蛋白质分解代谢是生理应激和内毒素血症代谢反应的基本特征，这种分解代谢影响肌肉、肝脏、消化道蛋白质的代谢。有人认为，内毒素血症及败血症晚期发生多器官功能障碍综合征（multipleorgandysfunctionsysndrome，MODS）或者多器官功能衰竭（multiple organ failure,MOF），可能是因为严重的蛋白分解代谢和ATP生成不足所致。Stoner 发现，内毒素血症及败血症患者接受结肠外高营养治疗时，葡萄糖氧化增多，但仍不能阻断脂肪及蛋白的分解。

由于糖异生增加，糖异生所需的生糖氨基酸释放增加，这主要来源于肌肉蛋白的分解。如糖异生作用降低，则血中氨基酸增多，易造成酸中毒。

Clowes 等证实，败血症患者的血浆可促进试管内肌组织蛋白水解，因此推测循环中可能存在着蛋白水解诱发因子，但具体是什么，目前尚不十分清楚，一般认为是许多因素综合作用的结果。

首先，体内有些激素如肾上腺素﹑糖皮质激素、胰高血糖素有明显的水解蛋白作用，在内毒素血症时浓度增加；其次，某些细胞因子如TNF-α及IL-1可在蛋白水解中起一定作用。给狗和大鼠注射TNF，以及给肿瘤患者应用重组TNF都可引起静息氧消耗增加和高分解代谢，其中许多反应都与TNF剂量呈量效关系。TNF介导高代谢的可能环节是：①作用于三大能源物质，促进应激激素释放。②使PGE₂等产生增多而引起肌肉蛋白分解。IL-1早已被疑为是蛋白水解因子之一，因为注射IL-1后可复制出败血症症状及引起蛋白分解。其他细胞因子可能也参与其中。

蛋白酶也能使蛋白水解增多，主要有两种，即丝氨酸蛋白酶和弹性蛋白酶。半胱氨酸蛋白酶、蛋白激酶B和L由多核细胞、单核-巨噬细胞释放，在MODS及内毒素血症中，这些细胞被激活，溶酶体溶解，释放包括上述两种蛋白酶在内的一系列物质，并进一步激活细胞外各种蛋白酶，参与蛋白的分解。实验表明，手术及损伤后早期即可发现弹性蛋白酶水平增高，且与炎症反应程度呈正比。

在内毒素血症患者中，其弹性蛋白酶水平比正常人高30倍，且弹性蛋白酶水平紧随着临床过程而变化：如患者病情恶化，其水平也一再升高，直至患者死亡；如患者恢复，其弹性蛋白酶水平也随之恢复正常。蛋白激酶B和L的变化与弹性蛋白酶相仿。蛋白酶抑制剂及抑制物质能有效地阻止蛋白酶对自身蛋白的水解。内毒素血症期，随着蛋白酶水平增加，患者血清中抑制蛋白酶的物质、激肽原及抗凝血酶Ⅲ（AT-Ⅲ）明显下降，但不会全部耗尽，一般比正常人减少50%左右，不过AT-Ⅲ的活性下降会更明显。