影响肺功能主要因素的系统回顾

张敏，朱旭，冉鹏

肺功能是呼吸系统通气功能和换气功能的总称，通过对机体肺功能的测量，可以确定肺活量大小及判断肺、呼吸肌和胸壁活动是否存在病变［1］，有助于诊断肺部疾病并判断其严重程度［2］，也可用于评估对某些治疗干预措施的肺部反应。根据目前的临床指南，人体测量因素，包括体质量、身高、性别［3］和年龄等对于肺功能的影响作用最大。然而，随着这一领域相关知识的增长，越来越多的其他影响因素的作用也被发现，其中最重要的因素包括身体参数，种族或民族［4］，身体体位［5］，环境水平［6］，生活方式［7］，社会医疗保健水平，疾病［8］，遗传作用等。国内外均有众多研究证实了上诉因素是如何影响肺功能的及其作用程度，但目前综合讨论各种影响肺功能因素的文献较少，因此，本综述主要基于对现有影响肺功能因素的文献的系统回顾，旨在重点关注人体测量指标、身体体位、种族和民族或种族等因素，以概述这些因素如何影响肺功能。

1 年龄

从过去到现在，年龄一直是评估肺功能的主要因素之一。肺容量从出生到成年期稳步增加，一般在20～25岁达到肺功能的顶峰，26岁以后肺功能逐渐开始下降。这是由于胸壁顺应性逐渐降低，呼吸肌的力量逐渐减退，气体交换面积减少，以及在用力呼气时小气道关闭的趋势越来越大所致。受年龄影响最大的变量是用力肺活量（forced vital capacity，FVC）和第1秒用力呼气容积（forced expiratory volume in the first second，FEV1），随着年龄的增长而下降。具体而言，FEV1在25～39岁每年下降约20 mL，这一比率逐渐增加，直到65岁后达到每年下降约35 mL。这种下降可能是由于肺泡表面活性物质分泌减少，导致肺顺应性降低，肺弹性阻力增加［9］。肺泡表面活性物质是一种天然物质，可调节肺泡内液体层的表面张力，在吸气过程中，肺泡表面张力可能会增加，因为肺表面活性物质会扩散到更宽的肺泡表面，限制肺容积的过度扩张。而呼气时则正好与此相反，较小的肺泡表面活性物质密度越大，此时肺泡表面张力较小。肺部体积和容量指标，如余气量和功能余气量（functional residual capacity，FRC）增加，而肺活量和吸气量下降，则归因于小气道在用力呼气时早期闭合、肺组织进行性硬化和肺泡弹性缓冲作用减弱和胸壁顺应性降低。而肺总量在没有疾病影响的情况下通常保持不变。由于肺泡表面活性物质的减少和血容量的减少，气体交换往往随着年龄的增长而减少［10］。动脉血氧分压（partial pressure of oxygen，PaO2）和动脉血二氧化碳分压（partial pressure of carbon dioxide，PaCO2）在儿童期通常没有明显变化，但PaO2在青春期逐渐增加。对高碳酸血症和缺氧的通气反应在儿童早期最高，并逐渐下降直到成年，20岁时PaO2正常水平为95 mmHg，而到70岁时这一指标已变为75 mmHg［11］。最大氧耗量随着年龄的增长而降低。运动能力的下降在60岁以后变得更加明显，主要表现为健康的个体在正常体育锻炼活动期间可能出现频繁发作的呼吸困难。更有研究侧重于探讨了呼吸系统随年龄增长的具体恶化情况［12］，也有研究证明了低出生体质量儿、更年期妇女的肺功能情况，且验证了其对于肺功能变化的影响［13］。

2 身高

身高是一种很容易获得的客观测量，在考虑呼吸系统健康时尤其重要，因为它与肺容量有关。青春期发育是生长发育的关键阶段，身高的增长被视为青春期发育的有效标志物，有相关研究表明，青春期身高的快速发育与肺容量快速增加相关，具体表现为FEV1和FVC的快速增加［14］。除了FEV1和FVC，肺总量、肺活量、余气量等指标均也与身高具有相关性，表现为与个体的身体尺寸成正比。这意味着，高个子相较于矮个子肺通气功能更好。呼气高峰流量在高个子个体中也更大，气体交换中的肺一氧化碳弥散量（diffusion capacity for carbon monoxide of lung，DLCO）也随着身高的增加而增加。在许多情况下，身材无法准确测量，例如瘫痪，骨折，截肢，脊柱侧弯和疼痛等。在这种情况下，根据臂展估计的身高通常用于推导出肺功能的预测值。

3 体质量

随着现代社会经济水平的普遍上升，肥胖已经成为了近年来增高率最快的公共卫生问题之一，在过去30年中患病人数几乎增长了两倍。在影响肺功能的诸多危险因素中，肥胖是其最重要的危险因素之一。身体质量指数（BMI）常被用于判断肥胖的严重程度，BMI＞25 kg/m2被定义为超重，而BMI＞30 kg/m2被定义为肥胖。根据脂肪分布区域可将肥胖症分为中心型肥胖和外周型肥胖。中心型肥胖的特征是胸部、腹部和内脏器官中脂肪沉积增加，表现为苹果型体型。外周型肥胖的特征是脂肪沉积在臀部、大腿和四肢以及皮下组织中，并且呈梨状体型。这种区别很重要，因为与外周型肥胖相比，中心型肥胖可能对肺功能产生更直接的影响。外周型肥胖表现为皮下脂肪增加，而中心型肥胖表现为内脏脂肪组织（visceral adipose tissue，VAT）增加。有强有力的证据表明，成人较高的腹部内脏脂肪组织水平与哮喘和肺功能受损有关，并且有研究发现，肥胖性状与FEV1有很强的负遗传相关性，尤其是与中心性肥胖之间的遗传相关性较好［15］。

对于肥胖症病人来说，肺和胸壁的机械性能会发生显著变化，主要是由于纵隔和腹腔中有过多的脂肪组织沉积，这些改变会降低肺部、胸壁和整个呼吸系统的顺应性，还可能引起喘息、呼吸困难等呼吸道症状。呼吸系统顺应性的降低还会改变呼吸模式，因为当脂肪积聚在胸腔和腹腔内时，膈肌向下运动和胸壁向外运动受到限制，使腹腔内和胸膜内压略有增加，导致补呼气量和FRC显著减少［16］。FRC的降低与肥胖的严重程度成正比，超重、轻度肥胖和重度肥胖无哮喘的受试者的FRC降低率分别高达10%、22%和33%。虽然肥胖会显著降低FRC和补呼气量，但对余气量和肺总量的影响很小。一般来说，肺总量随着BMI的增加而降低，然而这种下降是微不足道的，即使在重度肥胖症病人中也是如此。肥胖病人的余气量通常在正常范围内，并且余气量与肺总量比值也正常或略有增加［17］。

肥胖的机械效应导致气道变窄和闭合，并增加呼吸系统阻力。气道狭窄和闭合导致气体滞留和通气不畅。另一方面，由于肺部的机械压迫，导致FRC被压低至等于或低于闭合能力的水平，使得肥胖症病人在静息呼吸期间可能发生气道闭合。肥胖不仅会显著增加对呼吸道疾病的易感性，也是导致慢性阻塞性肺疾病、哮喘和肺动脉高压等呼吸系统疾病的关键因素之一。在严重肥胖症病人中，通气主要集中在上肺区，而不是下肺区，这种以上叶为主的通气模式可能产生显著的通气-灌注比例异常，并导致严重肥胖病人的呼吸功能受损。正常情况下，由于重力的影响，下肺区的血液灌注分布要大得多，然而在肥胖症人群中，FRC会低于或接近余气量的水平，因此下肺区域通常不能很好地通气。这些通气-灌注关系异常，导致正常呼吸期间动脉血氧张力降低。奇怪的是，肥胖对于DLCO的影响却不显著，关于肥胖对DLCO影响的研究人员提供了相互矛盾的结果，一些研究人员报告说，DLCO减少可能是由于肺泡体积减小或脂质沉积增加引起的间质结构变化［18］，而另一些研究者则认为DLCO保持不变或有所增加［19］。造成这种差异的一个原因可能是DLCO依赖于与肺功能不完全相关的各种因素，例如血红蛋白水平。

还有研究人员研究了肥胖是否诱导肺部发生永久性的病理重塑，或者体质量减轻是否可以恢复肺功能，结果显示，肥胖病人体质量减轻后肺活量有所改善，肺容量显著增加，特别是肺总量、FRC和补呼气量［20］。当过度减肥而体质量较低时，大多数肺活量值会下降，导致通气能力下降。因此，体质量不足的个体具有低FVC和FEV1，肺活量和补呼气量等肺活量值也较低。在低出生体质量的儿童和婴儿中也能观察到这些影响。在探讨体质量对于肺功能影响的研究中，我们出现一些互相矛盾的结果，这可能是由于通常都习惯以BMI作为衡量肥胖与否的标准，而忽略了其他可能具有重要意义的因素，例如皮肤褶皱厚度，腰围和腰臀比，以及中心性肥胖或是外周肥胖。

4 性别

经过标准形态测量方法证实，在相同体质量和身高的个体中，男性的肺容积比女性更大，支气管数量更多，肺泡表面积更大，气道口径更宽。即使在相同大小的肺中，男性的气道直径仍然比女性大。肺泡的数量和大小在出生后肺发育过程中逐渐增加。虽然女性肺容积比男性肺容积小，细支气管较少，但男性和女性每单位表面积的肺泡数量相同。在青春期，男性会发生一种称为气道发育不协调的现象，即气道大小和肺大小之间的差异生长。在女性中，气道生长与肺组织成正比，而在男性中，不成比例的气道分支生长导致肺泡数量比气道数量少得多。因此，男性比女性具有更长的呼吸气道，使他们在青春期阶段在呼气期间处于明显的劣势，并容易产生更大的特异性气道阻力和更低的呼气高峰流量发生率。然而，当气道生长发育完全并且肺发育成熟时，男性呼吸期的劣势情况消失，呼吸系统正常化，此时男性的FRC，肺活量，肺总量，余气量和呼气高峰流量均高于女性［21］。在肺弹性阻力、胸壁特征和肺部顺应性方面，尽管女性的气道口径较小，男性和女性之间的差异似乎并不显著。FEV1通常随着年龄的增长而下降，但男性的下降速度比女性更快，这是由于男性的呼吸肌力量下降幅度比女性更大。在气体扩散方面，通常男性DLCO高于女性，然而随年龄增长，男性DLCO下降速度稍快于女性，这种差异可能是雌激素对维持血管完整性的影响［22］所致，另外月经周期也被证实了可以改变气体扩散机制，具体表现为在月经来潮前，女性出现DLCO峰值，在月经周期的第3天DLCO又快速下降，这些变化考虑为毛细血管容量改变所导致。在体育锻炼方面，女性因为气道口径更小且肺容积更小，因此较男性更容易产生较低的呼气高峰流量，在运动期间提高肺通气的能力远远不如男性。然而，我们发现在高度剧烈的体育锻炼中，男性和女性都没有达到最佳有效通气。女性通过增加呼吸肌做功以提高肺通气能力，这意味着在相同的体力强度条件下，女性的耗氧量远远高于男性，这对运动中女性的一般表现产生了一定的负面作用。与年龄和身高匹配的男性相比，女性在运动期间可能会出现更明显的气体交换障碍，因此可能更容易发生运动性动脉低氧血症的风险。与年龄和身高匹配的男性相比，女性的肺部容量较小，并且表现出较低的肺扩散能力，与男性相比，这可能使女性在休息和运动期间都容易发生气体交换障碍［23］。另外，在体育锻炼中，由于肺血容量增加约40%以上，男性的DLCO几乎是女性的两倍。此外，女性肺部的形态特征可导致过度通气不足，从而增加运动性动脉低氧血症发生的风险。

5 体位

肺部扩张程度随站立、坐下、仰卧、侧卧或正面卧位的改变而发生明显变化［5］。当受试者站着时，由于胸腔容积的增加，肺容积比其他体位更高。仰卧位肺活量和肺总量较站立位下降，可能是由于体位变动时，从下肢到胸腔的血流改变所致。在卧位时，仰卧位的肺活量高于俯卧位，而肺总量无明显变化。因为在卧位时，尤其是仰卧位时腹腔内压力的增加，腹部将隔膜推向胸腔，因此FRC和补呼气量值在站立时高于坐卧位，而在坐位时高于仰卧位。俯卧位和仰卧位的差异不显著。坐姿时的潮气量值高于仰卧位，这是因为躯干逐渐增加的倾斜度影响了胸腔位移和通气减少，具体而言，潮气量随着背部上升到直立位置而逐渐增加。然而，最高的潮气量值是在站立位置实现的。坐姿也会导致潮气量值下降。一些研究表明，站立姿势中的FEV1，FVC和FEV1/FVC比率高于坐姿或卧姿［24］。然而，这些结果不同于以往的研究报告，即坐姿时的FVC和FEV1值高于站立或躺姿时［25］。与坐姿相比，仰卧位和俯卧位的FVC和FEV1的报告值确实始终较低，体位对呼气高峰流量值也有显著影响。然而，当受试者坐着或站着时，DLCO没有显著差别。关于仰卧位和俯卧位的差异，有研究表明，健康受试者从仰卧位改为俯卧位时，DLCO略有减少［26］。

6 种族

种族群体之间肺功能具有差异的观点早已得到认可，通常认为，白种人群的肺功能优于非白种人群［27］。这种观点延续了历史假设，即人类肺部的生物学功能应该根据种族肤色以不同的方式计算。然而这种方法没有考虑环境暴露、社会经济差异、医疗保健获取和产前因素对肺功能的重要影响。迄今为止，肺功能种族差异的原因尚不完全清楚。

有学者认为肺功能的种族差异主要与人体测量因素有关［28］，但尚未得到充分解释。一项关于英国两个种族（白人和南亚英国人）肺功能差异的研究显示，在调整了社会经济环境、性别、年龄、身高、出生体质量等因素后，与白人参与者相比，南亚英国人的FVC降低了0.86 L［29］。他们认为这是由于南亚英国人相比白人的长骨长度更长，相对较长的长骨会减少躯干以及胸部相对于站立高度的相对长度，这就是说，白人的胸廓较南亚人更大，因此肺容量更大。他们发现通过使用诸如坐姿高度或坐姿与站立高度之比（也称为腿与躯干比）等，可以将种族群体之间肺功能的差异归因于胸部大小的差异上，同时他们认为，在比较不同种族群体时，坐姿高度作为肺功能的预测指标更为首选。

也有学者认为社会经济地位是导致种族之间肺功能差异的主要原因。他们认为，潜在环境因素包括暴露于特定的空气污染源，饮食差异也是一个重要的文化因素，并且这种差异在移民后会持续存在［30］。尽管不能排除同一民族或种族群体内的遗传差异，但我们认为其原因可能与社会经济因素有关，包括营养和环境污染。已经有越来越多的证据支持营养情况对肺功能的影响。一项在尼泊尔孕妇中随机进行的临床试验发现，补充维生素A的孕妇的后代与安慰剂组儿童相比，FVC和FEV1明显较高［31］。一项观察性研究中表明，孕期母亲维生素E和锌的减少与喘息和哮喘的风险增加有关，孕产妇α生育酚水平低与FEV1和FVC降低有关［32］。这些研究为种族之间肺功能的差异提供了合理性，即母婴饮食中种族群体之间的差异可能能够解释早期成人肺功能的一些差异。虽然社会经济地位用于解释种族之间肺功能的差异是不够完善的，但在一定程度上可以解释这种差异。社会经济地位是一个复杂的因素，与职业、教育和收入有关，因此，在今后的研究中，我们应该对环境差异和社会经济因素进行更详细的研究，以了解社会阶层和种族如何影响肺生理功能。

7 总结与展望

综上所述，此综述对影响肺功能的主要因素进行了系统性回顾，包括经典的人体测量学测定。在临床实践中作为参考标准为大部分人群提供了合理的理论价值，尽管在某些情况下可能相关的一些因素没有被考虑在内。这些因素包括肥胖个体的身体脂肪分布、儿童期、青春期和更年期呼吸系统的变化、生活习惯、患病情况或测试期间的身体位置。未来的研究还应侧重于研究世界某些地区某些种族和民族之间的肺容积差异，因为这方面的文献还很缺乏。现如今没有对影响肺功能的不同变量进行多变量分析的研究，未来需要制定将多种影响因素综合考虑的参考量表，以便获取更加精确的肺功能数据。