专利名称：一氧化碳弥散公式的完善公式的制作方法
领域基础医学呼吸生理肺换气功能的计算公式背景技术：
传统且公认的换气功能检测方法有二种一种是气体弥散方法即由Dalton公式演化的一氧化碳弥散公式和换算公式；另一种是通气/血流的公式；近年蚌埠医学院周采存采用的是能代谢方法；2001年姚战束提出换气率方法，该方法已通过吉林省科技厅技术鉴定。
一氧化碳弥散公式即DLco=V/(P1/P2)=AD/T=AS/Tmw=27(ml/min)/mmHg]]>这种公式的不足是他以呼吸膜两侧气体分压差1mmHg为基准来衡量氧和二氧化碳的弥散能力即扩散容量，该公式只计算到一氧化碳、二氧化碳、氧弥散容量。扩散容积是由扩散容量和气体压力差决定的，在生理和病理的条件下三种气体的压力差是不相同的，所以用扩散容量来衡量扩散能力是不客观。2、DLco2/Dlo2＝20.7是一个常数，反映的仅是气体溶解度与分子量对扩散的影响，其结果不全面，对于临床的指导意义不大。
第二种公式通气/血流的方法，该方法考虑的因素只有通气、血流。它不能全面反映出影响换气功能的各个因素(例如换气面积A、呼吸膜厚度d等因素同样对换气功能有重要影响)，所以它只能反映肺换气功能的一个侧面。方法的优点是对通气与血流进行具体分析，对病因学的研究和定位诊断有着重要意义。该方法的不足之处1)方法复杂，普通医院难以开展。2)对换气功能反映的不全面。3)无定量标准通气/血流在怎样条件比值下是正常或异常，无定量说明。4)通气与血流等比例下降或升高时比值是正常的，该比值不能反映实际的换气情况。
周采存的能代谢方法间接，也无量化指标，且未得到权威的认可。
换气率方法与上述方法比较，它更为简单、方便、准确、可以给出量化指标，仪器要求不高具有血气机和采气设备既可以开展。缺点是只能定性定量，不能准确定位，也不能得出气体具体扩散数值。
发明内容
(一)首先是气体扩散的几个相关概念和公式复习(1)弥散即扩散气体分子由高分压的区域转移的过程，称为气体扩散<1>。
(2)弥散系数(diffusion coefficient)依据Graham定律扩散系数与溶解度成正比，与分子量的平方根成反比，D∝S/MW]]>(S溶解度、MW分子量)<1>。在生理和病理条件下它都是一个定量。
(3)扩散容积也叫扩散数率(diffusion capacity or diffusion rate)单位时间内气体的扩散容积。依据气体的弥散能力Dalton公式扩散能力∝A·a·(P1-P2)d·mw]]>气体溶解度(α)、弥散面积(A)、肺泡与血液间气体压力差(P1-P2)、气体分子量(MW)、弥散距离(d)<2>，第五版本科生理教材将该公式进一步完善加入液体粘滞系数(η)、绝对温度(T)。《人体生理学》<1>将字母有所改动，A为扩散面积、D=S/mw]]>为扩散系数、T为扩散距离、V为扩散容积(扩散数率)。公式改为V=ADT(P1-P1)]]>用DL来代替AD/T公式改写V＝DL×(P1-P2)用数学公式左右移项公式变为DL＝V/(P1-P2)＝(ml/min)/mmHg<1><3><4>
(4)扩散容量(diffusion capacity of lung，DL)气体在一个毫米汞柱分压力差的作用下，每分钟通过扩散膜的气体毫升数。DL＝V/PA-Pc<1><5>
(5)氧和二氧化碳扩散容量比值DLCO2/DLO2＝20.7(二)对一氧化碳弥散和换算公式的完善公式和推倒过程(1)在通常情况下计算气体的扩散容积是由扩散量公式即V=ADT(P1-P1)]]>变形V＝DL(P1-P2)，因呼吸膜面积和厚度难以准确测定，同时一氧化碳气体100％与血红蛋白结合，血中正常时近似为零，肺血管中的一氧化碳与肺泡中相等特点所以取一氧化碳气体为标准气体，先测定一氧化碳扩散容积、一氧化碳气体压力差，后再推算弥散容量，一氧化碳弥散公式整个计算过程是一个逆运算过程，由结果推算各因素的算法。这种算法的不足是由于是逆运算，各参量的相关因素与理论推倒不同，结果单位也不同。依据Dalton公式和弥散系数公式进行正常运算时弥散系数D=S/mw,]]>扩散容量DL=AD/T=AS/Tmw]]>(姚寨书1435页)从公式中可以看出DL的结果没有气体压力差的参与。逆运算以结果求扩散容量的公式DL=V/(P1-P2)=AS(P1-P2)/Tmw(P1-P2)]]>从理论上推倒扩散容量也没有气体压力差的参与。但是经过逆运算DL＝V/(P1-P2)气体压力差虽然被除掉却被引入弥散容量的结果中。
(2)一氧化碳弥散公式没有计算出氧和二氧化碳的扩散容积，一氧化碳的气体压力差被除掉后在一氧化碳弥散公式中就没有氧和二氧化碳气体压力差的参与。公式只计算一氧化碳、二氧化碳、氧的弥散容量和DLCO2/DLO2。
弥散容量需要下列数据氧气体溶解系数(α)0.024、分子量(MW)32
二氧化碳溶解系数(α)0.592、分子量(MW)44一氧化碳溶解度(α)0.0185、分子量(MW)28<6>。
各种气体的弥散容量值如下DLco=V/(P1-P2)=AD/T=AS/Tmw=27(ml/min)/mmHg]]>DLo2＝1.23×27＝33.21ml/min/mmHgDLco2＝25.53×27＝689.3ml/min/mmHg从公式的各个参量中可以看出，一氧化碳弥散公式反映的是两部分内容，一是扩散系数对气体扩散能力的影响，二是呼吸膜面积和厚度对气体扩散能力的影响。氧和二氧化碳扩散容量是在一氧化碳扩散容量校正下，气体压力差为一个毫米汞柱气体浓度为100％时弥散的毫升数。它把氧和二氧化碳两种气体压力差值都建立在相等的基础之上即是1mmHg。
DLCO2/DLO2不包含一氧化碳弥散系数校正因素，从比值运算公式来看呼吸膜面积与厚度被约去。其两者的比值仅是扩散系数的比值，依据Graham定律弥散系数是由气体的溶解度和分量决定，气体的溶解度虽然受温度的影响，人体生理病理的温度变化约在7℃(35℃-42℃)而且氧和二氧化碳气体因为在同一人体内温度的影响是相同的，其两者的比值也应该是定值。氧和二氧化碳扩散容量比值实质是扩散系数比值，扩散系数只包括气体扩散中的两个条件，远不能反映出气体扩散的情况。
接下来分析扩散容积(V)它反映的是气体在不同压力差的驱动下单位时间气体扩散的毫升数。V∝A·α·(P1-P2)d·mw]]>变形V＝DL×(P1-P2)可见扩散容积等于扩散容量与压力差的成乘积。下面计算氧和二氧化碳扩散容积及比值，氧的气体压力差(P1-P2)50mmHg，二氧化碳气体压力差(P1-P2)6mmHg。<6>
氧扩散容积(Vo2)＝Dlo2×(P1-P2)＝33.21×50＝1660.5ml/min二氧化碳扩散容积(Vco2)＝Dlco2×(P1-P2)＝689.3×6＝4135.gml/minVco2/Vo2＝2.49 2.49是二氧化碳和氧的在生理条件下气体浓度同为100％的扩散容积比值，用气体扩散容积计算VCO2/VO2其结果小于DLCO2/DLO2，比较的结果两者的差异近八倍，而且DLco2/D1o2是定量、Vco2/Vo2变量；前者是在相同扩散条件下进行比较，后者是在客观扩散条件下进行比较。
上面的计算都是在气体浓度100％下进行计算，而人体生存的气体浓度都是不同的，特别是吸入氧的浓度可以人为调整或设定。完善公式就单纯扩散如果不考虑通气/血流的影响，扩散容积还应该加上生理条或病理件下气体浓度，生理吸入空气时氧浓度约为20％，混合静脉血中二氧化碳气体的浓度约为6.12％<7>，实际的扩散容量和扩散容积与前面计算的又有所不同，他们分别是实DLO2＝33.21ml/min/mmHg×20％＝6.64ml/min/mmHg，实DLCO2＝689.3ml/min/mmHg×6.1％＝42.19ml/min/mmHg。
实DLCO2/实DLO2＝6.35实Vo2＝1660.5ml/min×20％＝332.2ml/min。
实Vco2＝4135.8ml/min×6.12％＝253.11ml/min实Vco2/实Vo2＝0.76这个比值与呼吸商接近，可能是人类进化的结果。目前仅计算出生理的实测值，病理条件下氧和二氧化碳的扩散容量、气体压力差、气体浓度都不相等，而且是变量，所以扩散容积比值也一定是变量。
综合上述一氧化碳弥散方法所检测出的结果是气体压力差在1mmHg时气体的扩散量，没有计算出在不同压力差作用下气体的扩散容积，而DLCO2/DLO2仅代表气体的溶解度和分子量两个因素，其比值不能反映出两种气体的实际扩散能力比值，所以比值对临床的指导意义不大。而扩散容积才能反映出体内单位时间气体所能扩散的毫升数，这个数值是人体在气体浓度100％所能扩散的最大量，反映的是人的代偿能力，实际扩散容积才是人体扩散的具体数值，这个值对于指导临床诊断、治疗才有意义。
3、技术方案计算扩散容积需要检测Dlco，然后换算出DLCO2、DLO2再分别乘上各自气体的压力差，氧的气体压力差需要测定肺泡气体与肺动脉血氧分压计算两者间差值；二氧化碳气体压力差需要测定肺泡气与肺动脉血二氧化碳分压计算两者间差值。所以计算气体压力差值不仅需要采集肺动脉血还要采集肺泡气。因为肺动静血的采集对病人破坏大，所以用体动静脉血代替。我们做的狗肺动静血与体动静氧和二氧化碳对比分析试验，证明两者间无统计学差异。<8>
呼气末的气体与肺泡气体中的氧和二氧化碳分压有差异，所以不能用呼气末气体代替肺泡气。<9><7><4>肺泡气体的采集使用的是重复呼吸气囊，根据受测试者的身高、体重和体表面积调整重复呼吸气囊容量，进行密闭的重复呼吸以使肺部的气体置换到气囊中然后采集气囊中肺泡气体标本。
实际扩散容积的计算(1)利用一氧化碳弥散公式检测DLCO值，换算出DLO2和DLCO2。
(2)气体压力差(P1-P2)通过检测肺动、静脉血和肺泡中的氧和二氧化碳分压计算出气体压力差同时测量出气体的浓度(C)。氧浓度测定肺泡气，二氧化碳浓度测定肺动脉血。(3)然后计算扩散容积，公式V∝A·α·(P1-P2)d·mw]]>变形V＝DL×(P1-P2)。
(4)再加入气体的实际浓度(C)则公式改为V＝DL×(P1-P2)×C用这个公式计算出氧和二氧化碳在体内的实际扩散容积。
通过实际扩散容积的计算，可以对扩散的整个过程都有一个详细的了解，清楚造成呼吸衰竭的不同机制，通过整个运算过程中的几个具体步骤就可以得知疾病的发生部位。如第一步DLCO值的高低反映的是扩散系数和呼吸膜对扩散影响情况，这一过程二氧化碳和氧的比值是20.7。第二步气体压力差的高低主要反映的是通气情况。通气极差时肺泡中氧降低，二氧化碳升高；过度换气时氧分压接近吸入气体的分压值其高低是可以人为调节或设定，二氧化碳降低。氧和二氧化碳分压差的高低说明已往的通气和换气的综合情况。两者比值不定。第三步扩散容积的计算是反映机体扩散的最大代偿能力。两者比值是变量。第四步实际扩散容积是机体在通气影响下换气的最终结果。生理条件下两者比值与呼吸商接近，病理条件下比值事变量。
通过这个公式的计算过程我们可以清楚了解通气和换气过程每一个环节的具体情况，气体扩散的具体数值和代偿极限，我们能采取的干扰手段和办法以便科学准确的指导临床治疗。同时为呼吸生理通气与换气间的关系研究提供一些探索。
4、有益效果(1)修正传统理论观念，得出新的观点一氧化碳弥散公式是在气体压力差相同的条件下比较气体的弥散容量，这与生理的条件相差很大，所以不客观，所以应该完善。(2)指导临床诊断治疗，DLco2/Dlo2＝20.7是一个常数，反映的仅是气体溶解度与分子量对扩散的影响，包含内容不全面，对于临床的指导意义不大，公式完善后在原有的扩散容积公式中又加入气体的实际浓度，这样就可以计算出氧和二氧化碳的实际扩撒容积，实际的比值Vco2/Vo2是一个变量，可以较全面的反映出体内氧和二氧化碳的扩散情况。还可以得知导致临床病人呼吸衰竭的环节，以及我们可以采取的治疗手段。改变过去盲目被动的血气分析和经验性机械通气治疗公式，使其成为可以预测、可以调控的主动治疗方式。(3)填补空白，证明通气与扩散间是互相影响的关系，对于这一点国内外的权威医学书籍都没有相关的论述。<1><2><3><4>这对于深入认识呼吸生理十分必要。同时了解两者间的关系对于指导临床治疗各种呼吸衰竭的必要手段是改善通气提供科学的理论依据。(4)修正错误认识，证明气体分压差的变化影响气体弥散，二氧化碳也能出现弥散障碍，修正临床权威书籍中“二氧化碳不存在弥散障碍”的观点。<1>(5)应用与实际，通过研究证明扩散障碍普遍存在，用扩散容积解释临床各种呼吸衰竭现象。
文献索引
<1>姚泰主编《人体生理学》第3版人民卫生出版社2001年12月3版第1430-1432 1381<2>陈灏珠主编《实用内科学》第11版 人民卫生出版社2001第38次印刷1545<3>William F.Ganong。MD.Review of Medical physiology.twentieth edition.McGraw-hill 2001638-639<4>Guyton&hall.Text book of Medical Physiology.Tenth edition 2002453-454<5>孙即昆、赵崇伟、翁品光《肺外科学》1987年第1版人民卫生出版社61-63<6>陈敏章主编《中华内科》第1版人民卫生出版社1425<7>姚泰主编《生理学》第5版人民卫生出版社2003年6月第150<8>姚战束等；狗肺动静脉血与体动静脉血临床对比分析吉林省科技厅鉴字03第
<9>李德荣等；延长呼吸法呼吸末二氧化碳分压监测在COPD中的应用2002/4《第二届全国COPD与的八届肺心病学术会编》P87<10>Stephen J.Mcphee Vish wanath R.Lingappa William F.Ganong Jack D.Lange；Pathophysiologh ofdisease.third edition.2001207<11>J.C.E.under wood General and Systematic Pathology.seoond edition 1999；366<12>SABISTON& SPENCER Surgery of the chest.Sixth edition 2002；46-47<13>KELLY’S text book of internal medicine.Fourth edition H.David humes200064<14>对一氧化碳弥散公式的完善意见卫生部医药卫生科技项目查新咨询报告书2003/5/8编号2201062030权利要求
1.一氧化碳弥散公式的完善公式是呼吸生理肺换气功能检测的计算公式，是在Dalton弥散能力公式中加入检测气体的实际浓度，其特征是依据Dalton弥散能力公式求出的气体扩散容量后再乘以气体的实际浓度，计算出气体的实际扩散容积。
2.根据权利要求1所述一氧化碳弥散公式的完善公式是对人体生理、病理肺扩散容积的准确计算公式。
全文摘要
一氧化碳弥散公式的完善公式所属的技术领域是基础医学呼吸生理肺换气功能计算公式。这个完善公式是根据Dalton弥散能力公式演化的一氧化碳弥散方法提出的，他完善了上述公式的不足，真实的反映出体内气体的扩散量，通过这样完善公式的计算过程我们可以清楚了解通气和换气过程每一个环节的具体情况，气体扩散的具体数值和代偿极限，我们能采取的干扰手段和办法以便科学准确的指导临床治疗。同时为呼吸生理通气与换气间的关系研究提供一些探索。
文档编号G09B19/00GK1598894SQ03159
公开日2005年3月23日 申请日期2003年9月18日 优先权日2003年9月18日
发明者姚战束 申请人:姚战束