（1）细胞膜损伤 ①缺血可造成细胞膜外板与糖被表面分离，使细胞膜对Ca2＋通透性显着增强；②再灌注时生成的大量氧自由基引发细胞膜的脂质过氧化反应，进一步加重膜结构的破坏；③细胞内Ca2＋增加激活磷脂酶，使膜磷脂降解，进一步增加细胞膜对Ca2＋通透性增高，共同促使胞浆Ca2＋浓度升高。
（2）肌浆网膜损伤 氧自由基损伤及膜磷脂降解可造成肌浆网膜损伤，使其钙泵功能障碍，对Ca2＋摄取减少，引起胞浆Ca2＋浓度升高。
（3）线粒体膜损伤 氧自由基的损伤及线粒体膜磷脂的降解可引起线粒体膜受损，抑制氧化磷酸化，使ATP 生成减少，细胞膜、肌浆网钙泵功能障碍，促进钙超载的发生。
在缺血期间细胞内Ca2＋开始增高，再灌注时又通过上述机制，既可加重细胞Ca2＋转运障碍，又随血流运送来大量Ca2＋，使细胞内Ca2＋增多，最终导致钙超载。
（二）细胞内钙超载引起缺血-再灌注损伤的机制
细胞内钙超载引起再灌注损伤的机制目前尚未完全阐明，可能与以下因素有关。
1．促进氧自由基生成
细胞内Ca2＋增多可增强钙依赖性蛋白酶活性，从而促使黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶，使氧自由基生成增加。
2．加重酸中毒
细胞内Ca2＋浓度升高可激活某些ATP 酶，导致细胞高能磷酸盐水解，释放出大量H＋，加重细胞内酸中毒。
3．破坏细胞（器）膜
细胞内Ca2＋增加可激活磷脂酶，促使膜磷脂降解，造成细胞膜及细胞器膜受损。
4．线粒体功能障碍
聚集在细胞内的Ca2＋被肌浆网、线粒体摄取过程中消耗大量ATP，同时入线粒体的Ca2＋与含磷酸根的化合物结合，形成磷酸钙，干扰线粒体的氧化磷酸化，从而加重细胞能量代谢障碍，ATP 生成减少。
5．激活其他酶的活性
如激活蛋白酶，促进细胞结构蛋白的分解；激活核酶，引起染色体的损伤。
毋庸置疑，细胞内钙超载是缺血-再灌注损伤的另一个极为重要的发病学因素和环节。
三、白细胞的作用
近年来的研究表明，白细胞聚集、激活介导的微血管损伤在脏器缺血-再灌注损伤的发病中起重要作用。
（一）缺血-再灌注时白细胞增多的发生机制
临床观察和实验证明：缺血-再灌注时，白细胞（主要是中性粒细胞）明显增加，以犬心肌缺血为例，再灌注仅5分钟，心内膜中性粒细胞就增加25%，缺血轻的组织白细胞集聚减少。组织缺血和再灌注时白细胞浸润增加的机制还不十分清楚，可能是：
1．细胞黏附分子生成增多
细胞黏附分子又称黏附分子（adhesion molecule），指由细胞合成的，可促进细胞与细胞之间、细胞与细胞外基质之间黏附的一大类分子的总称，如整合素、选凝素等，在维持细胞结构完整和细胞信号转导中起重要作用。缺血和再灌注时中性粒细胞和血管内皮细胞的多种黏附分子表达增强，引起中性粒细胞与受损血管内皮细胞之间的广泛黏附、聚集。而激活的中性粒细胞又可释放肿瘤坏死因子、白介素‐1及白介素‐6等，导致血管内皮细胞和中性粒细胞表面的黏附分子暴露，两者的亲和力增强，甚至促使中性粒细胞穿过血管壁趋化游走，使白细胞的浸润进一步加重。
2．趋化因子生成增多
组织损伤时，细胞膜磷脂降解，花生四烯酸代谢产物增多如白三烯（LT）、血小板活化因子、补体及激肽等，具有很强的趋化作用，因而能吸引大量白细胞进入组织或黏附于血管内皮。当然，中性粒细胞与血管内皮细胞本身也可释放许多具有趋化作用的炎性介质，如LTB4使微循环中白细胞进一步增加。
（二）白细胞介导缺血-再灌注损伤的机制
1．微血管损伤
激活的中性粒细胞与血管内皮细胞之间的相互作用，是造成微血管损伤的决定因素。
（1）微血管内血液流变学改变 正常情况下，血管内皮细胞与血液中流动的中性粒细胞的相互排斥作用，是保证微血管血液灌流的重要条件。实验表明，白细胞的流变学和形态学特点与微血管血流阻塞有密切关系。与红细胞相比，白细胞体积大，变形能力弱，而且在黏附分子参与下容易黏附在血管内皮细胞上，极易嵌顿、堵塞微循环血管，加之组织水肿、内皮损伤、血小板栓子和微血栓形成等，更易形成无复流，加重组织损伤。无复流现象（no‐reflowphenomenon）是在犬的实验中发现的。结扎犬的冠状动脉造成局部心肌缺血后，再打开结扎的动脉，使血流重新开放，缺血区并不能得到充分的血流灌注，称此现象为无复流。
这种无复流现象不仅存在于心肌，也见于脑、肾、骨骼肌缺血后再灌注时，中性粒细胞激活及其致炎细胞因子的释放是引起无复流现象的病理生理学基础。
（2）微血管口径的改变 缺血及再灌注时，损伤的血管内皮细胞肿胀，可造成管腔狭窄，阻碍血流灌流。当然，微血管口径的改变还与花生四烯酸的代谢产物前列环素（PGI2）与血栓素A2（TXA2）之间的失衡密切相关。PGI2主要由血管内皮细胞生成，除了有很强的扩血管作用外，还能抑制血小板的黏附、聚集。TXA2主要由血小板生成，不仅是一个很强的缩血管物质，而且也是一种引起血小板黏附、聚集的因子，因此是一个很强的致血栓形成的物质。缺血缺氧时，一方面因血管内皮细胞受损而致PGI2生成减少，另一方面在儿茶酚胺等因素刺激下，血小板释放TXA2增多，因而发生强烈的血管收缩和血小板的聚集并进一步释放TXA2，从而促使血栓形成和血管堵塞，有助于无复流现象的发生，加重组织损伤。
（3）微血管通透性增高 微血管通透性增高一方面引发组织水肿，另一方面导致血液浓缩，有助于形成无复流现象。动物实验显示，水肿组织的含水量及红细胞压积与白细胞密度呈正相关。由此表明，缺血及再灌注时微血管通透性的增高可能与白细胞释放的某些炎性介质有关。
2．细胞损伤
激活的中性粒细胞与血管内皮细胞可释放大量的致炎物质，如氧自由基、蛋白酶、溶酶体酶等，不但改变了自身的结构和功能，而且造成组织细胞损伤。
综上所述，缺血-再灌注损伤发生的基本机制，主要是自由基、细胞内钙超载及白细胞的共同作用。而细胞内钙超载是细胞不可逆性损伤的共同通路。在缺血-再灌注损伤机制的各种学说中，都与自由基的作用有关，因此大量自由基生成即使不是再灌注损伤的唯一发病因素，至少也是十分重要的环节。当然，中性粒细胞与血管内皮细胞之间的相互作用，在缺血-再灌注损伤机制的研究中越来越受关注。
第四节 缺血-再灌注损伤时机体的功能、代谢变化
缺血-再灌注损伤表现为再灌注组织器官的代谢紊乱、功能障碍及结构损伤的变化。
而损伤的程度因缺血程度、再灌注时的条件及组织器官的不同而异。研究发现，机体内许多器官如心、脑、肾、肝、肺、胃肠、肢体和皮肤都可发生缺血-再灌注损伤，其中对心脏的再灌注损伤研究最多。
一、心肌缺血-再灌注损伤的变化
心肌的缺血-再灌注损伤最为常见，对其研究最多。心肌缺血-再灌注损伤时，功能、代谢和结构均发生明显变化。
（一）心功能变化
1．心肌舒缩功能降低
表现为静止张力（指心肌在静息状态下受前负荷作用而被拉长时产生的张力）随缺血时间的延长逐渐升高，发展张力（指心肌收缩时产生的主动张力）逐步下降，再灌注时静止张力更加增高，如心室舒张末期压力（VEDP）增大，发展张力如心室收缩峰压（VPSP）越加降低，心室内压最大变化速率（± dp／dt max）降低。这种缺血心肌在恢复血液灌注后一段时间内出现可逆性收缩功能降低的现象，称之为心肌顿抑（myocardial stunning）。它与心肌梗死引起的收缩舒张功能异常不同，此时心肌并没有发生坏死，仍处于可逆性损伤阶段，经过一定时间（数天到数周）后收缩舒张功能最终可以完全恢复正常。目前认为，心肌顿抑是心肌缺血-再灌注损伤的表现形式之一，自由基暴发性生成和细胞内钙超载是心肌顿抑的主要发生机制。
2．再灌注性心律失常
缺血心肌再灌注过程中发生的心律失常，称之为再灌注性心律失常（reperfusion arrhythmia）。其发生率高，以室性心律失常最多，如室性心动过速和心室纤颤等。其发生的基本条件是：
（1）再灌区必须存在功能上可以恢复的心肌细胞 这种心肌细胞存在越多，心律失常的发生率越高。
（2）再灌注前缺血时间的长短 实验证明，犬冠状动脉阻断后15～45分钟再灌注，心律失常的发生率最高，缺血时间过长或过短，其发生率都低。
（3）缺血心肌的数量、缺血的程度及再灌注恢复的速度 缺血心肌多、缺血程度重、再灌注恢复快，心律失常的发生率就高。
再灌注性心律失常的发生机制尚未阐明，可能与下列因素有关：
（1）再灌注心肌之间动作电位时程的不均一性，为折返性心律失常的发生提供了电生理基础。实验研究发现，再灌注的最初30秒，心肌动作电位迅速恢复，但缺血区心肌与正常区心肌动作电位的恢复有明显不同，即使是缺血细胞，动作电位的恢复也不相同。有的幅度高，持续时间长；有的幅度低，持续时间短。
（2）再灌注心肌动作电位后延迟后除极的形成，为再灌注性心律失常的发生奠定了基础。实验研究证实，再灌注时细胞内高Na＋激活Na＋／Ca2＋交换蛋白进行反向转运，使动作电位平台期进入细胞内的Ca2＋增加，出现一个持续性内向电流，在心肌动作电位后形成短暂钙除极，即延迟后除极，可造成传导减慢，触发多种心律失常。
（3）自由基导致的心肌细胞损伤、ATP 生成减少、ATP 敏感性钾离子通道激活等引起心肌电生理特性的改变，也促进了再灌注性心律失常的发生。另外，再灌注时被冲出的儿茶酚胺刺激α 受体，提高了心肌细胞的自律性；再灌注时积聚在细胞外的K＋、乳酸等代谢产物的冲走，也会暂时性影响心肌的电生理特性，进一步促使再灌注性心律失常的发生。