Kallbrand kallas också gangrän och förekommer med eller utan bakteriell infektion. Kallbrand utan bakterieinfektion kan uppträda i samband med sjukdomar eller skador som ger dålig cirkulation. En långsam strypning av blod- och syretillförseln i vävnaden gör att området torkar ut. Detta kallas torr gangrän. Denna sjukdom breder inte ut sig till den omkringliggande vävnaden, men kan i sällsynta fall utveckla sig till fuktig gangrän.
Vid kallbrand som har bildat sår riskerar såret att infekteras med bakterier. Det är oftast helt vanliga bakterier som vi har på hud och slemhinnor som infekterar ett sådant sår. Dessa bakterier löser upp vävnaden och får såret att ruttna och bilda en grönsvart, illaluktande substans. Det är mycket smärtsamt. När smärtorna först upphör beror det på att kallbranden är mycket framskriden. Denna typ av gangrän kallas också fuktig gangrän.
Den värsta formen av kallbrand kallas gasgangrän. Denna form kan utvecklas i vävnadsskador med större öppna sår som är förorenade med jord. Här finns en bakterie vid namn Clostridium perfringens. Den formerar sig snabbt i förstörd vävnad med ett lågt syreinnehåll där den producerar vävnadsnedbrytande enzymer och giftämne, varvid den avger illaluktande gas och dödar de omgivande friska cellerna så att infektionen sprider sig. Rör man vid denna infekterade, gasfyllda vävnad uppstår ett karaktäristiskt knastrande ljud. Bakterierna utsöndrar dessutom ett giftämne som dödar de celler som finns runt om i området så att både infektionen och förstörelsen av vävnad kan breda ut sig. Giftämnet kan gå över i blodomloppet och där orsaka en allvarlig blodförgiftning.
Gangrän kan uppstå i hud och underhud, i fingrar, fötter, tår, underben och tillika i ben, muskler och senor. I sällsynta fall kan gangrän uppstå i ett helt ben, om blodcirkulationen upphävs. Det kan dessutom förekomma gangrän i ett stycke av tarmen, om blodkärl stoppas till eller kläms av. Också bränn- och krosskador kan åstadkomma vävnadsdöd. Allvarligare fall kan ge feber.
Det går en tid innan kallbrand inträder i t ex en finger. Först kan fingret svullna upp, bli rött och mycket ömt. Därefter går det som regel en timme eller två, från att blodets omlopp stannat helt tills cellerna är så medtagna att de inte kan räddas. Sker detta är det nödvändigt att amputera, annars kan det i den döda delen bildas ett giftämne som kan skada resten av kroppen.
Denna typ av grangrän kan t ex orsakas av ett för hårt lindat bandage eller barns lek med gummiband. Om blodet i en del av kroppen - det kan vara ett finger - förhindras att cirkulera, kan cellerna varken te emot syre och näringsämnen eller bli av med sina avfallsprodukter. Efterhand "stryps" cellerna, då de inte det får syre de behöver, och "drunknar" i sitt eget avfall.
Det förekommer flest fall av kallbrand i mycket kalla områden som Grönland, Sibirien, Alaska, det nordligaste Norge och Sverige och ännu längre norrut. Det är speciellt ytligt placerade kroppsområden som är i fara, där köldpåverkan oftast är störst. Om ett yttre organ som t ex ett öra blir så kallt att det närmar sig fryspunkten kan vattnet i örats celler börja frysa. Detta gör att vattnet utvidgar sig, vilket kan spränga cellerna och därmed döda dem.
En annan återkommande orsak till kallbrand är cirkulationssjukdomar där blodtillförseln till en del av kroppen är nedsatt eller har upphört, samt kärlsjukdomar som blodpropp och åderförkalkning. När kallbrand uppträder i samband med andra sjukdomar - t ex långvarig sockersjuka - beror det på att den andra sjukdomen antingen har förstört blodådrorna i en del av kroppen eller att blodådrorna är så förkalkade att blodet inte längre kommer fram. Effekten blir den samma som om man band ett gummiband om fingret: cellerna kan dö i det område där blodet inte kan nå fram.
I smutsiga förhållanden finns ofta många bakterier. Risken för fuktig gangrän är särskilt stor i sår som har uppstått vid t ex en trafikolycka, och som inte rengjorts ordentligt. För att förhindra att fuktig gangrän breder ut sig placerar man en tät behållare omkring det angripna kroppsområdet. Därefter pumpar man in syre i denna behållare under övertryck, vilket kan hämma förruttnelsebakteriens växt, då de inte trivs i en syrerik miljö.