早在20世纪50年代，国内外已有实验研究和临床应用证明低温对脑损伤有保护作用。1993年，Pomertanz等观察了31～35℃低温对实验性颅内高压动物模型伤后继发性颅内高压和脑病理形态的影响，发现31～35℃低温能有效地防止继发性颅内高压，且能明显减轻颅内高压所造成的脑病理损害程度和范围。1993年，美国迈阿密大学医学院Dietrich等的动物实验发现，正常脑温颅脑创伤动物伤后大脑半球、海马和丘脑等部位有明显的出血坏死灶，梗死灶范围约（2．14±0．71）mm3，而31℃低温治疗使脑组织出血梗死灶明显减少，约（0．50± 0．14）mm3。1993年，美国匹斯堡大学医学中心Mansfield等采用重物打击法致颅脑创伤模型，观察发现，伤后10min开始32℃低温治疗，能明显减少颅脑创伤动物脑组织坏死灶范围。1996年Marion等报道伤后不同时程（10min、25min、40min）采用30℃亚低温和21－氨基类固醇对实验性脑创伤动物弥漫性轴索损伤（DAI）都有明显治疗作用，而两者联合使用未见协同作用。
2000年，我们在动物实验研究证实，30～35℃的亚低温治疗能明显降低颅脑创伤大鼠伤后运动神经功能障碍，能防止或减少脑创伤后脑神经细胞凋亡的发生发展。
大量动物实验和临床应用的研究结果表明，亚低温治疗对颅脑创伤具有肯定的治疗效果。但亚低温脑保护的确切机制尚不十分清楚，国内外文献报道包括以下几方面。
1．降低脑氧耗量，维持正常的脑血流和细胞能量代谢，减轻乳酸堆积。
脑组织本身没有能量储存，完全依赖血流供应氧和葡萄糖。实验表明亚低温能明显降低能量代谢率，能使损伤后的脑组织ATP含量维持在正常范围。30～35℃低温能明显促进脑创伤后脑组织pH恢复到正常范围，提示亚低温能减轻脑创伤后脑组织酸中毒程度。有学者采用脑微透析技术研究发现，亚低温显著降低脑挫裂伤区细胞外液乳酸含量。
2．抑制白三烯（LTs）生成，保护血脑屏障，减轻脑水肿及降低颅内压。
由于脑创伤后脑组织LTs增加，直接使血管内皮细胞收缩，内皮细胞间隙增加，血脑屏障通透性增加，加重脑水肿。亚低温能抑制LTs生成，从而减轻脑水肿，降低颅内压。
3．抑制颅脑创伤后乙酰胆碱、儿茶酚胺以及兴奋性氨基酸等内源性有害因子的生成和释放，减少对脑组织的损害。
研究已证明，亚低温能显著抑制脑创伤后谷氨酸和甘氨酸的生成释放，也能有效降低实验性脑创伤后脑脊液中乙酰胆碱含量，减轻乙酰胆碱对脑神经元的毒性作用。此外，亚低温还能明显抑制脑创伤后脑组织多巴胺、去甲肾上腺素和5－羟色胺等单胺类物质生成和释放，从而有效地阻断这些毒性产物对神经细胞的损害作用。
4．减少钙离子内流，阻断钙对神经元的毒性作用，并能调节钙调蛋白激酶Ⅱ活性和蛋白激酶C的活力。
有学者用微荧光测定法测定神经细胞内钙离子浓度，并观察不同温度（31～37℃）对缺氧后脑切片神经元内钙离子浓度的影响，结果发现，31～37℃低温能显著抑制缺氧所造成的神经元钙离子内流，降低神经细胞内钙离子浓度，试验研究发现亚低温能使钙调蛋白激酶Ⅱ活性恢复正常，并能调节钙调蛋白激酶Ⅱ的mRNA表达。
5．减少脑细胞结构蛋白破坏，促进脑细胞结构和功能修复。
脑创伤后脑细胞蛋白的合成明显降低，特别是重要的细胞结构蛋白微管相关蛋白－2（MAP－2）含量也显著降低。研究发现，亚低温能有效地使脑创伤后脑组织蛋白质合成及微管蛋白－2含量恢复至正常水平。
6．可减少或防止脑创伤后神经细胞凋亡的发生发展。
7．减轻弥漫性轴索损伤的继发轴索断裂。
8．改变脑缺血后各种酶的活性，减轻缺血性神经元损伤。
9．改变遗传信息的传递，促进蛋白质合成的恢复。
10．调节损伤后钙调蛋白激酶Ⅱ和蛋白激酶的活性，促进缺血再灌注后期蛋白质的合成。
11．抑制炎性反应。
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