孫興國(guó)

(中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 國(guó)家心血管病中心阜外醫(yī)院 心血管疾病國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，心血管疾病國(guó)家臨床醫(yī)學(xué)研究中心， 北京 100037)

從整體整合生理學(xué)醫(yī)學(xué)新理論看彌散功能-DLCO解讀中的誤區(qū)*

孫興國(guó)△

(中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 國(guó)家心血管病中心阜外醫(yī)院 心血管疾病國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，心血管疾病國(guó)家臨床醫(yī)學(xué)研究中心， 北京 100037)

目的：從整體整合生理學(xué)來(lái)看，氣體彌散功能取決于呼吸系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)的功能正常，以及二者之間良好的匹配。但傳統(tǒng)系統(tǒng)生理學(xué)把彌散功能單純劃歸為肺功能指標(biāo)來(lái)分析和解讀。由于忽略了循環(huán)系統(tǒng)的作用，DLCO判讀可能會(huì)產(chǎn)生誤區(qū)。方法：依據(jù)新創(chuàng)立的整體整合生理學(xué)醫(yī)學(xué)理論構(gòu)架，以呼吸、循環(huán)和代謝等系統(tǒng)為核心，在神經(jīng)體液的調(diào)控下，以呼吸和循環(huán)優(yōu)化匹配為基礎(chǔ)，進(jìn)行對(duì)于彌散功能的解讀探討。特別是心衰狀態(tài)對(duì)彌散功能的影響進(jìn)行分析和探討。結(jié)果：理論上彌散功能取決于呼吸和循環(huán)以及它們的正常匹配。對(duì)于心衰患者的病理生理改變的特點(diǎn)以及在心衰條件下可產(chǎn)生的心源性彌散功能障礙進(jìn)行分析和推測(cè)。結(jié)論：彌散功能的正常取決于正常的呼吸和循環(huán)以及它們的良好匹配。在心衰患者中呼吸和循環(huán)匹配差，雖然左心泵血功能的受限，在一定程度上使得肺血容量增大，但是同時(shí)肺血流速度降低，肺彌散膜厚度增厚和彌散距離增加，推測(cè)得出結(jié)論——心衰患者氣體彌散功能應(yīng)該降低而非增高。

氣體彌散功能；肺功能；整體整合生理學(xué)；呼吸；循環(huán)；代謝

從整體整合生理學(xué)醫(yī)學(xué)角度看，氣體交換就是個(gè)體的呼吸、循環(huán)和代謝系統(tǒng)在神經(jīng)體液調(diào)節(jié)下，在消化吸收排泄、泌尿、皮膚等系統(tǒng)器官配合維持之下聯(lián)合完成的一個(gè)以氧氣代謝為核心的整體生理學(xué)的主要信息，只有耐心細(xì)致地正確判讀才能為呼吸系統(tǒng)、血液循環(huán)系統(tǒng)和代謝系統(tǒng)及其神經(jīng)體液調(diào)控和消化泌尿系統(tǒng)等為主的人體功能狀態(tài)得到一個(gè)整體、客觀、定量的科學(xué)評(píng)估，從而達(dá)到區(qū)分健康、亞健康和疾病診療的目的[1-9]。傳統(tǒng)系統(tǒng)生理學(xué)是近400年來(lái)在還原、簡(jiǎn)化的背景下，變繁為簡(jiǎn)的典型例證，以其他相鄰和相關(guān)所有系統(tǒng)都相對(duì)穩(wěn)定或者不變?yōu)榍疤幔瑢?duì)單一系統(tǒng)內(nèi)部各變量的相互關(guān)系進(jìn)行的分析和探討。傳統(tǒng)呼吸生理學(xué)中討論彌散功能這一靜態(tài)氣體交換功能時(shí)基本上忽略了血液循環(huán)功能（血流）的影響。因此，目前在彌散功能的解讀方面存在一些誤區(qū)。

1 肺彌散功能及其測(cè)定

肺彌散功能是肺換氣功能的一項(xiàng)測(cè)定指標(biāo)，用于評(píng)價(jià)肺泡毛細(xì)血管膜進(jìn)行氣體交換的效率。對(duì)于早期檢出肺和氣道病變，評(píng)估疾病的病情嚴(yán)重程度及預(yù)后，評(píng)定藥物或其他治療方法的療效，鑒別呼吸困難的原因，診斷病變部位、評(píng)估肺功能對(duì)手術(shù)的耐受力或勞動(dòng)強(qiáng)度耐受力的影響及對(duì)危重病人的監(jiān)護(hù)等方面有重要的指導(dǎo)意義。 肺彌散是指氧和二氧化碳通過(guò)肺泡及肺毛細(xì)血管壁在肺內(nèi)進(jìn)行氣體交換的過(guò)程。彌散的途徑包括了肺泡氣、肺泡壁、肺泡壁與毛細(xì)血管壁之間的間質(zhì)、毛細(xì)血管壁、肺毛細(xì)血管內(nèi)血漿、紅細(xì)胞膜及血紅蛋白。氣體沿著這個(gè)途徑，依據(jù)哪一端的濃度較高進(jìn)行交換，所以這個(gè)過(guò)程可以是雙向的。氧的彌散速度比二氧化碳要慢得多，這是因?yàn)檠醪灰兹芙庠隗w液中。因此，當(dāng)患者彌散功能發(fā)生異常時(shí)，氧的交換要比二氧化碳更易受影響，在臨床上肺彌散功能的障礙可明顯影響動(dòng)脈血氧水平。

彌散量的大小取決于膜兩側(cè)氣體分壓差、彌散面積、距離、時(shí)間、氣體分子量及其在彌散介質(zhì)中的溶解度和介質(zhì)的總?cè)萘?。目前檢測(cè)彌散使用的氣體主要是一氧化碳（CO），用CO測(cè)定得出的肺彌散功能，即單位時(shí)間內(nèi)一氧化碳彌散量稱為一氧化碳彌散速率（DLCO）。常用方法為一口氣呼吸法（即DLCO-SB）。

2 氣體交換的生理學(xué)基礎(chǔ)必需整體整合生理學(xué)醫(yī)學(xué)新理論體系

作為功能有機(jī)整體，人的呼吸、循環(huán)等系統(tǒng)基本功能是維持細(xì)胞代謝的動(dòng)態(tài)平衡。機(jī)體生命活動(dòng)時(shí)要求各系統(tǒng)間相互配合，以使心肺與各系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致發(fā)揮作用，因此運(yùn)動(dòng)時(shí)各系統(tǒng)均處于應(yīng)激狀態(tài)，以滿足機(jī)體肌肉運(yùn)動(dòng)時(shí)需氧量及二氧化碳生成的增加，而達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。心肺功能的相互作用和氣體交換，強(qiáng)調(diào)外呼吸和細(xì)胞呼吸耦聯(lián)[5,9]，對(duì)外呼吸與細(xì)胞呼吸不同水平的功能狀況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，從而用運(yùn)動(dòng)外呼吸狀態(tài)來(lái)反映體內(nèi)各器官系統(tǒng)的功能狀況。氣體交換是綜合心肺及其調(diào)控和配合系統(tǒng)，特別強(qiáng)調(diào)心肺代謝功能客觀定量的一體化聯(lián)合整體功能測(cè)定。

新理論體系的精髓和核心[3-7]：以氧氣需求-供應(yīng)平衡為綱的呼吸、血液循環(huán)、神經(jīng)、代謝等系統(tǒng)聯(lián)合一體化調(diào)控體系為基礎(chǔ)，才能正確的理解、判讀和應(yīng)用肺彌散功能測(cè)定、心肺運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)康復(fù)和睡眠試驗(yàn)這幾種改變代謝狀態(tài)的臨床功能性檢測(cè)方法。任何生命活動(dòng)的完成需要呼吸、血液循環(huán)、神經(jīng)體液、代謝等系統(tǒng)聯(lián)合一體化調(diào)控才能實(shí)現(xiàn)。以氧氣和能量物質(zhì)到達(dá)細(xì)胞線粒體氧化供應(yīng)能量的過(guò)程而言，人體氧氣代謝至少需要呼吸系統(tǒng)、血液循環(huán)系統(tǒng)和代謝系統(tǒng)在神經(jīng)體液等的調(diào)控之下相互配合才能完成內(nèi)、外呼吸之間的偶聯(lián)[10]; 而與此同時(shí)，能量物質(zhì)局部濃度的調(diào)控和內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定又需要其他系統(tǒng)的參與。所以肺彌散功能測(cè)定、心肺運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)康復(fù)和睡眠等需要多系統(tǒng)同時(shí)起反應(yīng)才能完成的臨床技術(shù)和方法，用傳統(tǒng)的生理學(xué)中的任何一個(gè)或者兩個(gè)系統(tǒng)的生理學(xué)概念來(lái)理解和解讀，都是片面的、局限的、甚至可能會(huì)是錯(cuò)誤的。

3 DLCO的測(cè)定及其傳統(tǒng)生理學(xué)意義

一氧化碳彌散是指一氧化碳?xì)怏w從肺泡內(nèi)向肺毛細(xì)血管血液進(jìn)行傳導(dǎo)的過(guò)程，其單位是單位時(shí)間（min）內(nèi)傳導(dǎo)的量，即彌散速率。DLCO可分為兩部分：彌散CO分子的肺泡毛細(xì)血管膜（DM）和肺毛細(xì)血管血容量（Vc）[11,12]。

3.1 肺泡毛細(xì)血管膜彌散速率（DM）

3.1.1 彌散面積 指肺泡與有血的毛細(xì)血管所接觸能夠進(jìn)行彌散功能活動(dòng)的面積。

3.1.2 彌散距離（彌散膜厚度） 指從氣體邊緣的肺泡膜經(jīng)間質(zhì)組織到達(dá)有血液的肺毛細(xì)血管膜的距離。

3.2 肺毛細(xì)血管血容量（Vc）

3.2.1 肺毛細(xì)血管血液紅細(xì)胞容積（VHb） 指肺毛細(xì)血管內(nèi)血容量和血紅蛋白濃度。

3.2.2 一氧化碳與血紅蛋白結(jié)合的反應(yīng)速率（θCO） 紅細(xì)胞內(nèi)血紅蛋白與一氧化碳結(jié)合反應(yīng)的速率遠(yuǎn)高于氧氣和二氧化碳的結(jié)合速率，但肺功能檢查時(shí)使用的一氧化碳濃度（分壓）很低，所以肺毛細(xì)血管內(nèi)氧氣分壓、二氧化碳分壓，毛細(xì)血管內(nèi)靜水壓、紅細(xì)胞內(nèi)血紅蛋白與氧氣和二氧化碳結(jié)合程度還是會(huì)對(duì)一氧化碳與血紅蛋白結(jié)合的反應(yīng)速率有所影響。

3.3 肺彌散阻力

彌散阻力是產(chǎn)生單位彌散量所需要的壓力差，單位壓力單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的彌散量即為彌散速率。根據(jù)物理學(xué)原則，彌散速率是彌散阻力的倒數(shù)，在兩或多個(gè)阻力串聯(lián)時(shí),總阻力就等于各個(gè)阻力之和。由于肺泡直徑很小，肺泡內(nèi)氣體彌散阻力很小，可以忽略不計(jì)；肺彌散總阻力為肺彌散膜阻力和肺泡毛細(xì)血管血紅蛋白結(jié)合的阻力之和。以公式表示為：

4 目前DLCO解讀存在的誤區(qū)

4.1 循環(huán)功能在DLCO的決定性作用被忽略[3-7]

近幾年的研究表明急性闌尾炎術(shù)后切口感染的發(fā)生與許多因素相關(guān)，如患者年齡、肥胖、糖尿病病史、非單純性闌尾炎、手術(shù)時(shí)間、手術(shù)方式、術(shù)中無(wú)菌操作等[8-10]，因此，防治術(shù)后切口感染應(yīng)伴隨著整個(gè)急性闌尾炎治療過(guò)程，規(guī)范化診療可以將術(shù)后切口發(fā)生率降到最低。例如，充分做好術(shù)前準(zhǔn)備，術(shù)中嚴(yán)格遵循無(wú)菌操作原則，盡量縮短手術(shù)時(shí)間等均可降低術(shù)后切口感染風(fēng)險(xiǎn)。而在本研究中，對(duì)三組病例進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)3組患者年齡、性別、部分基礎(chǔ)疾病、手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血均無(wú)明顯差異，在整個(gè)研究過(guò)程中，盡量排除可能影響術(shù)后切口感染的混雜因素。

由于傳統(tǒng)系統(tǒng)生理學(xué)的每個(gè)系統(tǒng)的功能調(diào)控機(jī)制分析都是假設(shè)非本系統(tǒng)的其他各系統(tǒng)功能相對(duì)穩(wěn)定不變?yōu)榍疤醽?lái)進(jìn)行的，而沒(méi)有將人當(dāng)作功能性有機(jī)整體。因此，放在呼吸生理學(xué)范疇討論的肺彌散功能基本上是假設(shè)循環(huán)功能相對(duì)穩(wěn)定不變?yōu)榍疤醽?lái)進(jìn)行的，特別是當(dāng)我們用一口氣單呼吸法（僅需10s左右的時(shí)間）來(lái)測(cè)定DLCO時(shí)，往往錯(cuò)誤地認(rèn)為以血流速率為核心的循環(huán)功能對(duì)DLCO影響不大，可以忽略不計(jì)。實(shí)際上，正常人處于正常靜息狀態(tài)時(shí)，肺血流與通氣處于比較優(yōu)化的匹配比值，忽略循環(huán)功能的影響問(wèn)題不大；但是醫(yī)學(xué)臨床服務(wù)時(shí)的對(duì)象，特別是在以心血管病和代謝病等慢病爆發(fā)性遞增的當(dāng)下，如果以假設(shè)循環(huán)血流正常為前提解讀評(píng)估全肺彌散功能，則不可避免地會(huì)造成一些誤讀和誤判。

4.2 從整體整合生理學(xué)醫(yī)學(xué)[3-7]連續(xù)動(dòng)態(tài)的角度正確解讀DLCO

實(shí)際上只要我們從心肺一體化完成肺氣體交換的角度分析，DLCO是單位時(shí)間內(nèi)肺彌散一氧化碳的量，而肺毛細(xì)血管的血液是在心臟連續(xù)舒張、收縮的推動(dòng)下不斷地向前移動(dòng)的。在正常心率（HR）為60 beats/min時(shí)，肺毛細(xì)血管的血液被心臟搏動(dòng)向前推進(jìn)了60次，每次向前推進(jìn)的容量就是每搏輸出量（SV），單位時(shí)間內(nèi)向前推進(jìn)的總?cè)萘烤褪敲糠州敵隽浚≦），每分輸出量就是每搏輸出量與心率的乘積（Q=SV×HR）。在肺彌散功能DLCO測(cè)定中，與肺泡氣接觸得到氣體交換的血液總?cè)萘浚╒B），就不僅僅是靜態(tài)肺毛細(xì)血管血液容量（Vc）；而是肺毛細(xì)血管血液容量和直接與每分輸出量相關(guān)的血液推進(jìn)速度的乘積（VB=VC ×Q）。在正常生理狀態(tài)下，由于每分鐘心臟推動(dòng)血液前進(jìn)的容量，即每分輸出量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單純靜止?fàn)顟B(tài)下的肺毛細(xì)血管血液容量，多達(dá)十幾倍甚至幾十倍；即便是一口氣單呼吸法用10 s左右的時(shí)間來(lái)測(cè)定肺彌散功能，以每分鐘為時(shí)間單位計(jì)算的DLCO至少需要考慮6倍血液容量前行來(lái)完成。所以對(duì)于DLCO測(cè)定和解讀，由循環(huán)功能決定的血流速度之影響遠(yuǎn)大于肺毛細(xì)血管血液容量的影響，不容忽略。

肺彌散阻力計(jì)算必須考慮血流速度，即每分輸出量的影響：

5 臨床上以心肺代謝一體化正確解讀DLCO的病理生理學(xué)

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

由于上述分系統(tǒng)及單純靜止?fàn)顟B(tài)誤解的理念，傳統(tǒng)教科書(shū)認(rèn)為“左心衰病人DLCO增加”[11-12]。這種誤解主要認(rèn)為充血性左心衰病理生理學(xué)變化造成肺毛細(xì)血管容積增大。實(shí)際上充血性心衰病人肺毛細(xì)血管容積增大是由于左心功能受限、血流速率減慢所致，血流速度受限降低才是充血性心衰病人病理生理學(xué)變化的核心。

5.2 左心衰病人降低（而非增高）DLCO的病理生理學(xué)機(jī)制

5.2.2 肺彌散膜彌散速率降低 左心功能受限，血液淤積于肺部，肺泡與毛細(xì)血管間質(zhì)水腫，彌散膜厚度/距離增加，DM降低，進(jìn)而降低DLCO。

5.2.3 肺毛細(xì)血管內(nèi)靜水壓增加 左心功能受限，血液淤積于肺部，肺毛細(xì)血管靜水壓升高，使得任何由毛細(xì)血管外向毛細(xì)血管內(nèi)的彌散（如氧氣和一氧化碳）均受到一定程度的限制，θCO有所降低，進(jìn)而降低DLCO。

5.3 左心衰病人可能增高DLCO的病理生理學(xué)機(jī)制

5.3.1 肺毛細(xì)血管血容量增加 左心衰病人由于每分輸出量降低，血液相對(duì)被阻擋于肺部，使得VC一定程度地增加，可以相對(duì)增加DLCO。

總之，上述降低DLCO的效應(yīng)遠(yuǎn)強(qiáng)于使DLCO增加的效應(yīng)，各方面綜合作用的結(jié)果使得左心衰病人的DLCO隨著病情的加重而逐漸降低[13-16]。

6 . 肺動(dòng)脈高壓/右心衰病人的DLCO降低

以肺血管床減少為特征的不明病因肺動(dòng)脈高壓/右心衰病人，由于每分輸出量降低、肺彌散膜彌散速率降低、肺毛細(xì)血管血容量減少都是降低DLCO因素，沒(méi)有任何增加DLCO的因素。因此，臨床上肺動(dòng)脈高壓/右心衰病人DLCO降低的表現(xiàn)更為顯著[17-19]。

結(jié)語(yǔ)：彌散功能測(cè)定DLCO作為一種靜息狀態(tài)下客觀、定量、無(wú)創(chuàng)的方法，可以同時(shí)檢測(cè)心肺等功能共同完成氣體交換整體功能狀態(tài)，正被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)診斷、評(píng)價(jià)、治療和預(yù)后估計(jì)，以及慢病預(yù)防和健康管理中。但是， DLCO的正確解讀和臨床應(yīng)用需要廣大臨床醫(yī)師具備人體整體整合生理學(xué)醫(yī)學(xué)理論基礎(chǔ)，由此出發(fā)考慮循環(huán)血流對(duì)DLCO的影響。

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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

＊ 【基金項(xiàng)目】國(guó)家自然科學(xué)基金醫(yī)學(xué)科學(xué)部面上項(xiàng)目（81470204）；國(guó)家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)課題(2012AA021009);中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院國(guó)家心血管病中心科研開(kāi)發(fā)啟動(dòng)基金（2012-YJR02)

2015- 01-13

2015-06-05

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