肾缺血缺氧时间较长或氧分压较低时，超出了肾脏的低氧耐受能力，肾就会出现低氧损害性变化，轻、中度组织损伤，以细胞变性为主，坏死轻微，且以近端及皮髓交界处的肾小管上皮细胞损伤为重，呈颗粒样变性，部分细胞核破裂细胞坏死，肾小管管腔阻塞，有蛋白管型，肾小球及髓质肾小管改变不显著。
严重时，近端肾小管上皮细胞核出现破裂、细胞浆浓缩，嗜酸性增强结构消失，肾小管轮廓清楚，基底膜仍保留完好，间质有中性粒细胞浸润，并出现肾小球系膜细胞、基质轻度增生，间质纤维结缔组织增生。电镜下可见细胞正常结构破坏，表现有细胞内线粒体、内质网及溶酶体等细胞器肿胀、变性及破坏，细胞骨架失去正常排列，细胞管腔侧的微绒毛结构消失，最终细胞凋亡或坏死，从肾小管基底膜脱落而进入肾小管管腔，造成肾小管阻塞，从而引起急性肾衰竭。
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