在海平大氣壓下，於靜息條件下呼吸室內空氣，並排除心內解剖分流和原發於心排血量降低等情況後，動脈血氧分壓（PaO2）低於8kPa（60mmHg），或伴有二氧化碳分壓（PaCO2）高於6.65kPa（50mmHg）。
1、呼吸道病變
支氣管炎症、支氣管痙攣、異物等阻塞氣道，引起通氣不足，氣體分佈不勻導致通氣/血流比例失調，發生缺氧和二氧化碳瀦留。
2、肺組織病變
肺炎、重度肺結核、肺氣腫、彌散性肺纖維化、成人呼吸窘迫綜合徵（ARDS）等，可引起肺容量、通氣量、有效彌散面積減少，通氣/血流比例失調導致肺動脈樣分流，引起缺氧和（或）二氧化碳瀦留。
3、肺血管疾病
肺血管栓塞、肺梗死等，使部分靜脈血流入肺靜脈，發生缺氧。
4、胸廓病變
如胸廓外傷、手術創傷、氣胸和胸腔積液等，影響胸廓活動和肺臟擴張，導致通氣減少吸入氣體不勻影響換氣功能。
5、神經中樞及其傳導系統呼吸肌疾患
腦血管病變、腦炎、腦外傷、藥物中毒等直接或間接抑制呼吸中樞；脊髓灰質炎以及多發性神經炎所致的肌肉神經接頭阻滯影響傳導功能；重症肌無力和等損害呼吸動力引起通氣不足。
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