呼吸衰竭最先损伤部位为大脑，大脑神经中枢神经元对缺氧最为敏感，且对氧耗需要量较大。机体缺氧后，脑内小血管麻痹，产生扩张，脑内三磷酸腺苷在无氧条件下迅速耗尽，钠离子积蓄在细胞内，严重时会引起脑水肿、二氧化碳潴留及酮症酸中毒，加重脑水肿。后续缺氧及脑血管病变后，可导致皮质与髓质局灶性缺血性坏死和广泛脱髓鞘病变，致使少数病人出现迟发性脑病。缺氧时大脑最容易缺氧，损害最严重、若病人突然呼吸、心跳停止，4-6分钟内为大脑黄金急救时间，否则即使心肺复苏抢救成功，也可能出现脑死亡。

但同时也需注重心脏，因心脏像永动机，不停跳动及耗氧，因此心脏为氧耗量较大、代谢率较高及氧储备较少器官，病人缺氧可出现胸闷及胸痛。如果患者出现呼吸衰竭，务必尽早到医院治疗，改善缺氧状态。总之，大脑与心脏都是最重要器官，大脑随时需有氧气，心脏为所有脏器血供的泵基础，所以心脑的保护源于具备足够的血氧。