Такой энергетический баланс говорит о том, что живой организм не является источником новой энергии, т.е. происходящие в нем процессы полностью подчиняются первому закону термодинамики. Однако подобный баланс возможен, если не выполняется значительная работа, не происходит накопления массы и не совершаются и другие процессы, связанные с повышенным распадом или накоплением энергии, т.е. в условиях так называемого основного обмена. При совершении работы к энергетическим тратам основного обмена прибавляются дополнительные траты, что составляет общий обмен веществ, который значительно выше основного. Его интенсивность зависит преимущественно от мышечной деятельности и сопровождающей ее работы внутренних органов. Энергия, расходуемая при мышечной работе, называется моторной энергией (моторные калории). Общий обмен веществ идет со сдвигом энергетического баланса в сторону превосходства расхода, который компенсируется приемом пищи. Именно поэтому составление пищевых рационов по энергетической полноценности продуктов должно базироваться на знании энергетической стоимости той или иной формы работы (физической, умственной, комбинированной), которая определяется методом прямой и непрямой калориметрии.
Таким образом, теплоту, выделенную организмом в данный момент, можно разделить на первичную (основную) и вторичную (активную). Первичная теплота — это теплота, постоянно высвобождающаяся в ходе основного обмена веществ. Вторичная теплота выделяется при совершении организмом любой работы за счет запаса энергетических соединений, накопившихся в процессе метаболизма. В обычных условиях существования оба вида теплоты находятся в состоянии относительно устойчивого равновесия: уменьшение производства первичной компенсируется увеличением вторичной и наоборот. Отдача первичной теплоты в окружающую среду — неизбежное следствие термодинамических взаимоотношений организма со средой. Рассеивание первичной теплоты происходит, даже если температура окружающей среды более высокая, чем тела. Это обеспечивается механизмом теплорегуляции, в частности благодаря усиливающемуся потоотделению и испарению. В противном случае избыточное поглощение тепла извне может привести к катастрофическим последствиям — перегреву. При переохлаждении же, т. е. в условиях избыточных теплопотерь, поддержание необходимого уровня выделения первичной теплоты обеспечивается за счет увеличения доли вторичной теплоты (усиление двигательной активности вплоть до появления непроизвольной дрожи), а также усиления теплопродукции путем перехода на менее экономный способ ее производства.
Итак, само существование и все процессы жизнедеятельности организмов связаны с изменением вещественно-энергетического баланса в системе живой организм — окружающая среда, т. е. со всеобщим законом сохранения и превращения материи и энергии.
Следовательно, первый закон термодинамики позволяет определить количественные соотношения различных форм энергии, принимающих участие в данном процессе. Однако он ничего не говорит о возможности протекания этого процесса и о преимущественном направлении его. Так, например, исходя из первого закона термодинамики, можно допустить переход тепла в любом направлении, от менее нагретой системы к более нагретой, лишь бы общее количество теплоты оставалось постоянным. Между тем знание преимущественной направленности превращения энергии имеет огромное практическое значение, так как позволяет в рамках закона сохранения управлять процессом. Решить все эти вопросы можно на основе второго закона термодинамики, который налагает определенные ограничения на взаимные переходы энергии.
Первое ограничение: тепло невозможно перевести от более холодной системы к более горячей без затраты энергии извне. Это означает, что самопроизвольно протекают только процессы, связанные с переносом тепловой энергии от более высокого уровня к более низкому, т. е. по градиенту. Чем выше градиент взаимодействующих систем, тем интенсивнее осуществляется мереное энергии, т. е. работа.