I. 肺機能測定の内容
(i) 安静時肺機能：被験者の安静時の肺換気機能（肺活量.肺換気量.小気道機能.呼吸動態.吸気ガス分布.呼吸筋機能）及び肺換気機能（拡散機能.血流に対する換気の比率）を測定・評価すること。
(心肺運動負荷試験：被験者のエネルギー代謝.心機能.肺機能を同時に測定し.総合的に評価するもので.負荷がかかった状態で運動する。
(iii) その他：呼吸調節.気道反応性.肺血流測定など。
一般的に使用される肺機能指標
(a)肺の換気機能
肺換気とは.肺と外部環境との間で行われるガス交換のことです。
1.肺活量
肺活量とは.呼吸の度合いに応じて肺が保持できるガスの量を指します。 潮容積（TV）.代償性呼気量（ERV）.代償性吸気量（IRV）.残量（RV）.深部吸気量（IC）.機能的残量（FRC）.肺活量（VC）.全肺活量（TLC）という8要素から構成されます。
(1) 肺活量（VC）：最大吸気後に吐き出すことができる最大空気量を指す。 通常のVC%は80%以上です。 肺の拡張能力を反映する。 肺の拡張制限（例：間質性肺疾患）.胸郭拡張制限（例：側弯症）.呼吸筋疲労（例：重症COPD）.神経筋病理（例：小児脊髄炎）で減少が見られる。
(2）残気量（RV）：最大呼気後に肺に残っている空気の体積を指す。 通常のRV%は80%〜120%です。 閉塞性肺疾患（COPDなど）で増加し.拘束性肺疾患（間質性肺疾患など）で減少する。
(3) 全肺容積（TLC）：最大吸気後の肺に含まれるガスの量。 通常のTLC％は80％～120％です。 閉塞性肺疾患では増加し.拘束性肺疾患では減少する。
(4) 残留総量比（RV/TLC）：肺の総量に対する残留ガス量の比を指し.正常なRV/TLCは35％未満である。 肺気腫ではRV/TLCが増加する。
2.換気量
(1) 力肺量（FVC）.一秒量（FEV1.0）.一秒率（FEV1.0）：FVCは最大吸気と最大努力と最速呼気によって得られる呼気肺量を指す。 FEV1.0はFVCを行う際に一秒間に吐き出す空気の容量を指し.期待値に対する測定値の比率は80％以上が正常。FEV1.0のFVCに対する比は一秒率（以下「一秒率と呼ぶ」）とする。 FEV1.0%は.気道が閉塞しているかどうかの指標で.正常では70%以上.気道閉塞や肺気腫の場合は低下する。
(最大随意運動量（MVV）：単位時間あたりに.できるだけ速く.できるだけ深く呼吸を繰り返すことによって得られる換気量のことです。 正常なMVV %は80%以上である。 肺換気機能の総合指標であり.肺の拡張制限.胸郭拡張制限.呼吸筋疲労.神経筋病変.気道閉塞.肺気腫などで減少が見られる。
3.小気道機能
小気道機能の測定は.主に最大呼気流量-体積曲線で行われる。 被験者の最大呼気努力時の呼気ガス量とそれに対応する呼気流量をトレースした曲線です。 強制呼気時の呼気流量に対する胸腔内圧.肺弾性収縮圧.気道抵抗の影響を反映する。 曲線の上行枝の最大呼気流量は被験者の呼気努力に関係し.下行枝の最大呼気流量は肺胞の弾性収縮と末梢気道抵抗に依存し.努力とは無関係である。
小気道機能は.曲線の形状と肺活量レベルの異なる呼気流速によって評価されます。 正常な流量-体積曲線は.上行枝では急で直線的.下行枝では傾斜しており.最大流量は徐々に減少している。 小気道病変では.曲線の下降枝が体積軸方向に凹み.傾斜が弱くなる。 COPD患者では.slow branching → emphysema → pulmonary heart diseaseの進行により.最大呼吸流量が徐々に減少し.曲線のdescending branchの傾きが徐々に減少していく。
よく使われる指標は
V50：呼気肺体積の50％における最大呼気流量。
V75：呼気肺体積の75％における最大呼気流量。 実測値と期待値の比が80％以上で.V50とV75の低下は小気道機能の低下を示すという。
4.呼吸器系力学
呼吸力学は.呼吸時の圧力.容積.流量を測定し.呼吸過程の力学と抵抗を研究するものである。
(1) 呼吸筋機能
呼吸は.呼吸筋を動力源として行われる。 最大吸気圧（MIP）と最大呼気圧（MEP）は.呼吸筋の機能を評価するために一般的に使用されています。 健常男性のMIPの最小値は7.25kPa.MEPの最小値は9.67kPaであり.健常女性のMIPの最小値は4.84kPa.MEPの最小値は7.74kPaであった。 また.人工呼吸の離脱の重要な指標となり.MEPは咳の能力の指標となる。 MEPの低下は.COPDによく見られる呼吸筋機能の低下や呼吸筋の疲労を示すものである。
(2) 呼吸抵抗（R）
呼吸抵抗は.物性により粘性抵抗.弾性抵抗.慣性抵抗に分けられ.その和を総呼吸抵抗という。 粘性抵抗は気道と肺組織に由来し.気道抵抗が支配的である。弾性抵抗は肺組織と伸縮可能な細気管支に分布している。 慣性抵抗は主に大気道と胸郭に分布している。 呼吸抵抗は.解剖学的部位により.気道抵抗.肺抵抗.胸部抵抗に分けられる。
気道抵抗は通常.ボディトレーサー法で測定される。 正常値は 0.0196～0.196kPa/L/s です。 全呼吸抵抗とその成分は.通常.パルスオシロメトリー法で測定される。 健常者では.全呼吸インピーダンス（Zrs）と全気道抵抗（R5）の測定値と期待値の比率は120％以上.上気道抵抗（R35）の測定値と期待値の比率は130％以上である。
粘性抵抗や気道抵抗の増大は.気道閉塞や狭窄.肺気腫のすべての原因において見られる。 肺弾性抵抗の増大は.肺の拡張が制限されるすべての原因と肺気腫で見られる。 これらの抵抗のいずれかが増加すると.全呼吸抵抗が増加することになる。
(3) コンプライアンス(C)
呼吸器コンプライアンスとは.単位圧力の変化による肺容積の変化を指す。 肺コンプライアンス.胸壁コンプライアンス.トータルコンプライアンスを含む。 肺コンプライアンスは臨床的に測定されることが多く.呼吸流量と食道内圧を同時に測定し.経肺圧の単位圧力変化による肺容積の変化を指す。 気流が一時的に遮断された呼吸周期中に測定される肺のコンプライアンスは.静的肺コンプライアンスと呼ばれます。 気流が遮断されていないときに測定される肺のコンプライアンスは.動的肺コンプライアンスと呼ばれる。 正常男性では.動的肺コンプライアンスは 1.7±0.6L/kPa.静的肺コンプライアンスは 2.3±0.6L/kPa であり.正常女性では.動的肺コンプライアンスは 1.1±0.3L/kPa.静的肺コンプライアンスは 1.5±0.6 L/kPa。肺コンプライアンスは肺の弾力を反映している。 肺気腫では.静的肺コンプライアンスは増加し.動的肺コンプライアンスは減少する。 びまん性肺線維症では.動的および静的な肺のコンプライアンスが低下している。
肺換気機能
肺ガス交換とは.肺胞と肺毛細血管との間のガス交換のことである。
1.肺拡散
拡散とは.分子が濃度の高いところから低いところへ移動する傾向のことである。 肺拡散とは.肺胞の毛細血管膜を酸素と二酸化炭素が通過することをいう。
一般的に使用される評価指標は
(1) DLCO：単位時間.単位圧力差あたりに肺胞毛細血管膜を通過するCOの量。測定値と期待値の比が80％以上のものを正常とする。
(2) 拡散係数（DLCO/VA）：肺胞空気量に対する一酸化炭素の拡散の割合で.測定値と期待値の間の割合が80％以上を正常と判断する。
肺の拡散機能の正常・異常は.主に以下の要因に依存する。
(1)呼吸膜の厚さ：厚くなると拡散距離が長くなり.DLCO.DLCO/VAともに低下する。 これは間質性肺疾患においてよく見られる。
(2) 呼吸器領域：その減少により拡散面積が減少し.DLCOの減少につながるが.DLCO/VAは正常である場合もある。 肺切除後.損傷肺などでよく見られる。
(3) ヘモグロビン量：ヘモグロビンが減少すると.COやO2との結合力が低下し.DLCO.DLCO/VAともに低下する。 これは.貧血に見られる。
(4) 換気量比：換気量比のアンバランスや換気量の偏在は.肺胞膜の両側でCOまたはO2の圧力差を大きくし.DLCOおよびDLCO/VAともに低下させることがある。 これは.閉塞性肺疾患においてよく見られます。
(5) 肺毛細血管容積：肺毛細血管容積が減少すると呼吸面積が減少し.DLCO.DLCO/VAともに減少する。 肺動脈塞栓症でよく見られる。
2.換気量／血流比（V/Q）
肺換気量と肺血流量の比であり.正常値は0.8.1に近い報告もある。臨床では通常.生理的死腔と分流を測定することで間接的に換気量／血流比を評価する。
(1）生理的死腔：気道や肺胞に入ったが.肺毛細血管に触れず.ガス交換を受けられない空気の量。 前者は.気道内に留まって交換できないガス量で.通常150ml程度.気管支拡張により増加する。後者は.肺胞に入ったが局所血流が不十分で交換できないガス量で.肺動脈塞栓症などで増加する。 生理的死腔と潮容積の比（VD/VT）は.一般に生理的死腔の大きさを示すのに用いられ.正常範囲は0.25～0.35である。この比が増加するとV/Qが増加したことになる。 健常者ではVD/VTは解剖学的死腔の量を反映するが.V/Qが上昇した患者では.VD/VTの増加は肺胞死腔の量の増加を意味する。
(2）生理的シャント：静脈血が動脈化されずに直接体循環の動脈区間に入る血流のことをいう。 前者は.最小心静脈や気管支静脈などの循環血液が直接入ること.後者は.換気の悪い肺胞を通るときに静脈血が動脈化できず.動脈血と混ざって静動脈シャントが形成されることを指している。 これは一般に.シャント流量と心拍出量の比（Qs/Qt）で表される。 正常値は3.65±1.69%です。 肺無気肺.重症慢性気管支炎などではQs/Qtが増加する。Qs/Qtの増加はV/Qの減少を意味する。 健常者ではQs/Qtは解剖学的分画流の量を反映するが.V/Qが低下した肺疾患患者では.Qs/Qtの増加は肺胞分画流が増加したことを意味する。
IV.運動負荷心肺機能測定法
運動負荷時における被験者の心肺機能を測定し.総合的に評価するのが運動負荷心肺機能検査である。 呼吸ガスモニター技術.電子計算機技術.アクティブプレートや自転車技術を組み合わせて.運動中の12誘導心電図.血圧.エネルギー代謝.肺機能.心機能などをリアルタイムに測定することができます。 生理的基盤は.O2とCO2の心肺連鎖を介した細胞内ミトコンドリアでの酸化反応であり.これが運動のエネルギー源となるのである。 これらの構成要素のいずれかに異常が生じると.被験者の運動能力の低下や運動時の心肺機能の異常が生じます。 一般的に使用される評価指標は
1.エネルギー代謝パラメータ
(1) 最大酸素消費量（VO2max）：漸増運動時の最大負荷時に吸入・利用される1分間あたりの最大酸素量を指す。 身体のガス輸送系（心臓血管.肺.ヘモグロビン）と筋肉細胞の好気性代謝が正常かどうかを反映し.身体のガス輸送系に異常があればVO2maxを低下させることができます。
(2) キログラム酸素消費量（VO2/kg）：単位体重あたりの最大酸素消費量を指す。 正常値＞20ml/min/kg.＞15ml/min/kgは肺切除術が可能である。
(3) Metabolic Equivalent (MET): 仕事量の基本単位で.1METはVO2/kgで3または5ml/min/kgに相当し.正常値は7MET以上.心機能の指標としてよく使われる。
(4) 嫌気性閾値（AT）：運動中に血中乳酸濃度が急激に上昇するまでの最大酸素消費量をいう。 正常とは.最大酸素消費量の期待値の40％以上である。 嫌気性閾値に達すると.好気性代謝はもはや運動する筋肉のエネルギー要求を満たすことができなくなり.嫌気性代謝で好気性代謝のエネルギー不足を補う必要がある。
2.心機能パラメータ
(1) HRR（Heart Rate Reserve）：運動中に予想される最大心拍数と被験者の最大負荷時の最大心拍数との差。 正常な状態では.HRRは15拍/分未満です。 冠動脈疾患や肺疾患では.運動の早期終了によりHRRが増加します。 また.シックサイニング症候群の患者さんでは.HRRが増加します。
(2) 酸素脈拍（VO2/HR）：VO2とHRの比率を指す。 心臓の1回の駆出量あたりの酸素供給能力.予備機能を表し.間接的に心拍出量を反映する。 正常な測定値/期待値＞80％。 心臓病変.重症肺病変.代謝異常病変は.いずれもVO2/HRを低下させる可能性がある。
3.肺機能パラメータ
(1) 運動時換気量（VE）：運動時の1分間あたりの換気量を指す。 VEの増加は肺の代償能に依存するため.呼吸器疾患患者の運動制限の重要な指標となる。
(2) 呼吸予備能（BR）：運動時のMVVとVEの差を指す。 正常なBRは15ml/min以上であるべきで.肺疾患のある患者ではBRは減少する。
(3)呼吸数(f)：正常 最大負荷運動時50回/分以下。 拘束性肺疾患では.呼吸数〉50呼吸/分。
(4) 呼吸困難指数（DI）：運動時のVEとMVVの比.正常時50呼吸/分。
V. 気道応答性の測定
気道反応性とは.物理的.化学的.薬理学的.生物学的な様々な刺激に対する気道の収縮反応のことである。