从整体整合生理学医学新理论看弥散功能-DLCO解读中的误区*

孙兴国

(中国医学科学院 北京协和医学院 国家心血管病中心阜外医院 心血管疾病国家重点实验室，心血管疾病国家临床医学研究中心， 北京 100037)

从整体整合生理学医学新理论看弥散功能-DLCO解读中的误区*

孙兴国△

(中国医学科学院 北京协和医学院 国家心血管病中心阜外医院 心血管疾病国家重点实验室，心血管疾病国家临床医学研究中心， 北京 100037)

目的：从整体整合生理学来看，气体弥散功能取决于呼吸系统和循环系统的功能正常，以及二者之间良好的匹配。但传统系统生理学把弥散功能单纯划归为肺功能指标来分析和解读。由于忽略了循环系统的作用，DLCO判读可能会产生误区。方法：依据新创立的整体整合生理学医学理论构架，以呼吸、循环和代谢等系统为核心，在神经体液的调控下，以呼吸和循环优化匹配为基础，进行对于弥散功能的解读探讨。特别是心衰状态对弥散功能的影响进行分析和探讨。结果：理论上弥散功能取决于呼吸和循环以及它们的正常匹配。对于心衰患者的病理生理改变的特点以及在心衰条件下可产生的心源性弥散功能障碍进行分析和推测。结论：弥散功能的正常取决于正常的呼吸和循环以及它们的良好匹配。在心衰患者中呼吸和循环匹配差，虽然左心泵血功能的受限，在一定程度上使得肺血容量增大，但是同时肺血流速度降低，肺弥散膜厚度增厚和弥散距离增加，推测得出结论——心衰患者气体弥散功能应该降低而非增高。

气体弥散功能；肺功能；整体整合生理学；呼吸；循环；代谢

从整体整合生理学医学角度看，气体交换就是个体的呼吸、循环和代谢系统在神经体液调节下，在消化吸收排泄、泌尿、皮肤等系统器官配合维持之下联合完成的一个以氧气代谢为核心的整体生理学的主要信息，只有耐心细致地正确判读才能为呼吸系统、血液循环系统和代谢系统及其神经体液调控和消化泌尿系统等为主的人体功能状态得到一个整体、客观、定量的科学评估，从而达到区分健康、亚健康和疾病诊疗的目的[1-9]。传统系统生理学是近400年来在还原、简化的背景下，变繁为简的典型例证，以其他相邻和相关所有系统都相对稳定或者不变为前提，对单一系统内部各变量的相互关系进行的分析和探讨。传统呼吸生理学中讨论弥散功能这一静态气体交换功能时基本上忽略了血液循环功能（血流）的影响。因此，目前在弥散功能的解读方面存在一些误区。

1 肺弥散功能及其测定

肺弥散功能是肺换气功能的一项测定指标，用于评价肺泡毛细血管膜进行气体交换的效率。对于早期检出肺和气道病变，评估疾病的病情严重程度及预后，评定药物或其他治疗方法的疗效，鉴别呼吸困难的原因，诊断病变部位、评估肺功能对手术的耐受力或劳动强度耐受力的影响及对危重病人的监护等方面有重要的指导意义。 肺弥散是指氧和二氧化碳通过肺泡及肺毛细血管壁在肺内进行气体交换的过程。弥散的途径包括了肺泡气、肺泡壁、肺泡壁与毛细血管壁之间的间质、毛细血管壁、肺毛细血管内血浆、红细胞膜及血红蛋白。气体沿着这个途径，依据哪一端的浓度较高进行交换，所以这个过程可以是双向的。氧的弥散速度比二氧化碳要慢得多，这是因为氧不易溶解在体液中。因此，当患者弥散功能发生异常时，氧的交换要比二氧化碳更易受影响，在临床上肺弥散功能的障碍可明显影响动脉血氧水平。

弥散量的大小取决于膜两侧气体分压差、弥散面积、距离、时间、气体分子量及其在弥散介质中的溶解度和介质的总容量。目前检测弥散使用的气体主要是一氧化碳（CO），用CO测定得出的肺弥散功能，即单位时间内一氧化碳弥散量称为一氧化碳弥散速率（DLCO）。常用方法为一口气呼吸法（即DLCO-SB）。

2 气体交换的生理学基础必需整体整合生理学医学新理论体系

作为功能有机整体，人的呼吸、循环等系统基本功能是维持细胞代谢的动态平衡。机体生命活动时要求各系统间相互配合，以使心肺与各系统协调一致发挥作用，因此运动时各系统均处于应激状态，以满足机体肌肉运动时需氧量及二氧化碳生成的增加，而达到动态平衡。心肺功能的相互作用和气体交换，强调外呼吸和细胞呼吸耦联[5,9]，对外呼吸与细胞呼吸不同水平的功能状况进行分析评价，从而用运动外呼吸状态来反映体内各器官系统的功能状况。气体交换是综合心肺及其调控和配合系统，特别强调心肺代谢功能客观定量的一体化联合整体功能测定。

新理论体系的精髓和核心[3-7]：以氧气需求-供应平衡为纲的呼吸、血液循环、神经、代谢等系统联合一体化调控体系为基础，才能正确的理解、判读和应用肺弥散功能测定、心肺运动、运动康复和睡眠试验这几种改变代谢状态的临床功能性检测方法。任何生命活动的完成需要呼吸、血液循环、神经体液、代谢等系统联合一体化调控才能实现。以氧气和能量物质到达细胞线粒体氧化供应能量的过程而言，人体氧气代谢至少需要呼吸系统、血液循环系统和代谢系统在神经体液等的调控之下相互配合才能完成内、外呼吸之间的偶联[10]; 而与此同时，能量物质局部浓度的调控和内环境的相对稳定又需要其他系统的参与。所以肺弥散功能测定、心肺运动、运动康复和睡眠等需要多系统同时起反应才能完成的临床技术和方法，用传统的生理学中的任何一个或者两个系统的生理学概念来理解和解读，都是片面的、局限的、甚至可能会是错误的。

3 DLCO的测定及其传统生理学意义

一氧化碳弥散是指一氧化碳气体从肺泡内向肺毛细血管血液进行传导的过程，其单位是单位时间（min）内传导的量，即弥散速率。DLCO可分为两部分：弥散CO分子的肺泡毛细血管膜（DM）和肺毛细血管血容量（Vc）[11,12]。

3.1 肺泡毛细血管膜弥散速率（DM）

3.1.1 弥散面积 指肺泡与有血的毛细血管所接触能够进行弥散功能活动的面积。

3.1.2 弥散距离（弥散膜厚度） 指从气体边缘的肺泡膜经间质组织到达有血液的肺毛细血管膜的距离。

3.2 肺毛细血管血容量（Vc）

3.2.1 肺毛细血管血液红细胞容积（VHb） 指肺毛细血管内血容量和血红蛋白浓度。

3.2.2 一氧化碳与血红蛋白结合的反应速率（θCO） 红细胞内血红蛋白与一氧化碳结合反应的速率远高于氧气和二氧化碳的结合速率，但肺功能检查时使用的一氧化碳浓度（分压）很低，所以肺毛细血管内氧气分压、二氧化碳分压，毛细血管内静水压、红细胞内血红蛋白与氧气和二氧化碳结合程度还是会对一氧化碳与血红蛋白结合的反应速率有所影响。

3.3 肺弥散阻力

弥散阻力是产生单位弥散量所需要的压力差，单位压力单位时间内产生的弥散量即为弥散速率。根据物理学原则，弥散速率是弥散阻力的倒数，在两或多个阻力串联时,总阻力就等于各个阻力之和。由于肺泡直径很小，肺泡内气体弥散阻力很小，可以忽略不计；肺弥散总阻力为肺弥散膜阻力和肺泡毛细血管血红蛋白结合的阻力之和。以公式表示为：

4 目前DLCO解读存在的误区

4.1 循环功能在DLCO的决定性作用被忽略[3-7]

近几年的研究表明急性阑尾炎术后切口感染的发生与许多因素相关，如患者年龄、肥胖、糖尿病病史、非单纯性阑尾炎、手术时间、手术方式、术中无菌操作等[8-10]，因此，防治术后切口感染应伴随着整个急性阑尾炎治疗过程，规范化诊疗可以将术后切口发生率降到最低。例如，充分做好术前准备，术中严格遵循无菌操作原则，尽量缩短手术时间等均可降低术后切口感染风险。而在本研究中，对三组病例进行分析，发现3组患者年龄、性别、部分基础疾病、手术时间、术中出血均无明显差异，在整个研究过程中，尽量排除可能影响术后切口感染的混杂因素。

由于传统系统生理学的每个系统的功能调控机制分析都是假设非本系统的其他各系统功能相对稳定不变为前提来进行的，而没有将人当作功能性有机整体。因此，放在呼吸生理学范畴讨论的肺弥散功能基本上是假设循环功能相对稳定不变为前提来进行的，特别是当我们用一口气单呼吸法（仅需10s左右的时间）来测定DLCO时，往往错误地认为以血流速率为核心的循环功能对DLCO影响不大，可以忽略不计。实际上，正常人处于正常静息状态时，肺血流与通气处于比较优化的匹配比值，忽略循环功能的影响问题不大；但是医学临床服务时的对象，特别是在以心血管病和代谢病等慢病爆发性递增的当下，如果以假设循环血流正常为前提解读评估全肺弥散功能，则不可避免地会造成一些误读和误判。

4.2 从整体整合生理学医学[3-7]连续动态的角度正确解读DLCO

实际上只要我们从心肺一体化完成肺气体交换的角度分析，DLCO是单位时间内肺弥散一氧化碳的量，而肺毛细血管的血液是在心脏连续舒张、收缩的推动下不断地向前移动的。在正常心率（HR）为60 beats/min时，肺毛细血管的血液被心脏搏动向前推进了60次，每次向前推进的容量就是每搏输出量（SV），单位时间内向前推进的总容量就是每分输出量（Q），每分输出量就是每搏输出量与心率的乘积（Q=SV×HR）。在肺弥散功能DLCO测定中，与肺泡气接触得到气体交换的血液总容量（VB），就不仅仅是静态肺毛细血管血液容量（Vc）；而是肺毛细血管血液容量和直接与每分输出量相关的血液推进速度的乘积（VB=VC ×Q）。在正常生理状态下，由于每分钟心脏推动血液前进的容量，即每分输出量，远远大于单纯静止状态下的肺毛细血管血液容量，多达十几倍甚至几十倍；即便是一口气单呼吸法用10 s左右的时间来测定肺弥散功能，以每分钟为时间单位计算的DLCO至少需要考虑6倍血液容量前行来完成。所以对于DLCO测定和解读，由循环功能决定的血流速度之影响远大于肺毛细血管血液容量的影响，不容忽略。

肺弥散阻力计算必须考虑血流速度，即每分输出量的影响：

5 临床上以心肺代谢一体化正确解读DLCO的病理生理学

5.1 临床上左心衰病人的DLCO基本上都是降低的[13-16]，而非“升高”

由于上述分系统及单纯静止状态误解的理念，传统教科书认为“左心衰病人DLCO增加”[11-12]。这种误解主要认为充血性左心衰病理生理学变化造成肺毛细血管容积增大。实际上充血性心衰病人肺毛细血管容积增大是由于左心功能受限、血流速率减慢所致，血流速度受限降低才是充血性心衰病人病理生理学变化的核心。

5.2 左心衰病人降低（而非增高）DLCO的病理生理学机制

5.2.2 肺弥散膜弥散速率降低 左心功能受限，血液淤积于肺部，肺泡与毛细血管间质水肿，弥散膜厚度/距离增加，DM降低，进而降低DLCO。

5.2.3 肺毛细血管内静水压增加 左心功能受限，血液淤积于肺部，肺毛细血管静水压升高，使得任何由毛细血管外向毛细血管内的弥散（如氧气和一氧化碳）均受到一定程度的限制，θCO有所降低，进而降低DLCO。

5.3 左心衰病人可能增高DLCO的病理生理学机制

5.3.1 肺毛细血管血容量增加 左心衰病人由于每分输出量降低，血液相对被阻挡于肺部，使得VC一定程度地增加，可以相对增加DLCO。

总之，上述降低DLCO的效应远强于使DLCO增加的效应，各方面综合作用的结果使得左心衰病人的DLCO随着病情的加重而逐渐降低[13-16]。

6 . 肺动脉高压/右心衰病人的DLCO降低

以肺血管床减少为特征的不明病因肺动脉高压/右心衰病人，由于每分输出量降低、肺弥散膜弥散速率降低、肺毛细血管血容量减少都是降低DLCO因素，没有任何增加DLCO的因素。因此，临床上肺动脉高压/右心衰病人DLCO降低的表现更为显著[17-19]。

结语：弥散功能测定DLCO作为一种静息状态下客观、定量、无创的方法，可以同时检测心肺等功能共同完成气体交换整体功能状态，正被越来越广泛地应用于临床医学诊断、评价、治疗和预后估计，以及慢病预防和健康管理中。但是， DLCO的正确解读和临床应用需要广大临床医师具备人体整体整合生理学医学理论基础，由此出发考虑循环血流对DLCO的影响。

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An misunderstanding in traditional interpretation of DLCO

SUN Xing-guo△

（State Key Laboratory of Cardiovascular Disease, Fuwai Hospital, National Research Center of Clinic Medicine for Cardiovascular Diseases, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100037, China）

Objective: From the point of holistic integrative medicine，the DLCO depends on not only normal respiratory and circulatory functions, but also an optional matching between them. However, due to the limitation of traditional systemic physiology, the DLCO always be classified as lung functional parameter to be analyzed and interpreted. Because ignoring the circulatory system function, so it will certainly have some misunderstandings. Methods: Based on the Holistic Integrative Medicine, under the control of neurohumoral, respiratory, circulatory and metabolic systems work together, we discussed the dif f usion function. We analyzed the change of DLCO in the patients with cardiac dysfunction, especially the heart failure. Results:e DLCO, CO gas dif f usion from lung circulating blood, depends on the normality of respiratory and circulatory systems and their matching.We analyzed the reasons of DLCO for characteristic pathophysiological changes of patients with heart failure. Conclusion:e normal DLCO depends on a good matching of normal respiratory and circulatory systems. For heart failure, the respiratory and circulatory systems matching is poor. Due to dominant limitation of leventricle pump function, pulmonary blood volume may slightly increased, but combination of all reduced pulmonary blood fl ow rate, thicked dif f use member and increased dif f usion distance etc. suggest that patients with heart failure should have a decreased, rather than increased, DLCO.

diffusing capacity of gas; lung function; holistic integrative physiology; respiratory; circulation; metablism

R448

A

1000-6834 (2015) 04-353-004

＊ 【基金项目】国家自然科学基金医学科学部面上项目（81470204）；国家高新技术研究发展计划(863计划)课题(2012AA021009);中国医学科学院国家心血管病中心科研开发启动基金（2012-YJR02)

2015- 01-13

2015-06-05

△【通讯作者】Tel： 010-88398300 ；E-mail： xgsun@labiomed.org