чрезмерного внешнего воздействия? Есть только два способа - либо уменьшить силу внешнего воздействия до адекватной, соответствующей функциональным резервам данного конкретного организма, либо каким-то способом усилить его функциональные резервы, т.е., сделать организм адекватным нагрузке.

Если обычный здоровый, но не подготовленный человек попадёт в ледяную воду, он сразу же подхватит воспаление лёгких. Купание в тёплой воде не причинит ему вреда. Следовательно, ледяная вода - это слишком сильное (чрезмерное) воздействие на организм неподготовленного человека. Предохранение от купания в ледяной воде предотвращает от воспаления лёгких (первый способ).

Периодическая закалка организма холодной водой приводит к развитию (раскрытию) дополнительных резервов организма, усиливает функциональные резервы (второй способ). И та же ледяная вода уже не будет чрезмерным раздражителем для закалённого человека.

Таким образом, оба пути возможны. Есть люди, способные ходить по огню, пить кислоту, есть стекло и т.д. Они не родились такими, а развили свои способности путём специальных тренировок, т.е., усилили свои качественные и количественные ресурсы. Понятие чрезмерности - оно относительное.

Чрезмерные внешние воздействия разрушают элементы системы и уменьшают качественные и количественные ресурсы. Но живой организм - это самовосстанавливающаяся система. Если возникает какое-либо разрушение клеток или каких-либо тканей, то после прекращения разрушающего воздействия регенеративные системы живого организма должны восстановить их в полном объёме, и, вроде бы, функциональные резервы организма не должны снижаться. Более того, организм должен реагировать на любое воздействие, даже чрезмерное, если он не смог от него уберечься. И если он выстоял (не погиб), и не произошло массивных разрушений, то он должен сам себя восстановить (вылечить). В этом случае не должно быть никаких проблем со здоровьем и не надо ничего лечить. Нужно просто хорошо отдохнуть, дать время на восстановление, и всё. И постараться не входить в условия чрезмерных внешних воздействий.

В большинстве случаев так и происходит и перегрузки не причиняют нам существенного вреда. Мы можем спокойно выдерживать и летнюю жару в 45?-50?С, и зимние купания в проруби, и поднятия больших тяжестей, можем переносить различные травмы и инфекции и при этом и ожоги рубцуются, и раны затягиваются, и болезни сами проходят если:

? перегрузки не вызвали таких катастрофически тяжелых «поломок», которые организм не в состоянии сам исправить

? мы даём организму достаточно времени для исправления «поломок» при условии, что организм принципиально в состоянии сам с этим справиться.

Даже если произошло первое «если», это ещё не значит, что возникла болезнь. Нам известно достаточно случаев обширных и тяжелых травм с ампутациями конечностей, различными эктомиями (пульмонэктомия, мастэктомия) и т.д., когда организм получал тяжелые дефекты и значительное снижение функций, но болезни после этого не было. Происходило снижение качества жизни, но не более того. У больных в этих случаях было определённое статическое (стабильное) патологическое состояние организма, но не патологический процесс. Следовательно, само разрушение СФЕ может привести к появлению патологического состояния, к дефектам, но не к патологическому процессу.

В отношении второго «если», то вся система занятий спортом основана на этом (периодическое чередование максимальных нагрузок с достаточно длительным восстановительным периодом и специальной диэтой), и такое «если» только способствует здоровью. Спорт основан на принципе постепенности нагрузки. Если скорость прироста тренировочных нагрузок не превышает определённый порог, происходит усиление функционального состояния спортсмена, поскольку постепенность повышения нагрузки даёт время на выработку соответсвующих реакций систем организма. Постепенное привыкание к холодной воде вырабатывает устойчивость к холоду. Время лечит.

Тогда что же заставляет болеть организм без наличия чрезмерного внешнего воздействия? Почему в таких случаях происходит прогрессирующее снижение функций организма, ухудшение качества жизни и даже смерть? Что постоянно разрушает СФЕ систем организма? Почему острая болезнь иногда переходит в хроническую? Причиной такого перехода является порочный круг.

2. Порочный круг - это реакция системы на собственный результат действия. Его основа - гиперреакция системы на обычное воздействие, потому что к силе обычного внешнего воздействия добавляется результат действия самой системы, который независим от неё и сам является уже внешним воздействием для неё же. Таким образом, обычное внешнее воздействие плюс воздействие собственного результата действия в итоге даёт гипервоздействие и в ответ получается гиперреация системы (перегрузка системы).

Результатом этой реакции является разрушение собственных СФЕ с накопленим дефектов и прогрессирующим снижением качества жизни. На начальных стадиях, пока функциональные резервы ещё большие, порочный круг срабатывает при относительно большой силе внешнего воздействия (при больших нагрузках). Но по мере разрушения СФЕ и накопления дефектов нарастает перегрузка смежных систем и их разрушение (принцип домино), уровень переносимости нагрузки будет снижаться и со временем даже слабые внешние воздействия будут вызывать срабатывание порочного круга и могут оказаться чрезмерными. В конце концов уже состояние покоя будет чрезмерной нагрузкой для организма с разрушенными СФЕ, а это уже не совместимо с жизнью.

Рассмотрим это на примере больных с дефектом межпредсердной перегородки (ДМПП) - врождённого отверстия между левым и правым предсердием. Само по себе наличие этого отверстия не даёт никаких болезненных ощущений. У многих людей такое отверстие в межпредсердной перегородке есть на протяжении всей их жизни и они при этом не являются больными. Это так называемое foramen ovale - нормальный анатомический объект, функционирующий во внутриутробном периоде жизни, но который прекращает свои функции после рождения. Иногда после рождения это отверстие не закрывается, но и не функционирует и не является причиной сердечной патологии, потому что во время систолы перегородки предсердий это отверстие сдавливается и не пропускает через себя шунтирующий кровоток.

Если же во время систолы предсердий через это отверстие протекает поток крови из левого предсердия в правое (сброс кровотока слева-направо), это уже патологический процесс. В результате через лёгкие протекает увеличенный поток крови - основной (метаболический) поток венозной крови из полых вен, который обеспечивает метаболизм, плюс дополнительный (шунтовой, из-за сброса кровотока слева-направо) из левого предсердия. Возникает лёгочная гиперволемия, которая с течением времени приводит к морфологической перестройке сосудов МКК с последующей их редукцией и развитием лёгочной гипертензии. Затем присоединяется перегрузка и последующая недостаточность миокарда правого желудочка с развитием сердечной недостаточности. Смерть наступает в относительно молодом возрасте.

Признанно, что наиболее эффективным способом лечения данной болезни является хирургическая корреция, например, закрытие ДМПП путём пластики дефекта. В зависимости от степени выраженности величины сброса кровотока слева-направо и степени лёгочной гипертензии различают три группы больных:

? с относительными показаниями к операции (почти отсутствие сброса)

? с абсолютными показаниями к операции (выраженный сброс и/или начальная стадия лёгочной гипертензии)

? с относительными противопоказаниями к операции (высокая степень лёгочной гипертонии).

У всех больных имеется один и тот же порок сердца, но с больными первой группы мы не уверены, есть ли у них болезнь, или нет, и мы не знаем, что с ними делать. В отношении второй группы мы уверены, что у них есть болезнь и мы точно знаем, что с ними делать. В отношении третьей группы мы уверены, что у них есть болезнь, но мы не знаем точно, что с ними делать.

Как видим, при одном и том же поражении сердца отношение к выбору наших действий может быть совершенно противоположным. Следовательно, не сам анатомический дефект является критерием выбора врачебных действий. Попробуем выяснить, что же является объективным критерием выбора наших действий.

Рис. 34. Развитие лёгочной гипертензии у больных ДМПП.

Нормальное лёгочное кровообращение (А). Прекапиллярная стадия лёгочной гипертензии (В). Посткапиллярная стадия лёгочной гипертензии (С).

1 - рефлекс Озорио-Руссека; 2 - открытые прекапиллярные сфинктеры; 3 - рефлекс Китаева; 4 - барорецепторы в стенке ЛА; 5 - лёгочная артерия; 6 - миокард ПЖ; 7 - неработающий внутрилёгочный шунт; 8 - капилляры МКК; 9 - барорецепторы в стен-ке ЛВ; 10 - ЛВ; 11 - миокард ЛЖ; 12 - кровоток в БКК; 13 - закрытые прекапиллярные сфинктеры; 14 - закрытые капилляры МКК; 15 - шунтовой кровоток слева-направо; 16 - гипертрофированный миокард ПЖ; 17 - шунтовой кровоток справа-налево; 18 - подклапанный стеноз ЛА; 19 - внутрилёгочный шунт.

Известно, что лёгкие могут пропускать через себя потоки крови, превышающие уровень состояния покоя в 2-3 раза [9]. Если кровоток увеличивается более, чем в 2-3 раза, начинают срабатывать механизмы защиты капиллярного русла МКК от перегрузки, поскольку возникает угроза их разрыва от переполнения. Такими механизмами являются, например, рефлекс Озорио-Руссека (рис. 34В) и рефлекс Китаева (рис. 34С). Первый из них работает при прекапиллярной лёгочной гиперволемии, а второй - при посткапиллярной.

У больных ДМПП вследствие шунтового кровотока слева-направо уже при небольшой нагрузке может быть значительное увеличение лёгочного кровотока, хотя в покое кровоток может быть небольшим. Каждый раз, когда будет возникать небольшая нагрузка, будет резкое возрастание лёгочного кровотока и срабатывание рефлекса Озорио-Руссека.

Цель этого рефлекса - снизить поток крови через лёгкие. Его сущность в том, что при перерастяжении стенок лёгочной артерии, которая находится перед прекапиллярными сфинктерами (прекапиллярная лёгочная гиперволемия), повышается сопротивление лёгких [25]. Мышцы прекапиллярных сфинктеров при этом сокращаются и закрывают просвет лёгочных капилляров, возникает транзиторная (преходящая) лёгочная гипертензия. Чем чаще будет нагрузка, тем чаще будут работать мышцы прекапиллярных сфинктеров, тем больше будет их гипертрофия (утолщение мышц прекапиллярных сфинктеров).

Сначала это будет происходить при должных максимальных нагрузках. Затем гипертрофия достигнет таких степеней, когда просвет прекапиллярных сфинктеров уже будет закрыт постоянно (стойкая или постоянная лёгочная гипертензия). С этого момента уровень переносимой максимальной нагрузки будет неуклонно снижаться и спустя определённое время лёгочная гипертония будет наблюдаться уже в состоянии покоя.

Гипертрофия является результатом действия частого сокращения мыщц прекапиллярных сфинктеров. Результатом действия этой гипртрофии является повышение сопротивления сосудов лёгких. Мы уже говорили о том, что результат действия становится независимым от системы-донора его породившей. Поэтому он может стать внешим воздействием для той же системы, которая в этом случае уже становится системой-реципиентом. Результат действия ходит по кругу (порочному кругу). Повышение давления в лёгочной артерии увеличивает гипертрофию мышц и сопротивление прекапиллярных сфинктеров, а увеличение этого сопротивления увеличивает давление в лёгочной артерии.

Человек не может находиться всё время в покое. Он должен двигаться, особенно дети. Поскольку порок врождённый, а дети постоянно двигаются, то рефлекс Озорио-Руссека у них постоянно работает. Это приводит к прогрессирующей редукции легочного капиллярного русла, которая приводит к усилению рефлекса Озорио-Руссека, который усиливает редукцию лёгочного капиллярного русла, который усиливает рефлекс Озорио-Руссека... Так работает порочный круг [14].

Таким образом, у больных ДМПП на начальных стадиях болезни возникает защитная реакция прекапиллярных сфинктеров - нормальная реакция на чрезмерный раздражитель (повышенный лёгочный кровоток из-за шунта слева-направо, лёгочная гиперволемия прекапиллярного типа) во время обычных нагрузок (обычное внешнее воздействие). Со временем эта реакция приводит к гипертрофии мышц прекапиллярных сфинктеров, что вызывает усиление реакции (гиперреакция, патологическая реакция), а гиперреакция усиливает гипертрофию, и т.д., т.е., начинает работать порочный круг. В итоге начинает появляться и прогрессировать гиперреакция на всё более низкую нагрузку (более низкое внешнее воздействие).

Порочный круг на основе рефлекса Озорио-Руссека у больных ДМПП не является единственным [14]. По мере прогрессирования редукции лёгочного капиллярного русла растёт давление в лёгочных сосудах и, следовательно, в правом желудочке. Со временем миокард правого желудочка гипертрофируется и возникает подклапанный стеноз лёгочной артерии, что ещё больше увеличивает давление в нём же (второй порочный круг).

Повышение давления в правом желудочке приводит к повышению давления в правом предсердии, и оно может достигнуть такой степени, что превысит давление в левом предсердии. С этого момента шунт поворачивает обратно - справа-налево (рис. 34С). Это приводит к повышению давления в левом предсердии и затрудняет отток крови из лёгочных вен в левое предсердие. Возникает перерастяжение их стенок и уже с их барорецепторов начинает срабатывать рефлекс Китаева. Сущность этого рефлекса в том, что при перерастяжении стенок лёгочных вен повышается сопротивление сосудов лёгких [17]. Этот рефлекс похож на рефлекс Озорио-Руссека, но исходит не с лёгочной артерии, а с лёгочных вен (рис. 34С). В результате давление в лёгочной артерии ещё больше повышается, это усиливает рефлекс Озорио-Руссека (усиление первого порочного круга), усиливает гипертрофию миокарда правого желудочка (усиление второго порочного круга), ещё больше поднимает давление в правом и, соответственно, в левом предсердии (третий порочный круг).

Разорвать один порочный круг (вылечить) относительно просто. Разорвать два порочных круга намного сложнее. Разорвать три порочных круга может быть уже невозможно.

Таким образом, критерием выбора лечебных мероприятий является не наличие какого-либо дефекта, а наличие порочного круга, который обусловлен этим дефектом, и возможность его ликвидации. Если есть порочный круг, необходимо проводить лечение - ликвидировать порочный круг, но при условии, что это вообще возможно. Если мы можем ликвидировать порочный круг, лечение даст положительный эффект. Если нет порочного круга, или его невозможно ликвидировать, то нет смысла проводить радикальное лечение.

Мы всегда обращаем внимание на те внешние воздействия, которые оказывает на нас внешняя среда, но практически никогда не учитываем те воздействия, которые оказывает порочный круг. Поэтому для нас становится сюрпризом, если вдруг мы обнаруживаем, что в ответ на очень маленкую нагрузку у нас вдруг резко поднимается артериальное давление (артериальная гипертония). Но если мы будем постоянно измерять общее периферическое сосудистое сопротивление (ОПСС) и/или объём циркулирующей крови (ОЦК), мы увидим, что именно они запускают порочный круг и являются причиной артериальной гипертонии.

Порочный круг чем похож на систему. Он, как и система, также представляет собой взаимодействие элементов. У него есть практически все составляющие систем - элементы исполнения и петля обратной связи. Он также реагирует на специфическое внешнее воздействие, а его элементы исполнения являются по совместительству также элементами исполнения других систем организма. Но в отличие от нормальных систем у порочного круга петля обратной связи не отрицательная, а положительная, потому что соединяет выход системы не с блоком управления системы, а с её входом внешнего воздействия. Она заставляет эту ненормальную систему действовать «вразнос», на саморазрушение.

Существуют системы, у которых есть петля положительной обратной связи (ПОС), например, различные генераторы, в том числе генераторы ритма сердца (синусовый и Ашов-Талалаевский узлы, электронные пейсмекеры). Но в нормальных системах всегда есть ООС, которая предохраняет элементы исполнения от гиперреакций и сдерживает (контролирует) работу ПОС. В порочном круге нет петель ООС, или же влияние петли ООС сильно ослаблено. В отличие от нормальной системы, которая даёт нормальную реакцию в ответ на нормальное максимальное внешнее воздействие, порочный круг даёт гиперреакцию в ответ на нормальное или даже сниженное внешнее воздействие. В принципе, он даёт реакцию на собственную реакцию, в этом заключается порочность круга. Если не разорвать порочный круг, система (живой организм) будет разрушена и не сможет существовать. Поэтому наличие порочного круга является показанием к проведению соответствующего лечения.

Порочные круги могут работать на любых уровнях любых систем живого организма, начиная от субклеточных, например, на уровне выработки клетками патологических белков (например, сурфактанта в лёгких при альвеолярном протеинозе) или невыработки определённых веществ (например, инсулина), на уровне репликаций ДНК во время деления клеток (генетические болезни, раковые опухоли и т.д.), на уровне клеточных конгломератов или тканевых структур (воспаления, отёки, дистрофии и т.д.), и кончая большими системами, такими как система обмена метаболических газов (СОМГ).

Порочные круги являются принадлежностю не только биологических систем. Различные мафии в социальных системах больших сообществ людей, паника толпы людей и т.д., являются примерами порочных кругов на уровне социальных или национальных структур. Флатер и саморазрушение крыльев самолёта при определённом режиме полёта является характерным примером порочного круга в авиационной технике.

Порочные круги могут возникать у любого субъекта, даже у здорового или супермена, если дать ему соответствующую чрезмерную нагрузку. Как уже выше отмечалось, чрезмерность - это понятие относительное, по отношению к ресурсам данного конкретного организма. Перегрузками являются любые нагрузки, которые превышают функциональные резервы организма, т.е., чрезмерные нагрузка. Перегрузка - это не обязательно поднятие веса в 200 кг. Для спортсмена высокого ранга это вообще не перегрузка, а обычная тренировочная нагрузка. Для него перегрузкой будут уже 250 кг и выше. А для больного человека и 3 кг могут оказаться перегрузкой.

Любые внешние воздействия являются нагрузками. Ими могут быть введение объёмов жидкости (гиперволемические нагрузки), сахара (гипергликемические нагрузки), или подача высокой температуры (гипертермические нагрузки), условий стресса (психические нагрузки) и т.д. Хирургическая операция также является специфической нагрузкой.

3. Хроническая болезнь - это процесс разрушения СФЕ организма из-за срабатывания порочного круга. Сущностью порочного круга является то, что результат действия системы обладает независимостью от самой системы и может стать внешним воздействием для неё самой. Поэтому система (организм больного) всё время перегружена внешним воздействием, которым является её же результат действия.

У хронических больных порочный круг запускает «принцип домино» - перегрузка смежных с дефектом СФЕ приводит к их разрушению и накоплению дефектов. Это разрушает системы организма и приводит к прогрессирующему снижению функционального состояния живого организма.

Таким образом, в ответ на чрезмерное внешнее воздействие нормальный организм всегда даёт нормальную максимальную реакцию, но при этом могут быть «поломки» каких либо его частей. Если нет катастрофических «поломок», регенеративных ресурсов организма достаточно и период восстановления достаточен, то все «поломки», если таковые и произошли, должны быть ликвидированы и организм должен вернуться в норму (самоизлечение). Но если повторные атаки чрезмерного внешнего воздействия повторяются достаточно часто, то «поломки» (дефекты) будут накапливаться, организм может не успевать их исправлять и его системы будут давать гиперреакцию (компенсаторную). Это уже будет их перегрузка в ответ на нормальный или даже сниженный раздражитель. Но перегрузка - это и есть чрезмерное внешнее воздействие. Т.е., круг замкнулся. Таким образом возникает порочный круг.