В. А. Брызгалов.
Биоуправление
Биоуправле'ние, система управления приборами, механизмами и устройствами, в которой в качестве управляющих сигналов используются различные проявления жизнедеятельности организма, за исключением большинства произвольных движений. Для Б. могут служить: биоэлектрические потенциалы, генерируемые различными возбудимыми тканями, механические и акустические явления, сопровождающие функционирование сердечно-сосудистой системы и дыхания, колебания температуры тела и др. Наиболее широко распространены системы биоэлектрического управления. В этих системах биопотенциалы, генерируемые скелетными мышцами, сердцем, головным мозгом, нервами, подвергаются усилению, переработке и затем выполняют роль командных, управляющих сигналов. Использование биопотенциалов головного мозга позволило создать приборы для автоматической сигнализации начальной стадии кислородного голодания, для автоматического управления подачей наркотического вещества и поддержания заданной стадии наркоза, прибор для автоматического управления электроэнцефалографом (см. Электроэнцефалография) в связи с выделением характерных изменений состояния мозга.
Больше всего приборов, управляемых биопотенциалами сердца. При этом в качестве сигнала могут служить, например, характерные изменения электрокардиограммы при заболеваниях. Первая группа приборов, управляемых биопотенциалами сердца, это приборы диагностические, обеспечивающие включение сигнализирующей и регистрирующей аппаратуры при нарушениях сердечного ритма, кислородном голодании сердечной мышцы и др. Вторая группа — приборы лечебного назначения, служащие для автоматического включения электростимулятора, задающего нужный ритм сердечных сокращений (при нарушениях естественного ритма, резком замедлении сердечных сокращений или остановке сердца), для осуществления синхронного с сердечными сокращениями массажа периферических сосудов, для временной разгрузки сердца с помощью вспомогательного искусственного сердца. Важную группу устройств с биоэлектрическим управлением составляют активные протезы, для управления которыми используются биопотенциалы частично ампутированных, парализованных или полностью сохранённых мышц. Выполняя привычные движения, человек управляет электромеханическим или пневматическим приводом, который осуществляет движения в суставах парализованной конечности или шарнирах протеза. В 60-х гг. 20 в. не только в СССР, но и в Англии, Канаде (по советским лицензиям) налажен промышленный выпуск биоуправляемых протезов.
Биоэлектрическое управление применяют также в технике, например, в биоманипуляторах, управляемых на расстоянии при работе в подводных или вредных условиях.
Лит.: Кобринский А. Е. [и др.], Биоэлектрическая система управления, «Докл. АН СССР», 1957, т. 117, № 1; Гурфинкель В. С., Биоэлектрическое управление в медицине, «Вести. АМН СССР», 1964, №2.
В.С. Горфинкель.
Биофабрика
Биофа'брика, государственное хозрасчётное предприятие, изготовляющее биологические препараты для диагностики, профилактики и лечения болезней животных. В СССР Б. начали создавать с 1930 на базе ветеринарных бактериологических лабораторий и станций по производству вакцин и сывороток. Вначале Б. были небольшой производительности с узким ассортиментом выпуска биологических препаратов. В 1970 большинство Б. представляет собой предприятия широкого профиля, изготовляющие 8—10 видов биологических препаратов.
Биофизика
Биофи'зика, биологическая физика, наука, изучающая физические и физико-химические процессы, протекающие в живых организмах, а также ультраструктуру биологических систем на всех уровнях организации живой материи — от субмолекулярного и молекулярного до клетки и целого организма. Развитие Б. тесно связано с интенсивным взаимопроникновением идей, теоретических подходов и методов современной биологии, физики, химии и математики. Развитие биологии показало, что для понимания и изучения элементарных биологических явлений необходимо применение понятий и методов точных наук. Такой подход оправдан тем, что все биологические объекты представляют в конечном итоге совокупность атомов и молекул и подчиняются физическим и химическим закономерностям. Но так как биологические системы — это самоорганизующиеся системы, сложившиеся в процессе эволюции, им присущи многие свойства, не имеющие места в неживой природе. Сложность биологических систем обеспечивает протекание процессов, маловероятных для условий, обычно рассматриваемых в физике. Б. в основном рассматривает целостные системы, не разлагая их, по возможности, на химические компоненты. В связи с этим возникает необходимость перерабатывать известные физико-химические методы, создавая высокоспециализированные биофизические методы и приёмы.
Современная Б., согласно классификации, принятой Международным союзом теоретической и прикладной биофизики (1961), включает следующие основные разделы: молекулярная Б., в задачу которой входит исследование физических и физико-химических свойств макромолекул и молекулярных комплексов, составляющих живые организмы, а также характера взаимодействия и энергетики протекающих в них процессов; Б. клетки, изучающая физико-химические основы функции клетки, связь молекулярной структуры мембран и клеточных органелл с их функцией, механические и электрические свойства, энергетику и термодинамику клеточных процессов; Б. процессов управления и регуляции, которая занимается исследованием и моделированием внутренних связей системы управления в организмах, их физической природой, исследованием физических закономерностей живого на уровне целого организма.
Однако исторически сложившийся круг проблем, которыми занимается Б., шире. К Б. относится: изучение влияния физических факторов на организм (см. Вибрация. Ускорение, Невесомость); исследование биологического действия ионизирующих излучений, которое в связи с важностью и актуальностью этого вопроса стало предметом радиобиологии, специальной науки, выделившейся из Б. Физический анализ деятельности органов чувств, в первую очередь оптики глаза, анализ работы органов движения, дыхания, кровообращения как физических систем, вопросы прочности и эластичности тканей (см. Биомеханика) — существенные, исторически сложившиеся разделы Б. Важное значение имеет и разработка физических методов исследования биологических систем — от макромолекул до целого организма, без которых невозможно современное биологическое исследование.
Отдельные исследования биофизического характера можно проследить с 17 в. В этот период были сделаны попытки применить понятия, созданные в физике и химии, для анализа биологических явлений. Французский учёный Р. Декарт рассматривал человеческое тело как сложную машину. Он опубликовал ряд работ по исследованию органов чувств — биоакустике и оптике. Последователь Декарта — итальянский учёный Дж. А. Борелли пытался объяснять движение живых существ чисто физическими закономерностями. Л. Эйлер, профессор Петербургского университета, впервые математически описал движение крови по сосудам. М. В. Ломоносов выдвинул в 1756 одну из первых гипотез цветного зрения. Могучим толчком к физико-химическим исследованиям явлений жизни послужили опыты итальянского учёного Л. Гальвани, который доказал наличие «животного электричества». Во 2-й половине 19 в. немецкие учёные Г. Гельмгольц и В. Вундт сформулировали основные закономерности физиологической акустики и физиологической оптики. Немецкий врач Ю. Р. Майер, наблюдая насыщение кислородом гемоглобина в крови человека в тропическом и умеренном климате, сформулировал закон сохранения энергии. Г. Гельмгольц и М. Рубнер продолжили исследования этого закона на живых организмах. Работами немецких учёных Г. Гельмгольца, Э. Дюбуа-Реймона, Д. Бернштейна и ряда др. были заложены основы представлений о механизме возникновения электрических потенциалов в тканях и распространения возбуждения по нерву. Значение ионного состава и реакции среды в жизни клеток и тканей было выяснено в работах американского исследователя Ж. Лёба, немецких учёных В. Нернста и Р. Гебера.
В России И. М. Сеченов в конце 19 в. исследовал физические закономерности растворения газов в крови и биомеханику движений. К. А. Тимирязев изучал фотосинтетическую активность отдельных участков солнечного спектра в связи с распределением энергии в нём и особенностями спектра поглощения хлорофилла (1903). А. Ф. Самойлов описал акустические свойства среднего уха. П. П. Лазареву принадлежит заслуга в развитии ионной теории возбуждения (1916). М. Н. Шатерников использовал термодинамические представления в исследованиях энергетического баланса организмов (1910—20). В 1905—15 были выполнены классические исследования Н. К. Кольцова о роли физико-химических факторов (поверхностного натяжения, концентрации водородных ионов, катионов) в жизни клетки. Этот этап предыстории Б., охватывающий период до 20 гг. 20 в., характерен появлением отдельных работ с использованием идей и методов физики и физической химии при исследовании движения, слухового и зрительного аппаратов, фотосинтеза, механизма генерации электродвижущей силы в нерве и мышце, значения ионной среды для жизнедеятельности клеток и тканей.
