在MODS 的发展过程中，常存在在多个器官的缺血及再灌注损伤。

　　以往认为在这种情况下，细胞常以坏死方式死亡。但近年研究显示，细胞凋亡亦参与这一过程，而且占相当大的比例。心、脑、肝、肾、肠、骨骼肌缺血及其后的再灌注均可引起这些器官组织的细胞凋亡。我们实验室曾研究大鼠肠缺血再灌注早期肠、肝、肺、肾内实质细胞凋亡增多的时间过程及分布特征。再灌注以后细胞凋亡率显著上升。大鼠肝小叶中央静脉周围、肾髓质外带及对肠系膜缘的小肠绒毛等部位因血流较少易受缺氧损伤，细胞凋亡率较高；就在这些部位，缺血-再灌注后热休克蛋白（HSP70）表达增多，高于其他部位；而且随肠缺血-再灌注损伤加重，HSP70 表达进行性增加。Bcl-2 的表达情况正好同HSP70 表达相反，易受缺氧损伤区Bcl-2 表达减弱直至不表达，而其他区域仍有表达。缺血-再灌注期间产生的活性氧等可引起细胞内蛋白质变性，凋亡细胞的胞浆固缩可能就是变性蛋白质聚集的结果。HSP70 在蛋白质合成、转运及折叠中发挥保护作用，被称为蛋白质的分子伴侣。HSP70 还可通过与变性蛋白质结合，保障细胞在自身修复阶段变性蛋白质不致对细胞造成损害。但HSP70 过度表达会抑制Bcl-2 等基因表达，促进细胞凋亡。

　　缺血缺氧促使细胞凋亡有认为是由于ATP 减少，AMP 增多。AMP 可激活AMP 激活蛋白激酶（AMPK），进而引起一系列酶失活或磷酸化，抑制生物合成，这是细胞适应缺血缺氧环境保存ATP的一种方式；但同时也引起Bcl-2 合成抑制，从而诱发细胞凋亡。ATP 减少还可通过细胞内Ca2+超载而激活caspase 相关的细胞凋亡。在缺血缺氧条件下，若仍能以糖酵解方式提供ATP 以合成细胞凋亡所需的蛋白质，则细胞发生凋亡；如ATP 已趋耗竭则发生坏死。故凋亡不可能发生在缺血灶内，缺血区发生的是细胞坏死，其外围才发生细胞凋亡。