Time-dependent effects of prone position on ventilation-perfusion matching assessed by electrical impedance tomography in patients with COVID-19 ARDS: sub-analysis of a prospective physiological study - 08/01/26

Doi : 10.1186/s13613-025-01452-0 
Yuxian Wang 1, *, Yaxiaerjiang Muhetaer 1, *, Xin Zheng 1, *, Wei Wu 1, Jiale Tao 1, Ling Zhu 1, Jieqiong Song 1 , Zhanqi Zhao 2, 3, 4, 5 , Ming Zhong 1, 6
1 Department of Critical Care Medicine, Zhongshan Hospital, Fudan University, 200032, Shanghai, China 
2 School of Biomedical Engineering, Guangzhou Medical University, Guangzhou, China 
3 Department of Critical Care Medicine, First Affiliated Hospital, Guangzhou Medical University, Guangzhou, China 
4 Department of Critical Care Medicine, Peking Union Medical College Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing, China 
5 Institute of Technical Medicine, Furtwangen University, Villingen-Schwenningen, Germany 
6 Shanghai Institute of Infectious Disease and Biosecurity, School of Public Health, Fudan University, Shanghai, China 

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Abstract

Background

Prone positioning (PP) has been shown to improve oxygenation in patients with acute respiratory distress syndrome (ARDS); with a focus on its early physiological effects. However, the time-dependent effects of PP on ventilation-perfusion (V/Q) matching have not been fully investigated. In this study we aimed to investigate the longitudinal effects of PP on regional V/Q matching and the distribution of ventilation and perfusion in patients with coronavirus disease 2019 (COVID-19)-associated ARDS.

Methods

This study analyzed patients with COVID-19 ARDS who were mechanically ventilated and underwent their first PP treatment. V/Q mismatching was assessed using electrical impedance tomography (EIT). At five intervals during the initial PP session PaO 2 /FiO 2 measurements and EIT evaluations were performed including: before the initiation of PP while in the supine position (SP), 1 h after PP (PP 1 ), 3 h after PP (PP 3 ), 16 h after PP (PP end ), and 3 h after reverting to the supine position (RE-SP 3 ).

Results

In this study eighteen COVID-19 ARDS patients were enrolled. In comparison with SP, PP led to significant improvements in oxygenation, with PaO 2 /FiO 2 consistently increasing at each PP time point and peaking at PP end . Dorsal ventilation significantly increased at PP 1 ( P  = .047), and steadily rose during PP, with a higher increase at PP end than PP 1 ( P   <  .001). Dorsal perfusion remained unchanged during the first three hours of PP; however, significantly increased by PP end . Ventilation and perfusion returned to their baseline levels at RE-SP 3 . PP increased normal V/Q (%), and decreased non-perfused (%), low V/Q (%), particularly in the dorsal lung regions, compared with SP. At RE-SP 3 , there was a marked increase in the non-ventilated (%), low V/Q (%), and non-perfused (%) compared with PP. The global inhomogeneity (GI)-V/Q ratio was noted to have decreased during PP and correlated with an increase in PaO 2 /FiO 2 .

Conclusions

In COVID-19-induced ARDS patients, prone positioning initially improves oxygenation and V/Q matching by enhancing ventilation distribution and decreasing low V/Q (%). Over time, perfusion changes further improve V/Q matching, but these benefits diminish once the patient returns to the supine position, leading to increased V/Q mismatch.

Trial registration Clinical Trials.gov, NCT04725227. Registered 25 January 2021, NCT04725227?cond=NCT04725227&rank=1

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Electrical impedance tomography, Prone positioning, Acute respiratory distress syndrome, Ventilation-perfusion matching, Mechanical ventilation, Pulmonary perfusion


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