Изменения напряжения кислорода и углекислоты в крови действуют на рецепторы кровеносных сосудов — хеморецепторы. Повышение напряжения углекислоты в крови (гиперкапния) раздражает хеморецепторы, расположенные в углу, образуемом разветвлением сонной артерии на наружную и внутреннюю, т. е. в каротидном синусе, что вызывает рефлекторное углубление дыхания. Понижение напряжения углекислоты крови (гипокапния), наоборот, вызывает с хеморецепторов каротидного синуса рефлекторное торможение дыхания. Недостаток кислорода в крови (гипоксемия), действуя на хеморецепторы каротидного синуса, приводит к учащению дыхания.
Асфиксия — удушье, характеризуется двумя фазами: недостатком кислорода в крови и избытком углекислоты в крови. В первой фазе наступает инспираторная отдышка, а во второй — экспираторная. Асфиксия первой фазы бывает при подъеме на большие высоты (на горы, в самолете). Асфиксия иногда наблюдается у плодов при нарушении мозгового кровообращения. Первый вдох новорожденного вызывается нарушением снабжения головного мозга кислородом после прекращения кровообращения через плаценту (перевязки пупочных сосудов).
Таким образом, дыхательный центр поддерживает на относительно постоянном уровне процентное содержание и парциальное давление углекислого газа в альвеолярном воздухе, а следовательно, и в крови. Это обеспечивает возбудимость нейронов самого дыхательного центра.