Hapnikupuudust raku tasandil nimetatakse raku hüpoksiaks. Kui seda ei korrigeerita või ümber pöörata, lakkab rakusisene funktsioon, mis viib lõpuks rakusurma. Sõltuvalt kahanemise ulatusest võivad rakud anda keemiliselt signaali süsteemsetest mehhanismidest, mis püüavad kompenseerida energia- ja hapnikupuudust. Vigastused ja haigused võivad põhjustada rakkude hüpoksiat. Rakkude hüpoksia ravimine hõlmab hapniku, vedelike ja toitumise asendamist.
Ilma piisava hapnikuvarustuseta ei toimi rakusisene elektronide transport korralikult. Elektronide kogunemine, mis põhjustab raku rikete keerulist progresseerumist. Mitokondrid, rakkudes energiat tootvad organellid, kaotavad membraanipotentsiaali ja lõpetavad adenosiintrifosfaadi (ATP) tootmise. Kuna rakud ei varusta pidevalt toitu, kahandavad ATP varusid. See tegevus võib samuti vallandada põletikulise protsessi, põhjustades kudede kahjustusi.
Rakud eraldavad keemilisi signaale, mis soodustavad verevoolu, püüdes saada rohkem hapnikku. Moodustuvad piimhape ja lämmastikoksiid, põhjustades happelise keskkonna. Ebaefektiivsed elektriimpulsid mõjutavad lüsosoome, mis lõpetavad raku jääkproduktide metabolismi. Elektronide akumuleerumine häirib ka naatrium-kaaliumpumba aktiivsust, võimaldades kaaliumil tungida rakuvälistesse ruumidesse ning naatriumil ja vees siseneda rakku, põhjustades omakorda rakuturset ja võimalikku rebenemist. Rakkude hüpoksia muudab ka raku kaltsiumivarusid, mis on vajalikud membraani nõuetekohaseks toimimiseks ja neurotransmitterite vabanemiseks rakus.
Membraanide kahjustus käivitab ensüümide vabanemise, mis hakkavad rakku seedima. Kaitsemembraani puudumisel rakk sureb, põhjustades rakujäätmete, ensüümide ja muude kemikaalide sisenemist vereringesse. Piimhape ja lämmastikoksiid piisavas koguses käivitavad süsteemsed reaktsioonid. Piimhape vähendab südame kokkutõmbumisvõimet. Happelised signaalid desensibiliseerivad ka arterioole, vähendades veresoonte tundlikkust kesknärvisüsteemi hormoonidele. Lämmastikoksiid põhjustab vasodilatatsiooni, suurendab kapillaaride läbilaskvust ja käivitab verekaotuse pärssimiseks hüübimismehhanismid. Hüpoksia välisteks tunnusteks võivad olla suurenenud hingamissagedus, kuna keha püüab hapnikku asendada.
Hüpoksiat põhjustavad mis tahes asjaolud, mis takistavad hapniku juurdepääsu, sealhulgas nüri jõuga trauma, vedelikukaotus ja koekahjustused pikaajalisest survest. Rakkude hüpoksiat soodustavad ka haigused, mis takistavad normaalset verevoolu või vähendavad hapnikutarbimist. Mõned teadlased usuvad, et kõrge polüküllastumata rasvade sisaldusega dieedi säilitamine vähendab membraanide läbilaskvust ja raku võimet omastada hapnikku. Teadlased oletavad, et hapnikuvaesed rakud ja sellele järgnevad protsessid võivad luua keskkonna, mis soodustab vähkkasvaja kasvu.
Hüpoksia ravi ja juhtimine hõlmavad üldisi hooldusmeetmeid. Täiendav hapnik ja intravenoossed vedelikud hoiavad ära edasise rakukahjustuse ja soodustavad rakkude replikatsiooni, tagades piisava verevoolu ja hapnikuvarud. Suukaudne või intravenoosne toitmine aitab rakkudel omandada raku funktsiooniks vajalikke toitaineid. Tervishoiutöötajad võivad välja kirjutada ka ravimeid, mis pärsivad põletikulist protsessi.