2. Особенности бо как источника измерительной информации

Морфологическая и функциональная сложность биологического организма приводит к наличию в нем большого количества возможных состояний. При этом на него воздействуют различные физические и химические факторы, вызывающие ответную реакцию тех или иных подсистем регулирования. Поэтому поведения организма, подвергающееся физическому воздействию одного и того же уровня в разные моменты времени, носит вероятностный характер. Точный учет самих воздействующих факторов и полученных при этом результатов обычно невозможен.

При оценке состояния организма необходимо в полном объеме использовать все методы и измерительные операции, известные в технических науках. Это следствие того, что в организме есть все то, что мы знаем об окружающем нас мире, то о чем мы только догадываемся, а также много такого, о чем мы даже не догадываемся. Он является и химическим заводом огромной сложности и генератором энергий и источником излучений.

Измеренные и зарегистрированные параметры и показатели определяют состояние системы существенно неоднозначно. Это есть следствие того, что состояние равновесия системы (индивидуальная норма) может обеспечиваться при разных значениях определяющих параметров, которые взаимосвязаны между собой. На сегодняшний день не существует эффективных математических моделей позволяющих адекватно характеризовать состояние организма по значениям отдельных физических параметров.

Из-за отсутствия и количественных характеристик и состояния и функций биосистемы, затруднительно предсказать результаты внешних воздействий, которые для организма являются факторами, возмущающими его гомеостаз. Это относится и к управляющим воздействиям, которые должны вызывать определенную реакцию организма.

Неоднозначность реакций на один и тот же набор физических воздействий, а также воздействий осуществляемых на разные уровни иерархии, указывает на то, что биосистемы по своей сущности нестационарны.

Для биосистем характерно наличие неспецифических ответных реакций на разнородные внешние воздействия. Это обусловлено тем, что в рамках одной и той же функциональной системы совместно и слаженно работают разнородные взаимосвязанные подсистемы разного пространственного масштаба с разными постоянными времени и с качественно различными управляющими ими сигналами.

Из-за нестационарности системы и наличия множества подсистем управления, взаимосвязанных между собой, для получения достоверной информации требуется значительное время наблюдения (время эксперимента).

Интерпретация полученных результатов затруднена в связи с тем, что патологические явления, возникающие или появляющиеся в тех или иных подсистемах, могут влиять через высшие уровни управления на всю систему, изменяя характер процессов в ней.

Для биоорганизмов характерна изменчивость и индивидуальность параметров и показателей и, даже на групповом уровне, их зависимость от национальных, возрастных, генетических и климатических особенностей. Поэтому приходится всегда описывать свойства группы, в которой проводятся исследования одних и тех же проявлений.

Для установления закономерностей в медицине и биологии широко применяют методы математической статистики. Это обусловлено тем, что из-за субъективности и многофакторности получаемых результатов установить объективные закономерности можно только после математической обработки достаточно большого массива статистического материала. Получение его часто затруднительно, так как некоторые биопроцессы по длительности соизмеримы с продолжительностью существования биосистемы.

И даже в тех случаях, когда определение исследуемого параметра или показателя можно выполнить достаточно быстро, набор статистического материала, его осмысление, с целью установления объективных закономерностей, занимает значительное время.

Исследование состояния биосистем целесообразно проводить в условиях их реального существования. Для установления влияния отдельных факторов на жизнедеятельность БО исследования иногда выполняются в условиях, существенно отличающихся от встречающихся в обычной жизни (невесомость, ограниченная подвижность, повышенная физическая нагрузка, экстремальные температуры, влажность, электромагнитные поля и т.д.).

Для получения информации о многообразных процессах в организме приходится проводить комплексные исследования. При формировании программ их проведения используются разнообразные по длительности и природе процедуры, применяются разнородные по принципу действия МИП, разнообразные методы тестовых воздействий на организм и ответных реакций на них.

Все методы оценки физических параметров и характеристик организма можно разделить на 2 группы:

• Неинвазивные;

• Инвазивные.

При неинвазивных методах во время выполнения измерительных операций целостность кожного покрова не нарушается.

Получение информации с помощью инвазивных методов связано с нарушением целостности поверхности биоорганизма.

При инвазивных и неинвазивных методах не удается полностью избежать взаимодействия биоорганизма и ИП. В ответ на подключение ИП в организме возникают ответные реакции, которые изменяют его состояние. Поэтому все измеряемые параметры характеризуют не только состояние организма , но и его реакцию на внешнее возмущение, созданное ИП.

Взаимодействие существует всегда, степень его влияния для разных ИП различается только уровнями вносимых внешних возмущений.

Из вышесказанного следует вывод, важный с методологической точки зрения: при любых измерительных операциях невозможно определить те параметры и показатели, которые характерны в данный момент времени для биоорганизма. Все полученные результаты зависят от состояния организма и его взаимодействия с ИП, с помощью которого получают измерительную информацию.

Любые ИП, вносят возмущения в ОИ и изменяют его показатели, параметры и характеристики.

Из этого следует важный вывод для разработчика медицинской аппаратуры: если при выполнении операции получения информации о свойствах БО невозможно избежать взаимодействия между БО и ИП, то для обеспечения однозначности и воспроизводимости полученных результатов, а так же для установления «видовой нормы» на измеряемый параметр необходимо добиться, чтобы уровень вносимых возмущений не зависел от индивидуальных свойств конкретного организма.

Только при неизменном значении возмущающего воздействия, вносимого ИП, можно надеяться на воспроизводимость полученных результатов. Поэтому данные о количественных значениях тех или иных параметров, без сведений о том какой аппаратурой они получены, не являются достаточно информативными и не подтверждаются при измерениях с помощью другой аппаратуры.

Эта особенность биомедицинских измерений обычно не учитывается техническими специалистами.

Кроме того, при выполнении биомедицинских измерений, необходимо принимать во внимание следующие факторы:

• Измерительный эксперимент (ИЭ) должен быть по возможности безопасен, безвреден и удобен для БО, потенциально опасные методы должны применяться с минимально возможной дозировкой. Должен соблюдаться принцип ALARA—As Low As Reasonably Achievable, что означает «так низко, как благоразумно достижимо» (такой принцип действует в радиационной медицине).

• Трудность, а иногда невозможность повторения ИЭ. Каждый эксперимент единственный и уникальный.

• Труднодоступность, а иногда и невозможность измерения конкретного параметра процесса, часто используют косвенные измерения (например, кровенаполнение органов исследуют по их электрическому сопротивлению)

• Измерительная информация о свойствах БО зашумлена помехами различного происхождения, формы, статистических и спектральных характеристик. Эти помехи обычно во много раз превышают полезный сигнал. Причинами помех является как сам БО, так и окружающая среда или СИ.