長期酸素療法は.患者の生存期間の延長.QOLや精神神経状態の改善.赤血球増加の抑制.夜間低酸素血症の予防.睡眠の質の改善.肺性心疾患や右心不全の発症予防.入院回数や入院日数などの医療費の削減に有益である。
（i）低酸素血症の是正と肺機能低下の遅延
長期の酸素療法は.慢性低酸素症患者の低酸素血症を是正し.二酸化炭素貯留を有意に悪化させることなく.肺機能にも有益な効果をもたらす。Goldsteinらは.安定した肺性心疾患患者8人を対象に.夜間酸素療法が血液ガスに及ぼす影響を調べ.非酸素療法群と比較した。 その結果.夜間酸素療法によってSaO2は0.90以上に維持され.動脈血二酸化炭素分圧（PaCO2）は睡眠中に軽度上昇するだけで.通常は0.8kPa（6mmHg）未満であり.そのほとんどは夜間の前半に起こり.徐々に上昇することはなかった。 夜間酸素療法中のPaCO2の軽度上昇は.定常状態の慢性閉塞性肺疾患患者では臨床的に重要ではないと考えられる。 健常成人の労作時呼気1秒量の減少は平均30～40ml/年であり.COPD患者ではさらに大きく約50～100ml/年であり.酸素療法施行後も肺機能の継続的悪化は遅れる。
(ii) 肺動脈圧の低下とCOPDの進行遅延
長期酸素療法は肺動脈圧を低下させ.肺高血圧の進行を抑制または逆転させることができる。 全患者は日中のPaO2が8.0kPa（60mmHg）以上であり.そのうち38例に睡眠時脱飽和の証拠があった。 患者は二重盲検法により2群に無作為に割り付けられた。 第1群では19例に酸素濃縮器を用いて3L/minの流速で酸素吸入を行い.第2群では19例に酸素濃縮器を偽装して室内空気を吸入させ.第3群では13例に室内空気を直接吸入させた。 第1群も第2群も睡眠時低酸素血症の患者であった。 その結果.第1群では肺動脈圧が平均0.49kPa（3.7mmHg）低下し.第2群では平均0.52kPa（3.9mmHg）上昇した。
肺動脈圧に対する長期酸素療法の効果は.以下の要因に影響される：
（i）酸素療法の期間：1日あたりの酸素療法の期間が長いほど.肺動脈圧の改善は顕著である；
（ii）肺動脈圧のレベル：長期酸素療法は軽度から中等度の肺高血圧症でより効果的である；
（iii）個人差：低酸素および酸素療法に対するCOPD患者の反応には個人差がある。
1日15時間以上の酸素投与は.重症COPD患者の多くで肺高血圧の悪化を改善する。 しかし実際には.COPDにおける肺の小血管構造の変化には可逆的な要因が潜在しているのか.それともこの血管構造の変化がすべて慢性低酸素症の結果なのかは完全には明らかではない。 肺動脈圧は長期酸素療法開始前から年々漸増し.長期酸素療法開始後数年かけて徐々に最初に観察されたレベルに戻るが.それでも正常値には下がらないことが観察されている。 したがって.長期酸素療法は肺高血圧症の進行を安定させ.あるいは中断させ.一部の患者では肺高血圧症を緩和させるといってよい。
さらに.長期酸素療法は.赤血球圧や血液粘度を低下させ.心肺酸素供給量を増加させ.心機能状態をさらに改善し.結果としてCOPDの進行を遅らせる可能性もある。 COPD患者の赤血球圧積を低下させる長期酸素療法の効果は.酸素療法後4～6週で発現することが多く.酸素療法前の赤血球圧積が高いほど（0.55以上）
（iii）生存率の改善
1980年.北米の夜間酸素療法試験グループ（NOTT）は.6施設で夜間持続酸素療法を受けたCOPD低酸素血症患者203人の結果を報告した。 結果は平均追跡期間19.3ヵ月で発表された。 その結果.夜間酸素療法群（1日12時間の夜間酸素投与）では1年死亡率は20.6％.2年死亡率は40.8％であったのに対し.持続的酸素療法群（1日19時間以上の持続的酸素投与）では1年死亡率は11.9％.2年死亡率は22.4％であった。 死亡の相対危険因子は.夜間酸素療法群が連続酸素療法群の1.94倍であった。
長期酸素療法が予後を改善するメカニズムはよくわかっておらず.次のような要因が関係している可能性がある：
①肺血行動態の改善：肺血管抵抗が減少し.肺動脈圧が安定するため.肺動脈圧の継続的な悪化を避けることができる。 長期酸素療法後.ほとんどの患者は肺血管抵抗と肺動脈圧が減少し.心拍出量と心指数が増加し.右心不全が減少する。
②低酸素血症の是正：重度の低酸素血症では.PaO2とSaO2の関係は酸素化ヘモグロビン解離曲線の傾きが最も大きい部分にあり.PaO2のわずかな低下がSaO2の大きな低下を引き起こす。 睡眠.換気機能障害の悪化.換気・血流障害など.何らかの原因によってSaO2が急激に低下し.不整脈や心筋梗塞などの死亡事故につながる可能性がある。 PaO2を8.0kPa（60mmHg）以上に維持する長期酸素療法は.これらの病態の発生を予防または軽減することができる。
（iv）生活の質の向上
長期酸素療法は.安静時の呼吸困難を軽減するだけでなく.活動後の息切れを軽減し.日中の活動範囲を広げ.運動持久力を向上させることができる。 長期酸素療法を受けた患者は.呼吸不全の発生率が減少し.入院回数が減少し.症状が軽減し.睡眠が改善し.心理的・精神的状態が改善し.QOLが向上する。
(v) 精神神経症状の改善
長期間の慢性酸素欠乏症の患者は.不注意.記憶障害.知的障害.見当識障害.頭痛.眠気.過敏性などの症状が現れることがある。 神経精神症状の重症度は.慢性低酸素血症の程度と関連している。 長期の酸素療法は脳の低酸素状態を改善し.精神神経症状を軽減することができる。
まとめると.長期酸素療法の目標は.慢性低酸素血症の悪影響を予防または軽減し.携帯用酸素デバイスを使用して散歩や旅行のために外出できる程度まで正常な活動レベルを回復させることである。