Номер 2, страница 258 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

2. В чем проявляется биологическое воздействие ионизирующего излучения на живые организмы?

Биологическое воздействие ионизирующего излучения на живые организмы — это сложный многоуровневый процесс, который начинается с физических взаимодействий на атомном уровне и заканчивается последствиями для всего организма и даже популяции. Воздействие проявляется на молекулярном, клеточном, тканевом и организменном уровнях.

1. Физико-химический этап

Первичный механизм действия ионизирующего излучения (например, альфа-, бета-частиц, гамма-квантов, рентгеновских лучей) заключается в передаче его энергии атомам и молекулам живой ткани. Этот процесс приводит к их ионизации (выбиванию электронов и образованию ионов) и возбуждению. Поскольку живые клетки на 70-80% состоят из воды, основной эффект связан с радиолизом воды. При этом образуются высокоактивные свободные радикалы (например, $H^\bullet$, $OH^\bullet$) и другие окислители (например, пероксид водорода $H_2O_2$). Эти частицы обладают высокой химической активностью и вступают в реакции с важнейшими органическими макромолекулами клетки.

2. Молекулярно-биологический этап

Свободные радикалы и само ионизирующее излучение повреждают жизненно важные макромолекулы. Наиболее чувствительной мишенью является молекула ДНК. В ней могут возникать:

• одноцепочечные разрывы, которые клетка обычно способна восстановить;
• двухцепочечные разрывы, которые являются наиболее опасными повреждениями, так как их репарация (восстановление) затруднена и часто происходит с ошибками;
• повреждения азотистых оснований;
• образование сшивок между нитями ДНК или между ДНК и белками.

Повреждения также затрагивают белки (в частности, ферменты, что нарушает метаболизм) и липиды (что приводит к нарушению целостности клеточных мембран).

3. Клеточный этап

Последствия для клетки зависят от степени повреждения и эффективности систем репарации:

• Полное восстановление: если повреждения незначительны, клеточные системы репарации могут полностью их устранить, и клетка вернется к нормальному функционированию.
• Гибель клетки: при серьезных повреждениях клетка может погибнуть. Это может быть некроз (пассивная гибель) или апоптоз (запрограммированная клеточная смерть), который является защитным механизмом, удаляющим потенциально опасные клетки.
• Мутации: если системы репарации работают с ошибками, в геноме закрепляются изменения — мутации. Если мутация затрагивает гены, контролирующие клеточное деление, она может привести к злокачественной трансформации клетки и развитию рака. Если мутации происходят в половых клетках (гаметах), они становятся наследственными и могут передаваться потомству.
• Нарушение деления: клетка может потерять способность к делению (репродуктивная гибель), что особенно критично для быстро обновляющихся тканей.

4. Организменный этап

На уровне целого организма последствия облучения зависят от поглощенной дозы, мощности дозы, вида излучения и индивидуальной радиочувствительности. Разные ткани организма имеют разную чувствительность к излучению. Наиболее уязвимы ткани с высокой скоростью деления клеток: кроветворная ткань (костный мозг), эпителий желудочно-кишечного тракта, половые железы, эмбриональные ткани. Менее чувствительны мышечная и нервная ткани.

Последствия делятся на две основные группы:

• Детерминированные (нестохастические) эффекты: возникают при превышении определенного порогового значения дозы. Их тяжесть напрямую зависит от величины дозы. К ним относятся острая лучевая болезнь (ОЛБ), лучевые ожоги кожи, катаракта, стерильность.
• Стохастические (вероятностные) эффекты: не имеют дозового порога, то есть могут возникнуть при сколь угодно малой дозе. С увеличением дозы растет вероятность их возникновения, но не тяжесть проявления. Основные стохастические эффекты — это злокачественные новообразования (рак, лейкозы) и наследственные болезни.

Ответ:
Биологическое воздействие ионизирующего излучения проявляется в повреждении живых организмов на всех уровнях организации, начиная с ионизации молекул (в первую очередь воды) и образования свободных радикалов. Эти радикалы повреждают ключевые макромолекулы, особенно ДНК, что на клеточном уровне приводит к гибели клеток, мутациям или нарушению их функций. На уровне организма это проявляется в виде детерминированных эффектов (таких как острая лучевая болезнь) при больших дозах и стохастических эффектов (повышенный риск рака и наследственных заболеваний) при любых дозах облучения.