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1、肺弥散功能第七章肺弥散功能广州呼吸疾病研究所李靖肺的弥散是指氧和二氧化碳通过肺泡及肺毛细血管壁在肺内进行气体交换的过程。弥散的途径包括了肺泡气、肺泡毛细血管壁、肺毛细血管内血浆、红血球及血红蛋白。气体沿着这个途径，根据哪一端的浓度较高进行交换，所以这个过程可以是双向的。氧的弥散速度比二氧化碳要慢得多，这是因为氧不易溶解在体液里。因此，当患者弥散功能发生异常时，氧的交换要比二氧化碳更易受影响，在临床上肺弥散功能的障碍可明显影响动脉血氧水平。一.肺弥散功能的测试肺弥散功能（DL）的测试是检查肺的某种肺泡气通过肺泡毛细血管途径到血液内与血红蛋白结合的能力。气体交换的动力取决于该气体的肺泡（PAgas

2、）与毛细血管（PCgas）的分压差。某种气体的弥散能力（DLgas或者Dgas）与在特定的分压差下该气体通过肺泡毛细血管路径的量有关，如果这个路径的条件保持不变，分压差越大，进行交换的气体便越多。对于一个已知溶解度的气体，DLgas是由两个因素决定：单位时间内该气体通过肺泡及肺毛细血管进行气体交换的量（Vgas；ml/min）；该气体沿着弥散途径的分压差（PAgas-PCgas；mmHg）。以下的公式表示了弥散能力与上述两个因素的关系：DLgas=其中PAgas与PCgas的值为该气体在各自生理部位的平均值。肺的弥散功能不单受上述因素的影响，肺的通气与血流灌注的比例（V/Q）同样也可影响肺内的

3、气体交换，另外，用于决定DLgas的测试过程并不能真正代表实际的肺弥散功能。因为影响的因素很多，所以有人认为用转移因子（Tgas）来表示肺气体交换的功能比DLgas更为准确，但目前DLgas仍广泛运用。用于测量DLgas的气体必须满足两种生理要求：（1）该气体必须能够沿着肺泡肺毛细血管途径弥散（2）该气体必须能够与血红蛋白结合，被血红蛋白携及转运这样，仅有两种气体氧气和一氧化碳可被考虑。使用氧气进行弥散功能的测定会是最有临床意义的方法，然而有许多原因限制了氧的弥散能力的测定。毛细血管氧分压（PCO2）并不是稳定的，当血流经过肺泡时，PCO2的增加为非线性的。虽然可测定PCO2的平均值，但方法很

4、复杂而且不准确，影响氧弥散功能测定的准确性。一氧化碳（CO）是测定气体弥散功能的理想气体。CO透过肺泡毛细血管膜以及与红细胞血红蛋白反应速率与O2相似；除大量吸烟者外，正常人血浆内CO含量几乎是零，因而便于计算检查中CO的摄取量；CO与血红蛋白的结合力比O2大210倍，因此生理范围内的O2分压不是一个主要干扰因素。另外，CO在转运过程中是几乎没有溶解在血浆中的，这样平均毛细血管的一氧化碳分压（PCCO）为0mmHg，基于这个原因PACO-PCCO之差（CO肺泡-毛细血管分压差）就可以被认为等于PACO。应用CO进行测定时，肺CO弥散量（DLCO）系指CO气体在单位时间（1min）及单位压力差（

5、1mmHg）条件下所能转移量（ml）。可以下式表示：VCO（STPD）PACO二.测试方法利用CO进行肺弥散功能的测定有许多不同的方法包括CO吸入量法、单次呼吸法、恒定状态法以及重复呼吸法。（一）CO摄取量法（FractionalCOuptake）CO摄取量（FUCO）可提供肺部有否发生弥散功能障碍的判断。测定步骤：受试者呼吸含有少量一氧化碳（0.1%）的气体（FLCO），呼出的气体被收集到另外一个肺量仪或气袋内，几分钟过后测量呼出气袋内CO的（FECO），那么CO吸入量（FUCO）可由下式计算：FUCO=FICO-FECO100%FECOFUCO受受测者通气水平的影响，若受试者分钟通气量低可

6、造成FUCO的值小，甚至在弥散功能正常人也会这样。这种方法并不能测出DLCO，因为测试过程中没有测定PACO。FUCO仅仅是一个简单的筛选方法，即在保持恒定的分钟通气量的基础上，如果FUCO正常，那么受试者的肺弥散功能一般来说是正常的；如果FUCO下降则表明受试者的肺弥散功能有可能受损。（二）单次呼吸法（Single-BreathMethodSB）该法最初于1915年由Krogh报告，以后于50年代由Forster与Olgilive等加以改进并应用于临床，又称改良Krogh法。测定步骤：受试者呼气至残气位，继之吸入含有0.3%CO、10%He、20%O2以及N2平衡的混合气体。受试者吸气至肺总

7、量位，屏气10s以后呼气至残气位。在呼气过程中，气体中水蒸气被吸收，为了保证避开腔气体的干扰，测定是在呼出了头1000ml的气体后开始的，连续测定CO及He浓度。该法测定时化波器上所描绘图形如附图示。为了计算CO弥散量，需测定弥散开始时与屏气后肺泡气CO浓度，后者可测定呼气末CO浓度，代表肺泡气CO浓度，而前者需间接计算求得。计算方法：弥散开始前肺泡内CO浓度分数（FACOI）可以下式计算：FACOI=FICOFEHeFIHe公式中FICO=吸入气CO浓度分数FEHe=弥散终了时呼出肺泡气He的浓度分数FIHe=吸入气He浓度分数肺泡容积（VA）可由下式计算。VA应校正为STPDVA（STPD

8、）=VVC（STPD）FEHe/FIHe公式中VVC（STPD）=吸入气容积或=测试者肺活量VC（ATPS）STPD平均PACO的计算比较复杂，在屏气前（Thold前）的PACO与FACOI和P大气-P水蒸气有关，而复杂的是在屏气时因为CO的弥散而使PACO（即FACO）不是恒定的，在呼气前FACO是呈自然对数形式地下降，由以下公式来表示：FACOF=FACOIeKTHold其中FACOF=弥散终了时呼出肺泡气CO的浓度分数K值由下式来计算K=DLCO（PATM-PH2O）VA60再经过一系列复杂的演算（因为篇幅关系没有详细列出）得出最终的DLCO-SB的计算公式DLCO-SB=VA60LnF

9、ACOI（PATM-PH2O）FACOF公式中PATM=大气压PH2O=和水蒸气压，为47mmhgThold=屏气时间（S）60=时间单位，将S换算成minLn=自然对数FACOI=屏气前肺泡气CO浓度分数FACOF=屏气Thold后肺泡气CO浓度分数将DLCO除以VA（DLCO/VA）称弥散常数（diffusionconstont）或比弥散量（specificdiffusingcapacity），以排除肺容积对弥散量的影响因素。当受试者FVC2L时，不能收集到足够的供测定用的肺泡气，因而不能进行DLCO测定。DLCOSB的测定结果报告需要二个可接受测定值的均值（校正为STPD），二次测定时间

10、间隔至少4min。测定结果认为可接受的条件为：吸入量90%FVC；屏气时肺容积始终保持恒定；屏气时间为911秒；吸气与呼气动作均匀而速；二次测定值需在5%以内。（三）恒定状态法（Steady-StateMethods，SS）受试者以潮气形式呼吸含有一定量CO的混合气体，测定CO摄取速率（VCO）浓度与肺泡气CO浓度（PACO），并计算出DLCO。共有三种方法，该三法在测定VCO都是相同的，不同在于测定PACO方面。VCO测定步骤：受试者吸入含有0.1%CO、20%O2以及N2平衡的混合气体56min。最初呼出气弃之，数分钟后，认为达到恒定状态时，收集呼出气约2min于储存袋，分析部分呼出气中以

11、下气体的浓度分数：CO、CO2与O2。计算公式：1.呼出气量的计算VE=Vcol+VsamTcol式中Vcol=于储存袋内的呼出气体积Vsam=用于分析的气体体积Tcol=收集呼出气的时间VE（以STPD校正）VCO的计算VCO=VE（STPD）（HCOFEN2）-FECOFIN2式中FICO=吸入气CO浓度分数，为0.1%FECO=呼出气CO浓度分数FEN2=呼出气N2浓度分数FIN2=吸入气N2浓度分数FEN2=调整，是用于校正因为呼吸交换率引起呼气与吸气体积的差别，FIN2FEN2=1-（FEO2+FECO2），FIN2=1-（FIO2+FICO2）。其中FEO2、FECO2为呼出气O2

12、、CO2浓度分数，FIO2、FICO2为吸入气O2、CO2浓度分数。肺泡气CO浓度（PACO）不能直接采取肺泡气进行测定，要通过以下三种方法进行测定计算：1.死腔估计法（Estimated-deadspaceTedmiqne）这种方法参考了计算死腔的方法来计算PACO，由于呼出气中含有肺泡气与生理死腔气两种成分，因此可根据Bohr公式求出PACO。根据动脉血气分析中PACO2的值来计算肺泡CO2浓度分数FACO2，如下公式：FACO2=PACO2PAtm-PH2OPAtm=大气压PH2O=水蒸气压，47mmhg假定以CO的值和以CO2的值来推算VD/VT的结果是一样的，如下公式：VD=FACO

13、2-FECO2=FACO-FECOVTFACO2FACO-FICO式中FACO2=肺泡CO2浓度分数FACO=肺泡CO浓度分数FECO2=呼出气CO2浓度分数FECO=呼出气CO浓度分数FICO=吸入气CO浓度分数整理以上公式得出：FACO=（FICO-FACO2）（FICO-FECO）FECO2由于PACO=（PATM-PH2O）FACO以上述公式代入得出：PACO=（PAtm-PH2O）（FICO-FACO2）（FICO-FECO）FECO即（FICO-PaCO2）（FICO-FECO）FECO22.假定死腔法（AssumedDeadspceTedniqne）该法假定受试者的生理死腔仅包含

14、有解剖死腔。PACO可以由下式表示：FACO=（VTFECO）-（VDFICO）VT-VD公式中VT=潮气量VD=解剖死腔，可根据估计（每磅无脂体重为1ml）或一次呼吸N2测定法加以测定。PACO=（PAtm-PH2O）FACO以上式代入得：PACO=（PAtm-PH2O）VTFECO-VDFICOVT-VD错误估计VD可导致DLCO的计算结果错误。然而这种方法非常适合于运动试验中DLCO的测定，在运动中不断增高VT和相对稳定的VD使任何VD的错误估计都可以忽略了。3.潮气末CO测定法或肺泡气测定法（AlveolarGasSamplingTedniqne）该法避免了因VD的误差造成的影响，在受

15、试者达到稳定状态后的2min，测定每次潮气末的CO浓度以得出潮气末的平均CO分压（PeTCO），并假定其等于PACO，来直接计算出DLCO-SS，VCO的计算方法与前两种相同。假定Pe+CO等于PACO并不总是正确的，低潮气或者不均的潮气都可以使每次的测定值不相同，另外在运动时PetCO值与PACO值之差是很大的。恒定状态法小结及其几种方法的比较：如果同一受试者分别用恒态法的三种方法测试，通常会得出几乎相同的DLCO值。然而，总的来说DLCO-SS值要比DLCO-SB小，这种差别在肺部通气障碍的患者中更加明显。单次呼吸法在测试过程中的呼吸动作有可能克服因通气障碍而对DLCO-SB值造成的系统误

16、差。恒定状态法亦是因为受通气障碍的影响而限制了其的广泛应用。恒定状态法另外一个问题就是在测试及计算过程都将毛细血管的CO分压（PCCO）假定为0.0mmhg。但实际上在测试过程中，受试者较长时间地呼吸测试的气体，毛细血管中一氧化碳血红蛋白（COHB）的浓度便显着上升从而产生PCCO，这样便会会影响肺泡毛细血管的CO弥散的压力差和弥散速度，如果而将这一影响因素考虑在内的话，将进一步增加恒定状态法的复杂性。三种方法的比较见表1表1恒定状态之三种方法的比较优点缺点死腔估计法（Fileg法）VD值计算要比假定死需要进行动脉穿刺腔法更准确假定死腔法不需进行动脉穿刺VD的假定会使结果的误差很大，但在运动试

17、验过程中此法仍可使用肺泡气测定法避免了VD的误差而假定PetCO等于PACO造成的对结果的影响也可能会出现误差，特别是在低潮气或不均匀潮气，或在运动试验的情况下。（四）重复呼吸法（RebreathingMethods，RB）该方法与恒定状态法一样是在受试者进行自然的潮气呼吸进行测定的，重复呼吸法有两种方法：储气袋法和气体冲洗法。两种方法都是让受试者重复呼吸储气袋内的混合气体，混合气体含有0.3%CO、10%He、20%O2，其余N2平衡，储气袋气体的量与受试者FEV1的量相等。受试者首先呼气至残气位后，自储气袋内在TLV与RV之间的水平上重复呼吸，呼吸频率30次/分，以保证储存袋内气体能与体能

18、肺泡气充分混合。呼吸深度与肺活量相等，故每次吸气时均能将袋内气体全部吸入。在这一点上，可用两种不同的方法进行测定。1.储气袋法（Reservoir-SamplingTechniqne）受试者重复呼吸储气袋内的混合气体一定的时间（TRB）约3045秒，便从储气袋中取气体进行CO、He及O2浓度的测定，这种测试过程与单次呼吸法相似，由以下公式计算：DLCO-RB（R）=VSR（STPD）60LnFACOI（PAtm-PH2O）TRBFACOF公式中VSR=受试者的残气量与储气袋气体容积之和。其计算方法是先测量重复呼吸前储气袋的气体容积（VR），用STPD校正后，用以下公式计算：VSR=VRFIHe

19、FIHe=重复呼吸前储气袋内的He浓度分数FEHeFEHe=重复呼吸终了时储气袋内He浓度分数FACOI=重复呼吸前储气袋内CO浓度分数FACOF=重复呼吸终了时储气袋内CO浓度分数2.气体冲洗法（Washout-SamplingTechniqne）受试者重复呼吸储气袋内的混合气体直到储气袋内与受试者肺内的气体浓度达到平衡，受试者即转向另一气袋作呼吸动作。该气袋的气体将受试者肺内的气体洗出来进行CO及He浓度的测定。该技术要求使用即反应的气体分析系统并记录不同时间点的分析结果。而DLCO-RB的测定和计算是根据以下原理：在气体冲洗阶段，CO从肺内的丢失是既通过呼吸通气亦通过弥散入血环。而He的

20、丢失仅通过呼吸通气，这样，被洗出的呼出气体中CO浓度的下降速度要比He浓度的下降速度快。弥散功能就是基于这两个下降速度之差来确定的。所以计算的公式改变为：DLCO-RB（W）=VSR（STPD）60LnFACOILnFAHeI（PAtm-PH2O）（Twash）FACOFFAHeF公式中T（wash）=气体冲洗所需的时间FAHeI=冲洗前气袋的He浓度分数FAHeF=冲洗终了时气袋的He浓度分数FACOI=冲洗前气袋的CO浓度分数FACOF=冲洗终了时气袋的CO浓度分数气体冲洗法来测定弥散功能受通气灌注的异常及受试者在测试时肺容量的改变的影响最小，但因为在测试时仪器设备要求高，计算也相当复杂而

21、使这项技术仅使用于研究而没有在临床广泛使用。四种测定方法优缺点的比较：（一）CO摄取法：优点为操作简单，仪器装置不复杂，亦不需受试者配合，适用于初步评价。不能测出DLCO值，受通气量及肺容积改变的影响，仅作为简单的筛选方法。（二）单次呼吸法：优点为容易操作，特别是应用有自动化装置仪器时；无创伤性；总的测定精确性为中等。缺点为仪器较昂贵；不宜应用于运动试验。通气/灌流的异常可中度地影响测试结果，而肺容量的改变，特别是低肺容量时可严重影响测试结果。由于检查时需屏气911秒，不适用于严重气短患者。虽然屏气测定是非生理性的，但测定结果仍然可作为临床断病情程度指标。（三）恒定状态法：优点为受试者自然呼吸

22、合生理状态，最适用于运动试验。由于需要受试者配合最少，因此可应用于不能进行单次呼吸法者。缺点是测试过程比较复杂，易受通气/灌流异常的影响。Filoy法需作动脉穿刺。DLCO的精确性最低。（四）重复呼吸法：优点为测定精确性高，对于通气分布以及肺容积的因素的影响最少。缺点为操作较困难，故不常应用。三.弥散与肺毛细血管的关系CO弥散是气体沿着肺毛细血管弥散途径进行传导的过程。肺部发生病变即弥散途径的性质发生改变最终导致CO传导阻力的增加，这种增加的阻力便导致测定DLCO值的下降。弥散途径中的物理及化学的特性都会影响传导和弥散结果（表2），受肺泡毛细血管膜的两个物理特性影响的弥散能力被称为肺泡毛细血管

23、膜弥散量（DM）。弥散途径中的物理特性与化学特性各自所产生的阻力几乎是相等。表3列举了影响DM，CO及VC的病理生理的因素。根据物理学概念，肺弥散量实际上是肺弥散阻力的倒数，弥散阻力越大，则弥散量能小。弥散阻力系指产生一个单位弥散量所需的压力差，而弥散量为每一压力差所能产生弥散的量。根据物理学原理，如果二个或二个以上阻力串联时，其总阻力应为各阻力之和。肺弥散总阻力包括肺泡内阻力、肺泡毛细血管膜阻力与肺泡毛细血管中红细胞内阻力三种。由于肺泡直径很小，肺泡内阻力亦很小，可忽略不计。肺弥散总阻力可以下式表示；1=1+1DLCODMQCOVC表2.影响弥散途径的物理和化学特性肺泡毛细血管膜和物理特性（

24、DM）1.弥散面积：指与有血流的毛细血管相接触的进行功能活动的肺泡面积2.弥散膜厚度：肺泡毛细血管膜途径的厚度血液的化学特性1.CO与血红蛋白的反应速率（COmlco/min/mmhg/ml血液）2.毛细血管红细胞容积（VCml血液）表3.影响DM，CO及VC的因素：DM肺泡毛细血管膜的接触面积1.因为肺实质组织的丧失而导致实际的接触面积的改变2.因为通气障碍而使通气/灌注失调引起的有效面积的改变3.肺泡毛细血管膜途径的厚度4.肺泡间质与肺泡水肿5.肺泡毛细血管实质的增厚CO1.毛细血管氧分压（PCO2）的改变2.红细胞/血红蛋白的量发生改变VC灌注的肺毛细血管的容积和数目的改变灌注的肺毛细血

25、管的容积和数目的改变，可能是由于心输出量/肺动脉压力的变化、或是由于体位的改变使肺灌注的形式重新分布而引起的。这个公式提供了与CO弥散密切相关的DM和VC的临床评价，而关键问题在于CO与血红蛋白的反应速度（CO）。实验证明CO间接地与血红蛋白上的氧的量有关。当血液的氧分压（PO2）增高，更多的氧便与血红蛋白结合，那么血红蛋白结合及运输CO的能力便下降。基于这个关系，在以单次呼吸法（DLCO-SB）进行弥散功能测定时可以让受试者吸入不同浓度的氧来进行DLCO的测定。不同的吸氧浓度（FIO2）造成不同的肺泡小，氧分压（PAO2）。在每一水平吸氧浓度时的毛细血管氧分压（PCO2）假定与同水平的PAO

26、2相等，那么每一水平的PCO2便有一个相应的CO值。如果以1/DLCO-SB与1/CO的关系来作图，便可以求出YDM和YVC。根据不同的氧浓度所得到了结果来作的曲线为一条直线，直线与Y轴（1/DLCO-SB）的交点为1/DM。这条直线表现了仅仅是由于膜的特性对气体弥散造成的阻力。直线的斜率便是YVC。斜率代表由于毛细血管红细胞的容积而产生的弥散阻力。四.仪器装置因为单次呼吸法（DLCO-SB）是最广泛使用的，所以只讨论该方法的仪器装置。（一）一个吸气源一个可密封的肺量仪或一个装有气袋的箱子用来收集检测的气体。一个直接与装有测试气体的气瓶连接的并可按要求进行呼吸的系统。测试气体包括在海平面水平0

27、.3%CO、10%He、21%O2以及N2平衡气。若超过海平面水平，则应提高O2的浓度使吸入气体的氧分压（PIO2）达到150mmhg。若达不到上述要求，测试的结果则要用以下公式进行校正：DLCO（校正）=DLCO（测试）1.0+0.0035（PAtm-PH2O）（二）一个可与病人、吸入气体源、收集呼出气的肺量仪、气体容量测量系统和气体成份及浓度分析系统联接的五向阀。（三）一个潮气末气体采样及CO、He的分析系统(四)一个肺量仪/气体记录仪系统。这个系统必须可以分别测量并记录受试者吸入及呼出气体的容积。图123展示了弥散功能检查单次呼吸法的仪器装置及连接，在现代的肺功能实验室，这项检查已是完全

28、自动化了。五.准备工作及注意事项为了使弥散功能检查进行顺利，检查前必须做好一些准备工作。受试者在检查前须停止吸烟至少24小时。这是因为大量吸烟使受试者血液中的与CO结合的血红蛋白（COHb）可高达10%12%。高浓度的COHb使测试过程中PcCO等于零的假设不成立从而影响测试结果。所以，检查前必须记录受测者的吸烟史。（一）受试者在检查前至少4小时内不可饮酒及进食含酒精的食品。因为进食酒精会使弥散功能的检查结果降低。（二）受试者在检查前至少2小时内不可进食。因为食物的消化会影响肺毛细血管的血流量从而干扰检查结果。（三）受试者在检查开始前不能呼吸含高浓度氧的混合气。若进行了氮冲洗或分流检查后需隔至

29、少20min才能进行弥散功能的检查。（四）在检查前受试者必须至少静坐5分钟，以减少因活动对肺毛细血管流量的影响。（五）在检查前额外的吸氧必须暂定至少5分钟。若受试者不能耐受暂停吸氧时，报告检查的结果则需注明。受试者在整个测试过程中应取坐位并夹鼻夹。弥散功能检查两次测试之间应相隔至少4min，这是为了使受试者在下一次测试之前肺内剩余的CO都被冲洗干净。同样，从残气位（RV）到肺总量（TLC）的吸气过程以及从TLC到RV的呼气过程都应尽可能快。在屏气时，受试者应关闭声门，尽量放松，若仪器装置许可，应关闭呼吸阀。采样前的呼出气（死腔气）应有7501000ml，若受试者的肺活量（VC）少于2升，那么采

30、样前呼出气仅有500ml。通常用作气体分析的采样气体的体积要在5001000ml，而且采样时间应不超过4秒。单次呼吸法过程中的HC稀释法来确定的VA在慢阻肺患者中可能会出现误差，这是因为患者发生了通气功能的障碍，测得的VA值会比实际的要小，这样DLCO的结果会比实际的值小。为避免这种情况发生，有些技术员则用体描仪法先测定患者的RV再加上VC值作为患者的VA值来进行DLCOSB结果的计算，这样在发报告时应该将学来的结果及校正的结果均同样列出并分别加以说明。六.影响肺弥散量的因素（一）身高或体表面积弥散量与身高或体表面积成正相关，即身高或体表面积越大，弥散量（DLCO）就越大。由于O2耗量随身高或

31、体表面积增加而增加，而肺泡动脉血O2分压不受身材影响，故O2耗量增加必然伴有弥散量增加。（二）年龄弥散量直接与年龄成负相关，即其随年龄的增加而减少，减少程度为每年0.010.24mlCO/mmhg/min，减少原因可能与有功能的毛细血管床的变化或通气血流分布的变化有关。（三）性别相同年龄组，男性弥散量较女性为大；儿童的弥散量仅受身高的影响，而不受年龄及性别的影响。（四）血红蛋白弥散量与血红蛋白水平成正相关，即血红蛋白水平越高弥散量会越大。受试者的血红蛋白每上升或下降1g，弥散量便会上升或下降7%。在一些弥散量正常统计值的计算公式中包含了血红蛋白的关系，而使用那些没有考虑血红蛋白影响的预计公式时则需要在测试结果与正常预计后比较以前先校正为下列公式：Hb校正=10.07Hb（mg）DLCO（校正）=DLCO（实例）Hb校正（五）测试方法用恒定状态法测试的弥散量要比单次呼吸法少30%。一次呼吸法测定时肺容积为TLC，而重复呼吸法测定时，肺容积在TLC与RV之间。由于重复呼吸法测定时肺容积较小，因而弥散量测定值较一次呼吸法为小。（六）测试时间若每天从清晨开始计算，弥散量测定值以每小