Những thay đổi sinh lý bệnh đặc tr−ng của BPTNMT, bao gồm tăng tiết nhầy, giảm chức năng tế bào lông chuyển, tắc nghẽn l−u l−ợng thở, giãn phế nang, rối loạn trao đổi khí, TAĐMP và TPM [9], [46], [81], [85], [155].
Tình trạng tăng tiết nhầy và giảm chức năng tế bào lông chuyển gây ra triệu chứng ho và khạc đờm mạn tính, những triệu chứng này th−ờng biểu hiện từ nhiều năm tr−ớc khi xuất hiện các rối loạn về CNTK. Tuy nhiên có nhiều bệnh nhân BPTNMT không có triệu chứng ho khạc đờm. Cơ chế gây hiện t−ợng tiết nhày, do các đ−ờng dẫn khí bị kích thích mạn tính bởi khói thuốc và các chất khí độc hại làm tăng số l−ợng tế bào có chân, gây phì đại tuyến d−ới
niêm mạc. Một vài chất trung gian hóa học và các proteinase kích thích trực tiếp gây hiện t−ợng tăng tiết nhày hoặc gián tiếp thông qua các receptor kích thích phát triển của các tế bào nội mô [95].
Tắc nghẽn đ−ờng dẫn khí ở bệnh nhân BPTNMT th−ờng gặp ở những đ−ờng dẫn khí có đ−ờng kính < 2mm, các đ−ờng dẫn khí này bị viêm, co thắt, tăng tiết dịch rỉ viêm và có hiện t−ợng tái cấu trúc không bình th−ờng dẫn đến tăng kháng trở đ−ờng thở. Ngoài ra, yếu tố góp phần làm tăng tắc nghẽn đ−ờng thở là hiện t−ợng phá huỷ các phế nang dẫn tới mất tính đàn hồi của phổi, giảm lực đàn hồi góp phần làm giảm l−u l−ợng thở. Tắc nghẽn đ−ờng thở dần dần tạo ra các bẫy khí, tình trạng giãn phổi và hậu quả làm giảm dung tích hít vào và dung tích cặn chức năng. Hô hấp ký là ph−ơng pháp phát hiện hạn chế dòng khí thở ra tốt nhất. Sự suy giảm của chỉ số Gaensler (FEV1/ FVC) là dấu hiệu đầu tiên của BPTNMT [9], [141].
Kết quả khí máu ở BPTNMT sẽ thay đổi ở giai đoạn bệnh tiến triển với biểu hiện của việc giảm nồng độ oxy trong máu đồng thời với nồng độ CO2 bình th−ờng hoặc tăng. Sự thay đổi này là kết quả của quá trình thay đổi về giải phẫu đ−ờng thở (tắc nghẽn đ−ờng thở, giãn phế nang và các thay đổi về mạch máu ở phổi) làm giảm khả năng khuếch tán khí, khả năng trao đổi khí ở các phế nang. Mức độ giảm hấp phụ khí carbon monoxid của một lít thể tích phế nang tỉ lệ thuận với mức độ nặng của tình trạng giãn phế nang [141].
Tăng áp lực động mạch phổi (TALĐMP) phát triển ở giai đoạn nặng của BPTNMT (giai đoạn IV) khi có hạ oxy máu nặng (PaO2 < 8,0 kPa hoặc 60mmHg). TALĐMP là hậu quả của hiện t−ợng thay đổi cấu trúc của hệ động mạch phổi (đó là hiện t−ợng co thắt mạch, rối loạn chức năng của tế bào biểu mô, thay đổi cấu trúc của hệ động mạch phổi do tế bào cơ trơn s−ng phồng dẫn đến tình trạng tăng sản và hiện t−ợng phá hủy ở các gi−ờng mao mạch phổi). TALĐMP dẫn đến TPM là biến chứng tim mạch chủ yếu của BPTNMT.
Do các biến đổi bất lợi về mặt cơ học hô hấp, trung tâm hô hấp (TTHH) phải gia tăng hoạt động để giữ đ−ợc một mức thông khí phế nang cần thiết. Để đánh giá hoạt động của trung tâm hô hấp ng−ời ta sử dụng ph−ơng pháp đo áp lực đóng (P0.1). Ng−ời ta nhận thấy (P 0.1) tăng cao ở bệnh nhân BPTNMT so với ng−ời bình th−ờng, trong đợt cấp mất bù (P0.1) tăng gấp 4 lần so với lúc ổn định [9].
Các cơ hô hấp phải hoạt động ở mức độ cao do sự gia tăng kích thích th−ờng xuyên từ TTHH để đảm bảo mức thông khí phút bình th−ờng. Hoạt động ở mức độ cao nh− vậy sẽ dẫn đến mệt cơ hô hấp (do năng l−ợng tiêu hao gia tăng còn năng l−ợng cung cấp bị giảm sút), hậu quả cuối cùng là bệnh nhân bị BPTNMT có những biểu hiện mang tính chất hệ thống. Bệnh lý hệ thống làm suy sụp chức năng của nhiều cơ quan đặc biệt là tổn th−ơng cấu trúc chức năng của bộ máy hô hấp do tác động của các gốc oxy tự do, nồng độ bất th−ờng của các cytokines, do sự hoạt hoá các tế bào viêm và các chất tiết của chúng làm cho bệnh ngày càng trầm trọng và khó điều trị.