1960年，Jennings等第一次提出心肌缺血再灌注損傷的概念，證實再灌注會引起心肌超微結構不可逆壞死，並逐漸引起醫學界的高度重視。缺血心肌恢複再灌注後，病情反而惡化，引起超微結構、功能、代謝及電生理方麵發生進一步的損傷，是由於在缺血損傷的基礎上再次引起的損傷，因此稱為缺血再灌注損傷（RI）。臨床上表現為閉塞的冠狀動脈再通、梗死區血液灌流重建後一段時間內，有的病例發生血壓驟降、心功能不全、心律失常甚至猝死等一係列病情反而惡化的現象。
目前，缺血再灌注損傷發生的機製尚未完全闡明，研究表明自由基、鈣超載、心肌纖維能量代謝障礙、中性粒細胞、血管內皮細胞、細胞黏附分子與細胞凋亡等均可能參與缺血再灌注損傷。
（1）氧自由基生成 正常細胞內氧自由基清除劑超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）使氧自由基轉變為過氧化氫，後者又通過觸酶及穀胱甘肽過氧化物酶的作用還原為水和分子氧，故小量氧自由基不會造成損傷。再灌注時產生的大量氧自由基不能被清除，其中包括非脂質氧自由基和脂質氧自由基，如超氧陰離子、羥自由基、過氧化氫等。缺血再灌注後，它可與各種細胞成分，如膜磷脂、蛋白質、核酸等發生反應，造成細胞結構損傷和功能代謝障礙。Castedo等在動物實驗中發現，再灌注後細胞內膜脂質過氧化增強，形成多種生物活性物質，如血栓素、前列腺素等，促進再灌注損傷。1986年，Murry等首次在大缺血/再灌注模型實驗中發現反複短暫缺血發作可使心肌在隨後持續性缺血中得到保護，從而提出了缺血預適應（ischemic preconditioning，IPC）心髒保護的概念，為缺血心肌的保護及其機製探討開辟了嶄新的領域。自由基可能參與了預適應保護的觸發機製。Zhong等證明預適應過程中產生的低濃度自由基對延遲心肌缺血再灌注損傷有保護作用。冉擘力等從細胞水平證明早期產生的氧自由基能誘導延遲保護作用產生，其機製可能是通過早期氧化反應一方麵改變SOD形態結構而提高酶的活性，誘導延遲相SOD合成增加，另一方麵誘導熱休克蛋白信使核糖核酸轉錄和持續合成，保護心肌細胞對抗細胞外氧自由基的損傷；一氧化氮合酶（NOS）產生的一氧化氮能有效對抗氧自由基的損害，延遲期心肌NOS活性增加。延遲保護作用增強，其機製可能是氧自由基誘導了後期NOS信使核糖核酸轉錄和合成增加，因為在缺血等應激狀態下，氧化氮能夠調控心髒基因的表達。總之，熱休克蛋白、抗氧化酶和NOS等不是孤立地對抗氧自由基損傷，而是有機地結合起來發揮作用。
（2）鈣超載 生理狀態下，胞漿內鈣濃度約為10-7mol/L，而細胞外及胞漿內的鈣儲存係統（如內質網和線粒體）中鈣濃度為10-3mol/L。正常狀態下，細胞通過一係列轉運機製可以保持這種巨大的濃度梯度，以維持細胞內低鈣狀態。但是再灌注後，鈣離子向線粒體轉移，導致線粒體功能障礙；鈣離子濃度升高，可激活多種酶（如激活膜磷脂酶A），同時促使心肌纖維過度收縮；通過Na+/Ca2+交換形成一過性內向電流，在心肌動作電位後形成延遲後除極，這是引起心律失常的原因之一。另外，它還促進ATP分解，使能量急劇減少等。Gross等研究發現，細胞內鈣離子濃度的改變是造成再灌注損傷的重要原因之一。許多研究表明，運用鈉氫交換阻斷劑和鈉鈣交換阻斷劑進行藥物預適應可以保護心肌缺血再灌注損傷。目前，缺血後適應也被認為是另一種內源性心肌保護措施，鈉氫交換阻斷劑和鈉鈣交換阻斷劑作為藥物後適應的心肌保護措施也正在研究中，更進一步說明鈣超載是引起缺血再灌注損傷的另一重要機製。
（3）微血管損傷和白細胞激活 正常情況下，中性粒細胞與血管內皮細胞的相互作用受內皮細胞上的陰性糖苷及內皮細胞產生的眾多抗炎因子的抑製，中性粒細胞處於靜止狀態。缺血時，激活的中性粒細胞與血管內皮細胞發生固定黏附，導致微血管機械阻塞，並可釋放出大量的炎性介質，不但可改變自身的結構和功能，而且使周圍組織細胞受到損傷，發生無複流現象，致使細胞發生不可逆性損傷和壞死，即再灌流性心肌損傷。Dreyer等發現再灌注心肌的血清可刺激中性粒細胞遷移，黏附於血管內皮細胞，誘導CD11/CD18在中性粒細胞膜表達，並首先提出缺血再灌注心肌組織可釋放各種炎性因子，從而激活白細胞。Riley等運用單克隆抗體拮抗補體C5a減小了心肌梗死麵積。研究表明，缺血再灌注心肌可釋放出各種炎性因子，如TNF、IL-1、IL-6、IL-8、中性粒細胞活化蛋白（NAP1）、PAF、巨噬細胞炎症蛋白（MIP2）、補體C5a等激活中性粒細胞。
（4）其他 有研究表明，腎素-血管緊張素係統、血小板的聚集與釋放、補體係統也可能是再灌注損傷的機製。