Необратимый компонент бронхиальной обструкции определяется эмфиземой и перибронхиальным фиброзом. Эмфизема формируется в основном в результате истощения (инактивации вследствие оксидативного стресса) местных ингибиторов протеаз и под влиянием нейтрофильных протеаз, разрушающих эластическую строму альвеол. Вследствие этого из-за нарушения эластических свойств легких изменяется механика дыхания и формируется экспираторный коллапс, являющийся основной причиной необратимой бронхиальной обструкции. Перибронхиальный фиброз как естественное следствие хронического воспаления вносит меньший вклад в формирование необратимого компонента, чем эмфизема.
Одним из важных элементов вторичных механизмов патогенеза ХОБ является неравномерность вентиляционно-перфузионных отношений. Перфузия плохо вентилируемых зон ведет к снижению артериальной оксигенации, избыточная вентиляция недостаточно перфузируемых зон приводит к росту вентиляции мертвого пространства и задержке выделения СО2. Наиболее выражены эти явления при физической нагрузке.
Хроническая гипоксия ведет к компенсаторному эритроцитозу — вторичной полицитемии с соответствующим гипервискозным синдромом и нарушениями микроциркуляции, которые усугубляют вентиляционно-перфузионные несоответствия. Все это создает условия для повышения давления в бассейне легочной артерии и для формирования легочного сердца. Одним из вторичных механизмов, усугубляющих бронхиальную обструкцию и ведущих к нарастанию всех признаков болезни, являются обострения инфекционного процесса в респираторной системе. В условиях мукостаза, местного, а иногда и системного иммунодефицита колонизация микроорганизмов может принять неконтролируемый характер и перейти качественно в другую форму взаимоотношения с макроорганизмом — инфекционный эпизод. Возможен и другой путь — обычное заражение высоковирулентной флорой воздушно-капельным путем, что легко реализуется в условиях нарушенных защитных механизмов.
Весьма весомым компонентом патогенеза ХОБ является утомление дыхательной мускулатуры, что, в свою очередь, снижает работу дыхания и усугубляет вентиляционные нарушения.
У ряда лиц, больных ХОБ, наблюдается синдром обструктивного апноэ во сне. Сочетание бронхиальной обструкции, характерной для ХОБ, с ночным апноэ, называется синдромом перекреста (overlap syndrom), при котором максимально выражены нарушения газообмена. Существует мнение, что у большинства больных хроническая гиперкапния формируется преимущественно в ночное время.