反應性氧中間體（ROI）如 H2O2及羥自由基，是導致腸屏障功能不全的另一些因素。在缺血-再灌注實驗中，腸缺血可致腸通透性增加，并有氧化反應的證據，缺血-再灌注時，至少可通過兩種機制使氧自由基產生增加：①黃-嘌-呤氧化酶反應。②腸微血管中白細胞的NADPH氧化酶催化的反應。應用氧自由基清除劑或抑制黃-嘌-呤氧化酶，可減輕缺血-再灌注時的腸黏膜屏障功能損傷。

氧自由基可使上皮及內皮細胞通透性增加，雖然具體機制仍不完-全清楚，但ATP耗盡可能是上皮細胞功能損傷的最后共同途徑。氧自由基產生可抑制葡萄糖分解過程中的關鍵酶——甘油醛-3-磷酸脫氫酶，自由基也可損傷線粒體，抑制ADP氧化磷酸化形成ATP的過程。另一機制可能是激活多ADP核糖聚合酶（PARP），PARP催化核蛋白多ADP核糖過程，消耗NAD，最后導致ATP耗盡，細胞內鈣離子濃度升高，如損傷較重，則可使細胞死亡。