可以通過多種方式測量肺功能。 但是，在檢查前必須明確測量的目的，以便正確解釋結果。 在這篇文章中，我們將討論職業領域的肺功能檢查。 重要的是要記住不同肺功能測量的局限性。 在暴露於石英和石棉等纖維化粉塵的情況下，急性暫時性肺功能影響可能無法辨別，但長期（> 20 年）暴露後對肺功能的慢性影響可能是明顯的。 這是因為在粉塵被吸入並沉積在肺部多年後會發生慢性影響。 另一方面，有機和無機粉塵以及黴菌、焊接煙霧和汽車尾氣的急性暫時性影響非常適合研究。 這是因為這些粉塵的刺激作用會在接觸數小時後發生。 在暴露於有據可查的暴露限值附近的刺激性氣體（二氧化氮、醛、酸和酰基氯）濃度的情況下，急性或慢性肺功能影響也可能是可辨別的，特別是如果這種影響因空氣顆粒污染而加劇.
肺功能測量必須對受檢者安全，肺功能設備對檢查者也必須安全。 提供了對不同類型肺功能設備的具體要求的總結（例如，Quanjer 等人，1993 年）。 當然，設備必鬚根據獨立標准進行校準。 這可能很難實現，尤其是在使用計算機化設備時。 肺功能測試的結果取決於受試者和檢查者。 為了從檢查中獲得滿意的結果，技術人員必須接受過良好的培訓，能夠仔細指導受試者並鼓勵受試者正確地進行測試。 檢查者還應該了解氣道和肺部，以便正確解釋記錄的結果。
建議使用的方法在受試者之間和受試者內具有相當高的可重複性。 再現性可以用變異係數來衡量，即標準偏差乘以 100 除以平均值。 在對同一對象進行重複測量時，低於 10% 的值被認為是可以接受的。
為了確定測量值是否是病理性的，必須將它們與預測方程進行比較。 通常肺活量變量的預測方程是基於年齡和身高，按性別分層。 在相同年齡和身高的情況下，男性的肺功能值平均高於女性。 肺功能隨著年齡的增長而下降，隨著身高的增長而增加。 因此，高個子受試者比同齡矮個子受試者俱有更高的肺容積。 不同參考人群的預測方程的結果可能有很大差異。 參考人群中年齡和身高的變化也會影響預測值。 這意味著，例如，如果受檢對象的年齡和/或身高超出作為預測方程基礎的人口範圍，則不得使用預測方程。
吸煙也會削弱肺功能，並且這種影響可能會在職業暴露於刺激性物質的受試者中得到加強。 如果獲得的值在從預測方程得出的預測值的 80% 以內，肺功能通常被認為不是病理性的。
測量
進行肺功能測量以判斷肺的狀況。 測量可能涉及單個或多個測量的肺容積，或氣道和肺中的動態特性。 後者通常是通過依賴於努力的操作來確定的。 還可以檢查肺部的生理功能，即擴散能力、氣道阻力和順應性（見下文）。
有關通氣能力的測量值是通過肺活量測定法獲得的。 呼吸操作通常作為最大吸氣進行，然後是最大呼氣，肺活量（VC，以升為單位）。 至少應進行 XNUMX 次技術上令人滿意的記錄（即吸氣和呼氣完全用力且未觀察到漏氣），並報告最高值。 體積可以通過水封或低阻鐘直接測量，或通過呼吸速度描記法間接測量（即，流量信號隨時間的積分）。 這裡需要注意的是，所有測量的肺容積都應以 BTPS 表示，即體溫和水蒸氣飽和的環境壓力。
用力呼氣肺活量（FVC，以升為單位）定義為用最大用力呼氣進行的 VC 測量。 由於測試簡單且設備相對便宜，用力呼氣描記圖已成為監測肺功能的有用測試。 然而，這導致了許多糟糕的錄音，其實用價值值得商榷。 為了進行令人滿意的記錄，美國胸科學會於 1987 年發布的關於收集和使用用力呼吸圖的更新指南可能會有用。
瞬時流量可以在流量-體積或流量-時間曲線上測量，而時間平均流量或時間則來自肺活量圖。 可以從用力呼氣圖計算的相關變量是一秒鐘用力呼氣量（FEV1, 以升/秒為單位), 以 FVC 的百分比 (FEV1%)、峰值流量（PEF，l/s）、50% 和 75% 用力肺活量時的最大流量（MEF50 和MEF25， 分別）。 FEV推導示意圖1 用力呼氣圖的概述如圖 1 所示。在健康受試者中，大肺容積時（即呼氣開始時）的最大流速主要反映大氣道的流動特性，而小肺容積時（即末期）的最大流速主要反映大氣道的流動特性。呼氣）通常用來反映小氣道的特徵，圖 2。在後者中，流動是層流，而在大氣道中，它可能是湍流。
圖 1. 顯示 FEV 推導的用力呼氣肺活量圖1 和 FVC 根據外推原理。
圖 2. 流量-容積曲線顯示呼氣峰流量 (PEF) 的推導，最大流量在 50% 和 75% 的用力肺活量 (
和 
， 分別）。
PEF 也可以通過小型便攜式設備進行測量，例如 Wright 於 1959 年開發的設備。這種設備的一個優點是受試者可以進行連續測量——例如，在工作場所。 然而，為了獲得有用的錄音，有必要很好地指導受試者。 此外，應該記住，由於吹氣技術不同，不應比較使用 Wright 流量計測量的 PEF 和使用傳統肺量計測量的 PEF。
肺活量變量 VC、FVC 和 FEV1 顯示個體之間的合理差異，其中年齡、身高和性別通常可以解釋 60% 到 70% 的差異。 限制性肺功能障礙會導致 VC、FVC 和 FEV 值降低1. 呼氣期間的流量測量顯示出很大的個體差異，因為測量的流量取決於努力和時間。 這意味著，例如，在肺容量減少的情況下，受試者將具有極高的流量。 另一方面，在肺容量非常大的情況下，流量可能會非常低。 然而，在慢性阻塞性疾病（例如哮喘、慢性支氣管炎）的情況下，流量通常會降低。
圖 3。根據氦稀釋技術測定總肺活量 (TLC) 的設備的主要輪廓。
殘氣量 (RV) 的比例，即最大呼氣後仍留在肺部的空氣量，可以通過氣體稀釋或體體積描記法來確定。 氣體稀釋技術不需要復雜的設備，因此更便於在工作場所進行的研究中使用。 圖 3 概述了氣體稀釋技術的原理。 該技術基於再呼吸迴路中指示劑氣體的稀釋。 指示劑氣體必須微溶於生物組織，這樣它就不會被肺組織和血液吸收。 最初使用的是氫氣，但由於它能與空氣形成爆炸性混合物，所以被氦氣取代，氦氣很容易通過熱導原理檢測。
對象和裝置形成一個封閉系統，當氣體被稀釋到肺部的氣體體積中時，氣體的初始濃度因此降低。 平衡後，指示劑氣體在肺中的濃度與在儀器中的濃度相同，功能殘氣量 (FRC) 可通過簡單的稀釋方程式計算。 肺活量計的體積（包括將氣體混合物添加到肺活量計中）表示為 VS, VL 是肺的體積， Fi 是初始氣體濃度和 Ff 是終濃度。
財務報告委員會 = VL = [(VS · Fi）/ Ff] - VS
進行兩到三個 VC 操作，為計算 TLC（以升為單位）提供可靠的基礎。 圖 4 概述了不同肺容積的細分。
由於氣道彈性特性的變化，RV 和 FRC 隨著年齡的增長而增加。 在慢性阻塞性疾病中，通常觀察到 RV 和 FRC 值升高，而 VC 降低。 然而，在肺部區域通氣不良的受試者中——例如，患有肺氣腫的受試者——氣體稀釋技術可能會低估 RV、FRC 和 TLC。 這是因為指示氣體不會與封閉的氣道相通，因此指示氣體濃度的降低會給出錯誤的小值。
).
氣道閉合和肺部氣體分佈的測量可以通過單次呼吸沖洗技術在一次和相同的操作中獲得，圖 5。該設備包括一個連接到袋中袋系統的肺活量計和一個記錄儀連續測量氮濃度。 該操作是通過從袋子中最大程度地吸入純氧來進行的。 在呼氣開始時，由於排空了受試者的死腔，氮氣濃度增加，其中含有純氧。 隨著來自氣道和肺泡的空氣繼續呼氣。 最後，來自肺泡的含有 20% 到 40% 氮氣的空氣被呼出。 當肺底部的呼氣增加時，在相關肺區域氣道關閉的情況下，氮濃度會突然升高，圖 5。RV 以上的容積，在呼氣期間氣道關閉，通常表示為閉合容積(CV) 佔 VC 的百分比 (CV%)。 吸入空氣在肺中的分佈表示為肺泡平台的斜率 (%N2 或第三階段，%N2/升）。 它是通過將呼出 30% 的空氣時的點與氣道關閉點之間的氮濃度差除以相應的體積而得到的。
衰老和慢性阻塞性疾病將導致 CV% 和 III 期值增加。 然而，即使是健康受試者的肺部氣體分佈也不均勻，導致 III 階段的值略有升高，即 1% 至 2% N2/升。 變量 CV% 和 III 期被認為反映了內徑約 2 mm 的外周小氣道的狀況。 通常，外周氣道只佔總氣道阻力的一小部分（10% 到 20%）。 諸如動態肺活量測定法之類的常規肺功能測試無法檢測到的相當大的變化可能會發生，例如，由於暴露於外周氣道空氣中的刺激性物質。 這表明氣道阻塞始於小氣道。 研究結果還顯示，在動態和靜態肺活量測定發生任何變化之前，CV% 和 III 期發生了變化。 當停止接觸有害物質時，這些早期變化可能會緩解。
肺的轉移因子（mmol/min；kPa）是氧氣輸送到肺毛細血管的擴散能力的一種表達。 可以使用單次或多次呼吸技術來確定傳遞因子； 單次呼吸技術被認為最適合在工作場所進行研究。 使用一氧化碳 (CO) 是因為與氧氣相比，外周血中 CO 的背壓非常低。 假設 CO 的攝取遵循指數模型，並且該假設可用於確定肺的轉移因子。
的測定 TLCO （用 CO 測量的轉移因子）通過呼吸操作進行，包括最大呼氣，然後最大吸入含有一氧化碳、氦氣、氧氣和氮氣的氣體混合物。 屏氣一段時間後，進行最大呼氣，反映肺泡空氣中的含量，圖 10。氦氣用於確定肺泡容積 (VA). 假設 CO 的稀釋度與氦氣相同，則可以計算擴散開始前 CO 的初始濃度。 TLCO 根據下面列出的等式計算，其中 k 取決於分量項的維度， t 是屏氣的有效時間，log 是以 10 為底的對數。 靈感體積表示 Vi 和分數 F CO 和氦氣表示為 i 和 a 分別用於靈感和肺泡。
TLCO = k Vi (Fa，他/Fi,He） 日誌 （Fi,CO Fa,He/Fa，CO Fi，他）（t)-1
的大小 TLCO 將取決於多種條件——例如，可用血紅蛋白的量、通氣肺泡的體積和灌注的肺毛細血管以及它們之間的關係。 值 TLCO 隨著年齡的增長而減少，隨著體力活動和肺容量的增加而增加。 減少 TLCO 會在限制性和阻塞性肺部疾病中發現。
順應性 (l/kPa) 尤其是肺部彈性特性的函數。 肺有一種內在的協作傾向——即塌陷。 保持肺部伸展的力量取決於彈性肺組織、肺泡表面張力和支氣管肌肉組織。 另一方面，在 FRC 水平以上 1 至 2 升的肺容積處，胸壁往往會擴張。 在較高的肺容量下，必須施加功率以進一步擴張胸壁。 在 FRC 水平，肺部的相應趨勢被擴張趨勢所平衡。 因此，FRC 水平由肺的靜息水平表示。
肺的順應性定義為體積變化除以跨肺壓變化，即呼吸操作導致的口腔（大氣）壓力和肺部壓力之間的差異。 肺部壓力的測量不容易進行，因此被食道壓力的測量所取代。 食道中的壓力幾乎與肺中的壓力相同，用一根細的聚乙烯導管測量，導管的末端有一個球囊覆蓋在遠端 10 厘米處。 在吸氣和呼氣動作期間，體積和壓力的變化分別通過肺活量計和壓力傳感器記錄。 當在潮式呼吸期間執行測量時，可以測量動態順應性。 當執行緩慢的 VC 機動時獲得靜態順應性。 在後一種情況下，測量是在身體體積描記器中進行的，並且通過快門間歇性地中斷呼氣。 然而，在工作場所檢查暴露對肺功能的影響時，依從性測量執行起來很麻煩，而且這種技術被認為更適合在實驗室中使用。
在纖維化中觀察到順應性降低（彈性增加）。 要引起體積變化，需要較大的壓力變化。 另一方面，由於失去彈性組織並因此也失去肺部彈性，例如在肺氣腫中觀察到高順應性。
氣道阻力主要取決於氣道的半徑和長度，但也取決於空氣粘度。 氣道阻力（RL in (kPa/l) /s)，可以通過使用肺活量計、壓力傳感器和肺速計（測量流量）來確定。 也可以使用身體體積描記器進行測量，以記錄喘息動作期間流量和壓力的變化。 通過施用旨在引起支氣管收縮的藥物，可以識別由於其過度反應性氣道而導致的敏感對象。 患有哮喘的受試者通常具有更高的值 RL.
職業暴露對肺功能的急性和慢性影響
肺功能測量可用於揭示職業暴露對肺的影響。 不應以就業前肺功能檢查排除求職對象。 這是因為健康受試者的肺功能在很大範圍內變化，並且很難劃定界限，低於該界限可以安全地聲明肺是病態的。 另一個原因是工作環境應該足夠好，即使是肺功能輕微受損的受試者也可以安全地工作。
可以通過多種方式檢測對職業暴露對象肺部的慢性影響。 然而，這些技術旨在確定歷史影響，不太適合作為預防肺功能損傷的指南。 一個常見的研究設計是將暴露受試者的實際值與沒有職業暴露的參考人群獲得的肺功能值進行比較。 參考對象可從同一（或附近）工作場所或同一城市招募。
一些研究中已使用多變量分析來評估暴露受試者和匹配的未暴露參照物之間的差異。 暴露受試者的肺功能值也可以通過基於未暴露受試者肺功能值的參考方程來標準化。
另一種方法是使用外部參考值研究暴露和未暴露工人在調整年齡和身高後肺功能值之間的差異，該值是通過基於健康受試者的預測方程計算得出的。 參考人群還可以根據民族、性別、年齡、身高、吸煙習慣等因素與暴露對象進行匹配，進一步控制這些影響因素。
然而，問題是當使用外部參考值時，要確定下降幅度是否大到足以被歸類為病態。 儘管研究中的儀器必須便攜且簡單，但必須注意所選方法檢測氣道和肺部微小異常的敏感性以及結合不同方法的可能性。 有跡象表明，患有呼吸系統症狀（例如勞力性呼吸困難）的受試者肺功能加速下降的風險更高。 這意味著呼吸道症狀的存在很重要，因此不應忽視。
還可以通過肺活量測定法對受試者進行隨訪，例如，每年一次，持續數年，以針對疾病的發展發出警告。 然而，存在局限性，因為這將非常耗時，並且當可以觀察到減少時，肺功能可能已經永久惡化。 因此，這種方法絕不能成為延遲採取措施以降低空氣污染物有害濃度的藉口。
最後，還可以通過檢查多年來暴露和未暴露受試者肺功能的個體變化來研究對肺功能的慢性影響。 縱向研究設計的一個優點是消除了受試者間的變異性； 然而，該設計被認為既費時又昂貴。
易感對像也可以通過比較他們在輪班期間暴露和不暴露的肺功能來識別。 為了盡量減少晝夜變化的可能影響，在一天中的同一時間在一個未暴露和一個暴露的場合測量肺功能。 例如，可以通過偶爾將工人移到未受污染的區域或在整個輪班期間使用合適的呼吸器，或在某些情況下通過在工人休息日的下午進行肺功能測量來獲得未暴露條件。
一個特別值得關注的問題是，重複的、暫時的影響可能會導致慢性影響。 急性暫時性肺功能下降可能不僅是生物暴露指標，也是慢性肺功能下降的預測指標。 暴露於空氣污染物可能會對肺功能造成明顯的急性影響，儘管測得的空氣污染物的平均值低於衛生限值。 因此問題來了，從長遠來看，這些影響是否真的有害。 這個問題很難直接回答，尤其是因為工作場所的空氣污染通常成分複雜，無法用單一化合物的平均濃度來描述暴露情況。 職業暴露的影響也部分是由於個人的敏感性。 這意味著某些受試者會比其他受試者更快或更大程度地做出反應。 肺功能急性、暫時性下降的潛在病理生理學基礎尚不完全清楚。 然而，暴露於刺激性空氣污染物後的不良反應是一種客觀測量，與不同來源的症狀等主觀體驗形成對比。
檢測由有害空氣污染物引起的氣道和肺部早期變化的優勢是顯而易見的——可以減少普遍暴露以預防更嚴重的疾病。 因此，這方面的一個重要目標是使用對肺功能的急性暫時影響的測量作為一個敏感的預警系統，可以在研究健康工作人群時使用。
刺激物監測
刺激性是設定暴露限值的最常見標準之一。 然而，並不確定遵守基於刺激的暴露限值是否能防止刺激。 應該考慮的是，空氣污染物的暴露限值通常至少包含兩個部分——時間加權平均限值（TWAL）和短期暴露限值（STEL），或者至少包含超過時間加權平均值的規則限制，“偏移限制”。 對於高度刺激性物質，如二氧化硫、丙烯醛和光氣，即使在很短的時間內限制濃度也很重要，因此通常的做法是以上限形式固定職業接觸限值，採樣週期保持在測量設施允許的範圍內。
美國政府工業衛生學家會議 (ACGIH) 閾限值 (TLV) 列表中的大多數物質都給出了一天八小時的時間加權平均限值以及超出這些值的規則。 1993-94 年的 TLV 列表包含以下關於超出限值的偏移限制的聲明：
“對於絕大多數具有 TLV-TWA 的物質，沒有足夠的毒理學數據來保證 STEL = 短期接觸限值）。 儘管如此，即使八小時 TWA 在建議的限制範圍內，也應控制超出 TLV-TWA 的偏差。”
應定期對已知空氣污染物進行暴露測量，並與有據可查的暴露限值進行比較。 然而，在許多情況下，確定是否符合暴露限值是不夠的。 在以下情況下（尤其是）就是這種情況：
- 當極限值太高而無法防止刺激時
- 當刺激物未知時
- 當刺激物是一種複雜的混合物並且沒有合適的已知指示劑時。
如上所述，在這些情況下，可以使用對肺功能的急性、暫時性影響的測量作為對過度暴露於刺激物的警告。
在情況 (2) 和 (3) 中，對肺功能的急性、暫時性影響也可能適用於測試控制措施的效率以減少暴露於空氣污染或科學研究，例如，將生物效應歸因於空氣成分污染物。 以下是一些例子，其中急性、暫時的肺功能影響已成功用於職業健康調查。
急性、暫時性肺功能影響的研究
1950 年底，棉花工人因輪班而出現與工作相關的肺功能暫時性下降。後來，幾位作者報告了大麻和紡織工人、煤礦工人、工接觸甲苯二異氰酸酯、消防員、橡膠加工工人、模具工和製芯工、焊工、滑雪打蠟工、接觸水性塗料中的有機粉塵和刺激物的工人。
然而，也有幾個例子表明，儘管暴露量很大，但通常在輪班期間，暴露前後的測量結果並未顯示出任何急性影響。 這可能是由於正常晝夜節律變化的影響，主要是肺功能變量取決於氣道口徑的大小。 因此，這些變量的暫時減少必須超過正常的晝夜節律變化才能被識別。 然而，通過在每天的同一時間在每個研究場合測量肺功能，可以避免這個問題。 通過使用暴露的員工作為他或她自己的控制，個體間的差異進一步減少。 以這種方式對焊工進行了研究，儘管在 3 名接受檢查的焊工中，未暴露和暴露 FVC 值之間的平均差異小於 15%，但這種差異在 95% 的置信水平下具有顯著性，功效超過 99%。
對肺的可逆瞬時效應可作為複雜刺激性成分的暴露指標。 在上面引用的研究中，工作環境中的顆粒對氣道和肺部的刺激作用至關重要。 這些顆粒被一個由過濾器和焊接面罩組成的呼吸器去除。 結果表明，對肺部的影響是由焊接煙霧中的顆粒引起的，使用防顆粒物呼吸器可能會阻止這種影響。
暴露於柴油廢氣中也會對肺部產生可測量的刺激作用，表現為急性、暫時的肺功能下降。 安裝在卡車排氣管上的機械過濾器用於裝卸作業，減輕了主觀障礙並減少了在未進行過濾時觀察到的急性、暫時性肺功能下降。 因此，結果表明工作環境中存在的顆粒確實對氣道和肺部產生刺激作用，並且可以通過測量肺功能的急性變化來評估這種影響。
多重暴露和不斷變化的工作環境可能會給辨別工作環境中存在的不同代理人的因果關係帶來困難。 鋸木廠的暴露場景就是一個很有啟發性的例子。 不可能（例如，出於經濟原因）在該工作環境中對所有可能的物質（萜烯、灰塵、黴菌、細菌、內毒素、黴菌毒素等）進行暴露測量。 一個可行的方法可能是縱向跟踪肺功能的發展。 在對木材修整部門的鋸木廠工人進行的一項研究中，對工作一周前後的肺功能進行了檢查，沒有發現統計學上的顯著下降。 然而，幾年後進行的一項後續研究表明，那些在工作週內實際出現肺功能數值下降的工人，其肺功能長期下降的速度也加快了。 這可能表明可以通過測量工作週期間肺功能的變化來檢測易受傷害的受試者。