(一)发病原因
呼吸衰竭的病因可分三大类，即呼吸道梗阻，肺实质性病变和呼吸泵异常。
1.呼吸道梗阻
上呼吸道梗阻在婴幼儿多见，喉是上呼吸道的狭部，是发生梗阻的主要部位，可因感染，神经体液因素(喉痉挛)，异物，先天因素(喉软骨软化)引起，下呼吸道梗阻包括哮喘 ，毛细支气管炎等引起的梗阻，重症肺部感染时的分泌物，病毒性肺炎 的坏死物，均可阻塞细支气管，造成下呼吸道梗阻。
2.肺实质疾患
(1)一般肺实质疾患：包括各种肺部感染如肺炎，毛细支气管炎，间质性肺疾患，肺水肿 等。
(2)新生儿呼吸窘迫综合征 (RDS)：主要由于早产 儿肺发育不成熟，肺表面活性物质缺乏引起广泛肺不张 所致。
(3)急性呼吸窘迫综合征 (ARDS)：常在严重感染，外伤，大手术或其他严重疾患时出现，以严重肺损伤 为特征，两肺间质和肺泡弥散的浸润和水肿为其病理特点。
3.呼吸泵异常
呼吸泵异常包括从呼吸中枢，脊髓到呼吸肌和胸廓各部位的病变，共同特点是引起通气不足，各种原因引起的脑水肿和颅内高压均可影响呼吸中枢，神经系统的病变可以是软性麻痹，如急性感染性多发性神经根炎，也可以是强直性痉挛，如破伤风 ，呼吸泵异常还可导致排痰无力，造成呼吸道梗阻，肺不张和感染，使原有的呼吸衰竭加重，胸部手术后引起的呼吸衰竭也常属此类。
(二)发病机制
1.呼吸衰竭的病理生理
由于呼吸功能异常，使肺脏不能完成机体代谢所需的气体交换，导致动脉血氧下降和CO2潴留即为呼吸衰竭，呼吸衰竭的发生有通气不足和换气障碍两方面原因，前述呼吸衰竭的3类病因均可造成通气不足，主要结果是PCO2升高，伴有不同程度低氧血症，换气障碍为各种肺疾患所致，主要引起PO2下降，PCO2视病情轻重可以降低，正常或增高，需要指出，临床上常有多种因素并存或互相影响的情况，如中枢性呼吸衰竭患儿吞咽困难 ，排痰无力，可合并肺炎;严重肺炎可出现中枢性呼吸衰竭。
呼吸衰竭对脑实质，肾脏和循环系统的功能均有不良影响，缺氧，二氧化碳潴留和呼吸性酸中毒 的共同作用可引起脑水肿，呼吸中枢受损，使通气量减少，其结果又加重呼吸性酸中毒和缺氧，形成恶性循环，此外，缺氧可使肺小动脉收缩，导致肺动脉高压 ，右心负荷增加，严重的呼吸性酸中毒则影响心肌收缩能力，其结果发生循环衰竭，血压明显下降，由于循环功能障碍可导致组织缺氧，肾功能不全，形成代谢性酸中毒 ，后者又促使呼吸性酸中毒难于代偿，酸中毒的程度加重，因而血红蛋白与氧结合能力减低，血氧饱和度进一步下降，形成又一个恶性循环。
肺表面活性物质在呼吸衰竭的发生上有重要作用，各种严重肺损伤常伴有肺Ⅱ型细胞损害，同时炎症渗出的蛋白质对肺表面活性物质有抑制作用，缺氧和酸中毒也影响肺Ⅱ型细胞表面活性物质的合成与分泌，我们曾在重症婴儿肺炎，急性呼吸窘迫综合征(ARDS)和体外循环手术后肺损伤等患儿观察到肺表面活性物质的减少，这是导致或加重呼吸衰竭的一个重要环节。
近年来呼吸肌疲劳在呼吸衰竭发生上的重要作用日益受到重视，尤其是小婴儿膈肌呼吸储备能力小，易于疲劳，在呼吸负荷增加时难以满足通气量增加的要求，更容易发生呼吸衰竭。
危重呼吸衰竭的最严重后果是血液pH值下降，这是CO2潴留和低氧血症的共同结果，体内各种蛋白质与酶的活动，器官正常功能的维持，均有赖于体液内环境pH值的稳定，危重呼吸衰竭引起的严重酸中毒是导致死亡的重要原因。
2.呼吸衰竭类型
(1)低氧血症型呼吸衰竭：又称Ⅰ型呼吸衰竭或换气障碍型呼吸衰竭，主要因肺实质病变引起，血气主要改变是动脉氧分压下降，这类患儿在疾病早期常伴有过度通气，故动脉PCO2常降低或正常，若合并呼吸道梗阻因素，或疾病后期，PCO2也可增高，由于肺部病变，肺顺应性都下降，换气功能障碍是主要的病理生理改变，通气/血流比例失调是引起血氧下降的主要原因，也大多有不同程度的肺内分流增加。
(2)通气功能衰竭：又称Ⅱ型呼吸衰竭，动脉血气改变特点是PCO2增高，同时PO2下降，可由肺内原因(呼吸道梗阻，生理无效腔增大)或肺外原因(呼吸中枢，呼吸肌或胸廓异常)引起，基本病理生理改变是肺泡通气量不足，这类病儿若无肺内病变，则主要问题是CO2潴留及呼吸性酸中毒，单纯通气不足所致的低氧血症不会很重，而且治疗较易，因通气不足致动脉氧分压低到危险程度以前，PCO2的增高已足以致命。