慢性呼吸衰竭时由于肺泡通气不足、通气／血流比例失调、弥散功能障碍等导致缺氧及二氧化碳潴留。由于氧的弥散力仅为二氧化碳的1／20，在病理情况下，弥散障碍主要影响的是氧的交换，出现低氧血症。慢性阻塞性肺气肿出现呼吸衰竭首先表现为低氧血症，病情进一步加重则可合并二氧化碳潴留。血气分析结果在非吸氧情况下应为动脉血氧分压降低，二氧化碳分压增高，而不应出现氧分压正常或增高结果。