气流和肺容量的测量可用于区分阻塞性肺部疾病与限制性肺部疾病，可用来评估疾病的严重程度，并可用来测量对治疗的反应情况。
检查包括肺量计，用于测量吸气和呼气流量以及肺容量，有时还包括流量-容量环测试，以确定特定的阻塞性和限制性异常。对于存在阻塞性异常的患者，在吸入短效支气管扩张剂后重复进行肺量计检查，以评估可逆性和对治疗的反应。
通常这些测定值是以流速和容量的绝对值及占预计值的百分比来表示的，而预计值是通过大样本正常人群所测定的。预测正常值的变量包括年龄，性别和身高。
不同专业学会之间对于在肺功能检查中是否使用基于种族的校正缺乏共识。研究表明，使用基于种族和民族的参考方程式可能会低估非白人的肺部疾病严重程度（从而导致治疗不足）（1， 2）。因此，美国胸科学会 (ATS) 建议用源自种族中立参考方程的公式（例如源自全球肺功能倡议 (GLI) 平均方程的公式）（4，5）取代之前使用的特定种族或民族的参考方程（3）。然而，2022 年欧洲呼吸学会（ERS）/美国胸科协会（ATS）的技术标准已经指出，采用不分种族的参考标准可能会导致特定治疗（如手术、肺移植）的适用资格发生变化（6）。有限的证据表明，使用种族中立公式提高了黑人患者肺部病理诊断的准确性（7）。
流速
通过肺量计定量测定吸气和呼气流速，鼻夹用于夹闭鼻孔。
在测量吸气流速和容量时，病人先尽力深呼气，然后用力吸气。吸气量是一次深呼吸中吸入的最大空气量，吸气流量是每秒吸入的气量。
测定呼气流速和容量时，患者先尽可能地深吸气，将嘴唇紧贴咬嘴，然后尽可能用力、完全地将气体呼入记录呼出量（用力肺活量[FVC]）和第一秒呼出量（第一秒用力呼气量[FEV1]）的仪器中（见图 ）。
这些功能锻炼提供了几种措施：
FVC：最大吸气后可以快速用力呼出的最大气体量
FEV1：第一秒钟呼出的气量
呼气峰流速（PEF）：患者呼气时气流的最大速度
FEV1是重复性最好的流速参数，在诊断和监测阻塞性通气功能障碍性肺病（例如哮喘，COPD[慢性阻塞性肺病]）有很重要的价值。
FEV1和FVC有助于区分阻塞性和限制性肺疾病。正常的FEV1使得不可逆的（即固定的）阻塞性肺病可能性不大。正常的FVC使得限制性肺病可能性不大。FEV1/FVC 比率下降表明存在阻塞。对于初次检查时有阻塞证据的患者，使用短效支气管扩张剂重复测量 FEV1 和 FVC 有助于区分可逆性支气管痉挛患者（如哮喘患者）和固定性阻塞患者（如 COPD 患者）。
有些人有患 COPD 的风险因素（例如吸烟、既往感染、职业暴露、空气污染暴露），但肺功能测试并未显示明确的阻塞。据称这些人患有 COPD 前期疾病（8）。还需要进一步的研究来明确这一人群的特征，但通过长期监测肺功能指标或许有助于识别出可能患上慢性阻塞性肺疾病（COPD）的患者。
正常肺量图
FEF25–75% =用力肺活量呼气过程中25%至75%区间的平均用力呼气流速；FEV1 =用力肺活量操作第一秒内的用力呼气量；FVC=用力肺活量（最大吸气后用力呼出的最大气体量）。 |
用力呼气中期平均流速（即在呼出25%至75%用力肺活量期间的平均流速，也称FEF25-75%）可能比FEV1更能敏感地提示轻度小气道气流受限，但该变量的重复性较差。
呼气峰流量（PEF）是呼气期间出现的峰值流量。 该变量主要用于家庭对哮喘患者的监测并确定气流的全天变化情况。可以通过将 PEF 与个体最佳水平进行比较来监测哮喘。
这些测量值的解释依赖于患者测量过程中的积极配合，通常经过实际操作指导可以改善。合格的肺量图显示：
良好的测试起始阶段（如，快速有力的开始呼气）
没有咳嗽
曲线平滑
没有提前终止呼气（如呼气时间至少6秒，最后1秒无容量变化）
进行肺活量测定时必须确保质量控制标准（如设备校准、患者配合、操作人员培训）。在同一次肺活量测定中，可重复的用力呼气操作与其他操作的结果相差通常应在5%或100 mL以内（即FVC或FEV1的两次最高测量值之差应小于或等于最高值的5%，或100 mL，取较大值）。不符合这些最低可接受标准的结果应当谨慎解读。
肺容量
肺容量通过功能残气量（FRC）测定。FRC是正常呼气后剩余的肺部气体体积。 总肺容量（TLC）是在最大吸气末肺内所含的气体总量。知道FRC后，可将肺容积分割为各种更小的容积单位，这些指标可通过肺量计或计算得出（见图图）。 正常情况下，FRC占肺总量（TLC）的40%。
正常肺容量
ERV = 补呼气量；FRC =功能残气量；IC =吸气量；IRV =补吸气量；RV = 残气量；TLC = 肺总量；VC = 肺活量；VT=潮气量。 FRC = RV + ERV；IC = VT+ IRV；VC = VT+ IRV + ERV。 |
FRC是通过气体稀释法或者体描仪（在气流受限和气道陷闭的病人中更为准确）来测定的。
气体稀释法包括：
氮气洗脱
氦气平衡
氮气洗脱后，患者呼气达到FRC位，然后从一个含纯氧的肺量计中呼吸。当呼气中氮气的浓度为零时实验终止。由于基线时已知肺内氮气浓度，且收集的氮气体积可测量，因此可计算出总肺容积。
应用氦气平衡法时，病人呼气达到FRC水平，然后连接到一个含有已知容积的氦气和氧气的密闭系统。持续测量氦气浓度，直至吸气与呼气时的浓度相同，表明其已与肺内气体容积达到平衡，随后可根据氦气浓度的变化估算肺容积。
这两种方法都可能低估FRC，因为只测量了与气道相通的体积，在有严重气流受限的病人中，有相当体积的气体被陷闭，几乎不与气道相通或完全不通。
体容积描记法 利用波义尔定律（P1V1 = P2V2，其中P是压力，V是体积）来测量胸腔内的可压缩气体体积。体积描记法比气体稀释技术更准确。当病人坐于气体密闭的箱子中时，他从FRC位开始尽力经密闭咬嘴吸气。当胸壁扩张时，气密箱中的压力升高。已知吸气前气密箱容积和吸气前后气密箱中的压力就可以计算出气密箱中体积的变化，而这等同于肺容积的变化。
流速-容积环
与肺量图不同，肺量图展示的是容积-时间环（即气流量[单位：升]随时间[单位：秒]的变化），而流量-容积环则展示了在从完全呼气（残气量[RV]）开始的最大吸气阶段以及从完全吸气（肺总量[TLC]）开始的最大呼气阶段，气流量（单位：升/秒）与肺容量（单位：升）之间的关系。流速-容积环的一个最根本的优势就在于它能显示在特定的肺容量时，流速是否合适。例如，在低肺容量时流速通常较慢，因为弹性回缩力在低肺容量时较低。肺纤维化患者肺容积较低，如果单独测量，其流速似乎会降低。然而，当流速与肺容量结合起来，就会发现流速其实高于正常（由于纤维化肺弹性回缩力增加）。
流量-容积环需要先测量绝对肺容积。然而遗憾的是很多实验室只对FVC做流速图，流速-FVC环没有吸气支，因而也就不能提供很多信息。
参考文献
1.Baugh AD, Shiboski S, Hansel NN, et al.Reconsidering the Utility of Race-Specific Lung Function Prediction Equations [published correction appears in Am J Respir Crit Care Med. 2022;206(2):230]. Am J Respir Crit Care Med.2022;205(7):819-829.doi:10.1164/rccm.202105-1246OC
2.Ekström M, Mannino D.Research race-specific reference values and lung function impairment, breathlessness and prognosis: Analysis of NHANES 2007-2012 [published correction appears in Respir Res. 2023;24(1):41]. Respir Res.2022;23(1):271.doi:10.1186/s12931-022-02194-4
3.Bhakta NR, Bime C, Kaminsky DA, et al.Race and Ethnicity in Pulmonary Function Test Interpretation: An Official American Thoracic Society Statement. Am J Respir Crit Care Med.2023;207(8):978-995.doi:10.1164/rccm.202302-0310ST
4.Quanjer PH, Stanojevic S, Cole TJ, et al.Multi-ethnic reference values for spirometry for the 3-95-yr age range: the global lung function 2012 equations. Eur Respir J.2012;40(6):1324-1343.doi:10.1183/09031936.00080312
5.Bowerman C, Bhakta NR, Brazzale D, et al.A Race-neutral Approach to the Interpretation of Lung Function Measurements. Am J Respir Crit Care Med.2023;207(6):768-774.doi:10.1164/rccm.202205-0963OC
6.Stanojevic S, Kaminsky DA, Miller MR, et al.ERS/ATS technical standard on interpretive strategies for routine lung function tests. Eur Respir J.2022;60(1):2101499.doi:10.1183/13993003.01499-2021
7.Vyas DA, Zhao S, Lai PS, et al.Lung Function Trajectory Using Race-Specific vs Race-Neutral Global Lung Function Initiative Coefficients. JAMA Netw Open.2025;8(4):e257304.Published 2025 Apr 1.doi:10.1001/jamanetworkopen.2025.7304
8.Han MK, Agusti A, Celli BR, et al.From GOLD 0 to Pre-COPD. Am J Respir Crit Care Med.2021;203(4):414-423.doi:10.1164/rccm.202008-3328PP
各种异常表现
根据流速和肺容量，大多数常见的呼吸系统疾病可以分为阻塞性或限制性（见表）。
与肺部疾病相关的生理学特征变化
检测指标 | 阻塞性疾病 | 限制性疾病 | 混合性疾病 |
|---|---|---|---|
FEV1/FVC | 降低 | 正常或增加 | 降低 |
FEV1 | 降低 | 降低、正常或增加 | 降低 |
FVC | 降低或正常 | 降低 | 降低或正常 |
TLC | 正常或增加 | 降低 | 降低，正常或增加 |
RV | 正常或增加 | 降低 | 降低、正常或增加 |
FEV1= 1秒用力呼气容积；FVC = 用力肺活量；RV = 残气量；TLC = 肺总量。 | |||
阻塞性疾病
阻塞性疾病的特征在于气流减少，尤其是FEV1和FEV1占FVC的比值（FEV1/FVC）。FEV1占预计值的降低程度能够判定阻塞的程度。阻塞性缺陷原因包括：
气道腔内病变（如肿瘤、分泌物、黏膜增厚）
气道壁变化（如平滑肌收缩、水肿）
弹性回缩力（如肺气肿时肺实质的破坏）
随着气流减少，呼气时间较正常延长，由于排空不完全，空气可能滞留于肺部，从而导致肺容积增加（例如，TLC、RV）。
阻塞性疾病最常见的例子是 慢性阻塞性肺疾病， 哮喘， 和 支气管扩张。
欧洲呼吸学会和美国胸科学会已更新其关于肺功能测试在阻塞性肺病严重程度分级中的解释指南（见表格 ）（1）。这些指南建议将所有测量数据，包括肺量计、肺容量和肺一氧化碳弥散量 (DLCO)，表示为 z 分数，而不是预测值的百分比来对严重程度进行分级。如果 z 分数小于 -1.645，则表明该值低于基于健康匹配对照组（即参考人群）所预测值的第 5 百分位数。
在判断对支气管舒张剂的反应时，现行指南建议使用相对于个体预测值的百分比变化（而非相对于基线值的变化），并建议将 FEV1 和/或 FVC 改善 ≥ 10% 作为气道高反应性的判定标准。
FEV1是评估使用支气管舒张剂后阻塞可逆性的标准值。FVC有时也可用于识别空气潴留的改善，尤其是在慢性阻塞性肺疾病（COPD）中。
肺功能损害的严重程度
严重程度* | Z 分数 |
|---|---|
轻度 | -1.65 至 -2.5 |
中度 | -2.51 至 -4.0 |
重度 | <-4.1 |
* 肺功能损害严重程度采用Z评分，即根据偏离预测均值的标准差数来分级功能障碍。正常z评分 > -1.65。 | |
Data from Stanojevic S, Kaminsky DA, Miller MR, et al.ERS/ATS technical standard on interpretive strategies for routine lung function tests. Eur Respir J.2022;60(1):2101499.doi:10.1183/13993003.01499-2021 | |
限制性疾病
限制性呼吸障碍的特征是肺容量减少，具体表现为肺总量（TLC）低于正常下限值[即 z 分数小于 -1.65，这相当于基于健康匹配对照者（即参考人群）预测值的第 5 百分位数以下]。然而，在早期限制性疾病中，TLC 可能是正常的（由于强烈的吸气努力），唯一的异常可能是 RV 降低。TLC（肺总量）的下降程度决定了限制性障碍的严重程度。肺容量减少导致流速降低（FEV1降低）。然而相对于肺容量来说，气流速度是上升的，因此FEV1/FVC比率正常或增加。
限制性肺疾病的病因包括：
肺容量降低（如肺叶切除术）
肺周组织病变（如胸膜疾病、脊柱后凸、肥胖）
呼吸时吸气肌无力（如神经肌肉疾病）
肺实质病变（如肺纤维化）
上述病变的共同特点是肺顺应性降低或胸壁顺应性降低或两者均降低。
异常模式参考
1.Stanojevic S, Kaminsky DA, Miller MR, et al.ERS/ATS technical standard on interpretive strategies for routine lung function tests. Eur Respir J.2022;60(1):2101499.doi:10.1183/13993003.01499-2021
支气管激发试验
支气管激发试验是一种诊断程序，通过使患者暴露于诱导支气管收缩的试剂来评估气道高反应性。它常用于诊断诸如哮喘等病症，尤其是在肺功能测试结果正常的情况下，但仍有气道高反应性的疑虑时也会使用此方法。
测试可以通过直接方法或间接方法来进行。
直接方法包括：
乙酰甲胆碱
组胺（很少使用）
间接方法包括：
运动
等二氧化碳自主过度换气
冷诱导超敏反应
甘露醇
高渗盐水
直接方法
某些哮喘病人在发作间歇期肺功能和各项测量值可正常。当尽管肺量计检查结果正常但仍高度怀疑哮喘时，应进行使用乙酰甲胆碱的支气管激发试验；乙酰甲胆碱是乙酰胆碱的合成类似物，为一种非特异性支气管刺激物，用于检测或排除支气管收缩。在乙酰甲胆碱激发试验中，肺功能参数在基线状态和吸入递增剂量的乙酰甲胆碱后进行测量。导致FEV1 下降20%的乙酰甲胆碱剂量称为PD20。实验室对气道高反应性的定义各不相同，但一般而言，当吸入乙酰甲胆碱的给药剂量为 < 25 mcg 时，患者较基线的 FEV1 至少下降 20%（PD20），即认为可诊断为支气管反应性增高；而 PD20 > 400 mcg 则可排除该诊断。25 至 400 mcg 之间的 PD20 值尚无定论（1）。组胺激发试验包括吸入递增剂量的组胺，组胺作为直接刺激诱导组胺介导的支气管收缩；随后测量支气管高反应性（2）。
间接方法
运动试验可用于检测运动诱发的哮喘，但在检测一般性气道高反应性方面，其敏感性低于乙酰甲胆碱激发试验。病人在踏板或自行车测力计上持续运动6～8分钟，运动强度为使其心率达到预测最高心率的80%。在运动前及运动开始后5、15、30分钟时测量FEV1和FVC。运动诱发的支气管痉挛可使运动后FEV1或FVC下降≥10% 至 15%（3）。
等二氧化碳自主过度换气也可用于诊断运动诱发性哮喘。等二氧化碳自主过度换气是指在 85% 的最大自主换气量下，对含有 5% 二氧化碳和 21% 氧气的气体混合物进行 6 分钟的过度换气。然后在特定的时间间隔测定FEV1。与其他支气管激发实验类似，各个实验室应用FEV1下降的程度来诊断运动诱发支气管收缩的标准不同。对于静息状态下无支气管高反应性的运动员，建议进行等二氧化碳自主过度通气。
可以用类似的测试来评估冷引起的过度反应，其中患者在混合气体冷却至 -10° C 至 -20° C 之间的情况下过度换气 3 至 6 分钟。该测试需要专门的冷却设备，而许多测试实验室可能没有这种设备。
甘露醇激发试验使用递增剂量的干粉甘露醇：5、10、20、40、2×40、4×40、4×40和4×40 mg（累积总剂量635 mg），支气管激发试验阳性定义为引起FEV1较基线下降≥15%的激发剂量（4）。或者，连续两次甘露醇剂量之间FEV1下降10%也可视为阳性。
高渗盐水是另一种间接激发方法，通过吸入特定浓度盐水（通常4.5%）对气道壁施加渗透压并增加支气管反应性，阳性试验导致FEV1较基线下降≥15%（4）。
支气管激发挑战参考文献
1.Coates AL, Wanger J, Cockcroft DW, et al.ERS technical standard on bronchial challenge testing: general considerations and performance of methacholine challenge tests. Eur Respir J.2017;49(5):1601526.doi:10.1183/13993003.01526-2016
2.Steinbrugger B, Eber E, Modl M, Weinhandl E, Zach MS.A comparison of a single-step cold-dry air challenge and a routine histamine provocation for the assessment of bronchial responsiveness in children and adolescents. Chest.1995;108(3):741-745.doi:10.1378/chest.108.3.741
3.Parsons JP, Hallstrand TS, Mastronarde JG, et al.An official American Thoracic Society clinical practice guideline: exercise-induced bronchoconstriction. Am J Respir Crit Care Med.2013;187(9):1016-1027.doi:10.1164/rccm.201303-0437ST
4.Hallstrand TS, Leuppi JD, Joos G, et al.ERS technical standard on bronchial challenge testing: pathophysiology and methodology of indirect airway challenge testing. Eur Respir J.2018;52(5):1801033.doi:10.1183/13993003.01033-2018
