Cнижением температуры хранения изолированных органов и тканей в режиме от О до 4° С (гипотермические методы консервации) удается замедлить обменные процессы (снизить активность теплового возбуждения молекул, скорость образования ионов водорода и свободных радикалов, активность протеолитических ферментов, процессов перекисного окисления липидов и т. д.) и снизить тем самым чувствительность клеток к ишемии, т. е. уменьшить потребность в адекватной регуляции метаболизма. Однако применение гипотермических режимов не снимает проблемы обеспечения ауторегуляции метаболизма и взаимодействия клеток в этих условиях. Именно поэтому допустимые сроки консервации трансплантатов гипотермическими методами, хотя и становятся увеличенными по сравнению с нормотермическими, тем не менее имеют существенные временные ограничения. Сокращению допустимых сроков консервации органов гипотермическими методами способствует еще и тот факт, что гипотермия, будучи мощным фактором противоишемической защиты, сама по себе индуцирует в клеточных структурах (в мембранах клеток) ряд патологических процессов. При гипотермии вслед за возрастанием структурного порядка молекул возникают конформационные изменения структур, регулируемых энергией слабых связей (белки, фосфолипиды, нуклеиновые кислоты, вода): наступают расслоение и разрывы липидного бислоя мембран с активизацией процессов их перекисного окисления, а также перегруппировка и снижение активности мембранно-связанных ферментов и пр. Возникновение структурных перестроек ведет к нарушению метаболизма клеток, накоплению в них энергетической задолженности и формированию повреждений в органах, сходных с ишемией (В. И. Шумаков с соавт., 1975, 1983 (19, 20]; Н. А. Онищенко, 1982; Е. В. Фролова, 1987). С увеличением сроков гипотермической консервации указанные нарушения нарастают и становятся не только биологически выявленными, но и клинически значимыми, особенно для тех органов,  от которых после трансплантации требуется немедленная и полноценная функция (сердце).

Использование криогенных температур (от 0 до -196° С) предполагает возможность полного устранения регуляции метаболических процессов в клетках вследствие их полной, но обратимой остановки; возможность бесконечно длительного хранения трансплантатов.

Между тем оказалось, что даже при замораживании отдельных клеток биохимические реакции в них не прекращаются. Более того, в диапазоне температур О...—30°С отмечена активация некоторых мембранно-связанных процессов, приводящих к необратимому повреждению клеточных структур.

Необратимость криогенного повреждения органов является результатом не только нарастания тех  деструктивных процессов, которые возникают в мембранах клеток при гипотермической консервации (см. выше), но и результатом механического повреждения клеток кристаллами льда. Следствием кристаллизации воды является также дегидратация и гиперконцентрирование внутриклеточного содержимого, которые усугубляют разрушение клеточных структур  и формируют состояние необратимости их повреждения (А. М. Белоус, В. А. Бондаренко, 1982;  Р. Mazuret al., 1972; Н. Т.Meryman, 1985;  В. И. Кирпатовский, 1988, 1993 ). При замораживании органов к криогенному повреждению клеток по вышеописанным механизмам присоединяется  ряд дополнительных повреждающих факторов.

К ним относятся: низкое отношение поверхности  органа к его объему, что ведет к растрескиванию  органа вследствие возникновения значительных градиентов температуры с поверхности органа вглубь  при охлаждении; плотная «упаковка» клеток в органе и наличие межклеточных контактов, что резко  замедляет выход воды из внутриклеточного сектора  и повышает разрушительное действие вне- и внутриклеточной кристаллизации; различный тип клеток, составляющих паренхиму органа, которые имеют различный оптимум скоростей замораживания  и чувствительности к криопротекторам (вещества,  препятствующие кристаллизации воды), что требует  поиска компромиссных режимов воздействия на орган.

Главным препятствием на пути создания надежных способов длительной консервации органов (3 суток и более), а также организации банков—хранилищ органов являются биологические проблемы выживаемости клеток и органов в условиях ишемии, которая действует на донорские органы на всех этапах: в организме донора, при изъятии, консервации, в период трансплантации и даже в раннем посттрансплантационном периоде (так называемое реперфузионное повреждение органов) (В. И. Шумаков с соавт.,  1978, 1983.

В соответствии с биологическими законами основой жизнедеятельности клеток в органах и тканях целостного организма является регуляторное и ауторегуляторное обеспечение в них оптимального уровня обменных процессов (прежде всего энергетического метаболизма), поддерживающего целостность клеточных структур. Чрезвычайная сложность, многокомпонентность и многоярусность этой регуляции не позволяет искусственно имитировать ее для органа вне организма. В результате длительное хранение изолированных органов методом нормотермической перфузии кровью (35—37° С) оказывается биологически невозможным.