肺通气功能检查

第五章肺通气功能检查（肺量计检查）

广州呼吸疾病研究所

郑劲平

肺通气功能是单位时间随呼吸运动进出肺的气体容积，显示时间与容量的关系，并与呼吸幅度、用力大小有关，是一个较好的反映肺通气功能的动态指标。凡能影响呼吸频率、呼吸幅度和气体流速的生理、病理因素均可影响肺通气量。

肺通气功能包括分钟通气量、肺泡通气量、最大分钟通气量和时间肺活量等，以后者最为常用。

肺量计（Spirometer）是最常用的肺通气功能检查设备，除肺泡通气量外其余参数均能直接测定，因而肺量计检查（Spirometry）亦是临床上最常用的检查方法。

一．分钟通气量

1．定义：分钟通气量(minute ventilation, V E)是指静息状态下每分钟所呼出的气量，即维持基础代谢所需的气量。正常值：约6～8 l/min。

2．测定方法：坐位，上鼻夹，经咬口器连接肺量计，平静呼吸30sec～1min，测定Vt及呼吸频率（RR），则V E＝V T×RR。

3．临床意义：V E是常用的肺通气功能指标，其与最大分钟通气量的函数关系是反映通气代偿能力的指标之一（后述），更是危重监护人工通气时的关键指标之一，对人工通气参数的设置至关重要。V E >10 ～12 l/min为通气过度，V E<4 ～3 l/min为通气不足。

二．肺泡通气量

1．定义：肺泡通气量(alveolar ventilation, V A)是指静息状态下每分钟吸入气能达到肺泡并进行气体交换的有效通气量。正常值：成人约4～5.1。

正常呼吸中，呼吸性细支气管以上的气道仅起气体传导作用，不参与肺泡气体交换，是为解剖无效腔和死腔，部分进入肺泡的气体因无相应的肺泡毛细血管血流与之进行气体交换则亦无法进行气体交换，是为肺泡无效腔，解剖无效腔和肺泡无效腔合称生理无效腔（生理死腔，dead space ventilation, V D）。正常情况下,因通气/血流比例正常，肺泡死腔量极小,可忽略不计，因此生理死腔量基本等于解剖死腔量。解剖死腔量一般变化不大(除支气管扩张以外)，故生理死腔量变化主要反映肺泡死腔量的变化。

2．测定方法：受检者取坐位,休息15min, 加鼻夹, 含咬口器, 待呼吸平稳后，收集呼出气，测定呼出气CO2分压（P E CO2），并在收集呼出气之末取动脉血或动脉化耳血测定PaCO2。依改良Bohr公式: V D/V T=(PaCO2—P E CO2) /PaCO2可计算出无效腔通气比值，则V A=V E×(100－

V D/V T) %。

3．临床意义：V A能确切反映有效通气的增加或减少。生理死腔量的增大见于各种原因引起的肺血管床减少、肺血流量减少或肺血管栓塞，反映换气功能的异常。肺泡通气量减少见于肺通气量减少和/或生理死腔量增大。若V E不变，呼吸浅快时潮气量(V T)少，而解剖死腔不变则肺泡通气量下降。故从V A的角度考虑，深而慢的呼吸较浅而快的呼吸为好。

三．最大自主通气量

1．定义：最大自主通气量(maximal voluntary ventilation, MVV)是指在单位时间内以尽快的速度和尽可能深的幅度重复最大自主努力呼吸所得的通气量。MVV实测值占预计值之80%以上为正常。正常成人约，男：104 l/min，女：82 l/min。

2．测定方法：受试者取坐位或立位，上鼻夹，口接咬口器与肺量计相连，平静呼吸4～5次后，以最大呼吸幅度、最大呼吸速度作快速呼吸（一般情况下RR约60～80次/min，每次呼吸气约60%VC）。持续重复呼吸12s或15s。MVV＝Vt×RR。休息5~10min后重复测定，重复测定值的差异应<8%，取最大值。MVV与FEV1呈正相关，MVV FEV1×35，故从FEV1可以粗略推算MVV。

3．临床意义：MVV是一项简单而实用的负荷试验，用以了解肺组织的弹性、气道阻力、胸廓的弹性和呼吸肌的力量，是一项综合评价肺通气功能储备量的可靠指标。MVV及其相应指标通气储量(%)常用于胸腹部手术前肺功能的评价。

通气储量(%)=(MVV - V E)/MVV×100%。

正常值≥93%，低于86%提示通气储备不佳，胸部手术须慎重考虑；在70%～60%时为手术相对禁忌；60%以下一般为手术禁忌。

阻塞性通气障碍时MVV明显降低，限制性通气障碍时MVV可正常或降低。此外，气促指数（AVI）对阻塞性或限制性通气功能损害的鉴别有一定价值。AVI=MVV实测占预计值%/VC 实测占预计值%。AVI<1.0为阻塞性；AVI>1.0为限制性。

4．注意事项：MVV测定因是较剧烈的呼吸运动，凡严重心肺疾病患者及近期大咯血患者均不宜作此项试验。

四．时间肺活量

时间肺活量是指用力呼吸过程中随时间变化的呼吸气量，其中临床最常用的是用力呼气量(forced expiratory volume, FEV)，即用力呼气时肺容量随时间变化的关系，见图1。

(一)检测指标

1．用力肺活量(forced vital capacity, FVC):指最大吸气（TLC位）后以最大的努力、最快的速度呼气至完全（RV位）的呼出气量。

正常值：男3.5 l女2.5 l。

正常情况下FVC与VC一致，气道阻塞时FVC

2.第1秒用力呼气容积(forced expiratory volume in one second, 简称1秒量，FEV1):指最大吸气至TLC位后1秒内的最快速呼气量。

正常值：男2.8 l，女2.0 l。

FEV1既是容量测定值，也是流量测定值，即1秒内的平均呼气流速测定，且其测定稳定性和可重复性较佳，是肺功能受损的主要和最常用指标。判断气道阻塞常以FEV1/FVC％或FEV1/VC％表示。

3．最大呼气中期流量(maximal mid-expiratory flow, MMEF)，又称用力呼气中期流量(FEF25～％):指用力呼气25％～75％肺活量时的平均流速。

75

正常值：男性约3.5 l/sec，女性约2.8 l/sec。

低肺容量位的流量受小气道直径所影响，流量下降反映小气道的阻塞。FEV1、FEV1/FVC 和气道阻力均正常者，其MMEF值却可低于正常，因此，可作为早期发现小气道疾患的敏感指标,其敏感性较FEV1为高，但变异性也较之为大。

（二）测定方法:

通常用肺量计测定。由于传感器技术的发展及计算机技术应用的普及，目前大多数肺量计均已电脑化，时间由计算机自动记录，呼吸容量及流速可同时和瞬时测定，其测定方法详见流量容积曲线(图2)。

五．小气道功能测定

小气道（small airway）是指吸气状态下直径≤2mm的气道,包括细支气管和终末细支气管。小气道管壁弹力纤维呈放射状向外发展，与周围肺泡壁的弹力纤维相连，形成网状结构，因而小气道口径直接受肺容量大小的影响。

小气道功能测定有闭合气量测定法、频率依赖性顺应性测定方法、最大呼气中期流量测定法、用力呼气中、后期瞬间流量测定法等，后两者是目前最常用的小气道功能测定。

1．闭合气量：

主要指标有闭合容积（closing volume, CV）及其与肺活量的比值（CV/VC%），以及闭合总量（closing capacity, CC）及其与肺总量的比值（CC/TLC）。受试者于RV位吸入纯氧至TLC位，然后以0.5 l/sec速度缓慢呼出至RV位，以快速氮浓度分析仪连续测定呼出气中氮浓度，并描计肺泡氮浓度曲线，从中求出闭合气量。闭合气量测定早年使用较多，但因其测定需特殊设备、

测试复杂、耗时较长、重复测定变异较大、敏感性不高，目前已较少采用。

2．频率依赖性肺顺应性，亦称动态肺顺应性：该法是最敏感的小气道功能测定方法。平静呼吸时小气道病变者肺的顺应性正常，随呼吸频率的增加，当小气道狭窄或阻塞时，气体进出发生困难，肺容量变化减少，肺顺应性逐渐下降，当呼吸频率增加到60次／分钟时，其肺顺应性显著下降，故亦称频率依赖性肺顺应性。由于该法需测定胸内压（常用侵入性的食道气囊测压反映），临床较少使用，一般只用于实验研究用。.

3．最大呼气中期流量：见时间肺活量（图1）。

4．用力呼气50％肺活量及75％肺活量时的瞬间流量：见流量－容积曲线（图2）。

六．流量－容积曲线(flow-volume curve，F－V 曲线)

（一）定义

流量的时间积分为容积，反之，容积的时间微分即为流量。由于现代计算机技术的发展，可瞬时将容积和流量的函数进行计算，并描记出流量与容积的关系，故测试和显示均极为方便，目前是最为常用的肺通气功能检查项目。流量－容积曲线在呼吸相构成一密闭的环状，故亦称流量－容积环（F－V loop），见图2。

（二）F－V曲线特征

F－V曲线可提供不同肺容量位下的流量特征，对临床诊断有较大的帮助。呼气相流速－容量曲线的特点是呼气早期流速迅速增至最高值( 最高呼气流量，PEF)，峰值点约位于肺总量位至75％肺总量位之间，其值与受试者的努力程度有关(高肺容量呼气流速用力依赖性)，在呼气相中后期，即低肺容量时呼气流量与用力无关( 低肺容量呼气流速用力非依赖性)，流速容量曲线随肺容积降低而缓慢下降，逐渐向下倾斜至残气位。

（三）等压点学说

F－V曲线特征可用等压点学说阐明。用力呼气时，由于气流阻力的作用，肺内气体沿周围气道呼出至气管开口端的过程中，气道内压逐渐下降，当气道内压降至与胸内压相等的某一点，称为等压点。依等压点学说气道可分为二段: 自等压点至肺泡侧的较小气道称为上游段；等压点至气道开口的较大气道为下游段。在上游段气道内压>胸内压，管腔不会被压缩；在下游段气道内压<胸内压，故气道被压缩，管腔变小，但等压点在用力呼气过程中并非固定位置不变，它所反映的是动态生理变化，从动力学角度而言，肺泡弹性回缩力是肺泡等压点气道内产生流量的驱动力，而气道阻力则决定肺泡回缩力能有效作用于气道壁上保持通畅的长度(即上游段的长度)。驱动力愈大，气道阻力愈小，则等压点离肺泡愈远，这见于高肺容量用力呼气时，等压点移至大气道，其下游段气道因有气管软骨环支持而不被压缩，气道阻力小。因而高肺容量时气流量具有用力依赖性，随呼气肺容积减少驱动力下降，等压点渐向周围气道移动，这时下游段气道在胸内压作用下被挤压，管腔狭小，气道阻力增大，抵消了胸内压作用于

肺泡增加呼气流量的作用力，表现为流量自我受限，即低肺容量下呼气流速的非用力依赖性。

当小气道发生病变时，气道阻塞和狭窄更加明显，等压点向上游移动，在较高的肺容量位亦出现明显的流速受限，因而呈现流量容积曲线呼气相降支向容量轴凹陷的特征性图形。（图5）。

（四）常用指标：

1．最高呼气流量(peak expiratory flow, PEF):用力呼气时的最高流速。

正常值：男性约9 l/sec，女性约7 l/sec。

临床意义：PEF是反映气道通畅性及呼吸肌肉力量的一个重要指标，与FEV1呈高度直线相关。PEF亦可通过微型呼气峰流量仪测定，详见该节。

2．用力呼气25％肺活量(余75％肺活量)的瞬间流速(forced expiratory flow after 25％of the FVC has been exhaled, FEF25％,V75)

正常值：略逊于PEF。

FEF25％是反映呼气早期的流速指标，大气道阻塞时其值明显下降。

3．用力呼气50％肺活量(余50％肺活量)的瞬间流速(FEF50％，V50)

正常值：与MMEF相近。

FEF50％是反映呼气中期的流速指标。其与MMEF及FEF75％共同参与对小气道功能障碍的判断。这3个指标当中如有2个以上下降，反映有气道阻塞或小气道病变。

4．用力呼气75％肺活量(余25％肺活量)的瞬间流速(FEF75％，V25):

正常值：约为MMEF的1/2。

FEF75％是反映呼气后期的流速指标。其临床意义与FEF50％、MMEF相似。

5．50%肺活量位呼气流量与吸气流量的比值（FEF50%/FIF50%）：

正常值：<1。

FEF50%/FIF50%是反映上气道阻塞的重要指标，该比值>1提示可能有胸外型上气道阻塞。

（五）测定方法

患者取坐位，上鼻夹，接咬口器平静呼吸数个周期，深吸气至TLC位，然后以最大的力量、最快的速度突发呼气，起始呼气外推容积应<5%或0.15 l，在整个呼气过程连续无中断，呼气6秒钟以上或直至出现呼气平台（RV位）为止，一气呵成，当完成呼气相测定后再作最大用力吸气至TLC位。稍候片刻后重复测定3次，最佳2次之FVC或FEV1变异应<5％，取最大值。

七．最高呼气流量（peak expiratory flow, PEF）

1．定义：最高呼气流量（PEF）是指用力呼气时的最高流速。

正常值：男性约570 l/min，女性约420 l/min.

2．测定方法：PEF可通过流量容积曲线测定或微型呼气峰流量仪测定。由于后者仪器简单、携带方便、价格便宜，可应用于不同的环境（如家庭、外出等），尤其适用于PEF变异率(PEFR)的测定。

立位（或坐位），平握微型峰流量仪，将流量浮标至于零位，深吸气至TLC位后口接峰流量仪爆发性呼气，然后读取呼气峰流量值。重复3次。

3．临床意义：PEF反映患者的气道通畅性，并与患者的努力程度、肺容量和呼吸肌肉力量有关。当排除后三者的影响时，PEF常直接反映气道的通气功能情况。哮喘病人在哮喘发作时，PEF常降低，提示通气能力受到影响。

八．肺通气功能检查的临床应用

气道通畅性、肺顺应性(肺泡可扩张及可回缩性)、胸廓顺应性、呼吸中枢及其支配神经通路、呼吸肌肉功能(主要为膈肌)等因素均可影响肺通气功能。

（一）判断通气功能障碍的类型及程度

1．通气功能障碍的类型：依其损害性质可分为阻塞性通气功能障碍、限制性通气障碍及混合性通气障碍。

（1）阻塞性通气功能障碍

是指由于气道阻塞引起的通气障碍，主要表现为FEV1及其与FVC的比值FEV1/FVC％的显著下降，<70％。该比值与年龄有关，少年儿童一般应>85%，青年>80%,中年>75%，老年>70%，或可依大于预计值－8％判断为正常。MVV，MMEF，FEF50％等指标也有显著下降，但FVC可在正常范围或只轻度下降。RV，FRC，TLC和RV/TLC％可增高，气速指数<1，流速－容量曲线的特征性改变为呼气相降支向容量轴的凹陷，凹陷愈明显者气道阻塞愈重（图3）。

引起气道阻塞的病变常见有COPD、哮喘等。见表1。

阻塞性通气功能障碍的特殊类型：

◆小气道病变：

小气道病变是气道阻塞的早期表现，其病变部分是可逆的。小气道因其数量多，总横截面积大，对气流的阻力仅占总阻力的20％以下，因此，当它早期发生病变时，临床上可无症状和体征，通气功能改变也不显著，FVC，FEV1及FEV1/FVC比值尚在正常范围，但时间－容量曲线的MMEF及流量－容积曲线的FEF50％、FEF75％均有显著下降，反映该病对通气功能的影响主要为呼气中、后期的流速受限。当该3项指标中有2项低于正常预计值的65％，可诊断为小气道病变。小气道病变常见于慢性阻塞性肺部疾病早期、哮喘或吸烟者。

◆上气道梗阻(upper airway obstruction, UAO) ：

UAO是阻塞性通气障碍的一种特殊类型，上气道是指气管隆突以上的气道，气管异物、

肿瘤、肉芽肿、淀粉样变、气管内膜结核、喉头水肿、声门狭窄等均可发生UAO。

依位于胸廓入口以内或胸外的上气道梗阻部分可分为胸内型或胸外型，依梗阻时受吸气或呼气流速的影响与否可分为固定型或可变型。

①可变胸外型UAO：可变胸外型UAO则相反，由于梗阻发生于胸廓入口以外，吸气时气道内压下降低于大气压，使气管壁趋于闭陷，吸气阻力增加致吸气流速受限明显，但呼气时因气道内压高于大气压而使气道趋于扩张，故气流受限可不明显，流速－容量曲线上表现为吸气相平台样改变（图4），FEV50/FIF50比值>1。

由于胸外型UAO表现为吸气性呼吸困难，临床上出现三凹征，喉头部可闻哮喘音，临床上较易发现及处理，但胸内型UAO临床上不易诊断，易被误诊断慢阻肺或支气管哮喘等疾病而延误治疗，应引起临床重视。

②可变胸内型UAO：当发生可变胸内型UAO时，由于吸气时胸内压下降，胸内压低于气道内压，肺因扩张而向外牵拉致气道扩张。吸气相气流受限可能不甚明显，但呼气时胸内压增加高于气道内压，使气管趋于闭陷，气道阻力增加因而阻塞加重，表现为呼气流速受限，尤为呼气早中期，FEF200－1200，FEV0.5等反映呼气早中期的流速显著下降，流速容量曲线表现为呼气相平台样改变（图5）

③固定型UAO：当UAO病变部位较广泛或因病变部位较僵硬，气流受限不受呼吸相的影响时，则为固定型UAO，吸、呼气流速均显著受限而呈平台样改变，FEF50/FIF50比值接近1（图6）。

上气道梗阻者其MVV下降较FEV1下降更甚。

◆单侧(左或右)主支气管完全阻塞：

此时因只有健侧肺通气，而患侧肺无通气，形同虚设，故肺功能检查可表现如限制性通气障碍，肺容量VC(FVC)、TLC等显著下降，应与引起限制性障碍的其他疾病鉴别。

◆单侧主支气管不完全性阻塞:

流速－容量曲线表现为双蝶型改变（图7），这是因为健侧气流不受限而患侧气流受限，因而吸/呼出相早中期主要为健侧通气，患侧气则在后期缓慢吸/呼出所致，此类型病者的呼气相曲线易与一般的阻塞性通气障碍混淆，应结合吸气相改变及临床资料分析。

(2)限制性通气障碍

是指肺容量减少，扩张受限引起的通气障碍，以TLC下降为主要指标，VC，RV减少，RV/TLC％可以正常、增加或减少，气速指数>1，流速－容量曲线显示肺容量减少（图3）。常见于胸或胸膜病变、肺间质病变等。见表1。

(3)混合性通气障碍

兼有阻塞性及限制性二种表现，主要表现为TLC，VC及FEV1/FVC％的下降，而FEV1降低更明显。流速－容量曲线显示肺容量减少及呼气相降支向容量轴的凹陷(图3)，气速指数则可正常，大于或少于1。此时应与假性混合性通气功能障碍区别，后者的VC减少是由于肺

内残气量增加所致，常见于慢阻肺及哮喘病者，作肺残气量测定或支气管舒张试验可资鉴别。

各类型通气功能障碍的判断及鉴别见表1。

表1. 各类型通气功能障碍的判断及鉴别

阻塞性通气功能障碍限制性通气功能障碍混合性通气功能障碍

病因呼吸道阻塞性疾病，弥慢性肺间质纤维化，兼有阻塞限制二种因素

(COPD，哮喘) 肺肉芽肿病、肺水肿；

胸、腹腔、胸廓疾病

通气功能特征呼气流量降低肺总量，肺活量降低，呼气流量降低，肺总量，

呼气流量正常肺活量降低

FVC,VC％预计值正常或↓↓～↓↓↓～↓↓

MVV％预计值↓～↓↓正常或↓↓～↓↓

FEV1/FVC ↓～↓↓正常或↑↓～↓↓

MMEF％预计值↓～↓↓正常或↓↓～↓↓

RV/TLC ↑↑正常，↓或↑↑～↑↑

TLC％预计值正常或↑↓～↓↓↓

AVI <1 >1 正常，大于或小于1

注:↓轻度降低，↓↓明显降低；↑轻度升高，↑↑明显升高。

2．通气功能损害的程度：

不同的临床协会、研究组织对肺功能损害的程度评估标准有所不同。应注意到虽然有证据显示肺功能损害的程度可能与疾病的发作频度、严重程度、生活质量、病死率等因素有关，但不能仅依此判断疾病的严重程度。举一个简单的例子，一个肺功能正常的哮喘患者在接触某过敏原后可能会立即诱发严重的气道痉挛、窒息甚至死亡。因此，肺功能损害程度的判断应结合临床资料综合分析。

最近ATS/ERS（2005）有关肺功能的联合会议，建议将肺功能损害的程度依FEV1％预计值作以分类：

(二)判断气道反应性

临床上对气道反应性的检测可分为支气管激发试验和支气管舒张试验，详见相关章节。

PEF及其变异率（PEFR）

PEFR也较好地反映气道的舒缩功能。是气道可逆性检查的内容之一。正常人体有一定的生物钟规律，人体的某些代谢和功能会随时间的变化有一定的改变。正常人PEF在清晨最低，下午最高，但变异较少（<12%）。支气管哮喘病人因气道敏感性较高，舒缩变异较大，故最高呼气流速的变异也大（常>15％）。最高呼气流速的变异也随着病情的好转而减少，或恶化而增大。因此监测PEFR可准确的反映哮喘的病情严重程度和变化趋势。由于PEFR监测常需连续多天监测，故需病人配合及掌握测定的方法。可于每天的早晚各测定1次,或每天测定4次(0600,1200,1800,2400),每次最少吹PEF3下,记录最高值。PEFR的计算：PEFR＝2×（PEF最高值－PEF最低值）/（PEF最高值＋PEF最低值）×100％。

结果判断：PEFR≥15%,气道可逆性改变程度较高，提示支气管哮喘。

PEFR<15％，需排除仪器的故障和病者能否很好的掌握测定技术的因素。

（三）评估药物或其他治疗方法的有效性。

通过治疗前后肺功能的测定，可对治疗疗效进行有效性评估，并常常作为优化治疗方案的重要评估手段。常用于支气管哮喘、慢性阻塞性肺疾病（COPD）、肺间质性病变等疾病的疗效评估。

（四）评估胸肺手术及劳动能力的耐受力。

正常肺功能取决于胸廓完整，气道通畅，呼吸肌健全，胸廓及肺组织顺应性良好，以及肺组织血流灌注良好，胸腹部外科手术是创伤性治疗，可直接损坏胸廓完整性、损伤肺组织及损伤呼吸肌肉而影响肺功能，而术前肺功能检查，不但有助于确定手术适应症，且关系到手术及术后的安全性、疗效和术后生活质量的评价。

常用的通气功能检查检查项目有时间肺活量、最大通气量、肺容量( 尤为残气量或功能残气量)、通气储备力。

预测术后肺功能值≈术前肺功能值×(1－将被切除的肺的通气值／总肺通气值。同时，术前肺功能评价指标亦应结合病人的体质、年龄、术式、手术切除部位的大小、病灶的性质等因素综合判断，随着胸部外科技术及术后监护、康复技术的发展、手术适应症逐步放宽，因而术前肺功能的测定亦显得尤为重要。

此外，某些重体力活动需要有良好的肺功能基础。职业性肺损伤的评估也根据肺功能的结果作出判断。

（五）用力肺通气功能检查的禁忌症:

近周内有大咯血、气胸、巨大肺大泡且不准备手术治疗、心功能不稳定者慎作需用力呼气

的肺功能检查。