肺功能测验的临床应用.ppt

肺功能测验的临床应用 广东省人民医院 呼吸内科 黄思贤 王首红, 一、呼吸生理 二、肺容量 三、通气功能 四、换气功能 五、小气道功能 六、气体分布 七、外科手术与肺功能 八、呼吸动力机制 九、运动心肺功能测验 ,一、呼吸生理(通气功能与换气功能) 气体交换在两个地方进行（图1） 【外呼吸】 环境气体肺泡，形成PAO2，为通气功能(长距离气体运输) 肺泡和血液间气体交换，形成PaO2(短距离气体运输)为换气功能， 取决于 气体弥散 肺泡的气体分布与毛细血管的血流分布 和两者关系即通气/血流比率。 血液中气体运输(长距离运输) 【内呼吸】 体循环毛细血管血液和细胞线粒体之间 的气体交换形成PvO2。(短距离运输) 肺功能主要研究外呼吸, 支气管树（图2）,二、肺容积和肺气量（Lung volume and Capacity） 肺活量（VC） 潮气容积（TV） 补吸气容积（IRV） 深吸气量（IC） 补呼气容积（ERV） 残气容积（RV） RV是指在用力呼气之后， 肺内遗留的不能再呼出的气体容积。 RVFRCERV 功能残气量（FRC） 肺总量TLCVCRV （图3）, Y(ab)(ce)100 79.1%FRC + 79.1%d +e = y%(x+d)+(a-b) c FRC - d 79.1Y,a = 肺量计中充入的氧量（ml） b = 重复呼吸 7 min 后氧的吸收量（ml） c = 重复呼吸7 min 后身体内 排出的氮量为80ml d = 肺量计通路的死腔容量（ml） e = 肺量计中氧气的含氮量 y = 重复呼吸 7 min 后肺量计中气体的氮浓度, 密闭式氮稀释法（重复呼吸7分钟）（见图4）, 开放式氮稀释法（吸氧7分钟冲洗法）（图5）,N2(终末)呼出气容积 FRC N2（肺泡气) ,体描仪测定胸腔气容积,P1V1P2V2 PBVtg(PBPA）（VtgVA） Vtg PBPA）VAPA VtgPBVAPA,在平静呼气末，胸腔内肺泡压等于大气压，胸腔内容积是平静呼气末胸 腔气容积，即功能残气（Vtg）。其原理是根据波义耳定律（图6 ),肺容量的意义（见图7） 1.肺活量的大小与年龄、性别、身高、体重即体表面积及体 位有关。 衡量其是否正常应将实测值与预计值比较，如减低不超过 预计值的20应认为是正常、因为肺活量正常约有20的 变动。 肺活量只表示肺脏最大扩张和最大收缩的呼吸幅度，对通 气动力的意义较小。胸部疾病引起肺活量减低大致有三点： 肺或胸廓扩张受限的疾病 肺组织受到损害的疾病 呼吸道阻塞的疾病，但影响不显著。, 功能残气及残气的意义 保证呼、吸运动间歇进行时，气体交换的连续性， 使PAO2相对稳定。 反映了胸廓弹性和肺组织弹性的平衡位置。此外， 胸廓弹性是双相的，向内与向外中间位置在肺活 量的60处，呼气末静息时肺活量在60以内故 其力是向外的;超过此限度，力是向内的。 (3)FRC大说明胸廓向外弹性大或肺组织向内弹性减弱, 多数为后者，如肺气肿肺弹性减弱。 FRC小提示胸壁向外弹性小或肺组织回缩力大。如 胸廓病变或肺纤维化等。,3.肺气肿考核标准 表1 阻塞性通气障碍导致的肺气肿考核标准* RV/TLC(%) 肺泡氮浓度平均值（%） 无肺气肿 56 8.40 *适用31-61岁者，17-31岁者RV/TLC% 正常值为271.6%,4.肺容量与肺气量的评价,肺容量间接评价 1.弹性回缩力-最大呼气时提供气流的驱动压。 2.影响气流阻力-周围肺实质的弹性，牵拉气道开放，决定气道直径。 弹性回缩力与气流阻力是相互依赖的。 3.提供肺机械储备。 肺气量最重要三项即TLC,FRC,RV。而RV/TLC,FRC/TLC在健康者非常近 似。 呼吸肌的强度力量与弹性回缩力量在决定肺容量和它的位置 边界起重要 作用。 限制性通气功能(胸壁，肺)障碍引起容量降低。VC,TLC,FRC或正常。 1.肺限制性疾患VC减少主要是IC减少。 2.胸壁限制性疾患VC减少主要是ERV减少。 气流受限引起RV,FRC,TLC增加。 混合性通气功能障碍引起RV,TLC;或RV ,TLC正常。,三、通气功能 用力肺活量(FVC)、肺活量(VC)（见图8） 时间肺活量 FEV1、FEV2、FEV3以及与FVC比率，以FEV1与FEV1/FVC%最为重要， FEV1/FVC不低于75%为正常， 阻塞性患者FEV1/FVC%及FEV1下降， 限制性患者FEV1/FVC%提前完成。 最大呼气中期流速MMEF(MMF) 将FVC曲线分为四等分，呼气开始1/4，因速度极快，不易掌握； 呼气末段1/4 因肺组织弹性减低，气道直径缩窄，呼气速度减低， 均以摒弃，只留中期两个部分25%75%的容量与时间的关系以分析。,图8 用力肺活量示意图,图9 最大主动通气示意图, 最大主动通气(MVV) （见图9） 单位时间内所能呼吸的最大气量，故测试者要以最快呼吸速度和最深呼吸幅度连续呼吸15秒，所得呼出或吸入的气量乘4(或12秒乘5)，即为每分钟的MVV，相当于负荷试验，属于动态的功能，其正常取决于: 胸廓的完整及其弹性，气管的通畅，肺组织的弹性和呼吸肌的力量。 代表通气能力，反映通气储备。低于80预计值视为异常。因而 胸廓畸形或呼吸肌损害， 呼吸道痉挛或部分阻塞， 肺组织损害等均可致MVV减低。 有作者指出MVV120L肺气肿不可能存在；120L40L者肺气肿难以肯定；40L者，肯定有明显肺气肿。体力衰弱不能胜任MVV者可用FEV135或FEV140计算。, 无效腔测定 解剖死腔 相当本人体重的磅数（公斤体重2.2）。 生理死腔 解剖死腔量肺泡死腔量 （PaCO2PeCO2）VT VD = PaCO2 VD PaCO2-PeCO2 = VT PaCO2 正常值0.35左右 ,（六） 通气障碍分型 （见表3） 表3 通气障碍分型评定 阻塞性 限制性 混合性 通气测定 FVC N或 FEV1.0% N或 MMF N或 MVV 或N 肺容量测定 VC N或 FRC 不等 TLC N或 RV/TLC N或 不等 FEV1.0 其他 气速指数 1.0 0.95-1.05 气道阻力 正常 气体分布（氮清洗率） 正常 ,四、换气功能 肺弥散功能（转移因子） 肺弥散量（DL） 在肺泡与肺毛细血管之间当气体分压为1mmHg时，每分钟 进入血液的气体量（ml）。 弥散障碍同时有气体分布不均及通气/灌注比率失调。极 少是单一的生理异常。二氧化碳一般不存在弥散障碍，弥散 障碍是指氧而言。 PAO2易测，PcO2存在技术上的困难。,临床上用一氧化碳（CO）来测，因为 CO与血红蛋白的结合力比O2大210倍，其次 血浆内不含CO，故具有一定优点，测定 DLCO后，再乘以1.23换算为DLO2。 CO 弥散过程包括膜弥散过程(DM),与血 红蛋白结合过程(Vc)。即反映肺弥散的物 理特性与化学特性。 CO 弥散功能与肺泡容积（VA）改变有关， DM 但并非正比。 CO+Hb Vc DLCO与DL/VA共同作为判断指标。（见表4）,表4. DL与DL/VA之改变 DL伴DL/VA(VA正常或)之原因: 贫血 肺气肿(VA) 肺血管减少 肺血管炎 DL伴DL/VA正常或(VA)的原因: 肺切除(通常DL/VA接近正常) 肺泡蛋白沉着症(偶尔DL的减少多于VA的减少) 肺纤维化如结节病 硬皮病 系统性红斑狼疮 石棉肺 组织细胞增生症X 间质性肺纤维化 慢性过敏性肺泡炎 ,（二）通气/血流,V/Q = 0.8,V/Q 0.8 VD PaCO2-PeCO2 VT PaCO2,V/Q 0.8 QS CcO2 - CaO2 QT CcO2 - CvO2,五、小气道功能,五.小气道功能 最大流速容量曲线（MEFV）（见图10）, 于高肺容量（75肺活量）呼气时最大呼气流量与胸内压呈正相关，呼出气流量随呼吸肌用力增加而增多，属用力依赖部分。于低肺容量（50肺活量）的最大呼气流量，尽管呼吸肌用力，但到一定水平后，曲线变平坦即呼出的流量呈恒流量，达到相应流量极限值，曲线前段呼气流量与呼吸肌用力成正比，陡直上升;后段，随呼吸肌力增加，胸内压不断提高，但呼出流量不再增多，为非用力依赖部分。,1.等容积压力流量曲线（IVPE）（见图11）,等压点学说（EPP）（见图12）,Pavl=Ppl+Pst,。,在用力呼气过程中，驱动气体从肺泡呼出的力为肺泡内压（Palv）。Palv等于胸内压（Ppl）与肺泡弹性回缩压（Pst）之和。在呼气过程中，需克服气流阻力，因而气道内压逐渐下降，直至降到与胸内压相等Pavl=Ppl，该点即为等压点。等压点-肺泡端称上游气道， PalvPpl，气道开放;等压点至口鼻端称下游气道，PplPalv，气道倾向关闭。故上游气道最大呼气流量（Vmax）与肺弹性回缩力（Pel）成正比，与上游段阻力（Rus）成反比。VmaxPelRus。故等压点位置决定于Pst和气道阻力，二者均与肺容量有关。 健康者EPP处于较大气管，该处有软骨支持，管腔不易陷闭。75VC左右肺容量EPP处于肺叶支气管，随呼气肺容积的减少，肺弹性回缩力渐减弱，EPP向外周小气道移动，因小气道管径小，无软骨支撑，管壁顺应性大，易受压，因此达到EPP时，尽管增加呼吸肌力量，呼气流量不变，即呼气流量受限。而下游段可出现气道动态 压缩，口径更变小，阻力增大。低肺容积时，呼气流量不受呼气力量的影响。COPD患者等压点近上游端，小气道处。,3 临床应用,小气道病变及COPD（见图13）,图13.限制性、阻塞性肺疾患流速容量曲线,上气道阻塞（见图14）,图14 上气道阻塞流速容量环的特征,容量Vol 时间t 流速V,反映大气道阻塞及呼吸肌肌力的指标 Vmax75，Vpeak。 反映小气道病变的指标 Vmax50，Vmax25。,五.小气道功能 闭合气量（CV）：小气道关闭时还能呼出的最大气量。 闭合容量（CC）：小气道关闭时肺内尚存气量。 （见图16）,五 小气道功能 (三) 动态顺应性,图15 用力肺活量曲线与流速容量曲线,六、气体分布、相斜率,图17 气体分布,七、外科手术与肺功能,七、外科手术与肺功能 （-）流程图 需 手 术 的 患 者 病史、体检、胸片、EKG 非 胸 部 手 术 心 肺 或 胸 部 手 术 无危险因素 危险因素 功能检查、血气分析 吸烟 FEV12L FEV150%预计值 MVV60岁 FVC50%预计值 FVC45mmHg 肺脏疾患 胸廓畸形 肺功能检查,血气分析 治 疗 FEV11L FEV150%预计值 MVV45mmHg 治疗 运 动 试 验 运 动 试 验 AT11* AT20* VO2max/Kg20 VO2max/kg11 AT19# 预防措施 预防措施 手术 手术 高危手术 手术 考虑手术 不宜手术 *单位 ml.kg-1.min-1 #单位 kPa.s/L(10dyn.s/cm5),（二）预计术后FEV1(PPO-FEV1) PPO-FEV1 = 术前FEV11 (S 5.26)/100 Kearney 1994年提出此公式是根据全肺共19个肺段，每个肺段相当 全肺的5.26%。S = 切除的支气管肺段数。 右全肺切除相当于减少术前FEV1的55%， 左全肺切除相当45%。 单个楔状切除相当1个支气管肺段即5.26%。 PPO-FEV1 1L 是预测术后并发症的最好指标。 右肺（肺段数） 左肺（肺段数） 上叶 3 上叶 4 中叶 2 下叶 5 下叶 5,八.呼吸动力机制,（一）气道阻力 压力差(cmH2O） 气道阻力Raw 气流速度（l/sec） 正常值 0,2 2.0 cmH2OL-1s-1 （压力差指肺泡内与气道口间压力差） 机械通气时 峰压力平台压(cmH2O） 气道阻力Raw 气流速度（l/sec） 健康成人 23cmH2OL-1sec-1（见图18）,（二）静态顺应性, 机械通气时 呼出潮气容积V 静态顺应性 Cst 平台压PbPpeep 正常值100ml/cmH2O左右 潮气容积 动态顺应性 Cdyn 峰压Ppeep 正常值5080ml/cmH2O， 较Cst低1020 ,（三）呼吸功,九. 运动心肺功能(CPX),细胞呼吸(内呼吸)和肺呼吸(外呼吸)的气体运输机制。(见图21）,图21 心-肺-肌肉耦联,1.最大摄氧量VO2max （Maximal Oxygen Uptake）： 指在运动的最后阶段，即竭尽全力阶段，循环和呼吸系统发挥最大 作用时每分钟所能摄取的氧量。此时随着功率的增加，VO2不再增加 而形成一个平台，相邻两次（1分钟内）VO2 差值 150ml/min-1或公 斤摄氧量VO2max /kg 2mlkg-1min-1，消除了体重的影响，称为VO2max 通常也称为最大耗氧量、最大有氧代谢能力等。 VO2max = COmax(CaO2 - CvO2) VO2max = VEmax (FiO2 - FeO2） 由公式（1）可以看出，每分钟最大摄氧量取决于循环系统的功能， 主要是心排出量，反映循环系统氧转运的能力。 由公式（2）可以看出，每分钟最大摄氧量也取决于呼吸系统的功能， 主要是每分钟最大通气量，反映呼吸系统通气能力。 因而呼吸和循环受限均是其影响因素。VO2max减少，说明运动耐量下降。, 无氧阈 (Anaerobic threshold AT)测定 VE、VCO2、VO2、 VE/VO2、VE/VCO2、 PetO2、PetCO2 V-Slope （见图22、23）,图23 AT的测定,图22 V-Slope, CPX判断 VO2=CO(CaO2-CvO2) =SVHR(CaO2-CvO2) VO2=VE(FiO2-FeO2) =VTRR(FiO2-FeO2) 反映心血管指标 VO2max/kg、AT(VO2AT/kg)、VO2/HRmax、VO2max pred/HRmax pred、 HRmax 反映通气指标 VEmax、VTmax、RRmax、VD/VTmax、DImax、BRmax、RQ 反映气体交换指标 VE/VO2(AT)、VE/VCO2(AT)、P(A-a)O2、P(a-et)CO2、PaO2、 PaCO2, COPD，心脏瓣膜病 （见图24、25，表6）,图24 COPD 与 MVD之VO2- HR 斜率,图25 COPD与MVD之VEmax-MVV关系,表6 COPD与MVD对运动测验的反应 COPD MVD VO2max (VO2/HR)max VO2-HR斜率 接近正常 陡，呈低氧耗-高心率 AT 正常或不出现 VO2AT/VO2 max pred 正常或不出现 VO2AT/VO2 max 可能正常 BR 或正常 DI 正常 VD/VT 正常 VD/VT下降曲线 平坦 接近正常,5.运动心肺功能在外科手术的应用 Older报告了60岁以上老年腹腔大手术患者187例，用运动无氧阈时的摄氧量（AT），以11ml/kg.min-1（单位下同）和11为界对心力衰竭分级，发现AT11者病死率为0.8%；11者病死率为4%，差异显著。 氧的供需在外科手术负荷与运动负荷之间主要区别在于全身氧的提取率（global oxygen extraction ratio，OER即（CaO2-CvO2）/CaO2。老年患者运动时OER为50%时是在近无氧阈处。外科大手术OER罕见越过35-46%，通常在30%左右。在相同摄氧量情况下，外科手术后心排出量比运动负荷下多65-70%，即外科手术低OER需高心排出量。 大手术后平均摄氧量（VO2 max/kg）约4.5-5，也达6-7。因此运动负荷下AT不能达到8.5-11.5就不能满足大手术需氧量增加和继之引起的心排出量增 加，以适应手术时高代谢状态和术后的组织修复。,6. 呼吸困难的鉴别诊断 （见表7） 表7 运动心肺功能的特征性反映 心脏病 慢阻肺 肺间质纤维化 肺血管疾患 VO2max HRR N N or (VO2/HR)max BR N N or AT N VT/IC N N N RRmax N N N PaO2 N P(A-a)O2 N P(a-et)CO2 N VD/VT N EKG Abn N N N,一、呼吸生理(通气功能与换气功能) 气体交换在两个地方进行（图1） 【外呼吸】 环境气体肺泡，形成PAO2，为通气功能(长距离气体运输) 肺泡和血液间气体交换，形成PaO2(短距离气体运输)为换气功能， 取决于 气体弥散 肺泡的气体分布与毛细血管的血流分布 和两者关系即通气/血流比率。 血液中气体运输(长距离运输) 【内呼吸】 体循环毛细血管血液和细胞线粒体之间 的气体交换形成PvO2。(短距离运输) 肺功能主要研究外呼吸, 支气管树（图2）,二、肺容积和肺气量（Lung volume and Capacity） 肺活量（VC） 潮气容积（TV） 补吸气容积（IRV） 深吸气量（IC） 补呼气容积（ERV） 残气容积（RV） RV是指在用力呼气之后， 肺内遗留的不能再呼出的气体容积。 RVFRCERV 功能残气量（FRC） 肺总量TLCVCRV （图3）,图8 用力肺活量示意图,图9 最大主动通气示意图,临床上用一氧化碳（CO）来测，因为 CO与血红蛋白的结合力比O2大210倍，其次 血浆内不含CO，故具有一定优点，测定 DLCO后，再乘以1.23换算为DLO2。 CO 弥散过程包括膜弥散过程(DM),与血 红蛋白结合过程(Vc)。即反映肺弥散的物 理特性与化学特性。 CO 弥散功能与肺泡容积（VA）改变有关， DM 但并非正比。 CO+Hb Vc DLCO与DL/VA共同作为判断指标。（见表4）,（二）通气/血