Криогенное замораживание клеток ткани может привести к повреждению клеток и сосудов, физическим, химическим и электролитным изменениям в клетках ткани и их содержимом, и, наконец, к некрозу или апоптозу. Криотерапия включает в себя два процесса: замораживание и разогрев. На начальной стадии замораживания (-4~-21℃) происходит образование внеклеточных кристаллов льда, т.е. «раствора
эффект) является основным механизмом, вызывающим гибель клеток. Образование внеклеточных кристаллов льда повышает внеклеточное осмотическое давление и вызывает внутриклеточную дегидратацию, что приводит к смятию клеток и последующему повреждению клеточных мембран и органелл. Дальнейшее снижение температуры может вызвать образование кристаллов льда внутри клетки, что приводит к необратимому повреждению органелл, затем к повреждению клеточной мембраны и, в конечном итоге, к гибели клетки. При повторном нагревании мелкие кристаллы льда рекристаллизуются или сливаются друг с другом, образуя крупные кристаллы льда, которые оказывают еще более сильное разрушающее действие на клетку. Кроме того, таяние кристаллов клеточного льда при повторном согревании превращает внеклеточное пространство в гипоосмотическую среду, где вода попадает в клетки, вызывая их набухание и приводя к повреждению клеточных мембран, что позволяет некоторым клеткам, которые не были повреждены в период замораживания, быть разрушенными в процессе повторного согревания. Повреждение сосудов в основном происходит в период повторного согревания после замораживания и носит отсроченный характер. Это характеризуется нарушением микрососудов, микротромбозом, застоем и закупоркой кровотока, гипоксией клеток ткани, приводящей к клеточному некрозу. Было высказано предположение, что хотя микро- и мелкие артерии и вены все еще трудно восстановить в течение 4 часов после повторного согревания, крупные сосуды, особенно крупные артерии, обычно не повреждаются, а если и повреждаются, то, как правило, восстанавливаются в течение последующих 24 часов.