1. Buz Kristali Oluşumu :Aşırı soğuk, hücre içindeki ve hücre dışı boşluklardaki suyun donmasına ve bunun sonucunda buz kristallerinin oluşmasına neden olur. Bu keskin buz kristalleri, hücre zarı, organeller ve hücre iskeleti bileşenleri de dahil olmak üzere hücresel yapıları mekanik olarak bozabilir.
2. Dehidrasyon :Su molekülleri buz kristallerini oluşturmak üzere hücrelerden dışarı çekildikçe hücreler susuz kalır. Bu su kaybı normal hücresel fonksiyonları bozabilir, metabolik dengesizliklere, enzim fonksiyon bozukluğuna ve protein denatürasyonuna yol açabilir. Dehidrasyon ayrıca hücreler içindeki çözünen maddelerin konsantrasyonunun artmasına neden olarak hücresel yapılara daha fazla zarar verebilecek bir ozmotik dengesizlik yaratır.
3. İskemi :Donma, kan pıhtılarının oluşmasına ve kan damarlarının daralmasına yol açarak etkilenen bölgeye kan akışını azaltabilir. Bu iskemi, hücreleri oksijenden ve temel besinlerden mahrum bırakarak hipoksiye ve enerji tükenmesine yol açar. Oksijen eksikliği, hücresel bileşenlere daha fazla zarar veren serbest radikallerin oluşmasına neden olarak oksidatif strese neden olabilir.
4. İnflamatuar Yanıt :Donma, vücutta hasarlı dokuyu iyileştirmeyi amaçlayan inflamatuar bir tepkiyi tetikler. Ancak aşırı ve uzun süreli inflamasyon doku tahribatına katkıda bulunabilir. Sitokinler ve reaktif oksijen türleri gibi inflamatuar aracıların salınması, hücrelere ve çevre dokulara daha fazla zarar verebilir.
5. Apoptoz ve Nekroz :Şiddetli donmalarda hücreler apoptoz (programlanmış hücre ölümü) veya nekroza (düzenlenmemiş hücre ölümü) maruz kalabilir. Apoptoz, hücrenin kontrollü yıkımına yol açan spesifik hücresel yolların aktivasyonunu içerir. Nekroz ise kontrolsüz hücre parçalanması ve hücre içeriğinin sızması ile karakterize olup doku hasarına ve iltihaplanmaya yol açar.
6. Reperfüzyon Hasarı :Donma bölgesine kan akışı çok hızlı bir şekilde sağlanırsa, reperfüzyon hasarına yol açabilir. Bu, oksijenli kanın iskemik dokulara ani akışı, serbest radikallerin ve inflamatuar aracıların patlamasına neden olarak hücrelere daha fazla zarar verdiğinde meydana gelir.
Donma nedeniyle hücre hasarının ve doku kaybının boyutu, soğuğa maruz kalmanın şiddeti ve süresinin yanı sıra bireyin genel sağlığı ve aşırı soğuk sıcaklıklara dayanma yeteneği gibi çeşitli faktörlere bağlıdır.