(1) 腦缺血時ATP不被利用，依次降解為次黃嘌呤，同時鈣離子激活蛋白酶，使黃嘌呤脫氫酶轉變為黃嘌呤氧化酶，后者使大量堆積的次黃嘌呤產生超氧陰離子；
(2) 低血氧時酶自由基積累，再灌流時自身氧化產生超氧陰離子及氧化酶；
(3) 再灌流時，硫酸亞鐵復合物自身氧化產生超氧陰離子。
此外，再灌流后三羧酸循環尚未恢復，而再灌流卻提供了糖酵解所需要的葡萄糖，從而加重了酸中毒，使再灌流區H+ 濃度升高，H+ 與超氧基反應產生H2O2，H2O2在活性鐵的催化下產生HO -。再灌流時產生的些具有強烈生物氧化活性的自由基，具有損害膜不飽和脂肪酸的作用，其機制為：細胞膜是脂質雙層結構，其疏水極存在大量不飽和脂肪酸，在不飽和脂肪酸內存在碳與碳之間的不飽和雙帶，這就削弱了鄰近碳原子的碳酸鍵，由于不飽和雙帶內的電子離域作用，在很小的能量下，鄰近碳氫鍵就可以發生反應，氧自由基由此使不飽和脂肪部分激活，在金屬復合物特別是鐵的參與下，進而引起一系列的自由反應，造成膜不飽和脂肪酸的脂質過氧化，導致脂膜局部破壞，直至溶解，這些自由基同時也可造成微血管通透性增加及微循環障礙。HO -可使磷酸改變活性，膜磷脂釋放花生四烯酸，AA在脂質過氧化酸作用下生成慢反應物質及組織胺，使微血管通透性增強。AA 經過如前述及一系列反應最終生成PGI2 及TXA2，缺血后血管內皮自由基阻止PGI2 合成，破壞了PGI2 和TXA2 之間的平衡使TXA2 增高，微血栓形成，微循環出現障礙。