2) не обмениваются с внешней средой ни энергией, ни информацией, ни веществом
3) могут обмениваться с внешней средой энергией, информацией и веществом (+)
4) могут обмениваться с внешней средой только энергией
Открытая система — это система, которая взаимодействует с окружающей средой посредством обмена веществом, энергией и информацией. Для медицинской кибернетики принципиально важно, что состояние такой системы определяется не только ее внутренними параметрами, но и входными воздействиями среды, результатами функционирования и обратными связями. Поэтому организм человека рассматривается как открытая биологическая система: он получает кислород, воду и питательные вещества, выделяет углекислый газ и продукты обмена, поглощает и передает энергию, а также воспринимает сигналы и формирует ответные реакции.
Информационный обмен реализуется через нервную, эндокринную и иммунную регуляцию, а также через взаимодействие с внешней средой. Например, изменение температуры, состава крови или уровня глюкозы регистрируется рецепторами и запускает корректирующие реакции, поддерживающие гомеостаз — относительное постоянство внутренней среды. В терминах теории управления эти процессы образуют контуры обратной связи: информация о текущем состоянии поступает к управляющему звену, после чего формируется регулирующее воздействие.
Именно совокупный обмен веществом, энергией и информацией отличает открытую систему от закрытой или изолированной. В клинической медицине учет такой открытости необходим при оценке водно-электролитного баланса, метаболизма, терморегуляции, дыхания и реакции пациента на лечение. Любое вмешательство изменяет потоки энергии, вещества или информации и может вызвать компенсаторные либо патологические ответные реакции.
| Тип системы | Обмен веществом | Обмен энергией | Обмен информацией | Пример и значение |
|---|---|---|---|---|
| Открытая | Есть | Есть | Есть | Обменивается с внешней средой всеми основными потоками; базовая модель живого организма |
| Закрытая | Отсутствует или существенно ограничен | Есть | Возможен в расширенной кибернетической трактовке | Теоретическая система, изолированная от материального обмена, но допускающая передачу энергии |
| Изолированная | Нет | Нет | Нет | Идеализированная модель без взаимодействия с окружающей средой |
| Организм человека | Поступление кислорода, воды и пищи; выведение метаболитов | Получение химической энергии и отдача тепла | Нервные, гормональные, иммунные и поведенческие сигналы | Открытая саморегулирующаяся система, поддерживающая гомеостаз |
| Экосистема | Круговорот биогенных элементов и биомассы | Поступление солнечной или химической энергии | Сигнальные взаимодействия между организмами | Открытая надорганизменная система, зависящая от внешних потоков |
| Медицинская система управления | Зависит от объекта управления и оборудования | Потребляет энергию для регистрации и коррекции состояния | Получает диагностические данные и формирует управляющие воздействия | Применяется для моделирования мониторинга, диагностики и лечения с обратной связью |
Следовательно, отмеченный вариант отражает системное определение открытой системы в медицинской кибернетике. Ее функционирование невозможно анализировать без учета входов, выходов и обратных связей. Нарушение обмена с внешней средой лежит в основе многих патологических состояний, включая дыхательную недостаточность, обезвоживание и расстройства терморегуляции. Диагностические и лечебные мероприятия направлены на восстановление или компенсацию нарушенных потоков вещества, энергии и информации.