Тема урока: Мутагенные факторы. Физические мутагены. Их влияние на живую природу и человека
материал по биологии (11 класс) на тему

Тема урока: Мутагенные факторы. Физические мутагены.  Их влияние на живую природу и человека

 Цель урока: сформировать представление о физических мутагенах и их влиянии на живую природу и организм человека. Создать условия учащимся для осмысления новой учебной информации, её применения в учебных и жизненных ситуациях.

Задачи:

1.Образовательные:

способствовать формированию представления о мутагенных факторах среды обитания – физических мутагенах, свойствах мутагенов и механизмах защиты от их воздействия. Рассмотреть современное состояние среды обитания человека с точки зрения мутагенной загрязненности, обосновать необходимость обеспечения генетической безопасности человека. Ознакомить учащихся с профилактическими мерами, снижающими отрицательное воздействие мутагенов на человека.

  2.Развивающие:

создать условия для развития:         

-личностных УУД через формирование понятия “мутаген”, “мутагенез”, формировать мотивацию к обучению с учётом личностных качеств обучающегося, предоставить каждому ребёнку возможность реализовать себя в учебной деятельности.

 -регулятивных и познавательных УУД через умения управлять познавательной и учебной деятельностью посредством самостоятельной постановки проблемы и путей ее разрешения, структурирования изучаемого материала, работы с дополнительной литературой, Интернет-ресурсами для поиска новой информации, интегрировать материал   разных наук (биологии, физики), закреплять изученный материал путем решения самостоятельных заданий - заполнять «немые» схемы, таблицы по различным источникам информации.

- коммуникативных УУД, через посредство работы в группах, обеспечивающих возможности сотрудничества: умения выступать, слышать, слушать и понимать партнера, ставить вопросы, проводить оппонирование и отстаивать свою точку зрения, приводить нужные аргументы, контролировать действия друг друга, коротко, четко и быстро, правильно излагать свои мысли в речи, уважать в общении и сотрудничестве партнера и самого себя.

3. Воспитательные:

-содействовать в ходе урока формированию мировоззренческих понятий, критическому оцениванию выступлений учащихся, воспитанию уважения к мнению и знаниям своих одноклассников.

-осуществлять экологическое воспитание через расширение знаний о загрязнении окружающей среды мутагенами и их влиянии на организм.

- воспитание ценностного отношения к генетическому здоровью человека в общевидовом и личном плане

Тип урока: изучения нового материала.

Формы деятельности учащихся: индивидуальная, групповая,

Методы: частично-поисковый, проблемный, исследовательский

Оборудование: презентация виртуальной экскурсии «Чернобыль вчера и сегодня» учителя (приложение 1),  презентации учащихся (6, 9), компьютер, проектор, рабочие листы с заданиями для работы в группах, дозиметр ИРД-02, музыкальное сопровождение.

Тип урока: новых знаний

Ход урока:

«Что бы мы не делали в природе,

 всё вызывает в ней те или иные последствия,

часто непредсказуемые»

первый закон экологии

   1.Организационный момент.

Подготовка учащихся к работе на уроке. Создание ситуации «успеха».

 2.Актуализация знаний

1. Фронтальная беседа. «Разберемся с терминами»

Вопрос 1.  Что означает понятие мутагены?        

Мутагены – факторы, вызывающие возникновение мутаций 

Вопрос 2. Как классифицируют мутагены?

Классификация по природе воздействующих факторов:

1. Физические

2. Химические.

3. Биологические.

По происхождению:

1. Спонтанные – действуют в нормальных природных условиях без видимых причин.

2. Индуцированные – искусственно инициируются человеком для своих целей.

Факторы, вызывающие самопроизвольный (спонтанный) мутагенный эффект, подразделяют на внешние, или экзогенные, и внутренние, или эндогенные. К экзогенным факторам спонтанного мутагенеза относят естественный радиационный фон, а также действие на соматические или половые клетки организма высоких или низких температур.

Вопрос 3. Почему необходимы знания о действиях мутагенов? 

Потому что, зная какие есть мутагены и какое они оказывают действие на организм, мы можем влиять на этот процесс. Мы можем защитить себя.

Вопрос 4. Что означает понятие репликация?

Реплика́ция (от лат. replicatio — возобновление) — процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК. В ходе последующего деления материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки. Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение. Репликацию ДНК осуществляет сложный ферментный комплекс, состоящий из 15—20 различных белков, называемый реплисомой

Вопрос 5. Что означает понятие рекомбинация?

Рекомбинация - (от ре... и позднелат. сombinatio - соединение) - в генетике- появление новых сочетаний генов, ведущих к новым сочетаниям признаков у потомства. У высших организмов рекомбинация осуществляется при независимом расхождении хромосом в мейозе, при обмене участками гомологичных (парных)хромосом - кроссинговере; у многих микроорганизмов - в результате обмена участками молекул нуклеиновых кислот.

 Вопрос 6. Что означает понятие репарация?

РЕПАРА́ЦИЯ, свойственный клеткам всех организмов процесс восстановления природной структуры ДНК, поврежденной при нормальном биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физическими или химическими агентами. Осуществляется специальными ферментными системами клетки.

Вопрос 7. Каковы общие закономерности мутагенеза?

 Мутации возникают не мгновенно. Вначале под воздействием мутагенов возникает предмутационное состояние клетки. Различные репарационные системы стремятся устранить это состояние, и тогда мутация не реализуется. Основу репарационных систем составляют различные ферменты, закодированные в генотипе клетки (организма). Таким образом, мутагенез находится под генетическим контролем клетки; это – не физико-химический, а биологический процесс.

Например, ферментные системы репарации вырезают поврежденный участок ДНК, если повреждена только одна нить (эту операцию выполняют ферменты эндонуклеазы), затем вновь достраивается участок ДНК, комплементарный по отношению к сохранившейся нити (эту операцию выполняют ДНК-полимеразы), затем восстановленный участок сшивается с концами нити, оставшимися после вырезания поврежденного участка (эту операцию выполняют лигазы).

Существуют и более тонкие механизмы репарации. Например, при утрате азотистого основания в нуклеотиде происходит его прямое встраивание (это касается аденина и гуанина); метильная группа может просто отщепляться; однонитевые разрывы сшиваются. В некоторых случаях действуют более сложные, малоизученные системы репарации, например, при повреждении обеих нитей ДНК.

Однако при большом числе повреждений ДНК они могут стать необратимыми. Это связано с тем, что: во-первых, репарационные системы могут просто не успевать исправлять повреждения, а во-вторых, могут повреждаться сами ферменты систем репарации, необратимые повреждения ДНК приводят к появлению мутаций – стойких изменений наследственной информации.

Вопрос 8. С действием каких мутагенов мы познакомились на прошлых уроках?

Химические мутагены:

- природные органические и неорганические соединения (алкалоиды, нитриты, нитраты);

- продукты промышленной переработки угля и нефти;

- синтетические вещества, не встречавшиеся ранее в природе (бытовая химия, химические соединения для сельского хозяйства, пищевые консерванты);

- различные лекарства (некоторые антибиотики, наркотические вещества, гормональные препараты), способные вызывать у человека врожденные пороки развития.

Супермутагены (иприт, этиленимин) - вещества химической природы, которые действуют сильнее проникающей радиации.

Химические мутагены действуют в период репликации ДНК и обычно являются причиной генных мутаций. Они вызывают дезаминирование и алкилирование нуклеотидов, замену азотистых оснований их аналогами, ингибируют синтез предшественников нуклеиновых кислот.

Биологические мутагены - это продукты метаболизма различных паразитических агентов:

- паразиты невирусной природы (риккетсии, микоплазмы, бактерии);

- вирусы краснухи, гриппа, кори, оспы;

- метаболиты протистов (токсоплазма) или многоклеточных (кошачий сосальщик) паразитов.

Невирусные и вирусные агенты являются причиной инфекционного мутагенеза. Они вызывают нарушения синтеза ДНК, процесса кроссинговера, расхождения хромосом и хроматид в анафазе мейоза и митоза. Продукты жизнедеятельности паразитов действуют как химические мутагены. Они разрушают теломеры хромосом, нарушают процесс кроссинговера.

3.Изучение новых знаний

Мотивация урока.

Учитель: почему мы взяли эпиграфом нашего урока первый закон экологии?

 Как вы думаете, о чем гласит?

Учитель: Окружающая среда ведет к отбору, выживанию, "процветанию" популяции или группы особей в зависимости от их наследственных характеристик. Биологически стабильному виду свойственно постоянное равновесие мутационного процесса и отбора.

На протяжении эволюции среда обитания человека постоянно менялась (климат, пища, огонь, жилище). К этим изменениям организм человека постепенно приспосабливался из-за широкой нормы реакции, с одной стороны, и изменения генотипов - с другой. Все это формировало биологическую природу человека на протяжении десятков и сотен тысячелетий, и человек стал приспособленным к окружающей среде. Современный период характеризуется большим темпом и объемом изменений среды обитания. Наследственность человека на популяционном уровне так быстро меняться не может.

В течение 50 лет во многих зонах существенно повысился радиационный уровень. Химические вещества (до 60 000 наименований) в среде обитания человека являются частью продуктов и отходами производства. В некоторых городах, например, в атмосферу выбрасываются до 1000 кг плотных осадков на человека. Интенсивное развитие транспорта привело к широкой циркуляции вирусов и микроорганизмов.

Следствием высоких темпов и большого объема изменений среды обитания человека (измененные экологические условия) могут быть генетические изменения в виде повышения мутационного процесса и отбора.

Создание проблемной ситуации. Просмотр виртуальной экскурсии (приложение 1)

(Звучит музыка)

День памяти погибших в радиационных авариях и катастрофах, эта скорбная дата отмечается в память о событиях 26 апреля 1986 года на Чернобыльской АЭС. Авария произошла в ночь с 25 на 26 апреля 1986 года на 4-ом энергоблоке станции. В этом году исполнилось 30 лет с момента аварии. Но Чернобыльский набат до сих пор звучит в сердцах тех, кто в 1986 году после крупнейшей в мире техногенной катастрофы уехал спасать мир от её последствий. Они-то и стали героями книги «Полынь не бывает сладкой» Степана Деревянко. Эту книгу я рекомендую вам прочитать. В книгу вошли пронзённые болью строки – стихи Николая Андреевича Денисова. С одним из них вы можете сейчас познакомиться.

Смертельный взрыв в ночной тиши -

Час двадцать три, стоят часы.

И свет тогда кругом погас –

Четвёртый блок весь мир потряс.

Народ советский и не знал,

На май торжественно шагал

Под звуки духовых оркестров –

Жизнь на парадах интересней,

И только праздники прошли,

Нам сообщили суть беды.

Кого повесткой иль звонком                        

Собрали нас на призывном.                        

За что, зачем и почему

Сломать решили нам судьбу?

Связала нас одной судьбой,

Одною дружбой и бедой.

Нас отправляли в самый ад:

Чернобыль, Припять, саркофаг

И АБК, и блок посты

По всем дорогам, где мосты.

Фон радиации нас жал,

Со всех сторон нас пронизал.

С врагом невидимым сражались,

Душой и телом заражались.

С тех пор прошло немало лет,

Друзей, что были, многих нет,

Но в тридцать лет на юбилей

Я вспомню всех своих друзей,

С живыми же мы в храм пойдём

И не пришедших помянём.

Учитель: перед тем, как начать работу, я хочу предложить побывать вам на виртуальной экскурсии на Чернобыльской АС, в Хиросиме и Нагасаки - японских городах, где в 1945 году были сброшены атомные бомбы «Малыш» и «Толстяк») Америкой. У нас нет возможности воочию увидеть последствия этих страшных событий, но с помощью Интернет- ресурсов в настоящее время это возможно сделать. После экскурсии сформулируйте проблему, а в конце урока предложите пути ее разрешения.

Формулирование проблемы обучающимися. Объявление темы и цели урока.         

Такая тема, как взрыв Чернобыльской АЭС и последующая радиационная катастрофа, остается актуальной и по сей день по многим причинам. Одной из них является огромное количество жертв, и необратимые последствия взрыва, другой же - разносторонняя деятельность человека должна строиться таким образом, чтобы избежать подобных случаев в будущем.

 Главная опасность загрязнения окружающей среды мутагенами, как полагают генетики, заключается в том, что вновь возникающие мутации, не “переработанные” эволюционно, отрицательно повлияют на жизнеспособность любых организмов. И если поражение зародышевых клеток может привести к росту числа носителей мутантных генов и хромосом, то при повреждении генов соматических клеток возможно возрастание числа раковых заболеваний.  И, наконец, вероятны поражения ферментных систем, что изменяет различные физиологические особенности организма, вплоть до деятельности нервной системы, а, следовательно, сказывается и на психике.

В чем причина таких отклонений в организме произошедших после аварий на АЭС и атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки?

Учитель. Итак, вы правильно определили, что причина таких отклонений - радиация.

К какому виду мутагенов относится радиация? (Физическим)

Проблема: К каким последствиям приводит физический мутагенез? Возможна ли генетическая адаптация популяции человека к возрастающему загрязнению биосферы физическими мутагенными факторами?

Тема нашего урока: Мутагенные факторы. Физические мутагены.  Их влияние на живую природу и человека.

Постановка цели урока.

Физические мутагены - различные виды излучений, температура, влажность и другие.

Сегодня мы вспомним из курса физики какие виды излучений вы знаете?

Какой вид излучения обладает самой большой проникающей способностью?

Познакомимся с последствиями влияния на организм физических мутагенов.

Самостоятельная работа в группах гетерогенного состава по заданию:

1.В рабочем листе прочитать текст и выполнить задание.

2. Представить и защитить (в форме презентации, таблицы, схемы) свой   информационный продукт. 

1 группа – физические мутагены(приложение2)

Физическими мутагенами называются любые физические воздействия на живые организмы, которые оказывают либо прямое влияние на ДНК или вирусную РНК, либо опосредованное влияние через системы репликации, репарации, рекомбинации.

В случае прямого влияния на ДНК основную роль играют два таких параметра, как величина энергии воздействующей частицы и способность биологического материала поглощать эту энергию.

Величина энергии убывает в ряду:

космические лучи

g-лучи

рентгеновские лучи

b-лучи

a-лучу

УФ-лучи

видимый свет

инфракрасные лучи

микроволны              ДНК прямо не повреждают

радиоволны

Повреждения ДНК могут быть двух типов: двунитевые и однонитевые разрывы (при очень высокой энергии фотона – космическоие лучи, рентгеновские и g-лучи).

Ультрафиолет способен индуцировать образование неспецифических двойных связей С=С. Рентгеновские и g-лучи способны разрывать С–N, C–C, C–H, C=O (образуются перекиси). Они проникают через живые ткани, ионизируют вещества в живых тканях (ионизирующая радиация). УФ-излучение, в отличие от g-излучения, не проникает ни через бумагу, ни через кожу.

––––260–––––––––––––––280––––––––––––––330–––––––––––––––400–––– нм

1.   260-280 – зона поглощения для ДНК, РНК и белков (избирательное поглощение:  260 нм – ДНК, 280 нм – белки)

2.   280-330 – зона поглощения для липидов с ненасыщенными связями (С=С)

3.   330-400 – зона поглощения для стероидов

2 группа --законы фотохимии(приложение3)

1.   Действует лишь тот фотон, который поглощен.

2.   Повреждение – результат действия одного фотона.

На клеточном уровне законы фотохимии имеют ограничения:

- с точки зрения фотохимии доза одна и та же, но при первой дозе клетки выживают, при второй нет, так как за одну секунду не успевают включиться системы репарации

-высокие дозы не вызывают перекисного окисления жирных кислот.

У высших живых существ вещества, ослабляющие действие излучения – фотопротекторы. Многие растения содержат алкалоиды и кумарины, они усиливают процессы, вызванные радиацией. Эти вещества опасны для животных.

Источники излучения – солнечный свет, ртутные лампы, рентгеновское излучение, радиоактивные элементы.

Теория одной мишени – чем проще органическое существо, тем большие дозы облучения оно может выдерживать. (Пример: бактерии прособны выдержать 600 рад, мыши – 100 рад). ДНК – основной поглотитель мутагена.

1958 г. Альперт сформулировал теорию двух мишеней, в которой показал, что различие в чувствительности E. coli в атмосфере азота и кислорода зависит от того, что существуют две мишени (в азоте мишень – ДНК, 260 нм УФ; в кислороде – мембрана, 360 нм проявление кислородного эффекта). При проведении острых опытов, наблюдали мгновенную гибель, при проведении хронических опытов – гибель через несколько дней. Энергия воздействия лучей мала, но клетка усиливает дозу облучения. При малых дозах гибель клеток через несколько недель связана с активацией нуклеаз, нарушением ДНК-мембранного комплекса. Исследование семян и бактерий высокогорья показало, что при низких дозах облучения у них образуются фотопродукты иной структуры, чем те, что образуются при сильном облучении. (6,4-пиримидин-2-ОН – продукт высокогорных растений, в их спорах содержится продукт другой структуры). У дрожжей фотопродукты не образуются при облучении, а при вегетативном размножении в момент митоаз происходит образование обыкновенных димеров. Бактерии, обитающие на голодной среде и имеющие один геном обречены на смерть при воздействии физического мутагена, тогда как содержащие несколько геномов способны выжить.

Действие инфракрасного излучения и шумов на клетки не изучено. Физические мутагены и их действие сильно зависит от предварительной эволюции организма. К постоянно действующим мутагенам виды выработали устойчивость. Физический мутагенез может не регистрироваться из-за быстрой гибели мутантных организмов.

Мутагенный ответ могут вызывать любые частицы, вызывающие ионизирующую радиацию (нейтроны, протоны, электроны).

3группа - ионизирующие частицы(приложение4)

(образуются при распаде радиоактивного элемента)

Альфа-излучение

Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц, распространяющихся с начальной скоростью около 20 тыс. км/с. Их ионизирующая способность огромна, а так как на каждый акт ионизации тратится определенная энергия, то их проникающая способность незначительна (длина пробега в воздухе составляет 3—11 см, а в жидких и твердых средах — сотые доли миллиметра).

Защита организма от радиоактивного альфа-излучения

 1.Полностью задерживается листом плотной бумаги.

 2.Не менее надежной защитой от альфа-частиц является одежда человека.

Поскольку альфа-излучение имеет наибольшую ионизирующую, но наименьшую проникающую способность, внешнее облучение альфа-частицами практически безвредно, но попадание их внутрь организма весьма опасно.

Бета-излучение

Бета-излучение — поток бета-частиц, которые в зависимости от энергии излучения могут распространяться со скоростью, близкой к скорости света (300 тыс. км/с). Заряд бета-частиц меньше, а скорость больше, чем у альфа-частиц, поэтому они имеют меньшую ионизирующую, но большую проникающую способность. Длина пробега бета-частиц с высокой энергией составляет в воздухе до 20 м, воде и живых тканях — до 3 см, металле — до 1 см.

Защита организма от радиоактивного бета-излучения

1.Бета-частицы почти полностью поглощают оконные или автомобильные стекла и металлические экраны толщиной в несколько миллиметров.

2.Одежда поглощает до 50 % бета-частиц.

При внешнем облучении организма на глубину около 1 мм проникает 20—25 % бета-частиц, поэтому внешнее бета-облучение представляет серьезную опасность лишь при попадании радиоактивных веществ непосредственно на кожу (особенно на глаза) или же внутрь организма.

Нейтронное излучение

Нейтронное излучение — представляет собой поток нейтронов, скорость распространения которых достигает 20 тыс. км/с. Так как нейтроны не имеют электрического заряда, они легко проникают в ядра атомов и захватываются ими. При ядерном взрыве большая часть нейтронов выделяется за короткий промежуток времени. Они легко проникают в живую ткань и захватываются ядрами ее атомов. Поэтому нейтронное излучение оказывает сильное поражающее действие при внешнем облучении. Нейтроны обладают очень высокой проникающей способностью. По мутационному ответу превосходят a- и b-частицы.

Защита организма от нейтронного излучения

Лучшими защитными материалами от нейтронного излучения являются легкие водородсодержащие материалы:

1.Обычная полиэтиленовая пленка;

2.Парафин;

3.Вода и др.

Гамма-излучение

Гамма-излучение — это электромагнитное излучение, испускаемое ядрами атомов при радиоактивных превращениях. Оно, как правило, сопровождает бета-распад, реже альфа-распад. По своей природе гамма-излучение представляет собой электромагнитное поле с длиной волны менее 2x10~8 см. Оно испускается отдельными порциями (квантами) и распространяется со скоростью света. Ионизирующая способность его значительно меньше, чем у бета-частиц и тем более у альфа-частиц. Зато гамма-излучение имеет наибольшую проникающую способность и в воздухе может распространяться на сотни метров. Из-за наибольшей проникающей способности гамма-излучение является важнейшим фактором поражающего действия радиоактивных излучений при внешнем облучении.

Защита организма от радиоактивного гамма-излучения

Для ослабления его энергии в два раза необходим слой вещества (слой половинного ослабления) толщиной:

1.Воды — 23 см;

2.Стали — около 3 см;

3.Бетона — 10 см;

4.Дерева — 30 см.

Хорошей защитой от гамма-излучений являются тяжелые металлы, например, свинец.

Заполните таблицу:

4 группа- ионизирующее излучение(приложени52).

Ионизирующее излучение – это поток заряженных или нейтральных частиц и квантов электромагнитного излучения, прохождение которых через вещество приводит к ионизации и возбуждению атомов или молекул среды.

К ионизирующим излучениям относят электромагнитные, рентгеновские и гамма-лучи, а также элементарные частицы (альфа, бета, нейтроны и др.). В процессе воздействия ионизирующих излучений на организм компоненты клетки, в том числе молекулы ДНК, поглощают определённое количество (дозу) энергии. При этом одна и та же доза может быть достигнута при слабой интенсивности облучения в течение длительного времени либо путём кратковременного облучения с высокой интенсивностью. Последствием облучения могут быть разрыв водородных связей в двойной спирали молекулы ДНК, разрывы одной или двух цепей ДНК, образование новых устойчивых связей (сшивок) между двумя цепями одной молекулы ДНК, между различными молекулами ДНК или между ДНК и молекулами белков.  Ионизирующее излучение при действии на живые организмы прежде всего приводит к ионизации молекул воды, всегда присутствующей в живых тканях и, молекул различных белковых веществ. При этом в живых тканях образуются свободные радикалы – сильные окислители, обладающие большой токсичностью, меняющие течение жизненных процессов. Если человек подвергается систематическому воздействию даже очень малой дозы излучения или в его организме откладываются радиоактивные вещества, то может развиться хроническая лучевая болезнь.

Рентгеновское излучение – это не видимое нашему глазу электромагнитное излучение. Свойства рентгеновских лучей: маленькая длина волн и большая проникающая способность.

Радиоактивность – это физическое явление, характеризующееся такими процессами в атомном ядре, при которых изменяется его состав и испускается ионизирующее излучение.

Радиоактивными элементами называются также все изотопы, которых радиоактивны. К таким элементам относятся все естественные элементы с атомным номером выше 83 (Bi). Вредное воздействие радиоактивных элементов определяется ионизирующим излучением, характер которого зависит от типа радиоактивного распада данного изотопа.

Существуют естественные радионуклиды, образующиеся под действием постоянно попадающего на Землю космического излучения и техногенные.

К загрязнению атмосферы радионуклидами приводят ядерные реакторы, работа тепловых электростанций, сжигающих каменный уголь. Он всегда содержит небольшие примеси урана, тория и продукты их распада. При сжигании топлива эти радионуклиды частично переходят в аэрозоли и попадают в атмосферу.

К загрязнению почвы радионуклидами может приводить использование фосфорных минеральных удобрений. Примеси урана и тория всегда есть в исходном сырье, которое используют при производстве этих удобрений. При переработке сырья радионуклиды частично переходят в удобрения, а из них и в почвы и передаются дальше по трофическим цепям.

Особенностью радионуклидного загрязнения, связанного с Чернобыльской катастрофой, является разнообразие химических форм агрегатных состояний, выброшенных в окружающую среду радиоактивных элементов.

Заполните таблицу:

5 группа – влияние ионизирующего облучения на живой организм(приложение6)

Радиоактивные вещества могут воздействовать на организм человека внешне и внутренне.

Внешнее облучение характеризуется воздействием ионизирующего излучения извне и обусловлено различной проникающей способностью частиц.

Внутреннее облучение связано с попаданием радиоактивного вещества внутрь человеческого организма с пищей, с вдыхаемым воздухом или через открытую рану.

Последствия облучения: смерть, мутация соматических клеток → рак, мутация половых клеток → уродство потомства.

Смерть может наступать трех типов:

1.   Через несколько часов в результате поражения сосудов мозга и нервов (цереброваскуляция).

2.   Через 1–2 недели – кишечный синдром в результате гибели клеток кишечника.

3.   Гибель организма через 2–3 месяца. Гематоэнцефалический синдром. Кроветворные клетки костного мозга умирают.

Острые последствия проявляются в первые несколько дней (недель) после облучения. Отдаленные последствия – последствия, которые развиваются не сразу после облучения, а спустя некоторое время.

В протекании хронической лучевой болезни различают три стадии.

1. На первой стадии наблюдаются общая слабость, вялость, утомляемость, бессонница, головная боль, раздражительность.

2.На второй стадии болезнь принимает постоянный характер

3.На третьей стадии у больного появляются новообразования (раковые опухоли), лейкоз, генетические последствия.

Превышение дозы радиации может привести к:

1.Угнетению иммунной системы организма, сделать его восприимчивым к различным заболеваниям.

2. При облучении повышается также вероятность появления злокачественных опухолей.

    Наиболее интенсивно облучаются органы, через которые поступили радионуклиды в организм (органы дыхания и пищеварения), а также щитовидная железа и печень. Дозы, поглощенные в них, на 1-3 порядка выше, чем в других органах и тканях.

По способности концентрировать всосавшиеся продукты деления основные органы можно расположить в следующий ряд:

щитовидная железа> печень> скелет> мышцы

Исследования, охватившие примерно 100000 человек, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, показывают, что рак - наиболее серьезное последствие облучения человека при малых дозах. Первыми среди раковых заболеваний, поражающих население, стоят лейкозы.

Распространенными видами рака под действием радиации являются рак молочной железы и рак щитовидной железы. Обе эти разновидности рака излечимы и оценки ООН показывают, что в случае рака щитовидной железы летальный исход наблюдается у одного человека из тысячи, облученных при индивидуальной поглощенной дозе один Грей.

Экспертные оценки показывают, что хроническое облучение при дозе 1 Грей, полученной в течение 30 лет, приводит к появлению около 2000 случаев генетических заболеваний на каждый миллион новорожденных среди детей тех, кто подвергался облучению.

Учитель: Как вы думаете почему угнетается иммунная система организма человека?

    У человека наиболее чувствительны к облучению кроветворные органы (костный мозг, селезёнка, лимфатические железы), эпителий слизистой оболочки кишечника.

  В крови резко снижается количество всех видов кровяных клеток, особенно лейкоцитов, выполняющих в организме защитную роль. В результате в организм проникает большое количество болезнетворных микроорганизмов, которые в процессе своей жизнедеятельности выделяют токсины. Накопление токсинов вызывает у больного тошноту, рвоту Стенки мелких кровеносных сосудов становятся непрочными, начинается поверхностное кровотечение, на коже появляются кровоподтёки. Кровотечения происходят и в стенках кишечника.

       При очень больших дозах облучения смерть наступает в результате разрушения производящих кровь клеток костного мозга (лейкемия).

       При дозах меньше смертельной происходят многочисленные изменения в организме: раннее старение, падение его сопротивления инфекционным заболеваниям.

        Даже при небольших дозах радиоактивное излучение вызывает малокровие, лучевые ожоги, трудно заживающие язвы, выпадение волос, тяжёлые поражения глаз, дёсен, горла и т.д.  

    Среди техногенных радионуклидов особого внимания заслуживают изотопы йода (131I, 132I). Они обладают высокой химической активностью, способны интенсивно включаться в биологический круговорот и мигрировать по биологическим цепям, одним из звеньев которых может быть человек. Основным начальным звеном многих пищевых цепей является загрязнение поверхности почвы и растений. Продукты питания животного происхождения - один из основных источников попадания радионуклидов к человеку.

  При воздействии ионизирующего излучения в дозах, не вызывающих острую или хроническую лучевую болезнь, происходит изменениях в основных регуляторных системах организма и функциональные изменения деятельности основных физиологических систем чаще всего носят полисиндромный характер. Это проявляется в развитии донозологических состояний (все состояния, предшествующие срыву адаптации организма и развития разнообразных заболеваний, в клинике внутренних болезней донозологические состояния классифицируются как функциональные расстройства соответствующих внутренних органов, наиболее часто органов пищеварения.), переходящих с ростом дозы к клинической патологии.

    В структуре неврологической заболеваемости особое место занимает синдром вегетативной дистонии, повышения тревожности как устойчивой личностной черты, отмечается ускорение перехода психофизиологических расстройств в стойкие психосоматические.

   В результате загрязнения окружающей среды продуктами радиоактивного распада происходит накопление радионуклидов растениями. Лесная растительность обладает большой поглотительной емкостью, что связано с наличием значительно расчлененных поверхностей (листья, хвоя, мелкие ветви). С поверхности листьев радионуклиды вовлекаются внутрь клеток и подвергаются метаболическому усвоению.

Под воздействием острого облучения в весенний период 1986 г. В районе Чернобыльской АЭС в этом же году произошли изменения листовых пластин у хвойных и лиственных деревьев. Листовые пластины ели иногда увеличивались в 3 раза. Резко изменился цвет хвоинок. У сосны они были светло-желтые, а у ели - малиновые.

6 группа – Радиационная обстановка в Республике Алтай(приложение7)

Изучение радиационной обстановки и ее мониторинг на территории Республики Алтай ведется отделом радиационной гигиены ЦГСЭН по РА. Их проведение обусловлено тем, что в период наземных и воздушных ядерных взрывов на семипалатинском испытательном полигоне (1949 -1962гг) территория республики неоднократно подвергалась радиоактивному загрязнению различных масштабов и интенсивности. В настоящее время в отдельных частях РА существует остаточное слабоинтенсивное загрязнение почвенного покрова долгоживущими радиоизотопами цезия, стронция, плутония. Установлено, что их современные уровни активности практически не влияют на радиационный фон территории РА и не представляют опасности для здоровья местного населения. Современная радиационная обстановка в РА определяется, главным образом, природным гамма – фоном горных пород и почв, содержащих естественные радионуклиды и радиоактивные газы (радон, торон), а также воздействием космического излучения.

Радиационная обстановка в РА оценивается как фоновая. За период наблюдений с 1992 г ни в одном из 2оо населенных пунктов республики, в которых проводились замеры мощности экспозиционной дозы гамма – активности (МЭД), не обнаружены уровни, превышающие ПДУ (35 мкР /час). В большинстве населенных пунктов значения МЭД варьируют в пределах 10-20 мкР/час. На территории республики известна серия локальных участков с повышенным природным радиационным фоном, расположенных преимущественно вне населенных пунктов. Две аномальные территории, в пределах которых МЭД превышает ПДУ в 1,5 -3 раза (Калгутинское редкометалльное месторождение В Кош – Агачском районе и разведочная штольня около с. Ело Онгудайского района).Мощность дозы на поверхности Калгутинского месторождения достигает 50 МКР/ час, а непосредственно в штольнях – 100 мк Р /час и более. В разведочной штольне с. Ело мощность дозы у входа составляет 35 мкР/ час, в самой штольне до 70 мкР /час. Необходимо изучение радиационной обстановки, в первую очередь родоноопасности населенных пунктов таких районов как Чемальский, Онгудайский, Улаганский, Кош – Агачский.

Мы провели исследование по изучению радиационного состояния водоемов и 2 зданий (здания своей школы- кабинета биологии и здания районного отдела образования) и территории вокруг этих зданий с. Кош – Агач. Радиационное состояние, значение МЭД (мощности экспозиционной дозы гамма - излучения), мы измеряли с помощью дозиметра ИРД-02. Естественная радиация, как и техногенная, измеряется в микрозивертах и микрорентгенах в час.

У вас на столах лежат результаты этих исследований.

1.Ознакомьтесь и ответьте на вопросы.

-Одинаков или нет уровень радиации в исследованных объектах?

-Каково значение МЭД (мощности экспозиционной дозы гамма - излучения)?

-Есть или нет уровни, превышающие ПДУ?

-Где самый большой уровень радиации?

- Как вы объясните тот факт, что в зданиях уровень радиации выше на 5 мк Р/час чем на улице?

-Как в целом вы оцените радиационную обстановку в селе? Можно ли ее назвать фоновой?

2. Рассмотрите таблицу «Дозы излучения и их влияние» где (1Гр=100Р) 1Грей=100 Рентген и выясните какое влияние оказывает на организм данный уровень радиации по нашим исследованиям.

Дозы излучения и их влияние.

(1Гр=100Р) 1Грей=100 Рентген , 1Ренген =1000000 мк Р

Вывод:

в целом радиационную обстановку в селе можно назвать фоновой, не превышающей ПДУ – 35 мкР/час. Она не оказывает воздействия на организм. Самая высокая радиоактивность в скважине по улице Заречной и в обоих зданиях. Разница уровня радиации в зданиях и на улице на 5 мк Р/час может зависеть от радиационного фона материалов из которых сделаны здания.

Нормальным считается уровень от 8 до 12 мкР/ч для открытого пространства и до 20 мкР/ч – для помещений.

7 группа -  ультрафиолетовое излучение(приложение8)

   УФ-излучение - это, невидимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентгеновским излучениями в пределах длин волн l 400–10 нм.

Источниками УФ–излучения являются накалённые до 3000 К твёрдые тела. Интенсивность излучения растет с увеличением температуры. Для различных применений промышленность выпускает ртутные, водородные, ксеноновые и другие газоразрядные лампы, окна которых (либо целиком колбы) изготовляют из прозрачных для УФ -излучения материалов (чаще из кварца). Любая высокотемпературная плазма является мощным источником УФ – излучения

Естественные источники УФ-излучения – Солнце, звёзды, туманности и другие космические объекты.

При действии на живые организмы УФ-излучение поглощается верхними слоями тканей растений или кожи человека и животных. В основе биологического действия УФ-излучения лежат химические изменения молекул биополимеров.

    На человека и животных малые дозы УФ-излучения оказывают благотворное действие – способствуют образованию витаминов группы D, улучшают иммунобиологические свойства организма. Характерной реакцией кожи на УФ-излучение является специфическое покраснение – эритема, которая обычно переходит в защитную пигментацию (загар). Большие дозы УФ -излучения могут вызывать повреждения глаз (фотоофтальмию) и ожог кожи. Частые и чрезмерные дозы УФ-излучения в некоторых случаях могут оказывать канцерогенное действие на кожу.

     В растениях УФ-излучение изменяет активность ферментов и гормонов, влияет на синтез пигментов, интенсивность фотосинтеза и фотопериодической реакции. Большие дозы УФ-излучения неблагоприятны для растений, о чём свидетельствуют и существующие у них защитные приспособления (например, накопление определённых пигментов, клеточные механизмы восстановления от повреждений).

    Известно, что среди растительных организмов высокогорных или арктических районов часто встречаются полиплоидные формы, возникающие как следствие спонтанных мутаций генома. Это связано с резкими перепадами температур в период вегетации, а в горах — с сильной УФ-радиацией. Экспериментально доказано, что резкое повышение температуры окружающей среды на каждые 10 °С в пять раз увеличивает частоту мутаций. Неслучайно высокогорья являются центрами происхождения многих видов растений, вошедших в культуру как полиплоиды.

    На микроорганизмы и культивируемые клетки высших животных и растений УФ-излучения оказывает губительное и мутагенное действие. Основная роль в действии УФ-излучения на клетки принадлежит, химическим изменениям ДНК: входящие в её состав пиримидиновые основания (главным образом тимин) при поглощении квантов УФ-излучения образуют димеры, препятствующие нормальному удвоению ДНК при подготовке клетки к делению. Это может приводить к гибели клеток или мутациям.

    Сильно влияют на чувствительность клеток к УФ-излучения мутации некоторых генов. В ряде случаев такие гены ответственны за восстановление клеток от лучевых повреждений. Мутации других генов нарушают синтез белка и строение клеточных мембран, тем самым повышая радиочувствительность негенетических компонентов клетки. Мутации, повышающие чувствительность к УФ-излучению, известны и у высших организмов. Так, наследственное заболевание – пигментная ксеродерма обусловлено мутациями генов, контролирующих темновую репарацию.

   Собственный мутагенный эффект экстремальных температур не доказан. Однако очень низкие или очень высокие температуры нарушают деление клетки (возникают геномные мутации). Экстремальные температуры усиливают действие других мутагенов, поскольку снижают ферментативную активность репарационных систем.

Меры профилактики.

Для защиты от избытка УФИ применяют противосолнечные экраны, которые могут быть химическими (химические вещества и покровные кремы, содержащие ингредиенты, поглощающие УФИ) и физическими (различные преграды, отражающие, поглощающие или рассеивающие лучи). Хорошим средством защиты является специальная одежда, изготовленная из тканей, менее всего пропускающих УФИ (например, из поплина). Для защиты глаз в производственных условиях используют очки, шлемы из тёмно-зелёного стекла. Полную защиту от УФИ всех длин волн обеспечивает стекло толщиной 2 мм. Нельзя длительное время пребывать на палящем солнце, необходимо проводить это время в тени.

Заполните таблицу:

8 группа - меры радиационной защиты людей, попавших в зону действия излучения(приложение9)

В последние десятилетия процессы взаимодействия ионизирующих излучений с тканями человеческого организма были детально исследованы.

В результате выработаны нормы радиационной безопасности, отражающие действительную роль ионизирующих излучений с точки зрения их вреда для здоровья человека. При этом необходимо помнить, что норматив всегда является результатом компромисса между риском и выгодой.

Целью мер защиты является обеспечение высоких показателей здоровья населения, которые включают: продолжительность жизни, интегральные по времени характеристики физической и умственной работоспособности, самочувствие и функцию воспроизводства.

Меры защиты включают:

1.Снижение облучения населения от всех основных источников излучения;

2.Снижение вредного действия на население нерадиационных факторов физической и химической природы;

3.Повышение резистентности и антиканцерогенной защищенности жителей;

4.Медицинскую защиту населения;

5.Повышение уровня радиационно-гигиенических знаний населения, психологическую помощь населению, помощь в преодолении преувеличенного восприятия опасности радиации;

6.Формирование здорового образа жизни населения;

В случаях аварийных ситуаций принимаются дополнительные меры защиты, обеспечивающие снижение дозы облучения населения загрязненной территории и включающие:

1.Отселение жителей (временное или постоянное);

2.Отчуждение загрязненной территории или ограничение проживания и функционирования населения на этой территории;

3.Дезактивацию территории, строений и других объектов;

4.Систему мер в цикле сельскохозяйственного производства по снижению содержания радионуклидов в местной растительной и животной пищевой продукции;

5.Нормирование, радиационный контроль и выбраковку сельскохозяйственных и природных пищевых продуктов с последующей переработкой их в радиационно-чистые продукты, а также снабжение населения радиационно-чистыми пищевыми продуктами;

6.Внедрение в практику специальных правил поведения жителей и ведения ими приусадебного хозяйства.

Защищаться от радиации целесообразно только тогда, когда ее дозы в десятки, сотни раз превышают природный фон. В любом случае на вашем столе обязательно должны быть свежие овощи, фрукты, зелень. Как считают врачи, даже при сбалансированной диете организм лишь наполовину обеспечивается незаменимыми витаминами и минералами, с чем и связано учащение онкологических заболеваний.

Как показали исследования, эффективной защитой против радиации в малых и средних дозах, а также средствами снижения риска развития опухолей является селен. Он содержится в пшенице, белом хлебе, орехах кешью, редиске, но в малых дозах. Гораздо эффективнее принимать назначенные врачом биологически активные добавки с этим элементом.

Если вы по медицинским показаниям подвергаетесь облучению, работаете на вредном производстве, связанном с радиационным риском, живете в экологически неблагоприятном регионе, проводите много времени за телевизором, компьютером, пользуетесь радиотелефоном, включите в свой рацион биологически активные добавки, содержащие водоросли хлореллу или ламинарию. А еще хорошая профилактика отдаленных последствий радиационного воздействия и онкологических заболеваний - препараты, вырабатываемые из оленьих рогов.

4.Закрепление 

1.Выберите лишнее из списка и попытайтесь объяснить почему.

Ионизирующее излучение, лекарственные препараты, ультрафиолетовое излучение.

2.Ваша точка зрения на фразу: «Охранять природу можно, не выходя из собственного дома».

3. Какие меры вы можете предложить по улучшению экологического состояния на планете?

1.Становится необходимым прогнозирование изменений роста заболеваний. Поэтому особое значение имеет генетический мониторинг, позволяющий проводить контроль за мутационным процессом у человека, выявлять и предотвращать всю возможность генетической опасности, связанную с еще необнаруженными мутагенами.

На данный момент, однако, исследования мутаций трудно осуществимы.

Возникшие трудности исследования мутаций прежде всего связаны с проблемой обнаружения их в организме человека. Так, например, дело обстоит с регистрацией рецессивной аномалии, так как такой мутантный ген проявляется в организме в гомозиготном состоянии, для достижения которого требуется некоторое время. Значительно проще дело обстоит с регистрацией доминантных генных и хромосомных м Хотя генетический мониторинг - дело сложное, он просто необходим для решения экологических проблем человека, а также уменьшения роста заболеваний, в том числе наследственных мутаций, особенно, если их появление в фенотипе легко обнаружимо.

2.Формируется задача скрининга - просеивания загрязнений с целью выявления мутагенов и выработки специального законодательства для регулирования их поступления в окружающую среду.

Задача состоит в разработке комплексных тест-систем, которые могли бы давать ответ на вопрос, в каких условиях потенциально мутагенные факторы могут стать действующими - в зависимости от каких путей попадания в организм и особенностей внутриклеточного обмена веществ, активирующего или, наоборот, подавляющего мутагенный эффект. Комплексные наборы биологических тест-систем для массового скрининга предназначены для выявления всех типов мутационных повреждений хромосом и генов и должны быть чувствительны к малым дозам мутагенов. Ведь последствия суммарного и длительного воздействия низких доз мутагенов создают наибольший вклад в увеличение генетического груза.

5.Домашнее задание:

1. Изучить тему по учебнику и проанализировать презентацию виртуальной экскурсии и отработать материал приложений.

  2. Используя Интернет и дополнительную литературу ответить на вопрос: влияние температуры как физического мутагена на живые организмы.

6.Рефлексия

Сегодня я узнал… Я научился…

Меня удивило… У меня получилось…

Было трудно… Я смог ….

Я понял, что… Я попробую…

Я теперь могу….

Мне захотелось…. Было интересно…

7.Итог урока

Итак, сегодня мы выяснили и собрали различную информацию о влиянии различных физических факторов на здоровье человека. Я думаю, что многие из вас задумаются о своем здоровье. Всегда помните о том, что от вас зависит не только ваше здоровье, но и здоровье вашего будущего поколения.

Здоровье нынешних будущих поколений людей в значительной степени зависит от того, какой генетический груз получен в наследство от предыдущих, какое количество мутаций накоплено человечеством. На данный момент известно около 2 тысяч генетических дефектов, при этом примерно четверть общего объема мутаций обусловлена энергией естественного фона радиации.

Главная опасность загрязнения окружающей среды мутагенами, как полагают генетики, заключается в том, что вновь возникающие мутации, не "переработанные" эволюционно, отрицательно повлияют на жизнеспособность любых организмов.

Генетический груз растет. Так в СССР с восьмидесятого года рождалось 200 000 детей с серьезными генетическими дефектами и около 30 000 мертвых. Около 25% беременностей не донашивается по генетическим причинам. На данный момент у 10% всего населения существует нарушение психики. Увеличивается также число онкологических заболеваний. По данным ВОЗ 80% болезней вызвано состоянием экологического напряжения. Поэтому проблемы генетики, экологии и адаптации человека становятся особенно острыми.

Но к сожалению, генетическая адаптация популяций человека к возрастающему загрязнению биосферы мутагенными факторами принципиально невозможна.

Закончим наш урок строками стихотворения Н.Старшинова

КОЛЬ СУЖДЕНО ДЫШАТЬ НАМ ВОЗДУХОМ ОДНИМ,

ДАВАЙТЕ ЖЕ МЫ ВСЕ НА ВЕК ОБЪЕДИНИМСЯ.

ДАВАЙТЕ НАШИ ДУШИ СОХРАНИМ.

ТОГДА МЫ НА ЗЕМЛЕ И САМИ СОХРАНИМСЯ.        

Урок окончен. Спасибо. До свидания!