ВІДКРИТІ БІОЛОГІЧНІ СИСТЕМИ, ЗАКОНИ ТЕРМОДИНАМІКИ І ТЕРМОДИНАМІЧНІ ПОТЕНЦІАЛИ

Найважливіша властивість живих організмів полягає в їх здатності перетворювати і запасати енергію в різних формах. Саме цим визначається значення термодинамічного підходу для вивчення спільних закономірностей перетво­рення енергії, які є універсальними і загальними для явищ як живої, так і неживої природи. Інша специфіка біологіч­них об'єктів полягає в тому, що вони не є ізольованими від зовнішнього середовища. Через контакти із зовнішнім сере­довищем живі організми обмінюються з оточенням речови­ною, енергією та інформацією, тобто є відкритими систе­мами.

Дослідники, вивчаючи складні процеси в живих системах, створюють певні моделі цих процесів шляхом аналізу медико-біологічних даних. При цьому, зокрема, використовується феноменологічний, або термодинамічний підхід. Закони термодинаміки відкритих систем представля­ють саме ту універсальну основу, на якій мають будуватися і вдосконалюватися подібні моделі. Нагадаємо основні закони термодинаміки.

Перший закон (перше начало) термодинаміки: теплота, що підводиться до системи, йде на зміну її внутрішньої енергії та на роботу, яку здійснює система над зовнішніми тілами.

Математичний запис 1-го начала термодинаміки вигля­дає так:

(5.1)

де враховано, що внутрішня енергія є повним диференці­алом відповідних термодинамічних змінних, тоді як теплота і робота не є такими.

Емпірична основа для 1-го начала термодинаміки була створена насамперед дослідженнями англійського фізика Джоуля, який в 1840-1845 рр. показав, що потрібна одна і та сама механічна робота для нагрівання певної кількості води.

Цікаво відзначити той значний внесок, який зробили медики у встановлення цього одного з найважливіших законів природи. Так, вважається, що честь відкриття 1-го закону (начала) термодинаміки, який є по суті законом збереження енергії, належить разом з фізиками Джоулем і Гельмгольцем ще й лікарю Майєру.