В 1975 году проф. В.М. Ахутин для выделения "особого класса больших систем, представляющих собой совокупность биологических и технических элементов, связанных между собой в едином контуре управления» предложил термин «Биотехнические системы» (БТС).

Позже соратники академика В.М. Ахутина писали о возможности использования термина – биотехтоника, который объединяет в себе два хорошо известных термина – бионика и техника, и наилучшим образом отражает смысл изучения проблем оптимизации взаимосвязи живого с неживым с учетом характеристик и параметров взаимодействующих элементов (Попечителев В.П.)
Однако в рамки БТС академика В.М. Ахутина легко укладываются концепции биотехнических систем, построенных на взаимодействии живых систем с техническими системами.
Любая биотехническая система, построенная с целью замещения того или иного органа человека становится неотъемлемой частью данного организма и участвует в получении морфофункционального результата, закладывая тем самым основу для воссоздания функциональной системы с возможностями самоорганизации и саморегуляции. В этом плане концепция биотехнических систем тесно смыкается с теорией функциональных систем, предложенной академиком П.К.Анохиным.
Мощное развитие эта теория в настоящее время получила в трудах академика К.В. Судакова (2015).
Согласно этой теории функциональные системы являются морфофункциональными аппаратами саморегуляции в организме. Они зарождаются под влиянием полезного результата. Результат действия любой системы представляет собой жизненно значимый адаптивный для организма показатель. Результат действия выступает в качестве системообразующего фактора. К.В. Судаков (2015) различает результаты: метаболические; гомеостатические; результаты поведенческой деятельности животных и человека; результаты стадной (зоосоциальной) деятельности животных; результаты социальной деятельности человека.

Функциональные системы любого уровня организации имеют принципиально однотипную архитектонику и включают следующие общие, универсальные периферические и центральные узловые механизмы:

• Полезный приспособительный результат как ведущий показатель деятельности любой функциональной системы;
• Рецепторы результата;
• Обратную афферентацию, поступающую от рецепторов результата в центральные образования функциональной системы;
• Узловые механизмы центральной архитектоники;
• Исполнительные соматические, вегетативные, эндокринные и иммунные компоненты, включающие организованное целенаправленное поведение.

Опираясь на представленные выше учения, нами еще в начале 90-х годов прошлого века была сформулирована концепция стоматологических лечебных биотехнических систем (СЛБТС). Согласно этой концепции зубные протезы, ортодонтические и ортопедические аппараты, имплантаты, взаимодействуя на клеточном, тканевом, органном и организменном уровнях, образуют стоматологические лечебные биотехнические и функциональные системы».
Понятия и термины. Биотехнические системы (БТС) состоят из биологических и технических элементов, а также элементов функциональных систем (рис.1). Поскольку данная биотехническая система применяется в стоматологии и для лечебных целей, то она названа сокращенно СЛБТС-стоматологическая лечебная биотехническая система.

Рис. 1. Структура СЛБТС: 1-биологические элементы, 2-технические элементы, 3-элементы функциональных систем.

Технические элементы образуют некий технический комплекс, а биологические соответственно биологический комплекс (рис.2). В структуре технического комплекса СЛБТС выделяют ВК -восстанавливающая (ортопедическая) конструкция и ПК-преобразующая (ортодонтическая) конструкция. Все они соответственно имеют основание (имплантируемое, неимплантируемое), восстанавливающий, преобразующий, фиксирующий, соединительный элементы.

Рис. 2. Структура технического комплекса.

Структура биологического комплекса СЛБТС включает в себя ОВ-объект восстановления и ОП-объект преобразования, которые представляют собой зубы, зубные ряды и пародонт, СОПР, челюсти, мышцы, нервы, сосуды, суставы.

Рис. 3. Основные требования и характеристики СЛБТС.

В литературе по биотехническим системам существует понятие
«уровень биотехничности», который отражает степень согласованности характеристик человека и орудий труда. По аналогии это понятие нами использовано для характеристики СЛБТС. Понятие «уровень биотехничности» СЛБТС отражает степень согласованности характеристик биологических элементов с техническими элементами, которая определяется качеством интерфейсов, обеспечивающих морфологию и функцию БТС.
Многообразие характеристик, определяющих взаимодействие технических элементов с биологическими комплексами, затрудняет точно измерить уровень биотехничности БТС, хотя условно можно выделить высокий, средний и низкий уровень биотехничности. Логично считать, что при высоком уровне биотехничности будут согласованы все выделенные или заданные характеристики; при среднем – среднее количество характеристик; при низком – малое количество. Например, ниже приведены основные характеристики СЛБТС:
1. Пригодность и готовность биологических элементов к безопасному и успешному взаимодействию с техническими элементами.
2. Биохимическая и биомеханическая совместимость материалов и конструкций
3. Наличие полноценных специфических интерфейсов.
4. Результативность (полноценная морфо-функциональная и эстетическая компенсация замещаемого органа).
5. Способность к сосуществованию со множеством функциональных систем организма.
6. Благоприятный прогноз: долгосрочное беспроблемное функционирование (15 и более лет).

Готовность биологических элементов к безопасному взаимодействию с техническими элементами является первостепенным требованием к СЛБТС.
Недопустимо включение в систему биотехнических взаимодействий биологических элементов, не способных по своим свойствам и объему обеспечить полноценный результат восстановления. Например, невозможно создать успешную БТС «имплантат-кость» на основе недостаточного объема или низкого качества кости, какой-бы хороший имплантат не был в вашем распоряжении.
В клиническом и методологическом плане вопрос о пригодности к включению в систему того или другого биологического элемента решается на этапе диагностики и планирования лечения.
Другим важным требованием является биосовместимость материалов и конструкций. При этом, мы специально выделяем две составляющие биосовместимости: биохимическую и биомеханическую. Отсутствие химической реакции на введение имплантата в ткани организма, способность инкубировать клеточные культуры и создавать условия для образования и роста искусственных органов следует назвать биохимической совместимостью материала.
Гистеризисное поведение материала в соответствии с гистеризисным поведением тканей; демпфирующее соответствие свойств материала характеристикам тканей; надежность материала функционировать в организме в условиях длительноного знакопеременного воздействия – биомеханической совместимостью. Кроме этого, можно говорить и о биофизической совместимости, когда речь идет о пористо-проницаемой структуре материала, соответствующей свойствам проницаемой структуры тканей организма или о соответствии капиллярного эффекта и смачиваемости материала аналогичным капиллярным характеристикам тканей.
Оценивая СЛБТС с использованием перечисленных характеристик, можно осуществить выход на уровень биотехничности. Если все указанные характеристики будут присутствовать, то данная СЛБТС имеет высокий уровень биотехничности, при отсутствии одной или нескольких характеристик, соответственно уровень биотехничности будет снижаться.
При всем многообразии характеристик как в научном, так и клиническом плане, критической областью биотехнических систем, построенной на имплантатах, являются многочисленные, технические и биотехнические интерфейсы:
«имплантат-кость»;
«имплантат-десна»;
«имплантат-заглушка»;
«имплантат-формирователь десны»;
«имплантат-абатмент»;
«абатмент-мезоструктура»;
«абатмент-супраструктура»;
«абатмент-десна»;
«супраструктура-десна (СОПР)»;
«супраструктура-окклюзия-сустав».

В качестве примера приводим имплантологический случай реабилитации пациента с полным отсутствием зубов на основе применения концепции биотехнических и функциональных систем. В частности, рассматривается этап планирования лечения, включающий описание биологических элементов, выбор и описание технических элементов, характеристика биотехнической системы в целом и подходы к определению стоимости лечения с использованием данной биотехнической системы.
Структура биологического комплекса.
Объектом восстановления в данном случае являются беззубый альвеолярный отросток, отсутствующие зубные ряды верхней и нижней челюсти, их морфологические и функциональные связи с лицевым скелетом, ВНЧС и нейромышечной системой, а также в целом с организмом пациента.
Состояние объекта восстановления изучено клиническими, рентгенологическими и функциональными методами исследования. Альвеолярный отросток верхней челюсти по классификации И.М. Оксмана
относится ко второй группе, альвеолярная часть нижней челюсти к четвертой. Объем и качество костной ткани соответствуют шкале 1-2 по Миргазизову. Слизистая оболочка, покрывающая альвеолярные отростки плотные,
средней толщины.
Форма, размеры зубов и их положение, судя по семейным фотографиям, сделанным до полной потери зубов, в пределах нормы. Зубы прямоугольной формы, соответствуют по овалу лица. Взаимоотношение альвеолярных отростков по ортогнатическому типу.
Структура планируемого технического комплекса. В качестве восстанавливающей конструкции выбрана модель балочно-каркасного протеза с опорой на внутрикостные имплантаты. Сущность конструкции показана на фрагменте беззубой нижней челюсти.

Рис. 4. К описанию структуры планируемого технического комплекса.

На рисунке 4 показан фрагмент беззубой нижней челюсти с
многоэлементной ортопедической балочной конструкцией, которая представляет собой условно-съемный протез с опорой на имплантаты 3.6; 3.4 и 3.3, где 1-имплантат; 2-абатмент; 3-мезоструктурная балка; 4¬супраструктурный каркас; 5-пластиковый базис протеза с зубами (моделируется на наружной поверхности супраструктурного каркаса; 6-поворотный замок; 7-соединительный винт.
Для изготовления такой ортопедической конструкции необходимо иметь следующие материалы и технологии: титан, кобальт-хром-молибденовый сплав, керамика, пластмасса, литье неблагородных сплавов, фрезерование, электроискровая обработка, лазерная сварка. Технологические требования: ненапряженная сборка и посадка, зазоры между элементами не более 6-8 мкм. Надежность функционирования 15-20 лет.
В результате взаимодействия технических элементов друг с другом, а также с биологическим комплексом образуются интерфейсы: «имплантат¬кость», имплантат-десна», имплантат-абатмент», «абатмент-десна» «абатмент¬балка», «балка-балка», «балка-базис», «базис-зубы»., В совокупности перечисленные интерфейсы создают СЛБТС. Функциональные связи СЛБТС с организмом и саморегуляциясистемы обеспечиваются посредством рецепторов результата и механизмов обратной афферентации с участием центральных и периферических исполнительных компонентов.

Заключение

Использованный нами подход к пониманию зубных протезов на имплантатах с позиций биотехнических и функциональных систем позволяет познать более тонкие механизмы взаимодействия живого с неживым, что имеет как теоретическое, так и практическое значение для стоматологии. Такие показатели, как уровень биотехничности, состояние интерфейсов биотехнических систем являются объективными критериями качества восстановления утраченных органов человека.

Список литературы:
1. Анохин, П.К. Очерки по физиологии функциональных систем / П.К. Анохин. – Москва: Медицина, 1975.
2. Ахутин В.М. и др. Биотехнические системы. Теория и проектирование. / Под общей редакцией проф. Ахутина В.М. / Л.: Изд-во Ленингр. ун-та. 1981.
3. Кореневский Н.А., ПопечителевЕ.П.Технические методы диагностики биоматериалов: Учебное издание / СПб.: Изд-во "Технолит 2011.
4. Кореневский Н.А., Попечителев Е.П. Биотехнические системы медицинского назначения. Учебник. СтарыйОскол.»ТНТ» 2016.С.687.
5. Попечителев Е.П. Биотехнические системы и технологии на их основе // В сб. "Биотехнические системы в медицине и биологии". -СПб: Изд-во Политехника. -2002. -с.5-12
6. Попечителев Е.П. "Функциональная система" медико-биологических исследований // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. -Т.8. -№ 4. -2009. -с.806-818.
7. Попечителев Е.П. Задачи поэтапного моделирования при синтезе биотехнических систем // Известия СПбГЭТУ -Вып.4. -2008 -стр.67-73
8. Попечителев Е.П. Биотехтоника -наука о синтезе биотехнических систем // В кн. Многоконцептуальность в науке. Екатеринбург: Изд-во УМЦ-УПИ. -2011. -стр.404-412
9. Судаков К.В.Нормальнаяфизиология.Учебник. Москва. Издательская группа «Геотар-Медиа» 2015.С.852.