Организм, непрерывно взаимодействуя с окружающей средой, должен иметь механизмы, обеспечивающие его жизнеспособность в пределах широких колебаний окружающих условий. Поэтому в процессе филогенеза происходило широкое накопление жизненных возможностей, создание своеобразного резерва, который составляет так называемую биологическую надежность организма. Примером, подтверждающим высказанное положение, может служить развитие системы свертывания крови. Известно, что количество тромбина (фермента, вызывающего свертывание крови), содержащегося в 10 мл крови, достаточно для свертывания всей крови человека; в среднем в организме около 5 л крови; следовательно, тромбина одного человека вполне достаточно для превращения в сгусток крови 500 человек. Принимая во внимание, что при свертывании используется лишь часть этого фактора, нетрудно представить колоссальные резервные возможности всей системы.
Принцип надежности присущ как всему организму в целом, так и его системам (центральной нервной системе, дыхательной, пищеварительной и т.д.). Накопление биологической надежности в отдельных органах и системах идет гетерохронно. В первую очередь максимальное увеличение надежности происходит в системах, приобретающих на данном этапе развития решающее значение. Так, например, концентрация факторов, участвующих в свертывании крови, у новорожденного уже близка к уровню взрослого человека. В течение первых двух лет жизни их количество повышается в 2-3 раза. Это увеличение совпадает с периодом овладения ребенком навыками ходьбы и, несомненно, повышает биологическую надежность организма, подвергающегося на данном этапе развития возросшей угрозе травм и повреждений.
Биологическая надежность одних систем обеспечивается дублированием органов (парные почки, легкие, глаза и т.д.); других - взаимозаменяемостью (потеря зрения приводит к обострению слуха и тактильной чувствительности, позволяющей организму адаптироваться к жизненным условиям).
Важной особенностью биологической надежности является то, что в нормальных условиях организм и все его системы функционируют не на пределе своих возможностей, а сохраняют определенный резерв, который может быть использован в экстремальных ситуациях. Это обусловлено наличием избыточных элементов, участвующих в осуществлении любой функции. Так, в двух почках содержится около 2 млн нефронов, тогда как для поддержания гомеостаза внутренней среды организма вполне достаточно 400-500 тыс. единиц. Не случайно поэтому при родственной трансплантации почки донор может отдать реципиенту одну почку практически без всякого ущерба для своего здоровья. В вентиляции легких участвует лишь 15% легочной ткани, а при интенсивной физической работе - 25-30%, остальная часть легочной ткани отражает наличие избыточных элементов. В коре больших полушарий активны 4-15% нервных клеток, что свидетельствует об огромных резервных возможностях нервной системы. Следовательно, увеличение количества функционирующих элементов различных систем организма за счет привлечения резервных структур - один из важных стратегических подходов к повышению его функциональных возможностей.
Одним из факторов, обеспечивающих биологическую надежность систем, является совместное участие разных процессов, органов и регуляторных механизмов в обеспечении гомеостаза. Так, обеспечение клеток кислородом достигается согласованной работой систем дыхания, кровообращения и крови. При этом перенос кислорода кровью происходит в виде физически растворенного и химически связанного соединения. Даже сердце, которое является единственным насосом, перекачивающим кровь по кровеносной системе, имеет около 600 помощников - скелетных мышц, сокращение которых способствует продвижению крови по сосудам. Не случайно умеренные физические нагрузки оказывают благотворное влияние на работу сердца. Содержание сахара в крови регулируется большой группой гормонов: одни (глюкагон, кортизол, адреналин, соматотропин) повышают концентрацию глюкозы в крови, другие (инсулин, сома-тостатин) - понижают. Таким образом, совместная деятельность нескольких содружественных механизмов обеспечивает большую устойчивость и надежность гомеостатических систем. Этот принцип особенно наглядно проявляется при анализе работы функциональных систем организма. Каждая функциональная система для обеспечения полезного для организма результата избирательно объединяет тканевые элементы различного уровня, принадлежащие к разным анатомическим образованиям. В свою очередь, разные функциональные системы для достижения приспособительного результата могут использовать различные или одни и те же органы. Так, сердечная деятельность может усиливаться и для поддержания постоянного уровня артериального давления, и для форсированного газообмена, и для выполнения физической нагрузки, и для сохранения оптимальной температуры тела при перегревании, и т.д. То есть отдельные органы включаются в функциональные системы по принципу взаимодействия для совместного участия в достижении полезного приспособительного результата, поэтому имеется частичная взаимозаменяемость и компенсация при нарушении деятельности каких-либо органов.
Надежность биологической системы наследственно закреплена и позволяет расширять или снижать границы жизненных возможностей человека в зависимости от условий жизни. Так, закаливание организма расширяет резервные возможности температурной адаптации. Неблагоприятные экологические факторы среды приводят к нарушениям функций различных органов и систем, в том числе центральной нервной системы, что выражается в ухудшении здоровья, показателей поведения и способности к обучению.
С биологической надежностью тесно связана еще одна особенность онтогенетического развития - экономизация функций. Она заключается в том, что с возрастом в состоянии физиологического покоя снижается уровень функциональной активности всех органов, обеспечивая, таким образом, увеличение диапазона реагирования. Так, если ЧСС у новорожденного составляет 120-140 ударов в минуту, то к 10 годам она составляет 80-90, а у взрослых - 60-80. Аналогично частота дыхания у новорожденного колеблется в пределах 40-60 циклов в минуту, в 10 лет - 20, а у взрослого - 16-18. Естественно, что при интенсивной физической нагрузке увеличивается ЧСС и дыхания, которая может достигать 170-180 ударов и 30-40 циклов в минуту. Таким образом, больший прирост ЧСС и дыхания у взрослого человека свидетельствует о больших возможностях его органов и систем, т.е. увеличении резервных возможностей.