Физико-химическое действие замораживания подробно рассмотрено. Здесь же мы хотим лишь обобщить положения, касающиеся продолжительного хранения эритроцитов при низких температурах.
Во время замораживания эритроциты подвергаются воздействию повышенных концентраций электролитов, поскольку вода из них вымораживается. Когда лед тает, соли вновь растворяются, образуя концентрированный раствор, который постепенно разбавляется. В результате воздействия концентрированного раствора хлористого натрия липиды и липопротеиды клеточной оболочки растворяются, так что проницаемость оболочки для катионов повышается. После полного разбавления среды клетки впитывают воду, набухают и гемолизируются.
При продолжительном воздействии высоких концентраций солей клетка может полностью раствориться. В тех случаях, когда в состав среды входит глицерин, концентрация электролитов, уравновешенных со льдом, снижается при любой температуре во время замораживания или оттаивания. Если число молекул глицерина достаточно велико по отношению к молекулам солей, концентрация электролитов не достигает критического уровня, при котором клетки быстро разрушаются. Это, вероятно, представляет собой один из важнейших факторов защитного действия глицерина, предотвращающего повреждение живых клеток во время замораживания и оттаивания.
Присутствие глицерина полностью не исключает повышения концентрации солей при замораживании или возможности их физического воздействия на оболочку клетки во время продолжительного хранения при низких температурах. Глицерину присуще одно свойство: он остается в жидком состоянии при температурах до —80°. Даже при полном удалении воды в растворе глицерина при температуре — 79° присутствуют еще хлористый натрий и другие соли. Клетки, хранящиеся продолжительное время при температурах ниже —80° в средах, содержащих глицерин, непрерывно подвергаются неизбежному вредному воздействию окружающей среды. При обычной температуре метаболические процессы поддерживают нормальную структуру эритроцитов в состоянии динамического равновесия с окружающей средой различного состава. По мере снижения температуры эти биохимические процессы постепенно замедляются, а иногда и полностью прекращаются. В подобных условиях невозможно сохранить нормальную структуру клетки. Такие физические процессы, как случайное беспорядочное движение молекул, диффузия и растворение, при снижении температуры мало замедляются. Сравнительно небольшие потери и перемещение молекул на поверхности или внутри оболочек таких маленьких тел, как эритроциты, могут иметь гибельные последствия, если этим процессам не оказывается никакого противодействия или если они не регулируются. Оболочка эритроцита состоит из белков и липидов. Согласно Московицу и Кэлвину, основным ее компонентом являются фибриллы липопротеида эленина, которые располагаются параллельно поверхности клетки и скреплены друг с другом растворимыми в эфире липидами. Лавлок показал, что при благоприятных условиях хранения при температурах выше и ниже нуля происходит избирательное исчезновение лецитина и выделение из эритроцитов холестерина и азотсодержащих липидов. Лавлок утверждает, что разрушение эритроцитов во время хранения наступает в результате утраты липидов поверхностью оболочки. Тогда непосредственному воздействию среды подвергаются уже нижележащие липопротеиды, которые отделяются и рассеиваются в среде. Если среда не насыщена липидными компонентами оболочки, процесс отделения — липопротеидов не прекратится до тех пор, пока не наступит полный распад клеток. Распад клеток во время хранения при низких температурах можно предотвратить, применяя такие среды, в которых хлористый натрий заменен цитратами, а скорость дисперсии липидов и липопротеидов из клеточной оболочки снижена. Положительное действие оказывает также присутствие плазмы или фосфолипидов плазмы. Быстрое исчезновение калия из клеток, хранившихся при —20°, и более медленное при температуре —45°, вероятно, связано с утратой липидов клеточной оболочкой.
Процент выживания эритроцитов после продолжительного хранения мог бы-быть выше, если бы не существовало остаточной жидкой фазы, благодаря которой возможны такие физические процессы, как диффузия и растворение. Полностью устранить эту фазу можно, охлаждая обработанные глицерином эритроциты до таких температур (ниже —80°), при которых глицерин переходит в твердое состояние. Некоторую надежду в этом отношении дают попытки заменить глицерин лактозой в среде, в которой охлаждают кровь.