1. Первый закон термодинамики. Энергобаланс человека.

Первый закон термодинамики или закон сохранения энергии для тепловых процессов, связывает количество теплоты, переданное системе, изменение ее внутренней энергии и работу, совершенную системой над окружающими телами.

Одна из возможных его формулировок звучит следующим образом:

Количество теплоты, сообщаемое термодинамической системе, равно сумме изменения ее внутренней энергии ΔU и работы A, совершаемой системой против внешних сил.

или

Теплота, полученная системой, идёт на увеличение внутренней энергии системы и на совершение этой системой работы

Q = ΔU + A.

Если термодинамическая система остается изолированной, то есть она не обменивается теплотой с окружающими телами, не совершает работу против внешних сил и внешние силы не совершают работу над системой, то ее внутренняя энергия остается величиной постоянной.

Если \delta Q > 0, то это означает, что тепло к системе подводится.

Если \delta Q < 0, аналогично — тепло отводится.

Если \delta Q = 0, то система не обменивается теплом с окружающей средой по одной из причин: либо она находится с ней в состоянии термодинамического равновесия.

Энергетический баланс человека.

 Совершая различные типы работ в процессе своей жизнедеятельности, человек постоянно расходует энергию.

 Источником энергии для людей и животных является пища. В результате пищеварении определенные составные части продуктов питании (например, глюкоза) поступают в кровь и имеете с ней − в легкие, где в процессе дыхания и происходит их окисление. Подчеркнем, что, как и при сгорании (окислении) топлива, в данном случае выделяется энергии, количество которой зависит от вида «топлива», т. е. пищи. Таким образом, зная количество и «качество» принятой человеком пищи, можно вычислить количество выделившейся в организме теплоты и эквивалентную ей работу.

2. Второй закон термодинамики. Температурные пороги жизнедеятельности организма

«Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому»

Второй закон термодинамики заключается в том, что все процессы превращения энергии протекают с рассеиванием части энергии в виде тепла. Это рассеивание энергии в виде тепла являет­ся необратимым, т. е. в последующем это количество тепла не может быть израсходовано для совершения работы. Например, все виды энергии в организме прев­ращаются в теплоту, которая уже не может быть ис­пользована для совершения работы и выводится из организма.

Температура в биосфере колеблется от +50°С до –50°С.

Виды, предпочитающие холод, относятся к экологической группе криофилов. Они могут сохранять активность при температуре до –8, 10°С. Это бактерии, грибы , черви, моллюски, рыбы и другие, живущие в арктической и антарктической областях. Виды, живущие в области высоких температур, относятся к группе термофилов. Это микроорганизмы, нематоды, клещи, личинки насекомых, живущие в аридных областях, в горячих источниках, на склонах вулканов.

По правилу ВантГоффа повышение температуры ведет к пропорциональному возрастанию скорости реакции для всех химических реакций. Но в живых организмах химические процессы идут с участием ферментов, активность которых зависит также от температуры.

Температурный порог жизни (теоретически): верхний – температура свертывания белка (60°С); нижний – температура замерзания воды (0°С). При 0°С образуются кристаллы льда, которые механически повреждают ткани.

Обезвоживание увеличивает этот порог (споры, семена). У сложных организмов тепловая гибель наступает при более низких температурах: 42 – 43 °С, причиной является рассогласование обменных процессов, т.к. Q10 разное для разных реакций в организме. При слабом охлаждении – возникает нарушение деятельности сердца, ритм сокращений изменяется. В почках млекопитающих канальцевая реабсорбция затормаживается при температуре 20-23 °С. Морозоустойчивые растения выдерживают низкие температуры, т.к. происходит сезонная перестройка ультраструктуры клеток, они обезвоживаются.