肺功能检查指南——体积描记法肺容量和气道阻力检查

一、概述

体积描记法检查是完整的肺容量检查中非常重要的组成部分^{[1,2,3,4,5,6]}。在本系列指南的肺容量检查部分已经详细介绍了气体稀释法肺容量测定的方法^[1]，本部分将介绍基于体积描记技术的肺容量和气道阻力检查方法。

体积描记(plethysmography，体描)一词来源于希腊语'plethysmos'，原意为'扩大，扩展'。早在19世纪末就有学者提出，通过测量呼吸过程中胸腔容积'扩大'引起的人体体积的变化来测定功能残气量(FRC)，但直到1956年，DuBois等才发展出第一套基于波义耳定律(Boyle's law)的实用的人体体描技术，用于测定胸腔气体容积^[7]。

体描法检测是基于波义耳定律，即在密闭和恒温的情况下，一定量的气体被压缩或膨胀后其体积会减少或增加，而气压的改变遵从于在任何时候压力与体积的乘积保持恒定的规律^[8,9,10]。

二、体描法检查的适应证与禁忌证

本指南主要适用于年龄≥6岁且配合良好的儿童和成人。婴儿体描检查可参照儿童肺功能检测及评估专家共识^[11]。

需要特别注意的是，在临床实践中体描法测量肺容积和气道阻力必须与肺量计检查组合进行，才能够对受试者的肺功能状态做出全面、准确的评估，所以两者的适应证和禁忌证大致相同^[2,3,4,5,6]。

(一)适应证

除肺量计和气体稀释法肺容量检查的适应证^[1,7]以外，体描法肺容量检查尤其适用于气道阻塞严重、气体分布不均的受试者^[8,9,10,12]，肺容量检测的同时还可以测定气道阻力。

1．用于准确测定肺容积：目前认为体描法是检测肺容积最为准确的方法。

2．评估阻塞型肺疾病：如大疱型肺气肿和囊性纤维化等在氦稀释法或氮冲洗法检测中得到过低的检测值(伪差)^{[13,14,15,16,17,18]}。有了同时测到的肺容量便可以确定气体陷闭指数(即FRC体描/FRC氦稀释)。

3．用于受试者无法进行多次呼吸检测或者要求进行多次重复肺容量检查时。

4．对气道阻力及胸腔容积的变化进行观察，用于确定支气管对舒张剂的反应^{[19,20,21,22]}。

5．用于以气道阻力及胸腔容积的变化确定对乙酰甲胆碱、组织胺等的支气管高反应性^{[19,20,21,22]}。

(二)禁忌证

1．绝对禁忌证：急性心肌梗死后1个月内。

2．相对禁忌证：(1)压力性尿失禁；(2)肌肉功能失调、躯干石膏固定以及其他不宜进入体描箱的情况；(3)痴呆或认知障碍，或其他不能按照医生或技术员的指导完成正确呼吸动作的情况；(4)因进入体描箱可能加剧的幽闭恐惧症；(5)佩戴影响检查的设备等其他情况，如带有连续静脉输泵等其他不适宜进入体描箱的设备不能中止又会干扰压力变化，还包括胸腔管、经气管氧导管或者鼓膜穿孔等情形；(6)不能临时中断的连续氧疗；(7)任何原因导致的胸腹痛；(8)因含口器可能加重的口腔或面部疼痛。

三、体描法肺容积和气道阻力检查的方法和步骤

(一)检测原理及设备技术参数要求

体描仪有3种基本类型：(1)压力型体描仪，工作时压力变化而容积保持恒定；(2)容积型体描仪，工作时容积变化而压力保持恒定；(3)压力校正流量型(流量型)体描仪，此类体描仪将压力型体描仪对高速气流的精确反应和容积型体描仪对气体容积剧烈变化的良好感知能力相结合。

不论哪种类型的体描箱，都必须配备口压传感器，它必须满足口压测量范围≥±5 kPa (≥±50 cmH₂O，1 cmH₂O＝0.098 kPa)且其平滑频率响应>8 Hz。用于测量肺容量和用力吸气呼气容量的肺量计或流量传感器的精度和频率响应需要满足相应的肺量计标准^{[23,24,25,26]}。用于测量箱内压力变化的传感器的精度和范围必须满足±0.02 kPa (±0.2 cmH₂O)^[23]。温度变化可能会引起箱压约1.0 kPa(10 cmH₂O)的上升，这需要箱压传感器的工作范围适当加大。体描箱的可控泄漏时间保持在10 s左右最佳，这有助于减小因温度变化导致的缓慢气压升高的影响。

由于3种体描仪的工作原理基本相同，这里只介绍应用最广泛的压力型体描仪。压力型体描仪(图1)的核心部分由呼吸速率计、测定体描箱内压力和(或)容积的传感器，两个分别用于测量口腔压(Pm)和箱内压(Pbox)的应变电阻式传感器和一个位于口器和体描箱之间的阻断器阀门结构组成。3个传感器与增益系统和监测系统联接，使箱内压力(或容积)和口腔压指标可以同时在终端的X轴和Y轴上显示出来(图1)。

在测定FRC时，受试者佩戴鼻夹，坐于体描箱中平静呼吸，在平静呼吸的呼气末，阻断器阀门关闭，此时操作者嘱受试者对抗阀门阻力进行呼吸动作。吸气动作导致口腔压和箱内压发生变化，口腔压降低，同时肺容积增加，肺内气体变稀薄。由于体描箱是密闭的，肺容积的增加相应导致了箱内压的增加。同理，呼气动作导致肺容积降低和箱内压降低。由于测定过程中阻断器阀门是关闭的，口腔压与肺泡压(P_A)相同。口腔压与箱内压或肺容积对应的函数关系可以在终端上表现为一条闭合曲线(图2)^[27]。通过测定闭合曲线的斜率可以计算出阻断器关闭时肺内气体的容积，即胸腔内气体容积(TGV或V_TG)。当阻断器关闭的时点在平静呼吸的呼气末水平时，则可以波义耳定律计算出FRC^{[28,29,30,31]}。V＝P×(ΔV/ΔP)[V：功能残气量(L)；P：大气压(cmH₂O)；ΔV/ΔP：终端显示的闭合曲线斜率的倒数]，在此方程式中，唯一的未知数V可由大气压和Pm与Pbox相关闭合曲线斜率(ΔP /ΔV)的倒数计算出来。

口腔压代表肺泡压，箱内压反映了胸腔内压。阻断器在平静呼气末(Pm, V)关闭，同时受试者继续吸气动作，口腔压降低，同时箱内压升高。箱内压的增高反映了胸腔内气体容积的变化。曲线末端代表了吸气末水平(Pm－ΔPm，V＋ΔV)。曲线的斜率取决于阻断器关闭时肺内气体的容积(即FRC)。

气道阻力(Raw)指气道(包括口腔、鼻咽、喉、中心气道和外周气道)内的气流驱动压(P)与实际气流流速(V^·)之比。

在受试者浅快呼吸过程中，阻断器开放时可以得到气流流速(V^·)与箱内压之间的关系，即V^·/Pbx；在阻断器关闭时，可以得到肺泡压(P_A)与箱内压之间的关系，即P_A/Pbox。将上述两条曲线的斜率相除，即可计算出气道阻力。

(二)检查前的准备

1．仪器的准备：

(1)设备开机后应根据设备的操作手册，严格保证充足的预热时间；(2)在每个检测日，应按设备的操作手册的要求，检查体描箱的密闭性，对流量传感器、口腔压传感器及箱压传感器进行定标，使测定值在可允许的变化范围之内。如同一天内室温、室压变化过大，需要再次进行定标，以保证检查的准确性。

2．受试者的准备：

(1)不要穿戴过紧的衣服、腰带、衬衫、胸衣等，以免限制胸廓活动；(2)体描箱内座位高度应调整合适，保证在含咬口器的时候受试者不需要弯曲或伸长脖子；(3)无需取下假牙；(4)医生或技术员应仔细向受试者介绍检查过程，使其了解如何配合检查，包括箱门将关闭、受试者要用双手托住两颊、需要使用鼻夹等信息^[32]。还应指导受试者练习经口平静呼吸和浅快呼吸，待其掌握了呼吸(尤其是浅快呼吸)要领后方可开始检查。

(三)检查方法和步骤

1．关闭体描箱门，略等2 min左右以使热传导达到稳定，要求受试者尽可能放松，具体平衡时间及判断标准请参阅设备使用说明书。

2．受试者含口器并平静呼吸直到呼气末水平稳定(通常需要3～7次潮气呼吸)。

3．气道阻力测定：在平静呼气末，令受检者做浅快呼吸，呼吸频率1.5～2.5 Hz(1.5～2.5次/s，即90～150次/min)，至少应记录到3～5个满足技术要求的重复性好的呼气流量－体描箱压曲线(图3)。目前已有一些新型体描仪可进行自动呼吸压力容积补偿，只需平静呼吸方式而无需浅快呼吸，提高受试者的依从性和检查的重复性。

4．肺容积测定：在浅快呼吸后，阻断器会在呼气末(功能残气位)阻断约2～3 s，此时要求受试者仍保持浅快呼吸动作(口腔压约±1 kPa，即约±10 cmH₂O)，但呼吸频率为0.5～1.0 Hz(30～60次/min)^[32,33]。至少应记录到满足技术要求的3～5次浅快呼吸动作(也就是要在压力容积图上看到一系列被很小的热漂移分隔开的几乎重叠的直线，如图2)。

5．慢肺活量测定：阻断器打开，受试者进行一次补呼气(ERV)动作，接着做一次吸气慢肺活量(IVC)动作[也可以先做一次深吸气(IC)动作，再做一次慢呼气肺活量(EVC)动作]。如果需要，受试者可以在胸腔气量(TGV)和肺活量(VC)检测之间离开口器进行休息。患有严重呼吸困难的受试者可能在检测完胸腔气量(TGV)之后立即进行补呼气(ERV)后再做一次慢吸气肺活量(IVC)检查(图4)有困难。为了解决这个问题，也可以让受试者做完浅快呼吸测定后先进行2～3次潮气呼吸，然后再接着做补呼气(ERV)和吸气肺活量(IVC)测定。

注：时间－容量曲线显示在平静呼吸的呼气末水平达到稳定后，阻断器关闭一小段时间用来测定胸腔气量，阻断器开放后，受试者先做一次补呼气(ERV)再做一次慢吸气肺活量检测。不需要受试者离开口器就能非常连贯的一次完成所有的相关容量的测量，其中包括IC、FRC、IRV、VT、RV等

(四)除气道阻力(Raw)外体描法气道阻力测定的常用指标

1．气道传导率(Gaw)：

为气道阻力的倒数；Gaw＝1/Raw。

2．比气道阻力(sRaw)：

为气道阻力与胸腔气量(TGV)的乘积；sRaw＝Raw×TGV＝TGV/Gaw。

3．比气道传导率(sGaw)：

为比气道阻力的倒数，或气道传导率与胸腔气量的比值；sGaw＝1/sRaw＝Gaw/TGV。

(五)质量控制和注意事项

1．在整个检查过程中，受试者口含口器不能松脱，口角不能漏气，否则呼吸容量基线漂移，则TLC、RV等计算可有较大的误差。

2．在气道阻力检测时和肺容积检测阻断器阻断后受试者均须保持浅快呼吸。(1)在气道阻力检测中，要求浅快呼吸频率为1.5～2.5 Hz(1.5～2.5次/s，即90～150次/min)。目前，随着技术的进步，将体描箱与可自动校正温度相关容量差异的微处理器相联接，已可在受试者平静呼吸的状态下测定气道阻力，具体请参照相关设备的操作手册。(2)在肺容积测定时，在阻断器工作时要求受试者浅快呼吸频率在0.5～1.0 Hz(30～60次/min)之间^[34,35]。此时浅快呼吸频率大于1.5 Hz(90次/min)可能导致错误，而低于0.5 Hz(30次/min)则会因体描箱的可控泄漏导致问题。

3．肺容量检测时，对于那些无法完成理想的浅快呼吸动作的受试者，可以采用对抗阻断器做快速吸气的动作来代替。在这种情况下，不能采用简化版的公式：V_TG＝ (ΔV/ΔP)×P_B计算TGV，一定要注意使用完整版的TGV公式：V_TG＝ (ΔV/ΔP)×P_alv2×(P_alv1/P_B)，其中，P_alv1为压缩或膨胀动作前的压力绝对值，而P_alv2为动作后的压力绝对值^[10]。

4．气道阻力检测还应注意以下几点^{[36,37,38,39,40,41]}：(1)由于不同的流量下气道阻力不同，特别当受试者浅快呼吸时，每次呼气气量过大，流量过高，气道出现涡流时，口腔压－箱压关系曲线可出现反'S'形。因此，一般以0.5 L/s的流量作为检测气道阻力的标准点。(2)气道阻塞严重者可出现呼气滞留现象，使呼气早期与后期曲线分离，此时有两种计算方法：取呼气早期与后期0.5 L/s位二点的均值与原点的夹角为β角，此法较为常用；仅取呼气后期0.5 L/s位点与原点的夹角为β角(图5)^[42]。(3)准确测定流量－箱压关系曲线与水平轴的夹角是计算气道阻力的关键，必要时可通过人工调整流速－箱压关系曲线和口腔压－箱压关系曲线的计算角度^[43,44]。(4)临床上习惯以常规的用力通气功能判断患者的肺功能，做出阻塞性功能障碍的评价。但气道阻力的测定因综合考虑了气流驱动压的影响，因此对气道阻塞的判断更为敏感和精确。在临床实践中发现，有些通气功能检查正常的受试者，其气道阻力的指标如Raw、sGaw已出现异常，提示气道阻力的测定更为敏感。但同时也应注意到，虽然气道阻力测定的敏感性高于用力通气功能测定，但因其变异度亦较大，重复性则逊于FEV₁。

注：左图为β角定义示意图，右图为两种β角的不同算法。β₁：取呼气早期与后期0.5 L/s位二点的均值与原点的夹角为β角；β₂：仅取呼气后期0.5 L/s位点与原点的夹角为β角

5．关于重复性的问题，重复测定至少3次，选取口腔压－箱压关系曲线、流量－箱压关系曲线及慢肺活量曲线均质量良好的3次结果保存，至少要求得到偏差在5%以内的3次FRC和偏差在10%以内的Raw，并报告平均值^[45,46]。如果偏差过大，则应继续检测直到结果的重复性达到要求。

四、体描法肺容积和气道阻力检查结果判断

肺容量和气道阻力检查结果的正常参考值受多种因素影响，请参照本系列指南'肺量计检查'和'肺容量检查'的相关内容^[1,7]。

肺功能检查结果是否正常，需与正常预计值进行比较，判断是否在正常范围，正常范围通常以95%人群可达到的数值为界，即预计方程的95%可信区间，低于正常范围的下限(LLN)和高于正常范围的上限(ULN)，均为异常。理论上LLN是判断结果最可靠的标准，但由于计算较为繁琐，所以为了临床应用的方便起见，把肺容量指标的正常范围简化为占预计值百分比的方式来评价。VC、TLC的正常范围一般为预计值±20%；FRC、RV则为预计值±35%；健康青壮年的RV/TLC应为20%～35%，并随年龄增加而增高。但这种方法存在一定的偏差，应予以注意^[1,33,47]。

Raw、Gaw等目前国内外尚无统一标准，有作者认为健康成人Raw为0.6～2.4 cmH₂O·s^－1·L^－1，Gaw为0.42～1.67 L·s^－1·cmH₂O^－1，sGaw改变的意义同Gaw。sGaw<0.15～0.20>^－1·cmH₂O^－1可判断为气道阻塞。明显小气道阻塞时可能出现轻度Raw增高和sGaw降低。而早期或轻度小气道阻塞Raw和sGaw多为正常。哮喘急性发作期Raw可增加至正常值的3倍之多。晚期肺气肿由于细小支气管的狭窄和限闭引起Raw增高^[48]。

五、体描法肺容积和气道阻力检查的临床应用

1．体描法与气体稀释平衡法测定肺容积的比较：

(1)在慢性阻塞性肺疾病(慢阻肺)和哮喘患者，通过体描仪测得的FRC指标可能偏高，这是由于气道痉挛时，口腔压与肺泡压之间存在差异，而在阻断器关闭过程中测得的口腔压低于实际的肺泡压。(2)相较于体描法，通过气体稀释平衡法和氮冲洗法测得的气道阻塞性疾病的患者的FRC指标往往偏低。这是由于这类患者肺内往往存在通气不良的区域，这使得惰性气体稀释或'冲洗'达到浓度平衡的速度大大减慢，在正常检测时间内，通气不良区域内不能达到惰性气体浓度平衡，导致FRC测定结果偏低^{[13,14,15,16,17,18]}。(3)体描法测定肺容积的速度远比气体稀释平衡法快，且完成一次测定后马上可以进行重复检测，而气体稀释平衡法则需等待肺内检测气体浓度恢复到检测前水平后，才能进行下一次检测^[13]。(4)相较于气体稀释平衡法，体描仪设备昂贵、复杂、占地面积大。(5)体描法检测时受试者被关闭在密闭舱内可能会引起情绪紧张，尤其不适于幽闭恐惧症患者。

2．体描法肺容量检查结果的临床应用：

肺容量检查结果的解读和肺功能检查的选用和综合结果的分析请参阅本系列指南的'肺容量检查'部分和'肺功能结果分析判读'部分。

3．体描法气道阻力检查的临床应用：

(1)气道阻力增加提示存在气道阻塞或狭窄导致的气流受限(如支气管哮喘、慢性阻塞性肺疾病，以及气管和支气管肿瘤、支气管内膜结核、支气管微结石症、气道内异物等)。(2)支气管激发试验的评价，常以Raw提高或sGaw降低≥35%为试验阳性标准。(3)支气管舒张试验的评价则以Raw降低或sGaw提高≥35%为试验阳性标准。(4)当气道阻力发生改变的时候，sGaw的改变方向与FEV₁的方向一致，临床易于理解，因此较为常用。

撰写组专家

撰写组专家(按姓氏汉语拼音顺序排列)：高怡 [广州医科大学附属第一医院广州呼吸疾病研究所(呼吸疾病国家重点实验室、呼吸疾病国家临床医学研究中心)]；韩江娜(中国医学科学院北京协和医院)；蒋雷服(南京医科大学第一附属医院)；李琦(首都医科大学附属北京胸科医院)；梁斌苗(四川大学华西医院)；刘志军(中南大学湘雅二医院)；逯勇(首都医科大学附属北京朝阳医院－北京呼吸疾病研究所)；阙呈立(北京大学第一医院)；宋元林(复旦大学附属中山医院)；孙铁英(卫生部北)；孙兴国(国家心血管病中心心肺功能检测中心)；汪涛(华中科技大学同济医学院附属同济医院)；王惠妩(新疆医科大学第一附属医院)；谢燕清[广州医科大学附属第一医院广州呼吸疾病研究所(呼吸疾病国家重点实验室、呼吸疾病国家临床医学研究中心)]；杨文兰(上海市肺科医院)；张程(贵州省人民医院)；赵桂华(河南省人民医院)；赵海涛(沈阳军区总医院)；赵明华(新疆维吾尔自治区人民医院)；郑劲平[广州医科大学附属第一医院广州呼吸疾病研究所(呼吸疾病国家重点实验室、呼吸疾病国家临床医学研究中心)]；周明娟(广东省中医院)

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