缺血再灌注损伤机制包括自由基损伤、钙离子超载以及中性粒细胞介导三个方面。
缺血再灌注损伤是指人缺血后再进行灌注操作，不但没使组织器官功能恢复，反而加重功能代谢障碍和结构破坏的现象，缺血再灌注损伤最常见于心、脑、肾、肺等重要的器官。缺血再灌注损伤机制主要表现在三个方面，第一、自由基损伤，导致蛋白质功能抑制，使酶的巯基以及氨基酸残基氧化，胞浆及膜蛋白和酶交联形成二聚体，直接使蛋白质功能异常。第二、钙超载，线粒体功能障碍、多种酶被激活、再灌注性心律失常、氧自由基生成、肌原纤维过度收缩等原因引起的细胞内钙含量异常增多，从而导致细胞结构损伤和功能代谢障碍引发再灌注损伤。第三、中性粒细胞介导，激活的中性粒细胞与血管内皮细胞相互作用，会造成微血管损伤，同时释放大量的致炎物质如自由基、蛋白酶、细胞因子等，会使自身的结构和功能改变，从而使周围组织细胞受到损伤，导致局部炎症，引发再灌注损伤。
需要注意的是，缺血时间过短或过长、缺血后形成侧支循环的患者都不易诱发再灌注损伤，同时在低压、低温、低钠、低钙等情况下灌流，可使心肌再灌注损伤减轻。