影響肺功能主要因素的系統(tǒng)回顧

張敏，朱旭，冉鵬

肺功能是呼吸系統(tǒng)通氣功能和換氣功能的總稱，通過(guò)對(duì)機(jī)體肺功能的測(cè)量，可以確定肺活量大小及判斷肺、呼吸肌和胸壁活動(dòng)是否存在病變［1］，有助于診斷肺部疾病并判斷其嚴(yán)重程度［2］，也可用于評(píng)估對(duì)某些治療干預(yù)措施的肺部反應(yīng)。根據(jù)目前的臨床指南，人體測(cè)量因素，包括體質(zhì)量、身高、性別［3］和年齡等對(duì)于肺功能的影響作用最大。然而，隨著這一領(lǐng)域相關(guān)知識(shí)的增長(zhǎng)，越來(lái)越多的其他影響因素的作用也被發(fā)現(xiàn)，其中最重要的因素包括身體參數(shù)，種族或民族［4］，身體體位［5］，環(huán)境水平［6］，生活方式［7］，社會(huì)醫(yī)療保健水平，疾?。?］，遺傳作用等。國(guó)內(nèi)外均有眾多研究證實(shí)了上訴因素是如何影響肺功能的及其作用程度，但目前綜合討論各種影響肺功能因素的文獻(xiàn)較少，因此，本綜述主要基于對(duì)現(xiàn)有影響肺功能因素的文獻(xiàn)的系統(tǒng)回顧，旨在重點(diǎn)關(guān)注人體測(cè)量指標(biāo)、身體體位、種族和民族或種族等因素，以概述這些因素如何影響肺功能。

1 年齡

從過(guò)去到現(xiàn)在，年齡一直是評(píng)估肺功能的主要因素之一。肺容量從出生到成年期穩(wěn)步增加，一般在20～25歲達(dá)到肺功能的頂峰，26歲以后肺功能逐漸開(kāi)始下降。這是由于胸壁順應(yīng)性逐漸降低，呼吸肌的力量逐漸減退，氣體交換面積減少，以及在用力呼氣時(shí)小氣道關(guān)閉的趨勢(shì)越來(lái)越大所致。受年齡影響最大的變量是用力肺活量（forced vital capacity，F(xiàn)VC）和第1秒用力呼氣容積（forced expiratory volume in the first second，F(xiàn)EV1），隨著年齡的增長(zhǎng)而下降。具體而言，F(xiàn)EV1在25～39歲每年下降約20 mL，這一比率逐漸增加，直到65歲后達(dá)到每年下降約35 mL。這種下降可能是由于肺泡表面活性物質(zhì)分泌減少，導(dǎo)致肺順應(yīng)性降低，肺彈性阻力增加［9］。肺泡表面活性物質(zhì)是一種天然物質(zhì)，可調(diào)節(jié)肺泡內(nèi)液體層的表面張力，在吸氣過(guò)程中，肺泡表面張力可能會(huì)增加，因?yàn)榉伪砻婊钚晕镔|(zhì)會(huì)擴(kuò)散到更寬的肺泡表面，限制肺容積的過(guò)度擴(kuò)張。而呼氣時(shí)則正好與此相反，較小的肺泡表面活性物質(zhì)密度越大，此時(shí)肺泡表面張力較小。肺部體積和容量指標(biāo)，如余氣量和功能余氣量（functional residual capacity，F(xiàn)RC）增加，而肺活量和吸氣量下降，則歸因于小氣道在用力呼氣時(shí)早期閉合、肺組織進(jìn)行性硬化和肺泡彈性緩沖作用減弱和胸壁順應(yīng)性降低。而肺總量在沒(méi)有疾病影響的情況下通常保持不變。由于肺泡表面活性物質(zhì)的減少和血容量的減少，氣體交換往往隨著年齡的增長(zhǎng)而減少［10］。動(dòng)脈血氧分壓（partial pressure of oxygen，PaO2）和動(dòng)脈血二氧化碳分壓（partial pressure of carbon dioxide，PaCO2）在兒童期通常沒(méi)有明顯變化，但PaO2在青春期逐漸增加。對(duì)高碳酸血癥和缺氧的通氣反應(yīng)在兒童早期最高，并逐漸下降直到成年，20歲時(shí)PaO2正常水平為95 mmHg，而到70歲時(shí)這一指標(biāo)已變?yōu)?5 mmHg［11］。最大氧耗量隨著年齡的增長(zhǎng)而降低。運(yùn)動(dòng)能力的下降在60歲以后變得更加明顯，主要表現(xiàn)為健康的個(gè)體在正常體育鍛煉活動(dòng)期間可能出現(xiàn)頻繁發(fā)作的呼吸困難。更有研究側(cè)重于探討了呼吸系統(tǒng)隨年齡增長(zhǎng)的具體惡化情況［12］，也有研究證明了低出生體質(zhì)量?jī)骸⒏昶趮D女的肺功能情況，且驗(yàn)證了其對(duì)于肺功能變化的影響［13］。

2 身高

身高是一種很容易獲得的客觀測(cè)量，在考慮呼吸系統(tǒng)健康時(shí)尤其重要，因?yàn)樗c肺容量有關(guān)。青春期發(fā)育是生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵階段，身高的增長(zhǎng)被視為青春期發(fā)育的有效標(biāo)志物，有相關(guān)研究表明，青春期身高的快速發(fā)育與肺容量快速增加相關(guān)，具體表現(xiàn)為FEV1和FVC的快速增加［14］。除了FEV1和FVC，肺總量、肺活量、余氣量等指標(biāo)均也與身高具有相關(guān)性，表現(xiàn)為與個(gè)體的身體尺寸成正比。這意味著，高個(gè)子相較于矮個(gè)子肺通氣功能更好。呼氣高峰流量在高個(gè)子個(gè)體中也更大，氣體交換中的肺一氧化碳彌散量（diffusion capacity for carbon monoxide of lung，DLCO）也隨著身高的增加而增加。在許多情況下，身材無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量，例如癱瘓，骨折，截肢，脊柱側(cè)彎和疼痛等。在這種情況下，根據(jù)臂展估計(jì)的身高通常用于推導(dǎo)出肺功能的預(yù)測(cè)值。

3 體質(zhì)量

隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的普遍上升，肥胖已經(jīng)成為了近年來(lái)增高率最快的公共衛(wèi)生問(wèn)題之一，在過(guò)去30年中患病人數(shù)幾乎增長(zhǎng)了兩倍。在影響肺功能的諸多危險(xiǎn)因素中，肥胖是其最重要的危險(xiǎn)因素之一。身體質(zhì)量指數(shù)（BMI）常被用于判斷肥胖的嚴(yán)重程度，BMI＞25 kg/m2被定義為超重，而B(niǎo)MI＞30 kg/m2被定義為肥胖。根據(jù)脂肪分布區(qū)域可將肥胖癥分為中心型肥胖和外周型肥胖。中心型肥胖的特征是胸部、腹部和內(nèi)臟器官中脂肪沉積增加，表現(xiàn)為蘋(píng)果型體型。外周型肥胖的特征是脂肪沉積在臀部、大腿和四肢以及皮下組織中，并且呈梨狀體型。這種區(qū)別很重要，因?yàn)榕c外周型肥胖相比，中心型肥胖可能對(duì)肺功能產(chǎn)生更直接的影響。外周型肥胖表現(xiàn)為皮下脂肪增加，而中心型肥胖表現(xiàn)為內(nèi)臟脂肪組織（visceral adipose tissue，VAT）增加。有強(qiáng)有力的證據(jù)表明，成人較高的腹部?jī)?nèi)臟脂肪組織水平與哮喘和肺功能受損有關(guān)，并且有研究發(fā)現(xiàn)，肥胖性狀與FEV1有很強(qiáng)的負(fù)遺傳相關(guān)性，尤其是與中心性肥胖之間的遺傳相關(guān)性較好［15］。

對(duì)于肥胖癥病人來(lái)說(shuō)，肺和胸壁的機(jī)械性能會(huì)發(fā)生顯著變化，主要是由于縱隔和腹腔中有過(guò)多的脂肪組織沉積，這些改變會(huì)降低肺部、胸壁和整個(gè)呼吸系統(tǒng)的順應(yīng)性，還可能引起喘息、呼吸困難等呼吸道癥狀。呼吸系統(tǒng)順應(yīng)性的降低還會(huì)改變呼吸模式，因?yàn)楫?dāng)脂肪積聚在胸腔和腹腔內(nèi)時(shí)，膈肌向下運(yùn)動(dòng)和胸壁向外運(yùn)動(dòng)受到限制，使腹腔內(nèi)和胸膜內(nèi)壓略有增加，導(dǎo)致補(bǔ)呼氣量和FRC顯著減少［16］。FRC的降低與肥胖的嚴(yán)重程度成正比，超重、輕度肥胖和重度肥胖無(wú)哮喘的受試者的FRC降低率分別高達(dá)10%、22%和33%。雖然肥胖會(huì)顯著降低FRC和補(bǔ)呼氣量，但對(duì)余氣量和肺總量的影響很小。一般來(lái)說(shuō)，肺總量隨著B(niǎo)MI的增加而降低，然而這種下降是微不足道的，即使在重度肥胖癥病人中也是如此。肥胖病人的余氣量通常在正常范圍內(nèi)，并且余氣量與肺總量比值也正?；蚵杂性黾樱?7］。

肥胖的機(jī)械效應(yīng)導(dǎo)致氣道變窄和閉合，并增加呼吸系統(tǒng)阻力。氣道狹窄和閉合導(dǎo)致氣體滯留和通氣不暢。另一方面，由于肺部的機(jī)械壓迫，導(dǎo)致FRC被壓低至等于或低于閉合能力的水平，使得肥胖癥病人在靜息呼吸期間可能發(fā)生氣道閉合。肥胖不僅會(huì)顯著增加對(duì)呼吸道疾病的易感性，也是導(dǎo)致慢性阻塞性肺疾病、哮喘和肺動(dòng)脈高壓等呼吸系統(tǒng)疾病的關(guān)鍵因素之一。在嚴(yán)重肥胖癥病人中，通氣主要集中在上肺區(qū)，而不是下肺區(qū)，這種以上葉為主的通氣模式可能產(chǎn)生顯著的通氣-灌注比例異常，并導(dǎo)致嚴(yán)重肥胖病人的呼吸功能受損。正常情況下，由于重力的影響，下肺區(qū)的血液灌注分布要大得多，然而在肥胖癥人群中，F(xiàn)RC會(huì)低于或接近余氣量的水平，因此下肺區(qū)域通常不能很好地通氣。這些通氣-灌注關(guān)系異常，導(dǎo)致正常呼吸期間動(dòng)脈血氧張力降低。奇怪的是，肥胖對(duì)于DLCO的影響卻不顯著，關(guān)于肥胖對(duì)DLCO影響的研究人員提供了相互矛盾的結(jié)果，一些研究人員報(bào)告說(shuō)，DLCO減少可能是由于肺泡體積減小或脂質(zhì)沉積增加引起的間質(zhì)結(jié)構(gòu)變化［18］，而另一些研究者則認(rèn)為DLCO保持不變或有所增加［19］。造成這種差異的一個(gè)原因可能是DLCO依賴于與肺功能不完全相關(guān)的各種因素，例如血紅蛋白水平。

還有研究人員研究了肥胖是否誘導(dǎo)肺部發(fā)生永久性的病理重塑，或者體質(zhì)量減輕是否可以恢復(fù)肺功能，結(jié)果顯示，肥胖病人體質(zhì)量減輕后肺活量有所改善，肺容量顯著增加，特別是肺總量、FRC和補(bǔ)呼氣量［20］。當(dāng)過(guò)度減肥而體質(zhì)量較低時(shí)，大多數(shù)肺活量值會(huì)下降，導(dǎo)致通氣能力下降。因此，體質(zhì)量不足的個(gè)體具有低FVC和FEV1，肺活量和補(bǔ)呼氣量等肺活量值也較低。在低出生體質(zhì)量的兒童和嬰兒中也能觀察到這些影響。在探討體質(zhì)量對(duì)于肺功能影響的研究中，我們出現(xiàn)一些互相矛盾的結(jié)果，這可能是由于通常都習(xí)慣以BMI作為衡量肥胖與否的標(biāo)準(zhǔn)，而忽略了其他可能具有重要意義的因素，例如皮膚褶皺厚度，腰圍和腰臀比，以及中心性肥胖或是外周肥胖。

4 性別

經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)測(cè)量方法證實(shí)，在相同體質(zhì)量和身高的個(gè)體中，男性的肺容積比女性更大，支氣管數(shù)量更多，肺泡表面積更大，氣道口徑更寬。即使在相同大小的肺中，男性的氣道直徑仍然比女性大。肺泡的數(shù)量和大小在出生后肺發(fā)育過(guò)程中逐漸增加。雖然女性肺容積比男性肺容積小，細(xì)支氣管較少，但男性和女性每單位表面積的肺泡數(shù)量相同。在青春期，男性會(huì)發(fā)生一種稱為氣道發(fā)育不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象，即氣道大小和肺大小之間的差異生長(zhǎng)。在女性中，氣道生長(zhǎng)與肺組織成正比，而在男性中，不成比例的氣道分支生長(zhǎng)導(dǎo)致肺泡數(shù)量比氣道數(shù)量少得多。因此，男性比女性具有更長(zhǎng)的呼吸氣道，使他們?cè)谇啻浩陔A段在呼氣期間處于明顯的劣勢(shì)，并容易產(chǎn)生更大的特異性氣道阻力和更低的呼氣高峰流量發(fā)生率。然而，當(dāng)氣道生長(zhǎng)發(fā)育完全并且肺發(fā)育成熟時(shí)，男性呼吸期的劣勢(shì)情況消失，呼吸系統(tǒng)正?；?，此時(shí)男性的FRC，肺活量，肺總量，余氣量和呼氣高峰流量均高于女性［21］。在肺彈性阻力、胸壁特征和肺部順應(yīng)性方面，盡管女性的氣道口徑較小，男性和女性之間的差異似乎并不顯著。FEV1通常隨著年齡的增長(zhǎng)而下降，但男性的下降速度比女性更快，這是由于男性的呼吸肌力量下降幅度比女性更大。在氣體擴(kuò)散方面，通常男性DLCO高于女性，然而隨年齡增長(zhǎng)，男性DLCO下降速度稍快于女性，這種差異可能是雌激素對(duì)維持血管完整性的影響［22］所致，另外月經(jīng)周期也被證實(shí)了可以改變氣體擴(kuò)散機(jī)制，具體表現(xiàn)為在月經(jīng)來(lái)潮前，女性出現(xiàn)DLCO峰值，在月經(jīng)周期的第3天DLCO又快速下降，這些變化考慮為毛細(xì)血管容量改變所導(dǎo)致。在體育鍛煉方面，女性因?yàn)闅獾揽趶礁∏曳稳莘e更小，因此較男性更容易產(chǎn)生較低的呼氣高峰流量，在運(yùn)動(dòng)期間提高肺通氣的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如男性。然而，我們發(fā)現(xiàn)在高度劇烈的體育鍛煉中，男性和女性都沒(méi)有達(dá)到最佳有效通氣。女性通過(guò)增加呼吸肌做功以提高肺通氣能力，這意味著在相同的體力強(qiáng)度條件下，女性的耗氧量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于男性，這對(duì)運(yùn)動(dòng)中女性的一般表現(xiàn)產(chǎn)生了一定的負(fù)面作用。與年齡和身高匹配的男性相比，女性在運(yùn)動(dòng)期間可能會(huì)出現(xiàn)更明顯的氣體交換障礙，因此可能更容易發(fā)生運(yùn)動(dòng)性動(dòng)脈低氧血癥的風(fēng)險(xiǎn)。與年齡和身高匹配的男性相比，女性的肺部容量較小，并且表現(xiàn)出較低的肺擴(kuò)散能力，與男性相比，這可能使女性在休息和運(yùn)動(dòng)期間都容易發(fā)生氣體交換障礙［23］。另外，在體育鍛煉中，由于肺血容量增加約40%以上，男性的DLCO幾乎是女性的兩倍。此外，女性肺部的形態(tài)特征可導(dǎo)致過(guò)度通氣不足，從而增加運(yùn)動(dòng)性動(dòng)脈低氧血癥發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

5 體位

肺部擴(kuò)張程度隨站立、坐下、仰臥、側(cè)臥或正面臥位的改變而發(fā)生明顯變化［5］。當(dāng)受試者站著時(shí)，由于胸腔容積的增加，肺容積比其他體位更高。仰臥位肺活量和肺總量較站立位下降，可能是由于體位變動(dòng)時(shí)，從下肢到胸腔的血流改變所致。在臥位時(shí)，仰臥位的肺活量高于俯臥位，而肺總量無(wú)明顯變化。因?yàn)樵谂P位時(shí)，尤其是仰臥位時(shí)腹腔內(nèi)壓力的增加，腹部將隔膜推向胸腔，因此FRC和補(bǔ)呼氣量值在站立時(shí)高于坐臥位，而在坐位時(shí)高于仰臥位。俯臥位和仰臥位的差異不顯著。坐姿時(shí)的潮氣量值高于仰臥位，這是因?yàn)檐|干逐漸增加的傾斜度影響了胸腔位移和通氣減少，具體而言，潮氣量隨著背部上升到直立位置而逐漸增加。然而，最高的潮氣量值是在站立位置實(shí)現(xiàn)的。坐姿也會(huì)導(dǎo)致潮氣量值下降。一些研究表明，站立姿勢(shì)中的FEV1，F(xiàn)VC和FEV1/FVC比率高于坐姿或臥姿［24］。然而，這些結(jié)果不同于以往的研究報(bào)告，即坐姿時(shí)的FVC和FEV1值高于站立或躺姿時(shí)［25］。與坐姿相比，仰臥位和俯臥位的FVC和FEV1的報(bào)告值確實(shí)始終較低，體位對(duì)呼氣高峰流量值也有顯著影響。然而，當(dāng)受試者坐著或站著時(shí)，DLCO沒(méi)有顯著差別。關(guān)于仰臥位和俯臥位的差異，有研究表明，健康受試者從仰臥位改為俯臥位時(shí)，DLCO略有減少［26］。

6 種族

種族群體之間肺功能具有差異的觀點(diǎn)早已得到認(rèn)可，通常認(rèn)為，白種人群的肺功能優(yōu)于非白種人群［27］。這種觀點(diǎn)延續(xù)了歷史假設(shè)，即人類肺部的生物學(xué)功能應(yīng)該根據(jù)種族膚色以不同的方式計(jì)算。然而這種方法沒(méi)有考慮環(huán)境暴露、社會(huì)經(jīng)濟(jì)差異、醫(yī)療保健獲取和產(chǎn)前因素對(duì)肺功能的重要影響。迄今為止，肺功能種族差異的原因尚不完全清楚。

有學(xué)者認(rèn)為肺功能的種族差異主要與人體測(cè)量因素有關(guān)［28］，但尚未得到充分解釋。一項(xiàng)關(guān)于英國(guó)兩個(gè)種族（白人和南亞英國(guó)人）肺功能差異的研究顯示，在調(diào)整了社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境、性別、年齡、身高、出生體質(zhì)量等因素后，與白人參與者相比，南亞英國(guó)人的FVC降低了0.86 L［29］。他們認(rèn)為這是由于南亞英國(guó)人相比白人的長(zhǎng)骨長(zhǎng)度更長(zhǎng)，相對(duì)較長(zhǎng)的長(zhǎng)骨會(huì)減少軀干以及胸部相對(duì)于站立高度的相對(duì)長(zhǎng)度，這就是說(shuō)，白人的胸廓較南亞人更大，因此肺容量更大。他們發(fā)現(xiàn)通過(guò)使用諸如坐姿高度或坐姿與站立高度之比（也稱為腿與軀干比）等，可以將種族群體之間肺功能的差異歸因于胸部大小的差異上，同時(shí)他們認(rèn)為，在比較不同種族群體時(shí)，坐姿高度作為肺功能的預(yù)測(cè)指標(biāo)更為首選。

也有學(xué)者認(rèn)為社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位是導(dǎo)致種族之間肺功能差異的主要原因。他們認(rèn)為，潛在環(huán)境因素包括暴露于特定的空氣污染源，飲食差異也是一個(gè)重要的文化因素，并且這種差異在移民后會(huì)持續(xù)存在［30］。盡管不能排除同一民族或種族群體內(nèi)的遺傳差異，但我們認(rèn)為其原因可能與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素有關(guān)，包括營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境污染。已經(jīng)有越來(lái)越多的證據(jù)支持營(yíng)養(yǎng)情況對(duì)肺功能的影響。一項(xiàng)在尼泊爾孕婦中隨機(jī)進(jìn)行的臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充維生素A的孕婦的后代與安慰劑組兒童相比，F(xiàn)VC和FEV1明顯較高［31］。一項(xiàng)觀察性研究中表明，孕期母親維生素E和鋅的減少與喘息和哮喘的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，孕產(chǎn)婦α生育酚水平低與FEV1和FVC降低有關(guān)［32］。這些研究為種族之間肺功能的差異提供了合理性，即母嬰飲食中種族群體之間的差異可能能夠解釋早期成人肺功能的一些差異。雖然社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位用于解釋種族之間肺功能的差異是不夠完善的，但在一定程度上可以解釋這種差異。社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位是一個(gè)復(fù)雜的因素，與職業(yè)、教育和收入有關(guān)，因此，在今后的研究中，我們應(yīng)該對(duì)環(huán)境差異和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)行更詳細(xì)的研究，以了解社會(huì)階層和種族如何影響肺生理功能。

7 總結(jié)與展望

綜上所述，此綜述對(duì)影響肺功能的主要因素進(jìn)行了系統(tǒng)性回顧，包括經(jīng)典的人體測(cè)量學(xué)測(cè)定。在臨床實(shí)踐中作為參考標(biāo)準(zhǔn)為大部分人群提供了合理的理論價(jià)值，盡管在某些情況下可能相關(guān)的一些因素沒(méi)有被考慮在內(nèi)。這些因素包括肥胖個(gè)體的身體脂肪分布、兒童期、青春期和更年期呼吸系統(tǒng)的變化、生活習(xí)慣、患病情況或測(cè)試期間的身體位置。未來(lái)的研究還應(yīng)側(cè)重于研究世界某些地區(qū)某些種族和民族之間的肺容積差異，因?yàn)檫@方面的文獻(xiàn)還很缺乏?，F(xiàn)如今沒(méi)有對(duì)影響肺功能的不同變量進(jìn)行多變量分析的研究，未來(lái)需要制定將多種影響因素綜合考慮的參考量表，以便獲取更加精確的肺功能數(shù)據(jù)。