一、缺O(jiān)2和CO2潴留的發(fā)生機制
（一）通氣不足 在靜息呼吸空氣時，總肺泡通氣量約為4L/min，才能維持正常的肺泡氧和二氧化碳分壓。肺泡通氣量減少，肺泡氧分壓下降，二氧化碳分壓上升。呼吸空氣條件下（吸入氧濃度為20.93%，二氧化碳接近零。
（二）通氣／血流比例失調 肺泡的通氣與灌注周圍毛細血管血流的比例必須協(xié)調，才能保證有效的氣體交換。正常每分鐘肺泡通氣量（VA）4L，肺毛細血管血流量（Q）5L，兩者之比為0.8.如肺泡通氣量在比率上大于血流量（＞0.8）。則形成生理死腔增加，即為無效腔效應；肺泡通氣量在比率上小于血流量（＜0.8），使肺動脈的混合靜脈血未經充分氧合進入肺靜脈 ，則形成 動靜脈樣分流。通氣／血流比例失調，產生缺O(jiān)2，而無CO2潴留。此因混合靜脈血與動脈血的氧分壓差要比CO2分壓差大得多，前者為7.98kPa，而后者僅0.79kPa，相差10倍。故可藉健全的肺泡過度通氣，排出較多的CO2，以代償通氣不足肺泡潴留的CO2，甚至可排出更多的CO2，發(fā)生呼吸性堿中毒。由于血紅蛋白氧離解曲線的特性，正常肺泡毛細血管血氧飽和度已處于平坦段，即使增加通氣量，吸空氣時，肺泡氧分壓雖有所增加，但血氧飽和度上升甚少，因此藉健全的通氣過度的肺泡不能代償通氣不足的肺泡所致的攝氧不足，因而發(fā)生缺O(jiān)2.
（三）肺動-靜脈樣分流 由于肺部病變如肺泡萎陷、肺不張、肺水腫和肺炎實變均可引起肺動脈樣分流增加，使靜脈血沒有接觸肺泡氣進行氣體交換的機會。因此，提高吸氧濃度并不能提高動脈血氧分壓。分流量越大，吸氧后提高動脈血的氧分壓效果越差，如分流量超過30%以上，吸氧對氧分壓的影響有限。
（四）彌散障礙 氧彌散能力僅為二氧化碳的1／20，故在彌散障礙時，產生單純缺氧。
（五）氧耗量 氧耗量增加是加重缺O(jiān)2的原因之一，發(fā)熱、寒戰(zhàn)、呼吸困難和抽搐均將增加氧耗量。寒戰(zhàn)耗氧量可達500ml/min，嚴重哮喘，隨著呼吸功的增加，氧耗量可為正常的十幾倍。氧耗量增加，肺泡氧分壓下降，正常人藉助增加通氣量以防止缺氧。氧耗量增加的通氣功能障礙的患者，肺泡氧分壓不能提高，缺氧亦難緩解。
二、缺O(jiān)2、CO2潴留對機體的影響
（一）對中樞神經的影響 腦組織耗氧量約占全身耗量的1/5－1/4.中樞皮質神經原細胞對缺氧最為敏感，缺O(jiān)2的程度和發(fā)生的急緩對中樞神經產次價高生不同的影響。如突然中斷供O2，改吸純氮20秒鐘可出現(xiàn)深昏迷和全身抽搐。逐漸降低吸O2的濃度，癥狀出現(xiàn)緩慢，輕度缺O(jiān)2可引起注意力不集中、智力減退、定向障礙；隨缺O(jiān)2加重，動脈血氧分壓（PaO2）低于6.66kPa 可致煩躁不安、神志恍惚、譫妄；低于3.99kPa時，會使神志喪失，乃至昏迷；低于2.66kPa則會發(fā)生不可逆轉的腦細胞損傷。
CO2潴留使腦脊液氫離子濃度增加，影響腦細胞代謝，降低腦細胞興奮性，抑制皮質活動；隨著CO2的增加，對皮質下層刺激加強，引起皮質興奮；若CO2繼續(xù)升高，皮質下層受抑制，使中樞神經處于麻醉狀態(tài)。在出現(xiàn)麻醉前的患者，往往有失眠、精神興奮、煩躁不安的先兆興奮癥狀。
缺O(jiān)2和CO2潴留均會使腦血管擴張，血流阻力減小，血流量增加以代償之。嚴重缺O(jiān)2會發(fā)生腦細胞內水腫，血管通透性增加，引起腦間質水腫，導致顱內壓增高，擠壓腦組織，壓迫血管，進而加重腦組織缺O(jiān)2，形成惡性循環(huán)。
（二）對心臟、循環(huán)的影響 缺O(jiān)2可刺激心臟，使心率加快和心搏量增加，血壓上升。冠狀動脈血流量在缺O(jiān)2時明顯增加，心臟的血流量遠超過腦和其他臟器。心肌對缺O(jiān)2十分敏感，早期輕度缺O(jiān)2即在心電圖上顯示出現(xiàn)，急性嚴重缺O(jiān)2可導致心室顫動或心臟驟停。缺O(jiān)2和CO2潴留均能引起肺動脈小血管收縮而增加肺循環(huán)阻力，導致肺動脈高壓和增加右心負擔。
吸入氣中CO2濃度增加，可使心率加快，心搏量增加，使腦、冠狀血管舒張，皮下淺表毛細血管和靜脈擴張，而使脾和肌肉的血管收縮，再加心搏量增加，故血壓仍升高。
（三）對呼吸影響 缺O(jiān)2對呼吸的影響遠較CO2潴留的影響為小。缺O(jiān)2主要通過頸動脈竇和主動脈體化學感受器的反射作用刺激通氣，如缺O(jiān)2程度緩慢加重，這種反射遲鈍。
CO2是強有力的呼吸中樞興奮劑，吸入CO2濃度增加，通氣量成倍增加，急性CO2潴留出現(xiàn)深大快速的呼吸；但當吸入超過12％CO2濃度時，通氣量不再增加，呼吸中樞處于被抑制狀態(tài)。而慢性高碳酸血癥，并無通氣量相應增加，反而有所下降，這與呼吸中樞反應性遲鈍、通過腎臟對碳酸氫鹽再吸收和H＋排出，使血pH值無明顯下降，還與患者氣阻力增加、肺組織損害嚴重，胸廓運動的通氣功能減退有關。
（四）對肝、腎和造血系統(tǒng)的影響 缺O(jiān)2可直接或間接損害肝使谷丙轉氨酶上升，但隨著缺O(jiān)2的糾正，肝功能逐漸恢復正常。
動脈血氧降低時，腎血流量、腎小球濾過量、尿排出量和鈉的排出量均有增加；但當PaO2＜5.3kPa時，腎血流量減少，腎功能受到抑制。
組織低氧分壓可增加紅細胞生成素促使紅細胞增生。腎臟和肝臟產生一種酶，將血液中非活性紅細胞生成素的前身物質激活成生成素，刺激骨髓引起繼發(fā)性紅細胞增多。有利于增加血液攜氧量，但亦增加血液粘稠度，加重肺循環(huán)和右心負擔。
輕度CO2潴留會擴張腎血管，增加腎血流量，尿量增加；當PaCO2超過8.64kPa，血pH明顯下降，則腎血管痙攣，血流減少，HCO3－和Na＋再吸收增加，尿量減少。
（五）對酸堿平衡和電解質的影響 嚴重缺O(jiān)2可抑制細胞能量代射的中間過程，如三羧酸循環(huán)、氧化磷酸化作用和有關酶的活動。這不但降低產生能量效率，還因產生乳酸和無機磷引起代謝性酸中毒。由于能量不足，體內離子轉運的鈉泵遭損害，使細胞內鉀離子轉移至血液，而Na＋和H＋進入細胞內，造成細胞內酸中毒和高鉀血癥。代謝性酸中毒產生的固定酸與緩沖系統(tǒng)中碳酸氫鹽起作用，產生碳酸，使組織二氧化碳分壓增高。
PH值取決于碳酸氫鹽與碳酸的比值，前者靠腎臟調節(jié)（1－3天），而碳酸調節(jié)靠肺（數(shù)小時）。健康人每天由肺排出碳酸達15000mmol之多，故急性呼衰CO2潴留對pH影響十分迅速，往往與代謝性酸中毒同時存在時，因嚴重酸中毒引起血壓下降，心律失常，乃至心臟停搏。而慢性呼衰因CO2潴留發(fā)展緩慢，腎減少碳酸氫排出，不致使pH明顯降低。因血中主要陰離子HCO3－和CI－之和為一常數(shù)，當HCO3－增加，則CI－相應降低，產生低氯血癥。
（一）通氣不足 在靜息呼吸空氣時，總肺泡通氣量約為4L/min，才能維持正常的肺泡氧和二氧化碳分壓。肺泡通氣量減少，肺泡氧分壓下降，二氧化碳分壓上升。呼吸空氣條件下（吸入氧濃度為20.93%，二氧化碳接近零。
（二）通氣／血流比例失調 肺泡的通氣與灌注周圍毛細血管血流的比例必須協(xié)調，才能保證有效的氣體交換。正常每分鐘肺泡通氣量（VA）4L，肺毛細血管血流量（Q）5L，兩者之比為0.8.如肺泡通氣量在比率上大于血流量（＞0.8）。則形成生理死腔增加，即為無效腔效應；肺泡通氣量在比率上小于血流量（＜0.8），使肺動脈的混合靜脈血未經充分氧合進入肺靜脈 ，則形成 動靜脈樣分流。通氣／血流比例失調，產生缺O(jiān)2，而無CO2潴留。此因混合靜脈血與動脈血的氧分壓差要比CO2分壓差大得多，前者為7.98kPa，而后者僅0.79kPa，相差10倍。故可藉健全的肺泡過度通氣，排出較多的CO2，以代償通氣不足肺泡潴留的CO2，甚至可排出更多的CO2，發(fā)生呼吸性堿中毒。由于血紅蛋白氧離解曲線的特性，正常肺泡毛細血管血氧飽和度已處于平坦段，即使增加通氣量，吸空氣時，肺泡氧分壓雖有所增加，但血氧飽和度上升甚少，因此藉健全的通氣過度的肺泡不能代償通氣不足的肺泡所致的攝氧不足，因而發(fā)生缺O(jiān)2.
（三）肺動-靜脈樣分流 由于肺部病變如肺泡萎陷、肺不張、肺水腫和肺炎實變均可引起肺動脈樣分流增加，使靜脈血沒有接觸肺泡氣進行氣體交換的機會。因此，提高吸氧濃度并不能提高動脈血氧分壓。分流量越大，吸氧后提高動脈血的氧分壓效果越差，如分流量超過30%以上，吸氧對氧分壓的影響有限。
（四）彌散障礙 氧彌散能力僅為二氧化碳的1／20，故在彌散障礙時，產生單純缺氧。
（五）氧耗量 氧耗量增加是加重缺O(jiān)2的原因之一，發(fā)熱、寒戰(zhàn)、呼吸困難和抽搐均將增加氧耗量。寒戰(zhàn)耗氧量可達500ml/min，嚴重哮喘，隨著呼吸功的增加，氧耗量可為正常的十幾倍。氧耗量增加，肺泡氧分壓下降，正常人藉助增加通氣量以防止缺氧。氧耗量增加的通氣功能障礙的患者，肺泡氧分壓不能提高，缺氧亦難緩解。
二、缺O(jiān)2、CO2潴留對機體的影響
（一）對中樞神經的影響 腦組織耗氧量約占全身耗量的1/5－1/4.中樞皮質神經原細胞對缺氧最為敏感，缺O(jiān)2的程度和發(fā)生的急緩對中樞神經產次價高生不同的影響。如突然中斷供O2，改吸純氮20秒鐘可出現(xiàn)深昏迷和全身抽搐。逐漸降低吸O2的濃度，癥狀出現(xiàn)緩慢，輕度缺O(jiān)2可引起注意力不集中、智力減退、定向障礙；隨缺O(jiān)2加重，動脈血氧分壓（PaO2）低于6.66kPa 可致煩躁不安、神志恍惚、譫妄；低于3.99kPa時，會使神志喪失，乃至昏迷；低于2.66kPa則會發(fā)生不可逆轉的腦細胞損傷。
CO2潴留使腦脊液氫離子濃度增加，影響腦細胞代謝，降低腦細胞興奮性，抑制皮質活動；隨著CO2的增加，對皮質下層刺激加強，引起皮質興奮；若CO2繼續(xù)升高，皮質下層受抑制，使中樞神經處于麻醉狀態(tài)。在出現(xiàn)麻醉前的患者，往往有失眠、精神興奮、煩躁不安的先兆興奮癥狀。
缺O(jiān)2和CO2潴留均會使腦血管擴張，血流阻力減小，血流量增加以代償之。嚴重缺O(jiān)2會發(fā)生腦細胞內水腫，血管通透性增加，引起腦間質水腫，導致顱內壓增高，擠壓腦組織，壓迫血管，進而加重腦組織缺O(jiān)2，形成惡性循環(huán)。
（二）對心臟、循環(huán)的影響 缺O(jiān)2可刺激心臟，使心率加快和心搏量增加，血壓上升。冠狀動脈血流量在缺O(jiān)2時明顯增加，心臟的血流量遠超過腦和其他臟器。心肌對缺O(jiān)2十分敏感，早期輕度缺O(jiān)2即在心電圖上顯示出現(xiàn)，急性嚴重缺O(jiān)2可導致心室顫動或心臟驟停。缺O(jiān)2和CO2潴留均能引起肺動脈小血管收縮而增加肺循環(huán)阻力，導致肺動脈高壓和增加右心負擔。
吸入氣中CO2濃度增加，可使心率加快，心搏量增加，使腦、冠狀血管舒張，皮下淺表毛細血管和靜脈擴張，而使脾和肌肉的血管收縮，再加心搏量增加，故血壓仍升高。
（三）對呼吸影響 缺O(jiān)2對呼吸的影響遠較CO2潴留的影響為小。缺O(jiān)2主要通過頸動脈竇和主動脈體化學感受器的反射作用刺激通氣，如缺O(jiān)2程度緩慢加重，這種反射遲鈍。
CO2是強有力的呼吸中樞興奮劑，吸入CO2濃度增加，通氣量成倍增加，急性CO2潴留出現(xiàn)深大快速的呼吸；但當吸入超過12％CO2濃度時，通氣量不再增加，呼吸中樞處于被抑制狀態(tài)。而慢性高碳酸血癥，并無通氣量相應增加，反而有所下降，這與呼吸中樞反應性遲鈍、通過腎臟對碳酸氫鹽再吸收和H＋排出，使血pH值無明顯下降，還與患者氣阻力增加、肺組織損害嚴重，胸廓運動的通氣功能減退有關。
（四）對肝、腎和造血系統(tǒng)的影響 缺O(jiān)2可直接或間接損害肝使谷丙轉氨酶上升，但隨著缺O(jiān)2的糾正，肝功能逐漸恢復正常。
動脈血氧降低時，腎血流量、腎小球濾過量、尿排出量和鈉的排出量均有增加；但當PaO2＜5.3kPa時，腎血流量減少，腎功能受到抑制。
組織低氧分壓可增加紅細胞生成素促使紅細胞增生。腎臟和肝臟產生一種酶，將血液中非活性紅細胞生成素的前身物質激活成生成素，刺激骨髓引起繼發(fā)性紅細胞增多。有利于增加血液攜氧量，但亦增加血液粘稠度，加重肺循環(huán)和右心負擔。
輕度CO2潴留會擴張腎血管，增加腎血流量，尿量增加；當PaCO2超過8.64kPa，血pH明顯下降，則腎血管痙攣，血流減少，HCO3－和Na＋再吸收增加，尿量減少。
（五）對酸堿平衡和電解質的影響 嚴重缺O(jiān)2可抑制細胞能量代射的中間過程，如三羧酸循環(huán)、氧化磷酸化作用和有關酶的活動。這不但降低產生能量效率，還因產生乳酸和無機磷引起代謝性酸中毒。由于能量不足，體內離子轉運的鈉泵遭損害，使細胞內鉀離子轉移至血液，而Na＋和H＋進入細胞內，造成細胞內酸中毒和高鉀血癥。代謝性酸中毒產生的固定酸與緩沖系統(tǒng)中碳酸氫鹽起作用，產生碳酸，使組織二氧化碳分壓增高。
PH值取決于碳酸氫鹽與碳酸的比值，前者靠腎臟調節(jié)（1－3天），而碳酸調節(jié)靠肺（數(shù)小時）。健康人每天由肺排出碳酸達15000mmol之多，故急性呼衰CO2潴留對pH影響十分迅速，往往與代謝性酸中毒同時存在時，因嚴重酸中毒引起血壓下降，心律失常，乃至心臟停搏。而慢性呼衰因CO2潴留發(fā)展緩慢，腎減少碳酸氫排出，不致使pH明顯降低。因血中主要陰離子HCO3－和CI－之和為一常數(shù)，當HCO3－增加，則CI－相應降低，產生低氯血癥。