病理生理学：钙超载，（一）钠的平衡障碍有人证明，再灌注时钙超载是由于钠平衡障碍所致。因为在缺血缺氧时发生了细胞酸中毒，细胞内pH值降低，所以在再灌注时细胞内外形成pH梯度差，由于Na+-H+交换，致细胞内钠增加，然后又依Na+-Ca2+交换机制使细胞外钙大量内流造成细胞钙超载。
（二）细胞膜通透性增高缺血缺氧引起的细胞酸中毒在再灌注时通过细胞内外Na+-H+交换和Na+-Ca2+交换而使细胞内钙增加，而细胞内钙增加可激活磷脂酶，使膜磷脂降解，细胞膜通透性增高，故在灌注时细胞外钙顺着浓度梯度而大量内流，细胞膜通透性增高的更重要的原因可能是再灌注时氧自由基的大量产生。氧自由基可引发细胞膜的脂质过氧化，使膜受损，通透性增高。
（三）线粒体受损 有些学者认为原发性损伤在于线粒体。如所周知，缺血时线粒体结构的功能障碍出现最早，表现为线粒体肿胀、嵴断裂。线粒体膜流动性降低，氧化磷酸化功能受损ATP生成障碍。因此，使上述损伤更为严重。
ATP减少使肌膜及肌浆网膜钙泵功能障碍，由于钙泵功能障碍不能排出和摄取细胞浆中过多的钙，致使细胞浆中游离钙浓度增加而造成钙超载。细胞浆中过多的钙最终形成磷酸盐沉积于线粒体，使线粒体结构及功能更加破坏。
细胞钙超载是再灌注损伤的一个重要特征，但目前，仍未能搞清它究竟是再灌注损伤的原因抑制或结果。