Η στέρηση οξυγόνου σε κυτταρικό επίπεδο ονομάζεται κυτταρική υποξία. Εάν δεν διορθωθεί ή αντιστραφεί, η ενδοκυτταρική λειτουργία παύει, οδηγώντας τελικά σε κυτταρικό θάνατο. Ανάλογα με την έκταση της εξάντλησης, τα κύτταρα μπορεί να σηματοδοτούν χημικά συστημικούς μηχανισμούς που προσπαθούν να αντισταθμίσουν την έλλειψη ενέργειας και οξυγόνου. Οι τραυματισμοί και οι ασθένειες μπορούν να ξεκινήσουν την κυτταρική υποξία. Η θεραπεία της κυτταρικής υποξίας συνεπάγεται την αντικατάσταση του οξυγόνου, των υγρών και της διατροφής.
Χωρίς επαρκή παροχή οξυγόνου, η μεταφορά ηλεκτρονίων μέσα στο κύτταρο δεν λειτουργεί σωστά. Συσσώρευση ηλεκτρονίων, προκαλώντας μια πολύπλοκη εξέλιξη κυτταρικών αστοχιών. Τα μιτοχόνδρια, το οργανίδιο που παράγει ενέργεια μέσα στα κύτταρα, χάνει το δυναμικό της μεμβράνης και σταματά να παράγει τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP). Μη έχοντας σταθερή παροχή τροφής, τα κύτταρα εξαντλούν τα αποθέματα ATP. Αυτή η δράση μπορεί επίσης να προκαλέσει μια φλεγμονώδη διαδικασία, δημιουργώντας βλάβη στους ιστούς.
Τα κύτταρα εκπέμπουν χημικά σήματα που ενθαρρύνουν τη ροή του αίματος σε μια προσπάθεια να πάρουν περισσότερο οξυγόνο. Το γαλακτικό οξύ και το μονοξείδιο του αζώτου σχηματίζονται, προκαλώντας ένα όξινο περιβάλλον. Οι αναποτελεσματικές ηλεκτρικές ώσεις επηρεάζουν τα λυσοσώματα που παύουν να μεταβολίζουν τα κυτταρικά απόβλητα. Η συσσώρευση ηλεκτρονίων παρεμποδίζει επίσης τη δραστηριότητα της αντλίας νατρίου-καλίου, επιτρέποντας στο κάλιο να πλημμυρίσει σε επιπλέον κυτταρικούς χώρους και να εισέλθει το νάτριο και το νερό στο κύτταρο, προκαλώντας με τη σειρά του κυτταρικό οίδημα και πιθανή ρήξη. Η κυτταρική υποξία μεταβάλλει επίσης τα κυτταρικά αποθέματα ασβεστίου που απαιτούνται για τη σωστή λειτουργία της μεμβράνης και την απελευθέρωση νευροδιαβιβαστών μέσα στο κύτταρο.
Η βλάβη της μεμβράνης πυροδοτεί την απελευθέρωση ενζύμων που ξεκινούν την πέψη του κυττάρου. Χωρίς προστατευτική μεμβράνη, το κύτταρο πεθαίνει, προκαλώντας κυτταρικά απόβλητα, ένζυμα και άλλες χημικές ουσίες να εισέλθουν στην κυκλοφορία του αίματος. Το γαλακτικό οξύ και το μονοξείδιο του αζώτου σε επαρκείς ποσότητες προκαλούν συστημικές αποκρίσεις. Το γαλακτικό οξύ μειώνει τη συσταλτική ικανότητα της καρδιάς. Τα όξινα σήματα απευαισθητοποιούν επίσης τα αρτηρίδια, μειώνοντας την αγγειακή ανταπόκριση στις ορμόνες του κεντρικού νευρικού συστήματος. Το μονοξείδιο του αζώτου προκαλεί αγγειοδιαστολή, αυξάνει τη διαπερατότητα των τριχοειδών και ενεργοποιεί μηχανισμούς πήξης για την αναστολή της απώλειας αίματος. Τα εξωτερικά σημάδια της υποξίας μπορεί να περιλαμβάνουν αυξημένους ρυθμούς αναπνοής καθώς το σώμα προσπαθεί να αντικαταστήσει το οξυγόνο.
Η υποξία προκαλείται από οποιαδήποτε περίσταση που παρεμποδίζει την πρόσβαση οξυγόνου, συμπεριλαμβανομένου του τραύματος αμβλείας δύναμης, της απώλειας υγρών και της βλάβης των ιστών από παρατεταμένη ασκούμενη πίεση. Ασθένειες που εμποδίζουν την κανονική ροή του αίματος ή μειώνουν την πρόσληψη οξυγόνου συμβάλλουν επίσης στην κυτταρική υποξία. Ορισμένοι ερευνητές πιστεύουν ότι η διατήρηση μιας διατροφής με υψηλή περιεκτικότητα σε πολυακόρεστα λίπη μειώνει τη διαπερατότητα της μεμβράνης και την ικανότητα του κυττάρου να απορροφά οξυγόνο. Οι επιστήμονες εικάζουν ότι τα κύτταρα που λιμοκτονούν από οξυγόνο και οι διαδικασίες που ακολουθούν μπορεί να δημιουργήσουν περιβάλλοντα που ενθαρρύνουν την ανάπτυξη καρκινικού όγκου.
Η θεραπεία και η διαχείριση της υποξίας περιλαμβάνουν γενικά μέτρα φροντίδας. Το συμπληρωματικό οξυγόνο και τα ενδοφλέβια υγρά αποτρέπουν περαιτέρω κυτταρική βλάβη και ενθαρρύνουν την κυτταρική αναπαραγωγή εξασφαλίζοντας επαρκή ροή αίματος και παροχή οξυγόνου. Η παροχή από του στόματος ή ενδοφλέβιας διατροφής βοηθά τα κύτταρα να αποκτήσουν τα απαραίτητα θρεπτικά συστατικά για την κυτταρική λειτουργία. Οι πάροχοι υγειονομικής περίθαλψης μπορεί επίσης να συνταγογραφήσουν φάρμακα που αναστέλλουν τη φλεγμονώδη διαδικασία.