Номер 5, страница 173 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

5. Какое воздействие оказывает радиационное излучение на организм человека?

Воздействие радиационного (ионизирующего) излучения на организм человека носит сложный и преимущественно разрушительный характер. Механизм этого воздействия заключается в передаче энергии излучения клеткам и тканям организма, что запускает цепь физико-химических и биологических процессов.

Механизм биологического действия

Основной ущерб на клеточном уровне наносится двумя путями:

1. Прямое действие: частица излучения напрямую попадает в критически важную молекулу, чаще всего в ДНК, и повреждает её, вызывая разрывы цепей. Это может привести к мутациям или гибели клетки.

2. Непрямое действие: этот механизм является преобладающим. Ионизирующее излучение взаимодействует с молекулами воды, которых в клетках большинство (около 80%). В результате процесса, называемого радиолизом воды, образуются высокоактивные свободные радикалы (например, гидроксильный радикал $OH^{\cdot}$, атомарный водород $H^{\cdot}$) и другие агрессивные соединения (например, пероксид водорода $H_2O_2$). Эти свободные радикалы являются мощными окислителями и хаотично реагируют с жизненно важными макромолекулами — ДНК, белками, липидами, разрушая их структуру и нарушая функции клеток.

Наиболее опасным является повреждение молекул ДНК, так как это может привести к невозможности клетки делиться, к ее запрограммированной гибели (апоптозу) или к возникновению мутаций, которые могут стать причиной развития рака или наследственных заболеваний.

Ответ: Радиационное излучение повреждает организм на клеточном уровне, главным образом, через ионизацию молекул воды с образованием свободных радикалов, которые разрушают ключевые биологические молекулы, в первую очередь ДНК.

Виды последствий облучения

Последствия воздействия радиации классифицируют на два основных типа:

1. Детерминированные (нестохастические) эффекты. Для их возникновения существует пороговая доза облучения. Если доза ниже порога, эффект не проявляется. Если доза превышает порог, тяжесть повреждений напрямую зависит от величины дозы. Примерами таких эффектов являются: острая лучевая болезнь, лучевые ожоги кожи, помутнение хрусталика (катаракта), временная или постоянная стерильность. Причиной этих эффектов является массовая гибель клеток в облученных тканях.

2. Стохастические (вероятностные) эффекты. Эти эффекты не имеют дозового порога, то есть теоретически любая, сколь угодно малая доза, может их вызвать. Вероятность возникновения такого эффекта увеличивается с ростом дозы, однако тяжесть самого эффекта от дозы не зависит. К стохастическим эффектам относят злокачественные новообразования (рак, лейкоз) и генетические дефекты, передающиеся по наследству. Они возникают в результате мутаций в отдельных соматических или половых клетках.

Ответ: Последствия облучения делятся на детерминированные, имеющие дозовый порог и тяжесть которых зависит от дозы (например, лучевые ожоги), и стохастические, являющиеся беспороговыми и вероятностными (например, рак).

Факторы, влияющие на степень поражения

Тяжесть последствий облучения зависит от ряда условий:

• Поглощенная доза и ее мощность: чем больше доза, тем сильнее поражение. Доза, полученная за короткий промежуток времени, вызывает более серьезные последствия, чем та же доза, растянутая во времени, поскольку у организма меньше возможностей для репарации (восстановления) повреждений.
• Вид излучения: альфа-, бета-, гамма- и нейтронное излучения обладают разной проникающей способностью и биологической эффективностью. Альфа-частицы опасны при попадании внутрь организма (с пищей, воздухом), а гамма-излучение опасно при внешнем облучении из-за высокой проникающей способности.
• Характер облучения: общее (тотальное) облучение всего тела значительно опаснее локального облучения отдельных частей тела, так как поражаются все жизненно важные системы.
• Радиочувствительность тканей: разные ткани и органы по-разному реагируют на облучение. Наиболее чувствительны быстро делящиеся клетки: клетки костного мозга (кроветворная система), эпителий желудочно-кишечного тракта, половые клетки, клетки кожи. Наименее чувствительны нервная, мышечная и зрелая костная ткань.

Ответ: Степень радиационного поражения определяется дозой и мощностью дозы, видом излучения, площадью облучения (общее или локальное) и радиочувствительностью конкретных органов и тканей.

Клинические проявления

В зависимости от полученной дозы и времени, прошедшего после облучения, различают острые и отдаленные последствия.

Острая лучевая болезнь (ОЛБ) развивается при кратковременном общем облучении в дозах, превышающих 1 Грей (Гр). Основные формы:

• Костномозговая форма (1-10 Гр): поражается система кроветворения, что ведет к резкому снижению иммунитета (из-за гибели лейкоцитов), кровоточивости (из-за гибели тромбоцитов) и анемии.
• Кишечная форма (10-20 Гр): к поражению кроветворения добавляется гибель клеток эпителия кишечника, что вызывает неукротимую диарею, обезвоживание и сепсис. Прогноз крайне неблагоприятный.
• Церебральная форма (свыше 20-50 Гр): происходит тяжелое поражение центральной нервной системы, приводящее к быстрой смерти.

Отдаленные последствия могут проявиться спустя месяцы, годы и даже десятилетия после облучения. К ним относятся:

• Онкологические заболевания (лейкозы, рак щитовидной железы, легких, молочной железы и др.).
• Генетические нарушения, которые могут проявиться у потомства.
• Лучевая катаракта.
• Снижение продолжительности жизни и ускоренное старение.
• Подавление иммунной системы.

Ответ: Радиация вызывает как острые, так и отдаленные последствия для здоровья, начиная от острой лучевой болезни при высоких дозах и заканчивая повышенным риском развития рака и генетических аномалий в долгосрочной перспективе.