Глава 3. Системный подход и его значение

Системный подход (иногда говорят системный анализ) основан на том, что все изучаемые объекты рассматриваются, как системы. При этом значительно повышается эффективность решения задач в любой сфере деятельности. Чтобы понять, почему это происходит, начнем с определения системы. Таких определений существует несколько десятков. Остановимся на том, которое в наибольшей степени отвечает нашим целям.

Система – это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов. В результате их взаимодействия достигается определенный полезный результат.

Все живые объекты – организмы, органы, клетки отвечают именно такому определению. Его мы и будем использовать во всей последующей работе. Однако в некоторых случаях нам потребуется более широкий подход. Дело в том, что живые системы могут взаимодействовать не только друг с другом, но и с внешними факторами – техническими и природными. Например, если человек попал в метель, то на него действуют ветер, холод, летящие снежинки. Это – элементы внешней среды. Но в отличие от истинной системы эти элементы взаимодействуют между собой не закономерным, а чисто случайным образом и это взаимодействие не направлено на получение какого-либо полезного результата. Несколько позже мы рассмотрим ситуацию с так называемой «собачьей пещерой». Человек или животное, оказавшиеся в этой пещере, подвергаются воздействию ряда факторов, которые влияют на живые организмы, но между собой могут вообще не взаимодействовать. Таким образом внешняя среда из нескольких признаков, позволяющих называть тот или иной объект системой, обладает только одним – совокупностью каких-то элементов. Поэтому во всех случаях, когда имеет место взаимодействие живых систем с внешними факторами, по отношению к последним более точным будет термин «квазисистема» (т. е., не истинная система). Однако детальное рассмотрение системного анализа не входит в нашу задачу. И в дальнейшем для облегчения Вашей работы мы будем называть системами как истинные системы (живые), так и квазисистемы (внешние факторы, действующие на организм).

Итак, главное в системном подходе – это то, что объект рассматривается целостно, как совокупность элементов. Именно свойства этих элементов, особенности их взаимодействия помогают проникнуть в сущность изучаемого явления. При традиционном же подходе мы обычно полностью сосредотачиваемся только на объекте непосредственного изучения, упуская при этом из вида его многочисленные связи с другими объектами, точнее, с другими элементами системы, в которую данный объект входит.

Особенно важен системный подход, когда мы рассматриваем взаимодействие систем, с чем приходится постоянно сталкиваться в любом виде практической деятельности.

Итак, любая система состоит из элементов, т. е., из каких-то дробных частей. В качестве элементов мы будем рассматривать как структуры, так и процессы. И те, и другие обладают какими-то свойствами и особенностями. Как Вы убедитесь в дальнейшем, именно они часто играют определяющую роль, когда мы применяем системный подход для решения той или иной задачи.

Например, элемент, «потовая железа» – это структура. Элемент «пот» тоже будем считать структурой. Элемент «выделение пота» – процесс. «Испарение пота» также процесс. Поверхностное натяжение пота – свойство этого элемента, которое, в частности, влияет на скорость испарения пота. Установить такую зависимость при исследовании системы «потоотделение» помогает именно системный анализ.

Очень важно отметить следующую особенность. Существуют системы разных порядков. При этом система более низкого порядка выступает как элемент системы более высокого порядка. Получается нечто подобное матрешкам. Так, например, если мы рассмотрим систему «человечество», то отдельный человек является элементом этой системы. В свою очередь, человеческий организм – это тоже система, в которой такой орган, как скажем сердце, представляет собой элемент. Идя дальше, можно рассматривать систему «сердце», одним из элементов которой является синусный узел, а клетки, из которых он состоит – это элементы системы «синусный узел» и т.д. В каждом конкретном случае нужно сначала определить, -что мы будем считать системой, что подсистемой (часть системы), а что – элементом.

В приведенном выше примере в зависимости от решаемой задачи сердце можно рассматривать как самостоятельную систему, как подсистему (или элемент) системы «кровообращение» и как элемент системы «организм». Применительно к каждой конкретной системе элементом мы можем считать любую ее часть при одном условии – дальнейшее дробление этой части в условиях изучаемой системы невозможно, ибо после этого система не сможет работать.

Для системы «сердце» мы можем рассматривать кардиомиоциты как ее элементы. Действительно, они обеспечивают сокращение сердца. Но для системы «организм» элементом может быть только целое сердце. Дробить его на более мелкие части в данном случае нельзя, потому что без целостного элемента «сердце» не сможет существовать система «организм».

Пожалуйста, задержитесь на изложенном материале подольше, чтобы лучше его усвоить.

При изучении физиологии и при решении задач часто бывает необходимо определить, на уровне какой системы следует вести рассмотрение. Приведем простой пример, который должен помочь Вам понять это весьма важное положение. Он потребует немного фантазии.

Пример 3.1. Итак, предположим, что на какой-то планете живут мыслящие существа. Они знают, что на Земле тоже есть мыслящие существа – люди, но строение человеческого тела им совершенно неизвестно. Обитатели планеты узнали, что у людей есть элемент тела, который называется большой палец правой руки. Его утрата приводит к потере 50 % трудоспособности. (Это официальные медицинские данные применительно к ряду профессий). Заинтересовавшись столь важным органом, ученые планеты как-то добывают его и начинают самым тщательным образом изучать. И что же? А ровным счетом ничего. Даже разложив палец на отдельные атомы, они ничуть не. приблизятся к пониманию его роли в организме. Причина этого – отсутствие системного подхода.

Нужно сообщить братьям по разуму, что в теле человека есть такая система, как рука, посредством которой мы можем удерживать и перемещать в пространстве разные предметы, в том числе и орудия труда. Далее сообщим, что элементом руки, который непосредственно удерживает эти орудия, является кисть. И, наконец, опишем строение кисти, разобьем ее на элементы, и подчеркнем роль большого пальца, который противопоставлен остальным четырем и тем самым обеспечивает работу кисти в целом. Попробуйте поработать любым инструментом – ножом, молотком, плоскогубцами, ножницами, не используя большой палец! Вот теперь особое его значение, как важнейшего элемента (но только элемента) системы «кисть» – становится полностью ясным.

А теперь посмотрите, что получится, если мы будем анализировать значение элемента «большой палец» на уровне систем.«организм», «опорно – двигательный аппарат» и даже «рука». Мы неминуемо запутаемся, потому что в этих системах много элементов, не имеющих непосредственного отношения к работе большого пальца. Например, детально изучив функции плечевого сустава, мы поймем его важную роль для руки в целом, но никак не для большого пальца. А вот на уровне системы «кисть» сразу становится понятным, насколько важен большой палец. Постарайтесь самостоятельно рассмотреть несколько любых систем и, разбив их на элементы, подумать, на уровне какой системы (подсистемы) наиболее целесообразно анализировать значение того или иного конкретного элемента.

Для того чтобы уверенно работать с любыми системами, их нужно обязательно изображать графически. Держать в памяти все элементы достаточно большой системы и связи между ними совершенно ни к чему. Всегда есть опасность упустить что-нибудь из виду. И наоборот, если все перед глазами, то образно говоря, можно играть на элементах системы, как на клавишах рояля.

Чтобы убедиться в этом, вернемся к примеру 2.21 с кровяным давлением, на которое могут действовать десятки, а то и сотни факторов, и попробуем применить системный подход. Итак, с чего начать? Ответ уже известен – с построения системы. Но какой? Мы помним, что элементы, образующие систему, взаимодействуют между собой для достижения какого-то полезного, результата. Именно ради этого они временно или постоянно объединяются в ту или иную систему.

Поэтому академик П. К. Анохин предложил называть результат, ради достижения которого работает система, системообразующим фактором. В таком случае для чего различные элементы объединяются в систему «кровообращение»? Ответ типа «для поддержания жизни» неконкретен, а ответы «для питания тканей» или «для снабжения органов кровью» близки к истине, но не содержат количественного показателя, позволяющего производить последующий анализ.

Тогда определим системообразующий фактор таким образом. Система кровообращения работает для того, чтобы обеспечивать оптимальную величину объемной скорости кровотока, или, что то же самое, для того, чтобы в каждый орган в каждый данный момент поступало нужное количество крови.

А вот для обеспечения определенной объемной скорости кровотока необходима соответствующая величина кровяного давления. Понятно, что ни в одной гидродинамической системе жидкость не будет течь, если в системе не создано давление. Следовательно, мы должны построить систему «кровяное давление.» Ее элементы должны показывать, от каких факторов зависит возникновение кровяного давления и изменения его величины. Такими факторами в конечном счете (обратите внимание – именно в конечном) являются работа сердца и сопротивление сосудов. По отношению к системе «кровяное давление» эти факторы можно рассматривать, как подсистемы, которые в свою очередь состоят из ряда элементов. Определим, каким образом связаны между собой все части системы, и в результате получим такое ее графическое изображение (рис. 3.1).

Теперь Вы должны убедиться, насколько легче, проще и эффективней пойдет работа по выяснению влияния самых различных факторов на величину кровяного давления, если иметь перед глазами построенную нами схему.

Итак, начнем. Рассмотрим несколько простых примеров.

Пример 3.2. Как изменится величина кровяного давления при воздействии'холода или тепла?

Ответ. Последовательность рассуждений такова. Под действием холода сосуды сузятся, линейная скорость кровотока возрастет, трение увеличится. Это приведет к увеличению сопротивления и давление увеличится. При действии тепла – обратная картина – сосуды расширятся, линейная скорость кровотока уменьшится, трение снизится и величина давления упадет. В результате снизится приток крови к сердцу. Если сердце не в состоянии усилить свою работу так, чтобы компенсировать эти сдвиги и поднять давление, то человек может почувствовать себя плохо, вплоть до обморока, что и происходит иногда в сауне или в горячей ванне.

Пример 3.3. Почему больным гипертонической болезнью назначают мочегонные средства или ставят пиявки?

Ответ. И то, и другое приводит к уменьшению количества крови и к снижению давления (проследите по схеме).

Пример 3.4. Почему большая кровопотеря опасна для жизни?

Ответ. Здесь ситуация обратная. Количество крови значительно уменьшается, давление соответственно падает вплоть до критического уровня. Опять-таки резко снижается приток крови к сердцу, нарушается кровоснабжение тканей и может наступить смерть.

Пример 3.5. Почему во время сна величина кровяного давления снижается?

Ответ. Ночью сердце работает реже и слабее и (проследите по схеме) в результате этого давление снижается. Понятно, что, например, 'при физической нагрузке сдвиги будут обратными.

Пример 3.6. В чем состоит причина гистаминного шока?

Ответ. Один из главных признаков шока – резкое снижение кровяного давления. Большая доза гистамина вызывает сильное расширение множества капилляров. Суммарный просвет их значительно увеличивается. Происходит так называемое «кровоизлияние в собственные капилляры». В результате (проследите по схеме) давление резко падает.

Точно так же можно анализировать действие на величину кровяного давления любых других факторов. Вы смогли убедиться, какую большую помощь при этом оказывает графическое изображение системы. Поэтому, когда Вы перейдете к самостоятельному решению задач, нужно прибегать к такому построению во всех случаях, которые покажутся Вам достаточно сложными.

Отметим еще одну особенность использования системного подхода. Она заключается в том, что один и тот же элемент может входить в состав различных систем, в зависимости от того, какой фактор является системообразующим.

Например, кровь играет роль как в доставке кислорода в ткани, так и в процессах теплоотдачи. Следовательно, кровь можно рассматривать в качестве элемента и системы поддержания постоянства газового состава внутренней среды, и системы поддержания постоянства температуры тела. Но, если в свою очередь разбить подсистему «кровь» на элементы и взять такой из них, как эритроциты, то окажется, что этот элемент играет важнейшую роль в работе первой из перечисленных систем, но не нужен для выполнения функций системы терморегуляции.

Все процессы, происходящие в системах, из которых состоит организм, можно разбить на три группы – пластические, энергетические, информационные. Соответственно этому и связи, существующие между элементами системы, относятся к одной из этих трех групп.

Пластические процессы связаны с обменом веществ. Например, в клетку поступают аминокислоты, которые потом используются для синтеза белка. В теле клетки синтезируется медиатор, затем он транспортируется по аксону к нервным окончаниям и из них выделяется в синаптическую щель и т. п.

Энергетические процессы в организме заключаются в том, что богатые энергией питательные вещества в результате химических реакций преобразуются в продукты с более низким содержанием энергии. При этом освобождается часть энергии, которую организм использует для совершения различных видов работы и для синтеза необходимых ему веществ. Например, за счет окислительных процессов в сердечной мышце извлекается энергия, необходимая для сокращения миокарда. В свою очередь энергия сокращающегося миокарда передается крови, что позволяет ей течь по сосудам. За счет сил трения механическая энергия движущейся крови превращается в тепло, которое рассеивается в пространстве. Но в организме протекают и другие, не менее важные процессы, при которых указанная зависимость отсутствует. Это информационные процессы. Так, для того, чтобы мышца сократилась, в нее должны поступить импульсы возбуждения. Эти импульсы имеют электрическую природу и представляют собой потенциалы действия. Их возникновение и распространение по нерву требуют затрат энергии. Однако эти затраты неизмеримо меньше того количества энергии, которое расходуется при сокращении мышцы. Дело в том, что потенциалы действия доставляют в мышцу не энергию, а информацию. Это какие-то сведения, получив которые система изменяет свое состояние. Информация переносится при помощи сигналов. В нашем случае это потенциалы действия. Сигналы могут быть электрическими, звуковыми, световыми и т.д. Для переноса сигнала требуется очень малое количество энергии. Но зато сам по себе сигнал за счет заключенной в нем информации может привести, как мы видели, к освобождению больших количеств энергии, запасенной в системе. Рассмотрим еще один пример.

Студент, вызванный преподавателем, поднимается с места. Совершенно ясно, что не энергия голоса преподавателя использовалась при сокращении мышц разгибателей студента. Звуковые колебания воздуха доставили информацию, которая привела в действие механизм сокращения мышц. В организме информация многократно перекодируется из одних систем сигналов в другие. Важнейшую роль в этом играет нервная система.

Анализируя процессы, протекающие как в здоровом, так и в больном организме, необходимо в каждом случае четко дифференцировать, имеем ли мы дело с пластическим, энергетическим или информационным процессом. Это решающим образом определяет наши действия. Так, при кислородном голодании, например, сердца нарушаются окислительные процессы и уменьшается освобождение энергии, что приводит к ослаблению сердечных сокращений. Следовательно, мы должны искать пути, позволяющие как-то устранить или компенсировать недостаток энергии. Но, если из-за дефекта в проводящей системе сердца перестают (полностью или частично) поступать импульсы возбуждения в миокард, то сколько бы ни снабжать сердце энергией, больного мы не спасем. В данном случае отсутствует не энергия, а информация, нет команды, заставляющей сердце сокращаться. Отсюда ясен и путь лечения. Если нет естественной информации, заменим ее искусственной. В тело больного вживляют электростимулятор, который вырабатывает ритмические импульсы и подает их на электроды, закрепленные на сердце. Итак, без энергии живые объекты вообще не могут работать, а без информации не знают, что делать и поэтому бездействуют.

Таким образом, когда мы проводим системный анализ какой-либо системы, нужно последовательно рассмотреть три ее компонента. Во-первых, элементы входящие в данную систему (при этом обязательно учитывать, какой фактор является системообразующим). Во-вторых, связи между этими элементами, в-третьих, характер каждой связи – пластический, энергетический или информационный.

Приведенных сведений достаточно, чтобы Вы могли приступить к решению задач, используя при этом два поистине золотых ключика. Первый – это умение мыслить физиологически. Второй – умение применять системный подход. Эти умения будут вырабатываться постепенно и не беда, если вначале не все будет получаться.

Народная мудрость недаром говорит – дорогу осилит идущий.

В следующей главе Вы познакомитесь с несколькими простыми правилами, которые необходимо использовать при работе над большинством задач с применением системного подхода. Главное при этом – не торопиться, действовать последовательно и помнить, что Ваша уверенность в своих силах будет возрастать по мере продвижения вперед.