呼吸衰竭最先損傷部位為大腦，大腦神經中樞神經元對缺氧最為敏感，且對氧耗需要量較大。機體缺氧後，腦內小血管麻痺，產生擴張，腦內三磷酸腺苷在無氧條件下迅速耗盡，鈉離子積蓄在細胞內，嚴重時會引起腦水腫、二氧化碳瀦留及酮症酸中毒，加重腦水腫。後續缺氧及腦血管病變後，可導致皮質與髓質局灶性缺血性壞死和廣泛脫髓鞘病變，致使少數病人出現遲發性腦病。缺氧時大腦最容易缺氧，損害最嚴重、若病人突然呼吸、心跳停止，4-6分鐘內為大腦黃金急救時間，否則即使心肺復甦搶救成功，也可能出現腦死亡。

但同時也需注重心臟，因心臟像永動機，不停跳動及耗氧，因此心臟為氧耗量較大、代謝率較高及氧儲備較少器官，病人缺氧可出現胸悶及胸痛。如果患者出現呼吸衰竭，務必儘早到醫院治療，改善缺氧狀態。總之，大腦與心臟都是最重要器官，大腦隨時需有氧氣，心臟為所有臟器血供的泵基礎，所以心腦的保護源於具備足夠的血氧。