1.二氧化碳對腦的作用 二氧化碳是腦血流的主要調節者，PaCO2增高時腦血管擴張腦血流增加，血管通透性增加，導致顱內壓增高和腦水腫。過高的PaCO2有類似于笑氣(N2O)的麻醉作用，引起昏迷。
2.腦細胞酸中毒 臨床上常見PaCO2已達到相當高的水平，仍不發生肺腦性腦病癥狀，但若腦脊液的pH一旦降低，則迅速發生神經精神癥狀，呼吸衰竭時的高碳酸血癥，導致血中氫離子濃度增加，當超過血中緩沖對調節能力和腎臟的代償范圍時，引起血中的pH下降和呼吸性酸中毒。血中過多的氫離子緩慢通過血-腦屏障進入腦脊液，使腦脊液pH值下降，腦細胞內的氫離子濃度增加，導致腦組織酸中毒。
3.缺氧對腦細胞的作用 缺氧可導致腦細胞的無氧代謝，產生非揮發性酸中毒和代謝性酸中毒，嚴重缺氧可影響腦細胞的功能，甚至引起腦細胞的不可逆損傷和死亡。