CO弥散测定的基本理论
（一）CO弥散测定的基本原理 肺扩散膜两侧的气体弥散速率可用Fick定律表示，即：
其中
代表气体弥散速率，K 代表弥散系数，A 代表弥散面积，L 代表弥散膜厚度，P 1-P 2代表弥散膜两侧的压力差，因此决定气体弥散速率的驱动力为膜两侧的分压差。在压力差恒定的条件下，气体弥散速率取决于气体、弥散膜的特点，包括：①弥散系数，取决于气体的相对分子质量、溶解度以及气体与膜的反应；②ACM 的特点，即有效弥散膜的面积和厚度、弥散膜的通透性。
由于肺弥散的特殊性，气体除了通过ACM（膜相弥散）外，还通过血浆、红细胞膜、与红细胞内Hb结合或从红细胞内释放（血相弥散），并在肺泡内有一定的弥散时间（气相弥散，多数可忽略不计），习惯上以肺弥散量（DL）代替以上几个特征，故上述公式可改写为：
肺的气体弥散主要为O2与CO2的弥散，特别是O2的弥散。DLO2的测定理论上是可能的，但技术难度极大，主要原因是肺泡毛细血管从动脉端到静脉端的氧分压不恒定，且缺乏规律，因此仅用于实验研究，临床上选择CO进行DL测定，一般由1.23×DLCO换算为DLO2。之所以选择CO 测定是由其一系列的特点决定的。
（二）选择CO 作为标记气体测定弥散量的理论基础
1.CO和Hb的结合及其对人体的影响 CO是一种无色、无味、无刺激性的气体，与Hb结合能力极强，大量吸入可导致严重组织缺氧，但又不引起呼吸困难的表现，不产生发绀，因此是一种极其危险的气体。
（1）CO与Hb结合及其对机体的影响的基本特点：O2与Hb结合形成氧合血红蛋白（HbO2），CO与Hb结合形成HbCO。尽管空气O2浓度为20.8%，且与Hb的结合能力较强；但CO 与Hb的亲和力是O2的210倍，故吸入含0.1%CO的气体，达到平衡后血液中将有50%的Hb与CO结合形成HbCO，相当于严重贫血状态。事实上，生成50%的HbCO比减少50%Hb的后果更严重，因为CO 不仅减少有效HbO2的含量，而且降低2，3-二磷酸甘油酸（2，3-DPG）的浓度，使氧离曲线左移，从而降低氧在组织的释放能力，加重机体的代谢障碍。
（2）不同CO浓度和吸入时间对Hb结合氧能力的影响：CO与Hb的反应达平衡状态后，吸入含0.1%的CO可占据50%的Hb；吸入0.2%CO 可占据66%的Hb；而吸入0.3%时则占据75%的Hb。测定DLCO 时要吸入0.3%的CO，但并不导致缺氧，因为测试时间短暂，其中单次呼吸法大约只有10 s，CO 容积占肺内气体容积的比例非常低，进行交换的气体容积更少，故CO 与Hb的结合量非常有限，不会导致缺氧。举例说明如下。
假设受检者V·A为5 L／min，心排血量为6 L／min。已知每升血液能携氧200 mL（即血氧容量为200 m L／L），同样亦能携带200 m L CO（即血CO容量为200 mL／L），6 L心排血量所能携带的CO 容量（动脉血CO 运输量）为1 200 m L，即占据50%Hb所需要的CO容积为600 m L。吸入含0.3%CO的标准气体，每分钟进入肺泡的CO 容积为15 m L，因此约需要40 min才能使50%Hb与CO结合。在单次呼吸法测定的10 s时间，只有约2.5 mL的CO进入血液，因此不会引起不良反应；即使采用重复呼吸法，测定时间也仅数分钟，假如平衡时间长达7 min（氮平衡法测定FRC的标准时间，He及CO自动测定时几乎不会达到7 min），进入血液的CO也仅有105 m L，与Hb结合的量也不会超过10%，因此常规测定DLCO是安全的。
2.CO作为测定气体的优点 ①除密度和溶解度与O2有一定差异外，CO 透过ACM 的特点与O2相似，通过速率也仅略低于O2，大约为后者的80%，能反映氧的弥散状态；②除大量吸烟者外，血浆CO浓度几乎是0，即肺毛细血管内的CO 分压（PCCO）是0，通过测定肺泡CO 分压（PACO）即可准确反映ACM 两侧的CO分压差，即膜两侧CO分压差=PACO-PCCO=PACO-0=PACO；③CO与Hb的结合能力是O2的210倍，因此生理范围内的PO2和Hb浓度对DLCO 测定几乎无影响；④CO为扩散限制性气体，多数情况下扩散速率与肺血流状态、血流量无明显关系，几乎仅受扩散膜的限制，与O2相比能更好地反映扩散膜的特性。上述因素决定了CO 是反映扩散膜特性的理想气体，且测定简单、方便。
（三）CO弥散的过程
1.理论分析 CO弥散是指CO 气体从肺泡内通过ACM 向红细胞内弥散，并与Hb结合的过程，可以认为是CO 的传导过程。需强调尽管CO 与Hb的结合能力远强于O2与Hb的结合能力，但弥散量低于后者，因为测定时，CO 与O2竞争性结合Hb，即：
CO+Hb O2→Hb CO+O2(https://www.daowen.com)
DLCO是指在单位压力差（mm Hg或kPa）、单位时间（min）内弥散或传导的CO 容积，即弥散速率，可表示为：DLCO=
CO／PACO。CO 弥散过程或传导过程可分为三部分：CO 在肺泡内的传导（Da）、CO在ACM 的传导（DM）、CO在血浆、红细胞膜及其细胞质的传导以及与Hb的结合，Hb结合CO的容积取决于其与Hb的反应速率（θ）和肺毛细血管的血容量（Vc）。如前所述，气相弥散时间极短，Da可忽略不计，故DLCO受后2个阶段影响。
弥散阻力是CO 弥散遇到的阻力，可用产生单位弥散量所需要的压力差表示，而单位压力差作用产生的弥散量就是弥散速率，对CO 在肺的弥散量而言就是DLCO。弥散速率是弥散阻力的倒数或弥散阻力是弥散速率的倒数，在2个或多个阻力串联时，总阻力就等于各阻力之和；CO 弥散的总阻力就是肺泡内弥散阻力、ACM 弥散阻力、血浆和红细胞内结合阻力之和。由于肺泡直径很小，气体密度很低，故肺泡内的气体弥散阻力非常小，可忽略不计，CO总弥散阻力就是ACM 阻力、与Hb结合阻力之和。用公式可表示为：
简化后可表示为：
因此影响CO弥散的因素包括ACM、有效Hb浓度和血容量。O2可与Hb竞争性结合，影响CO与Hb的结合速率，但如上述，生理条件下可忽略不计；p H、PaCO2等也可影响Hb的构型，从而影响其与CO的结合，但在生理条件下，两者皆在非常小的范围内波动，故其影响也非常有限，两者皆可忽略不计，因此影响血相弥散量或弥散阻力的主要因素是有效Hb浓度（包括红细胞数量、Hb结构和浓度、铁离子的特点）和血容量。由于血液内的CO 浓度几乎为0，且CO 和Hb的结合能力巨大，因此在Hb和血容量变化不是非常大的情况下，对DLCO 影响非常有限。
2.膜弥散 即肺泡毛细血管膜的弥散，由于排除了气相弥散和血相弥散过程，可较准确地反映膜相弥散的特点。
公式（4）也可表示为：
公式（5）实质为线性方程，可改用函数y=ax+b 表示，其中横轴x 表示1／θ，纵轴y 表示1／DLCO，a 表示1／Vc（斜率），b 表示1／DM（截距）（图7-6）。
图7-6 膜弥散的测定模式图
21%、60%、100%代表不同的吸入气氧浓度
由于O2和CO 与Hb竞争性结合，故在O2浓度为0 的情况下，CO 与Hb 的结合速度最快，DLCO最大，1／DLCO 最小，在y 轴上，其大小为截距（1／DM）；随着氧浓度升高，CO 与Hb的结合速度减慢，θ 减小，1／θ 增大；DLCO 线性减少，1／DLCO线性增大，可得到斜率1／Vc。因此通过改变氧浓度（一般选择21%、60%、100%）可计算出Vc和DM，测定的DM排除了血流的影响，可更好地反映肺泡毛细血管膜的功能状态。
3.血相弥散 如上述，血容量是影响弥散量的限速因素，但在正常生理条件下或较轻的病理条件变化，血流速率、红细胞、Hb等对DLCO 的影响不大。当然红细胞或肺血容量的明显变化也影响DLCO，但多种教材或专著对这些因素的阐述有较多不足，甚至错误，值得重视。详见本章第六节。