Человек как открытая нелинейная самоорганизующаяся система

   МАЛИНОВСКАЯ Н.А.,

аспирант кафедры пропедевтики педиатрии ОГМУ

Организм человека является, пожалуй, одним из самых ярких примеров открытой системы. Мы постоянно потребляем из окружающей среды воздух, воду и пищу, после отдавая их назад в переработанном виде. При этом общее количество потребляемого и выделяемого химического вещества (например, углерода, кислорода, азота, водорода) одинаково. Мы преобразуем размер и форму молекул, извлекая из них совершенно необходимую для нашего существования энергию. В современной науке выделены открытые линейные и открытые нелинейные среды, сравнительная характеристика которых представляет значительный интерес для анализа работы организма человека как открытой системы (см. Табл. 1).

* По мнению авторов идеи Х-науки [Данилов, Кадомцев, 1986] специаль­ное понятие «диссипативная структура», введенное И. Пригожиным, заменило в Бельгийс­кой школе другое понятие – основное понятие синергетики, при­меняемое Г. Хакеном (1981) – «понятие структуры как состояния, воз­никающего в результате когерентного (согласованного) поведе­ния большого числа частиц».

Организм быстро реагирует на изменения, происходящие во внутренней и внешней среде, и соответствующим образом изменяет необходимые параметры жизнедеятельности. Например, при получасовом беге трусцой можно наблюдать следующие изменения: практически сразу же происходит перераспределение крови, как транспортной жидкости, в пользу работающих мышц, что наряду с увеличением частоты сердечных сокращений способствует лучшему кровоснабжению мышечной ткани; частота дыхания увеличивается, обеспечивая адекватное потребление кислорода как субстанции для окисления питательных веществ, и выделение углекислого газа как отработанного ненужного вещества; в печени усиливается гликолиз (расщепление гликогена до моносахаридов – основного источника энергии в мышцах) и поступление, прежде всего, глюкозы в кровь. Таким образом, все усилия направлены на создание в мышцах оптимальных условий для извлечения энергии из веществ, поступающих с кровью, и находящихся в собственных депо (мышечный гликоген). Поскольку температура в работающей мышце повышается, то для снижения температуры тела включаются механизмы потовыделения. По окончании бега все параметры системы стремятся прийти к исходным значениям. Для этого необходима, прежде всего, жидкость как универсальная среда для протекания всех химических реакций.

Вода также необходима для восполнения потерь жидкости с потоотделением. Возникает жажда. Чуть позже организм сигнализирует, что необходимы питательные вещества для восполнения энергетических запасов. Возникает чувство голода. Описанный пример лишь в малой степени раскрывает способность организма к саморегуляции, самоподдержанию, самокоррекции, в идеальном случае основывающихся на самоорганизации. Таким образом, человеческий организм представляет собой открытую самоорганизующуюся систему.

Рассмотрим еще одно его свойство – нелинейность. Нелинейность подразумевает при некоторых заданных условиях несколько возможных вариантов развития событий. К примеру, 35-летнему мужчине в целях укрепления сердечной мышцы и профилактики развития стенокардии врач назначил получасовой бег трусцой по утрам. Выйдя утром на беговую площадку, мужчина может: не бежать вообще (1), вместо бега пройтись (2), пробежать трусцой (3), пробежать с максимальной скоростью (4) и т. д. Вариантов развития событий несколько. В момент принятия решения, т. е. выбора возникает точка бифуркации, точка неравновесного фазового перехода из состояния покоя в возможное состояние бега. Как поведет себя система?

Тут вступают в силу аттракторы – факторы, «притягивающие» к себе тот или иной исход как результат выбора: желание быть здоровым, доверие врачу, или же лень, чувство утренней скованности в теле и т. д.

Допустим, мужчина все же решил бежать, система совершила переход из состояния покоя в новое состояние – состояние бега. Во время бега возникают некоторые изменения в организме, колебания – так называемые флуктуации. Повышающаяся частота сердечных сокращений вызывает неприятное чувство сердцебиения в груди, которое, впрочем, постепенно стихает.

В ногах возникает и постепенно нарастает чувство слабости. Усиливается одышка, дышать становится все труднее, труднее… Одышка из флуктуации постепенно перерастает в критическую флуктуацию, которая может заставить систему перейти в новое состояние – состояние покоя. Возникает следующая точка бифуркации – остановиться или продолжать движение?

Какие аттракторы станут теперь решающими: надежда, что одышка скоро прекратится, желание перебороть свою телесную слабость, или же боязнь, что станет еще хуже, нежелание испытывать телесный дискомфорт?

Допустим, что при данном значении критической флуктуации ни один из аттракторов не оказывается достаточно сильным ни для того, чтобы привести систему к решению оставаться в состоянии бега, ни для того, чтобы перейти в противоположное ей состояние покоя. Мужчина принимает решение перейти на ходьбу – состояние, находящееся между бегом и покоем.

Произошел фазовый переход, характеристики системы изменились.

Этот пример также демонстрирует присущую системе нестабильность – легкость, с которой она может переходить из одного состояния в другое. Причем между силой внешнего воздействия на систему и силой ответной реакции наблюдается нелинейная зависимость (еще одна демонстрация нелинейности системы). Незначительное по силе внешнее влияние может обеспечить сильное изменение внутренней организации системы, а очень серьезное воздействие порой не вызывает сколь-нибудь заметного изменения. Все зависит не только от исходного состояния системы, но и от характера флуктуаций, от того, насколько их значение близко к критическому для данной системы. Если мужчине, описанному в примере выше, человек, мнение которого для него в данный момент особенно важно (критическая флуктуация), скажет: «слабак» (воздействие, само по себе минимальное по силе физического воздействия), то это может привести к тому, что мужчина будет бегать до изнеможения.

И это мы расценим как положительный (продуктивный) результат. (К слову, в другом случае, если мальчик нравится девочке, и он ей такое скажет, то это может привести к нервной психической анорексии).

Тогда как если для человека критической флуктуацией является его ощущение покоя, а флуктуации, которые могут привести к движению, минимальны, то даже при достаточно серьезной попытке вывести его из состояния гиподинамии, система все равно будет стремиться возвратиться в состояние покоя (очень часто случается, что многочасовые, авторитетные лекции с красочными примерами, уговоры, запугивания не могут вынудить человека, имеющего очень серьезные проблемы со здоровьем, сделать лишний шаг).

Возникает вопрос, что нам может дать осознание организма человека и самого человека как открытой нелинейной самоорганизующейся системы? Можно ли такую систему изучать, влиять на нее и как-то предугадывать ее поведение? Прежде всего, такой подход открывает всю сложность человека как объекта для изучения, демонстрирует, что ни в коем случае нельзя рассматривать организм как линейную систему, когда определенное единичное воздействие вызывает строго определенную единичную ответную реакцию. Добиться определенных изменений в такой системе возможно только осознав имеющиеся в данный момент флуктуации, оценив потенциальную возможность какой-либо из них стать критической, и выбрав воздействие, резонирующее с данной флуктуацией. В таком случая, чем большей информацией о системе мы обладаем, тем более результативным может оказаться наше воздействие? Оказывается, для нелинейных систем это не всегда так, более того, почти всегда не так – утверждает современная постнеклассическая наука. Предугадать же поведение системы возможно либо только в небольшой промежуток времени и с определенной долей вероятности, лишь учитывая, находится ли система в изучаемой или в определенной фазе. После же фазового перехода в другое состояние, в другую временную фазу параметры могут кардинально измениться, и без их изучения становится невозможным дальнейшее прогнозирование.

В виду такой сложности, все науки, изучающие человеческий организм, осуществляют это на различных моделях.

Задаются некоторые начальные параметры системы и изучаются общие закономерности. А для того, чтобы свести влияние всех других флуктуаций к минимуму, исследования проводятся на достаточно обширных группах испытуемых с активным использованием методов статистической обработки данных. Однако наука постнеклассического этапа доказательно демонстрирует нам недостаточность опоры на начальные данные и закономерности, обращает наше внимание на изменившуюся роль случайности, которая стала продуктивной. Намного более сложной, поэтому, представляется деятельность практического врача. Работая с конкретным индивидуумом, он должен не только знать общие закономерности функционирования человеческого организма, но и учесть максимально возможное количество флуктуаций внутри организма, возможные внешние воздействия других факторов окружающей среды. На основании этих сведений и учета стадии/фазы процесса становится возможным подобрать более адекватное лечение, которое при минимальном количестве окажет максимальный ожидаемый эффект и переведет систему из состояния болезни в состояние здоровья, вхождения в болезнь к состоянию выхода из нее.

Литература

1. Ершова-Бабенко И. В. Философия, методология и наука. Природа, общество и человек // Інтегративна антропологія. – 2004. – №2(4). – С. 10 – 15.

2. Ершова-Бабенко И. В. Современные проблемы философии, методологии науки и медицины. Состояние и перспективы // Інтегративна антропологія. – 2003. -№2. – С. 7 – 15.

3. Пригожин И. Определено ли будущее? – М.: Институт компьтерных исследований, 2005. – 240 с.

4. Добронравова И. С. Синергетическая парадигма – М., 2005. – 180 с.