脑是人体的高级神经中枢，脑组织特别娇嫩，对缺血、缺氧最为敏感，且耐受时间尤为短暂，因此最容易受累。一氧化碳中毒后脑组织严重缺血、缺氧，引起脑水肿、颅内压增高，使脑血液循环障碍，促使血栓形成，以及苍白球软化、坏死，脑白质广泛的脱髓鞘改变，对大脑造成了不可逆的损伤，患者清醒后又突然出现一系列神经精神症状的迟发性脑病。
一氧化碳中毒时，有害气体均由呼吸道吸入，毒性气体接触支气管和肺泡黏膜后发生腐蚀性作用，使黏膜充血、水肿，因缺氧而使毛细血管受损，均可发生肺水肿。同时刺激性气体还可引起支气管痉挛、坏死性支气管炎和小叶性肺炎，极易出现肺部感染。缺氧中毒还可造成心、肝、肾等多脏器损伤。
总之，煤气中毒可以造成以神经系统为主的脑、心、肺、肾等多脏器损害，临床表现极为复杂。
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