氧自由基的產生和清除失衡產生“氧化應激”反應。生理狀態下，氧化應激可調節細胞功能、受體信號和免疫反應，但過度的氧化應激則會通過促進血管平滑肌和炎癥細胞的生長和遷移、降解細胞外基質、促進內皮細胞凋亡、激活轉錄因子（NF-kB、AP-1）、促進炎癥因子和黏附分子（ICAM-1, VCAM-1 , E-選擇素）過表達等方式損傷內皮細胞。氧化應激主要由氧自由基介導，統稱活性氧物種（ROS）。ROS主要與被血管緊張素II（AtII）、血流切應力、高血糖等激活的NADPH-氧化酶有關。ROS增加胞質內鈣離子濃度，減少NO的生成，使血管舒張作用減弱。同時，鈣離子內流消耗ATP，使ATP減少。NO和ATP共同減少導致血管內皮受損。