第一章　临床诊断工具

第一节　呼吸系统生理学

一、基础知识

肺的主要功能是进行气体交换，即吸入氧气（O2载运）、呼出二氧化碳（CO2释放）。这一过程看似简单，却涵盖了通气和换气的复杂过程（经肺组织进行的通气与换气又称为外呼吸）。实现这些功能主要取决于肺的解剖结构特点。

（一）通气

通气即将空气自外界吸入肺泡，同时将代谢产生的CO2自肺泡呼出的过程。与通气过程相关的解剖结构主要包括通气泵动力系统（呼吸肌）、通气管道系统（气道）和通气控制系统（呼吸中枢）。

1.呼吸肌

（1）吸气肌

膈肌：是最重要的吸气肌，为穹隆状薄肌肉层，边缘附着于肋骨下缘和脊柱。膈肌由两支源于颈3、颈4、颈5的膈神经支配，如果其中一支膈神经受损，则其对应的一侧膈肌功能受损，吸气时由于胸腔内压下降，瘫痪侧膈肌向上运动而不是向下运动（称为矛盾运动）。

肋间外肌：连接两根相邻肋骨，向前下走行。当其收缩时，肋骨向上、向前移动，增加胸腔前后径和左右径。肋间肌肉由肋间神经（源自同水平脊髓）支配。单纯肋间肌瘫痪对呼吸的影响并不严重。

此外，还有吸气辅助呼吸肌，包括颈部斜方肌（收缩时可以抬起前第1、2肋）、胸锁乳突肌（可以使胸骨上抬）。人在平静呼吸时，一般不需要这些肌肉活动。

（2）呼气肌：

肺和胸壁是有弹性的，吸气扩张后倾向于回到原有的平衡位置。因此，人在平静呼吸时，呼气是一个被动过程。但在剧烈运动时，呼气是一个主动过程。

腹壁肌肉是最重要的呼气肌，包括腹直肌和腹横肌等。当这些肌肉收缩时，腹内压增高，膈肌被推向上运动。这些肌肉在咳嗽、呕吐和排便时也会收缩。

肋间内肌通过牵拉肋骨向下、向内运动，辅助主动呼气，其运动方向与肋间外肌相反，使肋间隙变窄，胸廓缩小，以减少胸腔容积。

2.气道

分胸腔外和胸腔内两个部分。胸外气道由口、鼻、咽、喉和颈段气管等部分组成。胸内气道由气管、左右主支气管及其远端一系列不断分支的叶、段、亚段支气管，直至终末细支气管、呼吸性细支气管、肺泡管和肺泡等组成。其中，气管至终末细支气管之间无肺泡结构（称为传导气道），不参与气体交换，为解剖无效腔，其总容积约为150ml。呼吸性细支气管至肺泡囊为实现气体交换的肺组织区域。终末细支气管远端所属的呼吸区组成了肺腺泡结构。肺呼吸区域构成肺的大部分，静息状态下容积为2.5～3L。

在吸气相，一方面由于膈肌收缩导致横膈下降，另一方面由于肋间肌收缩，肋骨上抬，胸腔横截面积增加，胸腔容积增加，产生胸内负压，气体经气道进入肺。在平静呼气时，由于胸廓、膈肌和肺的弹性功能，肺被动回到吸气前的容积。

肺非常容易扩张，要达到正常呼吸容积（约500ml），所需扩张压力低于3cmH2O。气体在气道内流动需要的压力也很小。正常吸气时，产生1L/s气流速度所需气道内的压力差仅为2cmH2O。

3.呼吸中枢

对通气的调控主要通过代谢的负反馈调节和高级中枢神经系统的前反馈调节。

（1）代谢的负反馈调节：

动脉血气的异常通过中枢和外周化学感受器反馈到脑干呼吸中枢，刺激脑干呼吸中枢，以达到调节的目的。这种调节的特点是：先有动脉血二氧化碳分压（partial pressure of carbon dioxide in artery，PaCO2）、动脉血氧分压（partial pressure of oxygen，PaO2）和pH等代谢变化，然后才有通气的改变（图1-1-1）。

（2）高级中枢神经系统的前反馈调节：

指伴随机体活动所发生的通气变化，下丘脑、大脑边缘系统和大脑皮质参与调节，在血气出现异常而引起负反馈调节之前预见性地改变通气，从而避免异常的出现。

（二）换气（弥散）

换气主要是肺泡内气体与流经肺脏的血液内气体进行交换的过程。氧气（O2）和二氧化碳（CO2）通过单纯弥散作用在肺泡和血液中进行交换（从分压高的区域转移到分压低的区域）。

1.血气屏障

指换气过程中气体需要穿越的屏障，由肺泡表面液体层、肺泡上皮细胞层、上皮基膜、间质层、毛细血管内皮基膜和内皮细胞层等组成。这一屏障非常薄，有利于气体快速弥散通过。肺大约有5亿个肺泡，每个肺泡直径约1/3mm，形态近似球体，肺泡膜总弥散面积为50～100m2，在正常状态下能够保证吸入和呼出气体在肺泡腔和毛细血管之间进行有效交换。

另外，肺泡通过表面活性物质降低表面张力，维持吸气相和呼气相肺泡形态结构相对稳定，使血气屏障厚度无明显变化。

2.血管和血流

肺动脉和支气管一起走行，到达肺周边形成毛细血管，充分包绕肺泡囊和肺泡，之后汇集逐渐形成肺静脉系统。静脉血经肺动脉到达肺毛细血管，进行气体交换，形成动脉血，然后通过肺静脉系统经左心房进入体循环。毛细血管的直径为7～10μm，仅容单个红细胞通过，可使红细胞与毛细血管的接触面积达到最大化，有利于与肺泡内气体的交换。

肺动脉接受整个右心室输出的血液，静息时血流速度为5～6L/min，运动时可以增加至25L/min左右。肺循环阻力非常小，6L/min血流速度需要的平均肺动脉压力约为20cmH2O（约15mmHg）。肺泡-毛细血管气体交换非常高效，可以在很短时间内完成毛细血管血流和肺泡内气体之间的O2和CO2交换（每个红细胞在毛细血管网中通过时间约为0.75秒，期间可穿越2～3个肺泡）。

肺还有额外的血流供应，即体循环的支气管动脉，主要供血给直至终末支气管在内的传导气道。该循环中，血液部分流入肺静脉，部分进入体循环。

3.弥散

气体通过血气屏障的主要机制是弥散，遵循Fick法则。这一法则是指气体穿越一层组织的速率与两侧气体的分压差呈正比（P1-P2），与组织厚度（T）呈反比。另外，气体交换效率与弥散常数（D）呈正比。弥散常数是由组织特点和气体种类所决定的，与气体溶解度成正比，与气体分子量的平方根呈反比。CO2比O2的溶解度高而分子量相差不大，在组织层的弥散速度是O2的20倍。

静息状态下，肺毛细血管内的血氧分压约为40mmHg，而肺泡内的血氧分压约为100mmHg，氧气顺着这一压力梯度进入毛细血管中，毛细血管中的血氧分压迅速升高（大约经过0.25秒就可以达到与肺泡氧分压平衡的水平），氧的摄取量主要取决于经过肺泡的血流量。若因疾病导致血气屏障增厚，弥散水平就会下降。

二、呼吸生理状态评估

目前评估呼吸生理状态最常用和最重要的两项检查是肺功能和血气分析测定。前者主要通过对肺容积、弥散功能、气道反应性、气道阻力以及肺顺应性的测定，从生理功能角度评估呼吸系统的通气及换气状态，为疾病诊断、鉴别诊断及治疗提供思路；后者反映被测者某一时刻呼吸生理活动的结果，包括动脉血氧及二氧化碳水平，以及由此带来的酸碱平衡变化，可为呼吸功能紊乱尤其是呼吸衰竭分型提供依据，如果结合病变部位及影像学特点，还可为病变诊断和病情评估提供重要线索。另外，这些检查经常是呼吸系统慢性疾病患者长期随访项目，用于评估病情进展以及治疗效果。需要注意一点：因为同一种肺功能损伤往往可以由不同疾病引起，所以在很多时候，肺功能和血气分析测定对于疾病的病因学诊断并不是关键因素。

（一）肺功能检查

肺功能检查主要包括对肺容积、弥散功能、气道反应性（支气管激发试验和支气管舒张试验）、气道阻力以及肺顺应性方面的检查，用以评估肺通气和换气功能。虽然肺功能异常往往缺乏特异性，但它在慢性阻塞性肺疾病和支气管哮喘的诊断中有关键性作用，并且在肺间质疾病和呼吸相关神经肌肉疾病的病情评估、外科手术风险评估以及劳动能力或伤残鉴定中有重要意义。另外，肺功能检查中部分简单的测试还被用于职业风险评估调查或社区疾病流行病学调查。

1.常规检查项目

（1）通气功能

1）用力肺活量（forced vital capacity，FVC）：也称用力呼气量（forced expiratory volume，FEV），是临床上最重要的通气功能评估指标，指最大吸气（至肺总量位）后，做最大努力、最快速度的呼气，直至残气量位所呼出的气量。

2）时间肺活量：指用力呼气时，单位时间内所呼出的气量。t秒用力呼气容积（FEVt）是指完全吸气至肺总量后在t秒内的快速用力呼气量，如FEV1、FEV2、FEV3、FEV6分别表示完全吸气后1、2、3和6秒的用力呼气量，其中FEV1是临床上最常用的时间肺活量。由于气流流速是由肺的弹性回缩压力和闭合点上游气道阻力所决定的，与气道闭合点下游阻力无关，且呼气之初闭合点位于大气道，所以气道阻力增加和肺回缩力下降都是导致FEV1下降的重要因素。

3）一秒率（FEV1/FVC）：是FEV1与FVC的比值（常用百分数表示），是判断有无气流阻塞的主要指标。气流阻塞不严重时，若给予充足的呼气时间，受试者可充分呼出气体，FVC可基本正常或轻度下降，但由于呼气速度减慢，FEV1/FVC会下降。随着阻塞程度加重，FEV1/FVC进一步下降，当严重气流阻塞时，受试者难以完成充分呼气，FVC也明显下降，FEV1/FVC反而有所升高。因此，FEV1/FVC可反映气流阻塞的存在，但不能准确反映阻塞的程度。在严重气流阻塞的情况下，受试者完成FVC的时间显著延长，因受试者难以耐受呼气时间过长，此时推荐以FEV1/VC、FEV1/FEV6取代一秒率来评价气流阻塞程度。

4）最大呼气中期流量（maximal midexpiratory flow，MMEF）：指用力呼出气量为25%～75%肺活量的平均呼气流量，亦可表示为用力呼气中期流速（forced midexpiratory flow rate，FEF25%～75%）。最大呼气中段曲线处于FVC非用力依赖部分，流量受小气道直径所影响，流量下降反映小气道阻塞。

5）呼气峰值流量（peak expiratory flow，PEF）：指用力呼气时的最高气体流量，是反映气道通畅性及呼吸肌力量的一个重要指标。

6）潮气量（tidal volume，Vt）：指平静呼吸时每次吸入或呼出的气量，与年龄、性别、体表面积、呼吸习惯、机体新陈代谢水平有关。正常Vt值为400～500ml或10ml/kg。

7）深吸气量（inspiratory capacity，IC）：指平静呼气末做最大吸气时所能吸入的气量，相当于潮气量和补吸气量之和，是衡量最大通气潜力的一个重要指标。

8）功能残气量（functional residual capacity，FRC）：指平静呼气后肺内残留的气量，是残气量与补呼气量的和。FRC具有稳定肺泡气体分压的缓冲作用，可减少通气间歇对肺泡内气体交换的影响。

9）残气量（residual volume，RV）：指深呼气后肺内剩余的气量，反映肺泡静态膨胀度，具有稳定肺泡气体分压的作用，可减少通气间歇对肺泡内气体分压的影响。正常成年人残气量为1000～1500ml。

10）肺总量（total lung capacity，TLC）：指最大吸气终末时肺内气体总容积，代表肺所能容纳的最大气体量。成年男性TLC平均约为5000ml，成年女性TLC平均约为3500ml。

11）最大自主通气量（maximal voluntary ventilation，MVV）：指1分钟内以尽可能快的速度和尽可能深的幅度重复最大自主努力呼吸所得到的通气量，即潮气量与呼吸频率的乘积。MVV的大小与呼吸肌力量、胸廓弹性、肺组织弹性和气道阻力均相关，是一项综合评价肺通气功能储备量的指标。

（2）换气功能：

即弥散功能，通常应用一氧化碳（carbon monoxide，CO）一口气弥散法测定一氧化碳弥散功能（diffusing capacity of carbon monoxide，DLCO）以反映肺换气功能。其操作方法是让受试者用力呼气至残气位，然后吸入含有0.3%CO、10%氦气（He）、20%氧气（O2）以及氮气（N2）的混合气体至肺总量位，屏气10秒后呼气。在受试者呼气过程中，连续测定其呼出气的CO及He浓度，然后通过公式计算出屏气阶段CO弥散量。

通过He浓度可以估算总肺泡容积（alveolar volume，VA）。DLCO除以肺泡容积即得到比弥散率（DLCO/VA），可以用于不同个体之间比较。在一定程度上，在同一个体，DLCO与吸入气体量直接相关。吸入气体量少，DLCO降低，而比弥散率变化很小。

1）DLCO正常值：DLCO的平均正常值是20～30ml/（min·mmHg），即每分钟1mmHg CO驱动压力差下有20～30ml CO被转运到毛细血管内。DLCO正常值受年龄、性别、体形影响。

2）引起DLCO增高的原因：①仰卧位：可以增加肺上叶灌注量，从而使DLCO增高；②活动：由于肺血流量增加，引起DLCO增高；③哮喘：患者症状好转后可以出现DLCO增高，可能是由于肺内血流量分布更加均一；④肥胖：可能是肺部血流量增加所致；⑤红细胞增多症：由于毛细血管中红细胞增多，引起弥散增加；⑥肺泡内出血：肺泡内的血红蛋白可以结合CO，引起CO摄取增加，DLCO增高；⑦左向右心内分流：因增加肺毛细血管血容量而增加了弥散所致。

3）引起DLCO降低的原因：任何减少弥散面积或增厚肺泡-毛细血管膜的病变均可以引起DLCO降低。

可引起弥散面积减少的疾病：①肺气肿：肺泡壁和毛细血管被破坏，因此弥散总面积减少。明显气道阻塞患者若出现DLCO降低，强烈提示可能合并肺气肿。②肺切除：如果仅有小部分肺切除，换气面积损失相对较少，剩余正常肺毛细血管可以代偿并维持正常DLCO；但如果换气面积损失较多，如肺叶切除，肺毛细血管代偿不足以弥补，则会出现DLCO下降。③支气管阻塞：例如，肿瘤阻塞支气管，导致大面积肺不张，可明显减少交换面积和肺容积，导致DLCO下降（此时DLCO/VA可能正常）。④多发性肺栓塞：通过阻碍肺泡毛细血管的灌注，减少换气面积从而导致DLCO下降。⑤贫血：血红蛋白减少，相当于减少毛细血管血容量，进而引起DLCO下降。

可以增加肺泡-毛细血管交换膜厚度的疾病：①各种特发或继发性肺间质病变：如特发性肺纤维化、石棉肺、结节病、药物引起的肺纤维化或肺泡炎、过敏性肺炎、组织细胞增生症X和肺泡蛋白沉积症等，可造成肺泡与毛细血管膜的血气屏障厚度增加，肺容积减少；②充血性心力衰竭：渗出液渗出到间质内或肺泡中，造成弥散距离增加；③胶原血管病：如硬皮病和系统性红斑狼疮，可能使毛细血管壁增厚或毛细血管内皮细胞间隙闭塞，增加弥散屏障厚度。

一般来说，单纯的DLCO下降可见于轻度肺气肿、轻度肺纤维化、原发性肺动脉高压、复发性肺栓塞或闭塞性血管病。

（3）支气管激发试验：

是检测气道高反应性最常用、最准确的临床检查方法，通过化学、物理或生物等人工刺激因子诱发气道平滑肌收缩，并借助肺功能指标改变来判断支气管是否缩窄及其程度。组胺和醋甲胆碱（乙酰甲胆碱）是目前最常用的激发药物。

（4）支气管舒张试验：

亦称支气管扩张试验，通过给予支气管舒张药物，观察阻塞气道舒缓反应。

（5）气道阻力：

指气道内单位流量所产生的压力差，通常用“（气道口腔压－肺泡压）÷流量”来计算，以每秒通气量为1L时的压力差来表示。气道阻力增高可见于各种阻塞性通气功能障碍性疾病。机械通气患者需常规监测气道阻力。

（6）肺顺应性：

指单位压力改变所引起的肺容积改变，反映胸腔压力改变对肺容积的影响。肺顺应性又可分为静态肺顺应性（static compliance，Cst）和动态肺顺应性（dynamic lung compliance，Cdyn）。Cst指在呼吸周期中，气流暂时阻断时测得的肺顺应性，反映肺组织的弹力；Cdyn指在呼吸周期中，气流未阻断时测得的肺顺应性，反映受气道阻力的影响。小气道阻塞患者，Cdyn随呼吸频率增加而降低，Cst随肺组织弹力减弱而升高。

2.流量-容积曲线

在解读肺功能检查结果的过程中，不仅需要注意上述不同项目的数值，流量-容积（flow-volume，F-V）曲线的形状也同样重要。F-V曲线反映了呼吸气体流量随肺容积变化的关系。曲线形状和指标大小取决于呼气力量、胸肺弹性、肺容积及气道阻力对呼气流量的综合影响。

在F-V曲线的起始部分，呼气肌的长度最长，收缩力最大，呼气流量也最大，图形上表现为流量迅速增至峰值，其值与受试者的用力程度有关，故称为用力依赖部分。在曲线的终末部分，呼吸肌长度显著缩短，收缩力显著降低，呼气流量与用力程度无关，而与小气道通畅程度密切相关，故称为非用力依赖部分。对比实测曲线和预计曲线的形状及大小，可以明确受试者有无通气功能障碍，以及是限制性还是阻塞性通气功能障碍。阻塞性通气功能障碍者的F-V曲线往往表现为勺型凹陷，相同肺容积下呼气流速明显下降。限制性通气功能障碍者最大呼气流量与肺总量同时下降，呼气的后半部流速异常增大，这可能与肺的弹性回缩力增加有关，往往表现为曲线整体缩小。

3.肺功能检查结果的解读（推荐顺序）

第一步，观察F-V曲线：与正常预计曲线对比，如果曲线没有缺失，提示F-V曲线正常，FVC正常，即为正常结果；如果曲线有缺失，则提示FVC下降，若一秒率正常，提示限制性、隐性哮喘或非特异性异常，应该测定肺总量加以鉴别；如果曲线凹陷（呈勺状）伴流量下降，往往是阻塞性通气功能异常，偶尔为混合性；如果F-V曲线坡度增加，往往提示肺实质疾病导致的限制性通气功能障碍，多伴有FVC、TLC和DLCO不同程度的降低（图1-1-2）。

如果F-V曲线环出现如下形态，往往提示主气道病变：同时出现呼吸双相曲线低平，提示上气道固定病变；吸气曲线低平而呼气曲线基本正常，提示典型可变胸外型病变；呼气曲线低平而吸气曲线正常，提示可变胸内型病变（图1-1-3）。

第二步，观察FEV1：正常情况下FEV1＞80%预计值，如果＜80%预计值，提示通气功能异常。其中，＞70%预计值为轻度，60%～69%预计值为中度，50%～59%为中重度，35%～49%为重度，＜35%为极重度。如果FEV1正常，可基本排除阻塞或限制性通气功能异常，但在临近正常值时需警惕相关疾病的早期改变。当然也有例外，例如有可变胸外型气道阻塞病变时，尽管存在吸气阻塞，但FEV1可以正常，MVV减少；又如呼吸肌无力患者，最初出现呼吸困难时，FEV1可以正常。FEV1低于正常值最常见于气道阻塞，也可以由限制性病变引起，此时需要参考FEV1/FVC，FEV1/FVC下降则提示气道阻塞。同时，可参考TLC进行鉴别，TLC增高15%以上提示阻塞性病变，TLC降低至80%预计值以下提示限制性病变。但须注意，TLC正常也可以见于少见的阻塞-限制混合病变。

第三步，观察FEV1/FVC：目前以92%预计值作为界值，FEV1/FVC低于该值提示存在阻塞性病变，高于该值基本可以排除阻塞性病变。但是，对于慢性阻塞性肺疾病，临床仍以FEV1/FVC＜70%预计值作为诊断标准。对于FVC、FEV1下降，而FEV1/FVC、F-V曲线和TLC正常的非特异性通气受限，行支气管舒张试验或支气管激发试验经常可以发现潜在哮喘（气道阻力增加提示潜在哮喘）。

FEV1/FVC正常或增加可以见于单纯限制性异常。FVC、FEV1下降，FEV1/FVC正常或增高，对支气管扩张药物反应正常，提示可能为限制性通气障碍，如果TLC、DLCO降低，可进一步确定限制性通气功能障碍的判断。如果没有条件测定TLC，可以通过观察X线胸片寻找限制性病变的证据，或通过放射学方法估计TLC。

第四步，观察呼气流速：用力呼气中期流速经常与FEV1变化趋势一致，对检测早期气道阻塞更加敏感。FVC、FEV1和MVV正常而呼气中期流速下降多见于病变早期，临床上多不伴有症状。呼气容积至25%、50%、75%时的流速变化趋势与FEV1和呼气中期流速变化趋势一致，可用于发现气道早期病变。

第五步，观察MVV：部分患者MVV变化方式与FEV1一致。正常MVV是FEV1×40，正常下限是FEV1×30；阻塞性病变中FEV1下降，MVV也随之下降；限制性病变中FEV1下降，MVV也减少，但并不像FEV1减少那样明显。如果FEV1正常但是MVV降低，应考虑如下可能：①患者配合不佳或虚弱、乏力、咳嗽或不愿意尽最大努力；②神经肌肉疾病：MVV通常是最常出现异常的指标，可以进一步进行最高呼吸压力测定；③大气道病变：结合F-V曲线可确定；④重度肥胖：患者MVV往往在FEV1之前出现下降。

第六步，观察气道反应性：对于基础肺功能FEV1＞70%预计值的受检者，使用标准剂量乙酰甲胆碱或组胺后，FEV1或PEF自基线降低≥20%，为支气管激发试验阳性；对于基础肺功能FEV1＜70%预计值的受检者，给予沙丁胺醇400μg或其他等效剂量药物15分钟后，FEV1自基线增加＞12%且绝对值增加＞200ml，为支气管舒张试验阳性。以上结果均提示存在气道高反应性，应考虑支气管哮喘的可能，但要排除患者配合不佳所导致的假阳性。

第七步，观察DLCO：DLCO＞80%预计值提示弥散功能正常，＜80%预计值提示弥散功能下降（其中，＞60%预计值为轻度，40%～60%预计值为中度，＜40%预计值为重度）。DLCO正常可见于正常肺、慢性支气管炎、哮喘、主气道病变、神经肌肉疾病和肥胖。DLCO降低可见于肺实质病变导致的限制性通气功能异常，也可见于肺气肿、肺血管疾病以及慢性支气管炎、重症哮喘、心力衰竭和化疗药物肺损伤。单纯DLCO降低应该考虑肺血管疾病，如硬皮病、原发肺动脉高压、肺栓塞和血管炎。DLCO增高可见于少数哮喘恢复期、肺泡出血、红细胞增多症、先天性心脏病左向右分流。

第八步，观察其他检查结果，进一步协助明确诊断。

上述对于肺功能参数解读，判断通气功能障碍分型及原因的流程可简化为图1-1-4。

（二）血气分析

动脉血气测定获取动脉血氧分压、二氧化碳分压、pH、碳酸氢根等指标，可以评估通气及换气是否正常，有无CO2潴留、低氧血症，血氧饱和度是否随运动下降以及酸碱状态。

在进行血气评估时首先要核实如下情况：动脉血标本抽取是否合格，运送过程中是否密封；标本采集时患者的吸氧条件；患者的取血体位（坐位动脉血氧分压要高于仰卧位）；取血时患者应避免过度通气或屏气。

血气分析中最重要的就是对氧分压、二氧化碳分压和酸碱平衡的评价。

1.动脉血氧分压（PaO2）

完成氧气交换需要如下4个主要环节：适当的肺泡通气；肺泡内气体与肺毛细血管中的静脉血接触，即有匹配的通气/血流比；氧气从肺泡到红细胞中血红蛋白的弥散；氧合血红蛋白通过心血管系统运送到外周组织。

PaO2反映人体是否能从室内空气中获取足够的氧气。在海平面水平，正常成年人PaO2为85～100mmHg。这一数值随着年龄增长而轻度下降，在70岁约为80mmHg。PaO2低于正常水平为低氧血症。氧解离曲线对于评估低氧血症程度很重要。在PaO2＜40mmHg时，氧解离曲线变化陡峭，氧分压的变化可以产生氧含量和氧饱和度的剧烈变化；而在60～70mmHg或以上时，氧分压的明显变化只能引起相对较小的饱和度变化。

吸入正常氧分压气体时发生低氧血症的常见4个原因包括：肺泡低通气、通气/灌注（/Q）比例失调、分流和弥散受损。

（1）肺泡低通气

1）特点：①伴有PaCO2增高：动脉血二氧化碳分压（PaCO2）取决于肺泡通气量（VA）和机体CO2产生量（VCO2）：PaCO2＝k×VCO2/VA（其中K是常数）。如果机体产生CO2的量是一定的，当肺泡通气量减少时，PaCO2一定会增高；如果肺泡通气量是一定的，机体产生CO2的量增加时，PaCO2也会增高。另外，当通气量减少或无效通气腔比例增加时，肺泡通气量也可降低，并进而引起PaCO2升高。无效通气腔包括上气道、气管、支气管和无灌注肺泡，这部分腔内气体未参与气体有效交换。正常情况下，无效腔容积很小，但在肺气肿和慢性支气管炎等疾病情况下，无效腔容积会增加。肺泡通气量是总通气量与无效腔通气量的差值。②所致低氧血症可以通过增加吸入气氧浓度纠正：吸入气氧分压每增加1mmHg可以使PaO2增加1mmHg。吸入气氧分压可以提高数百毫米汞柱，因此低氧血症很容易就可以纠正。

2）常见原因：包括药物、麻醉或甲状腺功能减低所致的中枢神经系统抑制，外伤、出血、脑炎、休克和肿瘤导致的延髓呼吸中枢异常，睡眠呼吸暂停或肥胖低通气综合征导致的呼吸控制异常，胸部创伤导致的连枷胸、脊柱侧弯或胸廓畸形，神经肌肉疾病影响传出神经、神经肌肉接头和呼吸肌肉。上述病因可引起呼吸泵和（或）呼吸中枢调节功能异常，导致肺泡通气下降。

3）肺泡动脉氧分压差：正常情况下，年轻人肺泡动脉氧分压差＜10mmHg，老年人肺泡动脉氧分压差＜20mmHg，如果该值正常，低氧是由低通气或吸入氧流量降低引起的，如果该值增高，低氧可能由通气/灌注比例失调、分流或弥散异常引起。计算公式如下：

其中，PAO2（alveolar oxygen partial pressure）为肺泡氧分压，PaO2为动脉氧分压，Patm（atmospheric pressure）为大气压，PH2O为水蒸气压力（在1个标准大气压下，海平面水平，37℃时饱和水蒸气所产生的压力为47mmHg），FiO2（fractional concentration of inspired oxygen）为吸氧浓度分数，PACO2（alveolar partial pressure of carbon dioxide）为肺泡二氧化碳分压，RQ（respiratory quotient）为呼吸商，P(A-a)O2为肺泡动脉氧分压差。

（2）通气/灌注比例失调：

正常情况下通气、血流的量基本相等，疾病状态下有可能出现二者的不匹配，血流增加而相应肺泡通气减少，或通气增加而相应区域的血流减少。通气/灌注比例失调可损害肺对所有气体的交换效率。此种情况下，增加肺泡通气量可以增加CO2的清除，但很难纠正低氧状态，后者可以通过提高吸入气氧浓度改善或纠正。

通气/灌注失调是低氧血症常见的病因，可见于慢性支气管炎、肺气肿、哮喘、间质性肺疾病和肺水肿。临床上估计通气/灌注比例失调的程度是很复杂的，肺泡动脉氧分压差的增高经常提示低通气/灌注比例区域的存在，即灌注超过通气。通气的生理无效腔可以估计，无效腔增加提示存在高通气/灌注比例区域。

（3）肺内或心内右向左分流：

指一部分静脉血流完全通过旁路绕过肺泡，未经气体交换回到左心。分流有可能存在于心脏内（如法洛四联症）或肺（如肺动静脉瘘）。血液流经完全实变或不张的肺也会导致右向左分流的效果。分流所导致的低氧血症无法通过提高吸氧浓度改善。

（4）弥散功能受损：

任何减少弥散面积或增厚肺泡-毛细血管膜的病变均可以引起弥散功能受损。由弥散异常引起的低氧血症可以通过吸入高浓度氧气纠正。

上述导致低氧血症的不同机制可以同时出现于某种疾病中，如慢性阻塞性肺疾病和肺炎患者可同时存在通气/灌注比例失调和右向左分流，肺纤维化患者同时存在弥散功能损害和通气/血流比例失调。

2.动脉血二氧化碳分压（PaCO2）

正常值为35～45mmHg，并且不受年龄影响。CO2解离曲线无平台期，血中CO2容积与CO2分压呈正比，而后者与肺泡通气量呈反比。高碳酸血症（即PaCO2升高）可以由两种机制引起：一是肺泡低通气；二是严重通气/灌注比例失调。

3.动脉血pH

即酸碱平衡的评估。

pH是血中氢离子浓度的负log值，正常范围为7.35～7.45。

pK为碳酸解离常数。

pH受呼吸和代谢两方面的影响和调节，疾病状态下二者可以互为代偿。呼吸对酸碱状态的改变主要是由于呼出CO2从而影响血中pH水平。相对于机体的需求而言，通气过度可导致CO2呼出过多，引起呼吸性碱中毒；通气不足可导致CO2呼出减少，引起呼吸性酸中毒。代谢异常可使细胞外液的固定酸或碳酸氢根增加或减少。代谢异常引起的酸碱失衡可以很快通过呼吸，增加通气、降低CO2，进行代偿，随后通过肾缓慢排除过多的酸或碱。而呼吸疾病引起的呼吸性酸碱失衡可以通过肾增加排除H+或HCO3-进行代偿，但是肾代偿作用缓慢，大约需要72小时方能达到代谢性代偿的最大值。

（三）肺功能检查和血气分析的临床应用

在临床上，肺功能检查和血气分析对肺部疾病诊断都有重要的参考价值，不能互相替代。肺功能检查能够提示患者有无通气及换气功能障碍、有无气道高反应性，对慢性阻塞性肺疾病、支气管哮喘的诊断有重要价值，还可用于慢性阻塞性肺疾病、支气管哮喘、肺间质纤维化、闭塞性细支气管炎综合征的病情评估。根据血气分析可以判断患者有无低氧血症、CO2潴留、呼吸衰竭和酸碱平衡紊乱。但是这两种检查手段对于疾病病因诊断的价值相对较低，很多时候需要综合临床表现、放射学检查或其他实验室检查才能做出判断。

特定疾病（如阻塞性、限制性和混合性通气功能障碍）可有不同的肺功能异常模式。

1.阻塞性通气功能障碍相关性疾病

肺气肿：单纯肺气肿表现为过度充气和肺弹性降低，由于肺泡的破坏经常伴有肺弥散功能下降。除非病情加重，静息状态下PaO2和PaCO2通常正常。

慢性支气管炎：患者肺顺应性通常正常，但可发生PaO2降低，伴或不伴CO2潴留。

慢性阻塞性肺疾病：患者往往同时存在肺气肿和慢性支气管炎。肺功能同时有两种疾病的特征，如过度通气比慢性支气管炎明显，可不出现CO2潴留。

支气管哮喘：在两次发作间期肺功能正常，中度以上发作时肺功能变化类似于慢性阻塞性肺疾病，易出现过度通气和呼吸性碱中毒。对支气管舒张剂反应明显，DLCO经常增高，偶可见残气量/肺总量比值轻度增高。症状缓解后，上述指标均可恢复正常。

2.限制性通气功能障碍疾病

可见于肺实质疾病和肺外疾病。

（1）肺实质病变：

特发性肺间质纤维化是最经典的肺内限制性病变，其他肺间质疾病（如结节病、机化性肺炎等）、肺不张、肺炎和肺切除也可以导致限制性通气功能障碍。呼气峰流速正常或降低，弥散功能、肺总量、肺顺应性通常下降，F-V曲线坡度陡。血气分析多表现为不同程度的PaO2降低，PaCO2多为正常。

（2）肺外病变：

主要表现为肺通气量下降，而气体交换正常。DLCO依赖通气量，因此可能弥散功能下降而比弥散率正常。常见疾病包括脊柱侧弯、胸廓畸形、神经肌肉疾病和充血性心力衰竭。其中，充血性心力衰竭主要表现为PaO2下降，其他疾病引起者可伴有PaCO2增高。

脊柱侧弯和胸廓畸形：因胸肺扩张受限引起通气不足。

神经肌肉疾病：最常见于肌萎缩侧索硬化症、重症肌无力、多发性肌炎。疾病进展的标志是出现呼气肌肌力下降，主要表现为最大呼气压和最大吸气压下降。在这个阶段，所有指标都可以是正常的，但患者主诉劳力性呼吸困难。随着病情进展，最大自主通气量逐渐下降，并出现FVC和TLC下降伴换气功能障碍，最终表现为典型的肺外限制性通气功能障碍。

充血性心力衰竭：左心衰竭时，由于心脏扩大和肺淤血，有些患者可表现为FEV1/FVC正常的限制性通气功能障碍，呼气流速与FVC呈比例下降，F-V曲线坡度正常。

3.混合性通气功能障碍疾病

同时兼有阻塞性及限制性通气功能障碍两种表现，可能是两种疾病合并存在，也有可能是某种疾病同时导致阻塞性和限制性通气功能障碍。例如，部分充血性心力衰竭患者可表现为混合性通气功能异常，呼气流速下降幅度大于容积下降，FEV1/FVC下降，F-V曲线坡度减小，由于支气管周围水肿，使得气道狭窄产生心源性哮喘，并出现乙酰甲胆碱激发试验阳性。

（公丕花　陈燕文）

参考文献

1.Pellegrino R，Viegi G，Brusasco V，et al.Interpretative strategies for lung function tests.Eur Respir J，2005，26：948-968.

2.中华医学会呼吸病学分会肺功能专业组.肺功能检查指南（第二部分）—肺量计检查.中华结核和呼吸杂志，2014，37（7）：481-486.

3.Alfred P.Fishman，Jack A.Elias，Jay A.Fishman，et al.Fishman’s pulmonary diseases and disorders.Fifth edition.New York：The McGraw-Hill Education，2015.