肺功能試驗包括簡單的肺量計和復雜的生理測試。表64-1解釋了肺功能的縮略語。
生理學
正常情況下，腦干呼吸中樞的神經沖動決定了通氣的容量和類型。該神經沖動受頸動脈(PaO2)和中樞(PaCO2，［H+］)化學感受器，肌肉，肌腱，關節(jié)本體感受器和大腦皮質層傳來的沖動影響。神經沖動從呼吸中樞發(fā)出，通過脊髓和外周神經到達肋間肌和膈肌。如果吸入氣流可通過結構上正常，無阻塞的氣道到達通暢，灌注適當的肺泡時，即產生正常氣體交換。正常情況下，肺泡通氣(VA)和灌流(Q)匹配良好，并且與代謝率呈比例，動脈血氣張力維持在一個窄小的范圍內(見下文動脈血氣測定)。
靜息肺的容量和氣量
靜息肺容量(圖64-1)反映了肺和胸壁的彈性。肺活量(VC或"slow VC")是指最大吸氣后，能緩慢呼出的最大氣量。因其操作簡單，故肺活量是肺功能試驗中最有價值的指標之一。因為VC隨肺限制性功能障礙加劇而下降(如肺水腫，肺間質纖維化)，結合彌散功能可隨訪此類限制性功能障礙的病程以及對治療的反應。VC也反映了呼吸肌力，經常用于監(jiān)測神經肌肉疾病的病程(見下文最大通氣量，最大吸氣和呼氣壓的討論)。
用力呼氣肺活量(FVC)，與VC相似，是指盡力吸氣后，盡力最快呼出的氣體容量。FVC通常與呼氣流速一起用簡單的肺量計測定(見下文動態(tài)肺容量和流量)。氣道阻塞病人VC明顯大于FVC。在測定用力呼氣肺活量時，終末小氣道提早關閉(在達到真正殘氣量之前)，遠段氣體陷閉，使得肺量計無法測出。
肺總量(TLC)是指深吸氣至最大限度時肺內的氣體容量。
功能殘氣量(FRC)是指當所有呼吸肌放松時，平靜呼氣后留在肺內的氣量。生理情況下，它是最主要的肺容量，因為它接近正常潮氣呼吸范圍。胸壁向外的彈性回縮力增加肺容量，但肺的向內的彈性回縮力減少肺容量，兩者互相平衡；正常情況下這些彈性回縮力在40%TLC處大小相等，方向相反。肺氣腫病人肺彈性降低從而增加了功能殘氣量。相反，肺水腫，間質性肺纖維化和其他限制性通氣障礙使肺硬性增加，從而降低了功能殘氣量。脊柱后側凸使胸壁強直低順應性限制了肺的膨脹，從而降低功能殘氣量和其他肺容量。深吸氣量是TLC與FRC的差值。
功能殘氣量由兩部分組成：殘氣量(RV)是指用力呼氣肺內殘留的氣量；補呼氣量(ERV)，ERV＝FRC-RV。正常情況下，RV約占TLC的25%(圖64-1)。RV的改變與FRC改變相平行，除了兩種情況：限制性肺胸壁障礙，此時RV降低少于FRC，TLC的降低(圖64-2)；小氣道病變，呼氣時小氣道提早關閉導致氣體陷閉，從而使得RV升高，但FRC，F(xiàn)EV1接近正常。COPD和哮喘病人，RV升高比TLC明顯，導致VC某種程度上的降低(圖64-3)。肥胖病人的異常處是由于FRC的明顯下降，但RV相對不變，從而導致ERV的下降。
動態(tài)肺容量和流量
動態(tài)肺容量反映了氣道的口徑和完整性。肺量計(圖64-1)記錄了FVC測定過程中的時間肺容量。1秒用力呼氣容量(FEV1 )是指盡力吸氣后，盡力最快將氣體呼出時第一秒所呼出的氣體容量，正常情況下＞75%的FVC。此指標可用絕對數或占FVC的百分比(FEV1/FVC)表示。用力呼氣肺活量中段的平均用力呼氣流量(FEF25%～75%)是指肺量圖曲線上FVC25%和75%兩點連線的斜率。FEF25%～75%與FEV1比較，較少用力依賴，是早期氣道阻塞的一個更敏感指標。
呼氣流量的減慢情況因支氣管痙攣(哮喘)，分泌物阻塞(支氣管炎)和肺彈性回縮力降低(肺氣腫)而增加。在上呼吸道固定阻塞情況下，流量主要由狹窄段的口徑決定，而不是由于動態(tài)壓迫，結果導致吸氣和呼氣流量的同等降低(圖64-4D)。
在限制性肺疾病中，組織彈性回縮力的增加維持大氣道的管徑，使得在可比的肺容量下，流量經常高于正常(但小氣道功能試驗可能不正常)。
在病人吸入支氣管擴張氣霧劑(如沙丁胺醇，異丙阿托品)后，再行肺功能檢查，可提示阻塞過程的可逆性(即哮喘的成分)。FVC或FEV1(L)改善大于15%～20%通常認為有意義。在氣道阻塞病人，在單次支氣管擴張劑接觸下無反應，并不排除對維持劑量的有效反應。在支氣管激發(fā)試驗中，吸入乙酰甲膽堿(一種膽堿能藥物)后流量明顯下降，可能提示為哮喘。
最大通氣量(MVV)系鼓勵病人盡最大努力，在最大潮氣量和呼吸頻率下呼吸12秒進行測定；呼出氣體容量通常以L/min來表示。MVV總體上與FEV1平行，能用于測驗內在一致性和評估病人的合作程度。MVV可從肺量圖中，通過FEV1(L)X40估計。
當病人合作但MVV不呈比例下降時，要懷疑神經肌肉疲勞。除了重癥神經肌肉疾病，大部分病人能產生相當好的單次呼吸動作(如FVC)。因為MVV需較多做功，它能反映呼吸肌力減弱后降低的儲備能力。MVV隨呼吸肌力的逐漸減弱而進行性下降，伴隨最大吸氣壓和呼氣壓的減弱(見下文)，它可能是中重度神經肌肉疲勞病人中，唯一可表明肺功能不良的指標。
MVV在術前準備中尤其重要，因為它不但反映了氣道阻塞程度，同時又反映了病人的呼吸儲備能力，肌力和呼吸動力。
流量-容積環(huán)
流量-容積環(huán)連續(xù)記錄了在電子肺量計測定用力吸氣和呼氣過程中的流量和容量。環(huán)的形態(tài)反映了整個呼吸周期肺容量和氣道狀態(tài)。在限制性和阻塞性肺疾病時，呈現(xiàn)特征性改變。流量-容積環(huán)在檢測咽，氣管損傷時特別有效，它可區(qū)別固定阻塞(如氣管狹窄)和上氣道可變性阻塞(如氣管軟化，聲帶麻痹)。圖64-4闡明了一些典型的不正常的流量-容積環(huán)。
肺動力學
氣道阻力(Raw)可由體容積描計器直接測定，它決定了要產生某一流量的壓力。更普遍的是，Raw可從動態(tài)肺容量和呼出氣流量推算得到，后兩者更易于得到。
最大吸氣壓(MIP)和最大呼氣壓(MEP)反映了病人通過一密封的連于一壓力計的口罩，分別用力吸氣和呼氣時的呼吸肌肌力。與MVV(見上文)一樣，最大壓力在神經肌肉疾病中皆下降(如重癥肌無力，肌萎縮，Guillain-Barré綜合征)。這些壓力和肺活量，經常在機械通氣病人床邊測定，用于預測機械通氣病人的撤機成功率。
彌散功能測定
一氧化碳的彌散量(DLCO)可通過單次呼吸(DLCOSB)進行測定。病人吸入一定量的一氧化碳(CO)，屏氣10秒鐘后，然后呼氣。對肺泡氣(呼氣末)樣本進行CO分析，對這次呼吸時吸收的量進行計算，并用ml/min/mmHg表達。
低CO彌散量很可能是反映疾病肺的不正常通氣/血流(V/Q)，而不在于肺泡-毛細血管膜的物理性增厚。但是，這項測定依賴于Hb對CO的親和力，因此，試驗期間肺內血容量和未被CO飽和的Hb數量均有影響。肺泡-毛細血管膜受損(如肺氣腫和間質性炎癥或纖維化)情況下，以及在嚴重貧血時，由于減少的Hb不足以去結合吸入的CO，CO彌散量非常低。如果病人的Hb已被CO結合(如試驗前幾小時，病人已吸過煙)，DLCO可人為降低。在紅細胞增多以及肺血流增加的情況下，DLCO可上升，這些可發(fā)生在心力衰竭的早期。
小氣道功能測定
正常肺臟，直徑＜2mm的支氣管在氣道阻力組成中僅占＜10%的比例，但它們累計的表面積很大。最初影響小氣道(外周氣道)的疾病可以很廣泛，但不影響Raw或任何相關的測驗(如FEV1)。這是真正早期的阻塞性肺疾病和間質性肉芽腫，纖維化或炎性疾病。
小氣道功能可從流量-容積環(huán)FEF25%～75%和FVC后25%～50%的呼氣流量中得到最佳測定(圖64-4A)。已設計出更復雜的小氣道功能測定試驗，如肺順應性(動態(tài)順應性)中頻率依賴的改變，閉合氣量和閉合容量。通常，這些試驗對那些簡單易行的檢查補充甚少，在臨床實驗中作用很小。
睡眠呼吸監(jiān)測
中樞性和阻塞性睡眠呼吸暫停可通過睡眠呼吸監(jiān)測來區(qū)別(參見第173節(jié)睡眠呼吸暫停綜合征)。耳或手指的血氧計監(jiān)測血氧飽和度，在一鼻孔內置一導管以測量潮氣末CO2分壓(PETCO2)和監(jiān)測氣流，胸壁運動通過張力計或阻抗電極監(jiān)測。在阻塞性睡眠呼吸暫停中，盡管有持續(xù)胸壁運動，但鼻孔內氣流停止，血氧飽和度下降，PETCO2上升。在中樞性呼吸暫停中，胸壁運動和氣流同時停止。
肺功能試驗
作為術前一項常規(guī)檢查，F(xiàn)VC，F(xiàn)EV1，F(xiàn)EV1/FVC，MVV的測定常常已滿足要求。對那些吸煙超過40年的病人以及有呼吸道癥狀的病人，需要作出流量-容積環(huán)。如果懷疑呼吸肌無力，則要行MVV，MIP，MEP和VC檢查。
當臨床癥狀與簡單的肺量計獲得的數據不一致或需要對某一不正常的肺病理進行較全面的特征分析時，則要求進行整套的肺功能測定。整套試驗包括靜態(tài)和動態(tài)肺容量，DLCO，流量-容積環(huán)，MVV，MIP和MEP的測定。但是，全面的試驗耗力，耗時，耗資，對大多數病人的合理評估并不完全必需。周期性測定VC，DLCO，通常足以監(jiān)測肺間質纖維化。
表64-2和64-3是用來作為解釋肺功能試驗的綱要。
動脈血氣測定
PaO2和PaCO2反映了肺和靜脈血氣體交換的適合和有效。正常情況下，Pa-CO2維持在一狹窄范圍35～45mmHg。CO2產生量(VCO2)增加，正常情況下，導致通氣驅動力增加和肺泡通氣量(VA)增加，從而避免PaCO2的上升。VA與PaCO2在任一VCO2水平上都呈負相關(即：VAXPaCO2＝KXVCO2)。
PaO2明顯低于吸入氣PO2(PiO2)，并且一定程度低于PAO2。圖64-5顯示了當吸入氣被運至肺泡時PO2的變化。吸入氣O2分壓根據吸入氣O2百分比(FiO2)X大氣壓(PB)計算。在海平面的室內空氣，PiO2～=0.21X760mmHg=160mmHg。當吸入氣體進入上呼吸道時，吸入氣被水蒸氣飽和。在海平面和正常體溫(37℃)下，水蒸氣產生47mmHg的分壓，經水蒸氣飽和后，PO2被輕度稀釋；PO2～=0.21X(760-47)=149mmHg。實際應用時，在進入肺泡時的吸入氧分壓可由公式FiO2X7近似得到(如室內空氣，21X7～=147mmHg；40%O2濃度下，40X7＝280mmHg)。醫(yī)學.全在.線www.med126.com
因為肺泡內總的氣體張力維持恒定，所以進入肺泡的CO2量越多，肺泡氣O2分壓越低。合理飲食的病人，呼吸商(VCO2/VO2比值)并不單一，約為0.8。因此，每1mm肺泡氣CO2分壓有效替代1.25mm的肺泡氣O2分壓(呼吸商受飲食中脂肪和碳水化合物的相對數量影響，高碳水化合物飲食可使其大約增至1，而高脂肪飲食可使其大約降至0.7)。臨床應用中，PACO2被認為與PaCO2相等。因此，PAO2計算可根據等式：PAO2＝FiO2(PB-PH2O)-1.25PaCO2(圖64-5)。
室內空氣時，當PaCO2為40mmHg，PAO2＝147-50＝97mmHg。正常肺泡通氣量大約為5L/min，灌流(Q)也一樣。如果VA與Q匹配恰當(即V/Q＝1)，PAO2與PaO2則相等。然而，正常肺的總體V/Q比值大約為0.8，該V/Q比值的失衡，結果使PaO2比PAO2低5～15mmHg，相當于2%肺動脈血(混合靜脈血)分流，即直接進肺靜脈血循環(huán)而未參與氣體交換。PAO2與PaO2(A-aDO2)的差值直接反映了V與Q失衡程度，也就是，內在肺疾病的嚴重性。
一名健康20歲年輕人，呼吸室內空氣所得的動脈血氧分壓大約為90mmHg。70歲的正常PaO2大約為75mmHg，隨年齡而發(fā)生的生理性PaO2下降是因為肺彈性回縮力的下降(老年性肺氣腫)，導致小氣道在潮氣呼吸范圍內關閉，進一步使肺的V/Q總比值下降。
表64-4列舉了低氧血癥的生理原因，低于正常的吸入氧分壓必然導致低氧血癥，并無相應的V/Q比值改變和A-aDO2的增加。商務航班的客艙壓力相當于1500～2400米高度的壓力---類似于在海平面吸入17%的氧氣。某種程度下，低氧血癥可部分由通氣過度而補償，但有報道在商務航班中COPD病人PaO2低至30mmHg(參見第283節(jié))。
低通氣量單獨可導致低氧血癥，甚至也可發(fā)生在無內在肺疾病情況下。如果PaCO2從40mmHg增至80mmHg，正如在過量鎮(zhèn)靜劑時，PaO2可減少50mmHg(即40X1.25)，從90mmHg到40mmHg：當通氣不足成為低氧血癥主要原因(即A-aDO2正常下的低氧血癥)，應考慮表64-4所列的診斷。
到目前為止，低氧血癥的最常見原因是V/Q比值失衡(圖64-6)。COPD病人，組織彈性回縮力的喪失，支氣管痙攣和濃縮的分泌物聯(lián)合作用使肺的V/Q比值惡化。低V/Q比值的區(qū)域導致低氧血癥；高V/Q比值區(qū)域則導致無效通氣(死腔)，增加了呼吸功，導致高碳酸血癥。只要氣道未完全阻塞，低氧血癥可憑借FiO2的增加易于糾正，因為在肺泡缺氧區(qū)域存在大的彌散梯度，典型的是，24%～28%的FiO2即適宜于糾正V/Q比值失衡造成的低氧血癥。
局部區(qū)域完全無通氣(因為肺泡完全塌陷或充滿液體)，但仍有灌流，則可導致血液從右至左的分流。分流導致的低氧血癥頑固難以糾正，因為O2不能達到氣體交換的表面，從而加大了吸入氣氧濃度，這些情況需要機械通氣和呼吸末正壓來增加功能殘氣量和開放關閉的氣道(參見第66節(jié))。
氧通過肺泡-毛細血管膜的彌散功能受損可能不是靜息低氧血癥的主要原因，除了在高處。
通氣/灌注功能分解掃描
手術前定量通氣/灌注肺掃描(功能分解掃描)是預測肺部分切除術后肺功能的一種非創(chuàng)傷性檢查，它在肺癌病人中非常有用，這些病人肺功能不對稱。在常規(guī)的肺掃描中，一種放射性同位素注入(灌注)或吸入(通氣)。在達平衡后，可計算出每側肺的同位素百分比，通常病人仰臥，后位投影。肺部分切除術后FEV1預計值等于非癌肺放射性核素攝取百分比X術前FEV1 (L)。FEV1＜0.8L(或小于該病人預計值的40%)，表明嚴重的肺功能損害和有難以預料的高圍手術期的疾病發(fā)生率和病死率的可能。
跨膈壓測定
跨膈壓測定可進行膈肌無力嚴重程度的定量評估，該過程可用于診斷雙側膈肌麻痹。測壓氣囊置于食管的遠段和胃內，測定跨膈壓。此方法間接測定了一次吸氣動作中膈肌的張力，正常情況下，肺總量時跨膈梯度＞25cmH2O。
根據X線表現(xiàn)出來的患側膈肌不對稱抬高，提示單側膈肌麻痹的診斷，可通過透視證實。在用力吸氣過程(鼻吸氣試驗)，非患側膈肌用力下降，從而腹內壓上升，麻痹側膈肌被推向頭側(矛盾運動)，但是，對雙側膈肌麻痹的診斷，透視并不能明確診斷。
運動試驗
在運動時或運動后重復生理測定，可幫助判斷在呼吸困難病因上心肺疾病各占的地位，幫助殘疾障礙的評估和監(jiān)測康復過程是否有效。懷疑哮喘但靜息檢查和肺功能試驗正常的病人，在運動時，尤其當吸入冷空氣時，可表現(xiàn)出喘鳴，VC或FEV1下降＞15%，認為不正常，表明氣道高反應性。在運動中，DLCO或氧合能力下降表明氣體交換不正常，可能是反映肺血管或間質性肺疾病的最早生理指標。
有心臟疾病的病人，心搏量并不隨運動而適當增加。因而，心率增加與VO2不呈比例---這是VD/VT(死腔通氣)增加，低氧血癥或呼吸肌疲勞的結果。
