生理學(xué) · 呼吸
第一節(jié) 肺通氣
二、肺通氣功能的評(píng)價(jià)
肺通氣過(guò)程受呼吸肌的收縮活動(dòng)、肺和胸廓的彈性特征以及氣道阻力等多種因素的影響。呼吸肌麻痹、肺和胸廓的彈性變化，以及氣胸等可引起肺的擴(kuò)張受限，發(fā)生限制性通氣不足（restrictive hypoventilation）；而支氣管平滑肌痙攣、氣道內(nèi)異物、氣管和支氣管等黏膜腺體分泌過(guò)多，以及氣道外腫瘤壓迫引起氣道口徑減小或呼吸道阻塞時(shí)，則可出現(xiàn)阻塞性通氣不足（obstructive hypoventilation）。對(duì)患者肺通氣功能的測(cè)定不僅可明確是否存在肺通氣功能障礙及其障礙程度，還能鑒別肺通氣功能降低的類(lèi)型。
（一）肺容積和肺容量
在呼吸運(yùn)動(dòng)中，吸入和呼出的氣體容積可以用肺量計(jì)（肺功能儀）加以測(cè)量和記錄。肺容積和肺容量是評(píng)價(jià)肺通氣功能的基礎(chǔ)。
1、肺容積：不同狀態(tài)下肺所能容納的氣體量稱(chēng)為肺容積（pulmonary volume），隨呼吸運(yùn)動(dòng)而變化。通常肺容積可分為潮氣量、補(bǔ)吸氣量、補(bǔ)呼氣量和余氣量（圖5-6），它們互不重疊，全部相加后等于肺總量。
（1）潮氣量：每次呼吸時(shí)吸入或呼出的氣體量稱(chēng)為潮氣量（tidal volume，TV），因呼吸交替似潮水漲落而得其名。正常成年人平靜呼吸時(shí)的潮氣量為400～600ml。運(yùn)動(dòng)時(shí)，潮氣量增大，最大可達(dá)肺活量大小。潮氣量的大小決定于呼吸肌收縮的強(qiáng)度、胸和肺的機(jī)械特性以及機(jī)體的代謝水平。
（2）補(bǔ)吸氣量或吸氣儲(chǔ)備量：平靜吸氣末，再盡力吸氣所能吸入的氣體量稱(chēng)為補(bǔ)吸氣量（inspiratory reserve volume，IRV）。正常成年人的補(bǔ)吸氣量為1500～2000ml。補(bǔ)吸氣量反映吸氣的儲(chǔ)備量。
（3）補(bǔ)呼氣量或呼氣儲(chǔ)備量：平靜呼氣末，再盡力呼氣所能呼出的氣體量稱(chēng)為補(bǔ)呼氣量（expiratory reserve volume，ERV）。正常成年人的補(bǔ)呼氣量為900～1200ml。補(bǔ)呼氣量反映呼氣的儲(chǔ)備量。
（4）余氣量：最大呼氣末尚存留于肺內(nèi)不能呼出的氣體量稱(chēng)為余氣量（residual volume，RV）。正常成年人的余氣量為1000～1500ml。余氣量的存在是由于在最大呼氣末，細(xì)支氣管特別是呼吸性細(xì)支氣管關(guān)閉所致；胸廓向外的彈性回位力也使肺不可能回縮至其自然容積。余氣量的存在可避免肺泡在低肺容積條件下的塌陷。若肺泡塌陷，則需要極大的跨肺壓才能實(shí)現(xiàn)肺泡的再擴(kuò)張。支氣管哮喘和肺氣腫患者因呼氣困難而使余氣量增加。
2、肺容量：肺容積中兩項(xiàng)或兩項(xiàng)以上的聯(lián)合氣體量稱(chēng)為肺容量（pulmonary capacity）。肺容量包括深吸氣量、功能余氣量、肺活量和肺總量（見(jiàn)圖5-6）。
（1）深吸氣量：從平靜呼氣末做最大吸氣時(shí)所能吸入的氣體量為深吸氣量（inspiratory capacity，IC）。它是潮氣量與補(bǔ)吸氣量之和，是衡量最大通氣潛力的指標(biāo)之一。胸廓、胸膜、肺組織和呼吸肌等發(fā)生病變時(shí)，均可使深吸氣量減少而最大通氣潛力降低。
（2）功能余氣量：平靜呼氣末尚存留于肺內(nèi)的氣體量稱(chēng)為功能余氣量（functional residual capacity，F(xiàn)RC）。功能余氣量等于余氣量與補(bǔ)呼氣量之和，正常成年人約2500ml。肺氣腫患者的功能余氣量增多，而肺實(shí)質(zhì)病變患者的功能余氣量則減小。功能余氣量的生理意義是緩沖呼吸過(guò)程中肺泡氣氧分壓（PO2）和二氧化碳分壓（PCO2）的變化幅度。由于功能余氣量的稀釋作用，吸氣時(shí)，肺內(nèi)PO2不致突然升得太高，PCO2不致降得太低；呼氣時(shí)，則PO2不會(huì)降得太低，PCO2不會(huì)升得太高。這樣，肺泡氣和動(dòng)脈血PO2和PCO2就不會(huì)隨呼吸而發(fā)生大幅度波動(dòng)，從而有利于肺換氣。
（3）肺活量、用力肺活量和用力呼氣量：盡力吸氣后，從肺內(nèi)所能呼出的最大氣體量稱(chēng)為肺活量（vital capacity，VC）。肺活量是潮氣量、補(bǔ)吸氣量與補(bǔ)呼氣量之和。肺活量有較大的個(gè)體差異，與身材大小、性別、年齡、體位、呼吸肌強(qiáng)弱等因素有關(guān)，正常成年男性的肺活量平均約為3500ml，女性約為2500ml。肺活量測(cè)定方法簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，可反映一次通氣的最大能力，是肺功能測(cè)定的常用指標(biāo)。
由于測(cè)定肺活量時(shí)不限制呼氣的時(shí)間，在某些肺組織彈性降低或呼吸道狹窄的患者，雖然通氣功能已經(jīng)受損，但是如果延長(zhǎng)呼氣時(shí)間，所測(cè)得的肺活量仍可正常。因此，肺活量難以充分反映肺組織的彈性狀態(tài)和氣道通暢程度等變化，即不能充分反映肺通氣功能的狀況。用力肺活量和用力呼氣量能更好地反映肺通氣功能。用力肺活量（forced vital capacity，F(xiàn)VC）是指一次最大吸氣后，盡力盡快呼氣所能呼出的最大氣體量。正常時(shí)，用力肺活量略小于在沒(méi)有時(shí)間限制條件下測(cè)得的肺活量；但在氣道阻力增高時(shí)，用力肺活量卻低于肺活量。用力呼氣量（forced expiratory volume，F(xiàn)EV）是指一次最大吸氣后盡力盡快呼氣，在一定時(shí)間內(nèi)所能呼出的氣體量，為排除背景肺容量的影響，通常以第1、2、3秒末的FEV所占FVC的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。正常人的FEV1/FVC、FEV2/FVC和FEV3/FVC分別約為83%、96%和99%，其中以FEV1/FVC的價(jià)值最大，在臨床上鑒別阻塞性肺疾病和限制性肺疾病中具有重要意義。在哮喘等阻塞性肺疾病患者，F(xiàn)EV1的降低比FVC更明顯，因而FEV1/FVC變小，要呼出相當(dāng)于FVC的氣體量往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間，此外還顯示余氣量增大；而在肺纖維化等限制性肺疾病患者，F(xiàn)EV1和FVC均下降，但FEV1/FVC仍可基本正常，此外還顯示余氣量減少（圖5-7）（見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)增值服務(wù)）。
（4）肺總量：如前述，肺總量（total lung capacity，TLC）是指肺所能容納的最大氣體量，等于肺活量與余氣量之和，其大小可因性別、年齡、身材、運(yùn)動(dòng)鍛煉情況和體位改變而異，成年男性平均約5000ml，女性約3500ml。在限制性通氣不足時(shí)肺總量降低。
3、功能余氣量的測(cè)定：在臨床肺功能測(cè)定中，通過(guò)肺量計(jì)或氣流儀可以測(cè)得肺容積和肺容量中的大部分指標(biāo)，但是無(wú)法測(cè)得RV，所以也不能測(cè)得FRC和TLC，因此必須用其他方法間接測(cè)得，如氦稀釋法。氦氣擴(kuò)散迅速，不被吸收，易于測(cè)定。被試者經(jīng)一密閉系統(tǒng)重復(fù)呼吸容器內(nèi)的氣體（含已知濃度的氦），從氦氣被肺內(nèi)氣體稀釋的程度可以算得FRC。一旦FRC被確定，便能很容易獲得RV和TLC。
（二）肺通氣量和肺泡通氣量
1、肺通氣量：每分鐘吸入或呼出的氣體總量稱(chēng)為肺通氣量（pulmonary ventilation），等于潮氣量與呼吸頻率的乘積。正常成年人平靜呼吸時(shí)，潮氣量為500ml，呼吸頻率為12～18次/分，則肺通氣量為6～9L/min。肺通氣量隨性別、年齡、身材和活動(dòng)量的不同而不同。為便于在不同個(gè)體之間進(jìn)行比較，肺通氣量應(yīng)在基礎(chǔ)條件下（見(jiàn)第七章）測(cè)定，并以每平方米體表面積的通氣量為單位來(lái)計(jì)算。
勞動(dòng)或體育運(yùn)動(dòng)時(shí)，肺通氣量增大。在盡力作深、快呼吸時(shí)，每分鐘所能吸入或呼出的最大氣體量，稱(chēng)為最大隨意通氣量（maximum voluntary ventilation）。最大隨意通氣量反映單位時(shí)間內(nèi)充分發(fā)揮全部通氣能力所能達(dá)到的通氣量，是估計(jì)一個(gè)人能進(jìn)行最大運(yùn)動(dòng)量的生理指標(biāo)之一。測(cè)定時(shí)，一般只測(cè)定10秒或15秒的最深最快的呼出或吸入氣量，再換算成每分鐘的最大通氣量。最大通氣量一般可達(dá)150L，為平靜呼吸時(shí)肺通氣量的25倍。對(duì)平靜呼吸時(shí)的每分通氣量與最大通氣量進(jìn)行比較，可了解通氣功能的儲(chǔ)備能力，通常用通氣儲(chǔ)量百分比表示，即
通氣儲(chǔ)量百分比 =（最大通氣量-每分通氣量）/ 最大通氣量×100% （5-14）
其正常值應(yīng)等于或大于93%。肺或胸廓順應(yīng)性降低、呼吸肌收縮力量減弱或氣道阻力增大等因素均可使最大隨意通氣量減小。
2、肺泡通氣量：每次吸入的氣體，一部分將留在鼻或口與終末細(xì)支氣管之間的呼吸道內(nèi)，不參與肺泡與血液之間的氣體交換，這部分傳導(dǎo)性呼吸道的容積稱(chēng)為解剖無(wú)效腔（anatomical dead space）。解剖無(wú)效腔與體重相關(guān)，約2.2ml/kg。體重為70kg的成年人，其解剖無(wú)效腔約為150ml。進(jìn)入肺泡的氣體也可因血流在肺內(nèi)分布不均而不能全都與血液進(jìn)行交換，未能進(jìn)行氣體交換的這部分肺泡容積稱(chēng)為肺泡無(wú)效腔（alveolar dead space），正常人肺泡無(wú)效腔接近于零；但在病理情況下，有些肺泡雖有通氣但無(wú)血流，因未能進(jìn)行氣體交換而成為肺泡無(wú)效腔（圖5-8）。肺泡無(wú)效腔與解剖無(wú)效腔一起合稱(chēng)為生理無(wú)效腔（physiological dead space）。健康人平臥時(shí)，生理無(wú)效腔等于或接近于解剖無(wú)效腔。
由于無(wú)效腔的存在，每次吸入的新鮮空氣不能全部到達(dá)肺泡與血液進(jìn)行氣體交換，因而肺通氣量不能全面反映氣體交換的狀況。為了計(jì)算真正有效的氣體交換量，應(yīng)以肺泡通氣量（alveolar ventilation）為準(zhǔn)，它是指每分鐘吸入肺泡的新鮮空氣量，等于潮氣量和無(wú)效腔氣量之差與呼吸頻率的乘積。如果潮氣量為500ml，無(wú)效腔為150ml，則每次吸入肺泡的新鮮空氣量為350ml。若功能余氣量為2500ml，則每次呼吸僅使肺泡內(nèi)的氣體更新1/7左右。若潮氣量減少或功能余氣量增加，均可使肺泡氣體的更新率降低，不利于肺換氣。此外，潮氣量和呼吸頻率的變化對(duì)肺通氣量和肺泡通氣量有不同的影響。在潮氣量減半和呼吸頻率加倍或潮氣量加倍而呼吸頻率減半時(shí)，肺通氣量保持不變，但是肺泡通氣量卻發(fā)生明顯變化。由表5-1可見(jiàn)，對(duì)肺換氣而言，淺而快的呼吸是不利的。深而慢的呼吸雖可增加肺泡通氣量，但也會(huì)增加呼吸做功。
臨床上，在配合支氣管鏡檢查或治療急性呼吸衰竭時(shí)，使用一種特殊形式的人工通氣，即高頻通氣（high frequency ventilation，HFV）。通常采用接近或低于解剖無(wú)效腔的脈動(dòng)氣流以高速通過(guò)細(xì)套管向患者氣道內(nèi)噴射氣流，其頻率可達(dá)60～100次/分或更高，卻可保持有效的肺通氣和肺換氣，這與上述淺快呼吸不利于氣體交換的觀點(diǎn)相矛盾。高頻通氣的原理與常規(guī)機(jī)械通氣（conventional mechanical ventilation，CMV）的原理不盡相同，有人認(rèn)為它和氣體對(duì)流的加強(qiáng)及氣體分子擴(kuò)散的加速有關(guān)?？赡芤?yàn)檫@些通氣機(jī)制使得HFV在低潮氣量和高頻率的情況下，能較好的改善患者的氧分壓和血氧飽和度。
（三）最大呼吸流速-容積曲線(xiàn)
直徑2mm以下的小氣道，其管壁薄，炎癥易波及其全層和周?chē)M織；其管腔小，因分泌物或滲出物的增多而易被阻塞；且缺乏軟骨的支撐，主要依賴(lài)肺組織的彈性纖維牽拉而維持其開(kāi)放狀態(tài)；其總橫截面積大，氣道阻力小，僅約占總氣道阻力的10%，因而常規(guī)肺功能檢查不易發(fā)現(xiàn)小氣道病變。由于小氣道阻力受肺組織彈性和小氣道病變雙重影響，所以當(dāng)小氣道阻力增高時(shí)，只有排除肺組織彈性減退才能認(rèn)為是小氣到本身病變所致。
讓受試者盡力吸氣后，盡力盡快呼氣至余氣量，同步記錄呼出的氣量和流速，即可繪制成最大呼氣流速隨肺容積變化而變化的關(guān)系曲線(xiàn)，即最大呼氣流速-容積（maximum expiratory flow volume，MEFV）曲線(xiàn)，肺容積變化常用肺容積所占肺活量的百分比（%肺活量）表示。MEFV曲線(xiàn)的升支較陡，在肺容積較大時(shí)，呼氣流速隨呼氣肌用力程度（力度）的增加而加大，曲線(xiàn)很快達(dá)到峰值。MEFV曲線(xiàn)的降支較平坦，表示呼氣過(guò)程中不同肺容積時(shí)的最大呼氣流速。在小氣道阻力增高時(shí)，在某一給定的肺容積，其最大呼氣流速降低，且MEFV曲線(xiàn)降支下移（圖5-9），因此可用于診斷氣道堵塞的情況。
以上測(cè)定中出現(xiàn)流速限制的機(jī)制與氣道的動(dòng)態(tài)擠壓有關(guān)，動(dòng)態(tài)擠壓（dynamic compression）是指用力呼氣時(shí)，胸膜腔內(nèi)壓增高而擠壓氣道，使其口徑減小，阻力增加的現(xiàn)象。在用力呼氣時(shí)，胸膜腔內(nèi)壓將增高，從而使肺泡內(nèi)壓增加，呼氣的驅(qū)動(dòng)壓加大，呼氣流速加快；但此時(shí)氣流摩擦阻力和氣道內(nèi)的壓力降落也都增加，因此氣道內(nèi)形成壓力梯度。同時(shí)，用力呼氣時(shí)胸膜腔內(nèi)壓明顯增高，從而壓迫氣道，使之趨于關(guān)閉。因此，在用力呼氣時(shí)可在氣道上找到一個(gè)點(diǎn)，在這個(gè)點(diǎn)上氣道內(nèi)外的壓力相等，即跨壁壓為零這個(gè)點(diǎn)稱(chēng)為等壓點(diǎn)（equal pressure point）。等壓點(diǎn)與肺泡之間的這部分氣道稱(chēng)為上游氣道，上游氣道內(nèi)的壓力高于胸膜腔內(nèi)壓，處于開(kāi)放狀態(tài)；等壓點(diǎn)與鼻腔之間的這部分氣道稱(chēng)為下游氣道，下游氣道內(nèi)的壓力低于胸膜腔內(nèi)壓，因而受到擠壓。在肺容積較大的情況下，氣道口徑大，阻力小，氣道內(nèi)的壓降小，因此等壓點(diǎn)遠(yuǎn)離肺泡，常發(fā)生在較大的支氣管。大氣道有軟骨支撐，這些呼吸道不會(huì)塌陷，所以呼氣流速呈力度依賴(lài)性。相反，當(dāng)肺容積較小時(shí)，呼吸道阻力大，壓降也大，等壓點(diǎn)將移向上游氣道，因此動(dòng)態(tài)擠壓的范圍將擴(kuò)大到小氣道，呼氣越用力，等壓點(diǎn)越往上游移，擠壓的范圍也就越大（圖5-10）。因此，在這種情況下加強(qiáng)呼氣力度，流速不再增大，呈非力度依賴(lài)性。隨著肺容積減小，阻力加大，最大呼氣流速也隨之減小。顯然，處于非力度依賴(lài)性時(shí)呼氣流速依賴(lài)于驅(qū)動(dòng)壓和上游氣道的阻力，而與下游氣道阻力無(wú)關(guān)，因而可被用于判斷肺通氣的功能狀態(tài)。
（四）氣道反應(yīng)性測(cè)定
氣道反應(yīng)性測(cè)定又稱(chēng)支氣管激發(fā)試驗(yàn)（bronchial provocation test，BPT），是用以測(cè)試支氣管對(duì)吸入刺激性物質(zhì)產(chǎn)生收縮反應(yīng)程度的一種試驗(yàn)。通常情況下，正常人氣道對(duì)微量的物理、化學(xué)、過(guò)敏原或運(yùn)動(dòng)的刺激并不引發(fā)平滑肌收縮或僅發(fā)生微弱收縮反應(yīng)，而在同樣刺激下，某些患者（如哮喘）則可因氣道炎癥處于過(guò)度反應(yīng)狀態(tài)，表現(xiàn)出敏感而過(guò)強(qiáng)的支氣管平滑肌收縮反應(yīng)，引起氣道縮窄和氣道阻力增加。
氣道反應(yīng)性測(cè)定采用標(biāo)準(zhǔn)的霧化器霧化吸入一定量的激發(fā)劑（如組胺和乙酰膽堿），比較吸入前后的肺通氣功能指標(biāo)，如1秒用力呼氣量（FEV1）、呼吸阻力等的變化來(lái)衡量氣道對(duì)刺激的反應(yīng)程度。測(cè)定方法最常用的結(jié)果表達(dá)是PC20。P表示“激發(fā)的”（provoking）；C表示激發(fā)劑的“濃度”（concentration）；20表示通氣功能指標(biāo)下降20%。所以PC20-FEV1即引起FEV1下降20%的激發(fā)劑濃度。
氣道高反應(yīng)性測(cè)定是一種非常有價(jià)值的測(cè)定方法，不僅用于哮喘的診斷，而且通過(guò)動(dòng)態(tài)檢測(cè)可作為哮喘治療過(guò)程中的一項(xiàng)指標(biāo)，還可作為判斷預(yù)后的一項(xiàng)指標(biāo)。但是需注意，患者檢查前不能停藥，其次檢查前FEV1很低時(shí)不能進(jìn)行檢查。
（五）呼吸功
呼吸功（work of breathing）是指呼吸肌在呼吸運(yùn)動(dòng)中克服通氣阻力而實(shí)現(xiàn)肺通氣所做的功。呼吸功等于壓力（跨壁壓，單位是cmH2O）變化與相應(yīng)的肺容積（潮氣量或每分肺通氣量，單位是L）變化的乘積，通常以一次呼吸運(yùn)動(dòng)或一分鐘所做的功來(lái)表示。目前計(jì)算功的計(jì)量單位是焦耳（J），所以可按1L · cmH2O=0.098J 或 1J=10.2L · cmH2O進(jìn)行換算。正常人平靜呼吸時(shí)，一次呼吸所做的功很小，僅約0.25J。當(dāng)呼吸加深，潮氣量增大時(shí)，呼吸做功量將增加。在病理情況下，彈性阻力或非彈性阻力增大時(shí)，呼吸功也增大。單位時(shí)間所做的功即為功率，用瓦（W）作單位。正常人平靜呼吸的頻率若以每分鐘12次（即每次呼吸歷時(shí)5秒）計(jì)，則呼吸的平均功率為0.05W或50mW（0.25J÷5s）。
正常人平靜呼吸時(shí)，呼吸功主要用于吸氣運(yùn)動(dòng)，其耗能僅占全身總耗能的3%～5%。劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，呼吸耗能可升高25～50倍，但由于全身總耗能也增大數(shù)十倍，所以呼吸耗能仍只占總耗能的很小一部分。不同的呼吸形式對(duì)呼吸功產(chǎn)生不同的影響。在進(jìn)行深而慢的呼吸時(shí)，用于克服彈性阻力所做的功增加，而用于克服氣道阻力所做的功減少。在氣道阻力增大時(shí)，機(jī)體常進(jìn)行這種形式的呼吸以減少克服氣道阻力所做的功。進(jìn)行淺而快的呼吸時(shí)，用于克服彈性阻力所做的功減少，而用于克服氣道阻力所做的功增加。在肺順應(yīng)性降低，肺彈性阻力增大時(shí)，機(jī)體常表現(xiàn)為這種形式的呼吸以減少克服彈性阻力所做的功。
聯(lián)系客服
