高碳酸血症是指动脉血二氧化碳分压(arterial carbon dioxide tension, PaCO₂)升高。动脉血中CO₂水平与CO2生成速率[CO2生成量(VCO₂)]成正比，与肺对CO₂的清除速率[肺泡通气量(VA)]成反比。而VA由每分钟通气量(minute ventilation, VE)以及死腔量(dead space volume, VD)与潮气量(tidal volume, VT)的比值决定(VA = VE x [1 - VD/VT])。死腔量增加和每分钟通气量减少是高碳酸血症的常见原因。

　　高碳酸血症发生机制

　　外呼吸功能包括肺通气和肺换气两个环节，无论是急性呼衰还是慢性呼衰,都是由各种病因通过引起严重的通气障碍和(或)换气障碍而导致的，包括：

　　①肺总通气量减少或无效腔通气量增大→肺泡通气不足而引起呼衰;

　　②弥散过程受阻、肺泡通气/血流比例失调或肺内解剖分流增加→换气障碍→呼吸衰竭。

　　其中CO₂的排出主要受肺泡通气量( alveolar ventilation,Va)的控制。肺泡通气量=分钟通气量-死腔通气量=(潮气量-死腔量)*呼吸频率;

　　通常情况下，COPD患者因为体内激素浓度的变化、感染应激、营养不良、动态肺过度充气以及通气需求增加等因素出现呼吸泵功能障碍。而呼吸泵功能障碍进一步加剧了吸气肌负荷和/或降低吸气容量。最终影响CO₂的排出。

　　急性呼吸衰竭的特征是低氧血症和/或高碳酸血症。慢性通气功能不全时，高碳酸血症可能持续存在，但肾脏代偿机制可以通过碳酸氢盐潴留改善呼吸性酸中毒。在这种情况下，pH值可能是正常的，血液和组织HCO3−浓度升高。持续慢性低通气伴动脉血二氧化碳压(PaCO₂)升高可能被理解为中央呼吸中枢的保护机制，以避免呼吸肌持续过度做功导致的重度损伤。但长期高碳酸血症本身是一个独立的负面预后因素。

　　细胞层面：在细胞水平上，高碳酸血症会降低脂多糖刺激的中性粒细胞释放IL-8，而高碳酸血症则会减弱肺中性粒细胞的募集和功能。

　　抑制肺上皮细胞修复和功能：可能的机制是通过抑制NF-kB途径，减少细胞迁移和改变基质金属蛋白酶活性。

　　肾功能：减少肾血浆流量，增加肾血管阻力。

　　膈肌：高碳酸酸中毒已被证明通过内皮介导的膈动脉张力改变来调节大鼠膈肌生成反应。当PaCO₂值<80mmHg的高碳酸性酸中毒引起膈肌张力增强。相反，PaCO2>80mmHg的高碳酸性酸中毒通过内皮依赖的抑制机制抑制肌张力。

　　肺循环：引起平均肺动脉压(mPAP)和肺血管阻力(PVR)的升高。

　　在COPD患者中，白天高碳酸血症(PaCO₂>45mmHg)会影响患者的再次住院率和死亡率。而在睡眠期间，由于上呼吸道阻力/阻塞增加以及睡眠对呼吸控制的影响等生理变化，CO₂可能进一步积累。因此对这类患者的长期居家无创通气不仅要观察白天的指标还要观察夜晚的PaCO₂指标。根据德国国家慢性呼吸衰竭治疗指南发布的有条件建议，居家NIV开始的标准是白天PaCO₂水平为50mmHg或更高，夜间PaCO₂水平为55mmHg或更高，或轻度日间高碳酸血症(PaCO₂>45-50mmhg;，夜间PaCO₂升高至少10mmHg。