При апоптозе (который наиболее характерен для клеток лимфоидной и кроветворной тканей) гибель облученных клеток сопровождается деградацией ДНК по межнуклеосомным линкерным участкам на фрагменты, размер которых кратен 180 парам нуклеотидов. Фрагменты распада ДНК – полидезоксинуклеотиды, частично поступают во внеклеточную среду. В клеточных мембранах появляются поперечные сшивки, в результате чего образуются окруженные фрагментами плазматической мембраны мелкие пузырьки, содержащие фрагменты конденсированной ДНК и цитоплазмы. Эти пузырьки получили наименование «апоптотических телец». Апоптотические тельца могут быть фагоцитированы макрофагами и эпителиальными клетками. Процесс апоптоза запускается в ответ на различные (в том числе, на повреждающие ДНК или клеточные мембраны) стимулы, сигналы от которых реализуются активацией определенных участков генома, например, опухолевого супрессорного гена р53. Активация генома, в свою очередь, приводит к усиленному синтезу ферментов, функционирование которых и приводит клетку к самоуничтожению. Таким образом, апоптоз – это генетически опосредуемая программированная форма клеточной гибели.
Клетки, гибнущие интерфазным путем, удается выявить различными способами, по морфологическим признакам некроза и апоптоза: особенностям окраски при воздействии специальными красителями (эозин, эритрозин, акридин оранжевый), поглощению радиоактивного хрома, потреблению кислорода или подсчитывая количество клеточных ядер в органе (например в тимусе). Частота клеток с пикнотическими ядрами в костном мозге в ранние сроки после облучения хорошо коррелирует с дозой облучения.
Если в возникновении репродуктивной формы клеточной гибели первопричиной представляется повреждение уникальных структур ядерной ДНК, при интерфазной гибели в начальных проявлениях существенна роль повреждений множественных структур – внутриклеточных мембран, нарушений клеточного метаболизма. Но и при интерфазной форме непосредственной причиной гибели клеток является деградация ядерного хроматина, т.е. повреждение генетического материала.
Однако не все повреждения ядерной ДНК, вызванные облучением, несовместимы с жизнеспособностью клетки. Если клетка не делится, а поврежденный участок не связан с кодированием какого-либо необходимого для нормального функционирования клетки процесса, возникшее нарушение структуры ДНК может остаться сначала как бы «незамеченным». Однако это не исключает возможности развития в последующем на основе этих нарушений поздних дефектов структуры и функции клетки.
Некоторые повреждения, например, изменения структуры азотистых оснований или неточно репарированные разрывы, могут не привести к гибели и пролиферирующую клетку. Клетка может осуществить процесс деления и передать генетический дефект по наследству потомству. Такие нарушения структуры ДНК (нелетальные мутации) в соматических клетках могут привести к нарушениям процессов клеточного деления, проявляющимся, например, уменьшением пролиферативного потенциала, или явиться в последующем причиной злокачественной трансформации. Если мутации возникли в зародышевых клетках, то они могут вызвать дефекты развития у потомства (генетические эффекты).
Большое значение среди причин злокачественного перерождения клеток после облучения придают в настоящее время повышению нестабильности генома, связанному с репарацией ДНК. В процессе репарации возникают условия для внедрения в геном клетки онкогенов или активации онкогенов, уже предсуществовавших в составе клеточного генома в репрессированном состоянии.
К функциональным нарушениям в клетках могут быть отнесены и такие проявления, как снижение фагоцитарной активности нейтрофилов после облучения, изменения активности некоторых ферментов в этих клетках. При дозах облучения, превышающих несколько десятков грей, важным послелучевым эффектом является нарушение функциональной активности нервных клеток, связанное с дефицитом макроэргов, в результате расходования их предшественников в процессе репарации разрывов ДНК.
Повреждение и гибель клеток, нарушение их пролиферации лежат в основе лучевого поражения тканей, органов, организма в целом.