血液中的二氧化碳（CO2）浓度变化是主要的生理因素，可以刺激呼吸。当血液中的CO2水平升高时，会刺激位于脑干的化学感受器，这些感受器会对CO2的变化非常敏感，并将信号传递给呼吸中枢，从而引起呼吸频率和深度的增加以排除多余的CO2。此外，血液中氧分压（PO2）下降到一定程度也可以刺激呼吸，但这种刺激作用通常不如CO2浓度变化来得显著。另外，血液中的pH值变化也能影响呼吸，当血浆pH降低时，即酸性增强，也会刺激呼吸中枢增加呼吸活动以排出更多的CO2，因为呼出CO2有助于提高血液的pH值。
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