Beyond the PaO2/FiO2 Ratio: Rethinking ARDS Severity Through the Lens of Physiology - 19/03/26

Doi : 10.1016/j.aicoj.2026.100057 
Lou’i Al-Husinat a, Raghad Khamis b, Saif Azzam c, Mohammad Trdeh b, Basil Jouryyeh b, Sarah Al Sharie d, Mudhaffer Touqan e, Ala’ Alomari f, Prashant Nasa g, h, Marcus J. Schultz i, j, k, l, Patricia RM Rocco m, , 1 , Denise Battaglini n, o, , 1
a Department of General Surgery and Anesthesia, Faculty of Medicine, Yarmouk University, Irbid, Jordan 
b Department of Internal Medicine, Ministry of Health, Amman, Jordan 
c Faculty of Medicine, Yarmouk University, Irbid, Jordan 
d Division of Allergy, Pulmonary, and Critical Care Medicine, Department of Medicine, Vanderbilt University Medical Center, Nashville, TN, United States 
e Department of Emergency, Azraq Refugee Camp Hospital, International Medical Corps, Amman 11185, Jordan 
f Department of Internal Medicine, Faculty of Medicine, Yarmouk University, Irbid, Jordan 
g Department of Critical Care Medicine and Anesthesia, New Cross Hospital, the Royal Wolverhampton NHS Trust, Wolverhampton, UK 
h Department of Intensive Care, Amsterdam University Medical Centers, Amsterdam, Netherlands 
i Mahidol-Oxford Tropical Medicine Research Unit (MORU), Mahidol University, Bangkok, Thailand 
j Nuffield Department of Medicine, University of Oxford, Oxford, UK 
k Department of Anesthesia, General Intensive Care and Pain Management, Division of Cardiothoracic and Vascular Anaesthesia & Critical Care Medicine, Medical University Wien, Vienna, Austria 
l Department of Anaesthesiology, Rescue–and Pain Medicine, Cantonal Hospital St. Gallen, HOCH Health Ostschweiz, St. Gallen, Switzerland 
m Laboratory of Pulmonary Investigation, Carlos Chagas Filho Institute of Biophysics, Federal University of Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil 
n Department of Surgical Sciences and Integrated Diagnostics (DISC), University of Genova, Italy 
o Anesthesia and Intensive Care, IRCCS Ospedale Policlinico San Martino, Genova, Italy 

Corresponding authors.

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Sous presse. Manuscrit accepté. Disponible en ligne depuis le Thursday 19 March 2026
Cet article a été publié dans un numéro de la revue, cliquez ici pour y accéder

Abstract

Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS) is a heterogeneous clinical syndrome encompassing distinct physiological and biological patterns of lung injury. Despite this heterogeneity, the ratio of arterial oxygen partial pressure to inspired oxygen fraction (PaO 2 /FiO 2 ) remains the cornerstone of ARDS definitions, severity classification, and clinical decision-making. While its simplicity has facilitated widespread use, the PaO 2 /FiO 2 ratio incompletely reflects the underlying physiological mechanisms of hypoxemia and should not be interpreted as a stand-alone marker of disease severity. The PaO 2 /FiO 2 ratio is highly sensitive to ventilator settings, particularly positive end-expiratory pressure (PEEP), exhibits nonlinear behavior at high inspired oxygen fractions, and provides only a static assessment of gas-exchange. Consequently, it fails to capture key dimensions of ARDS pathophysiology, including lung recruitability, mechanical heterogeneity, and the temporal evolution of injury and response to therapy. These limitations are increasingly relevant in contemporary intensive care, where ventilatory strategies and adjunctive therapies actively modify oxygenation independent of structural lung injury. In this narrative review, we critically re-examine the physiological assumptions underlying the PaO 2 /FiO 2 ratio and evaluate its role in current ARDS practice. We synthesize evidence supporting alternative and complementary oxygenation metrics, such as PEEP-adjusted indices, the oxygenation index, and composite measures including the ROX index (SpO 2 /FiO 2 adjusted for respiratory rate), emphasizing their physiological rationale, clinical interpretability, and practical limitations at the bedside. These metrics are discussed not as replacements, but as tools that may refine the contextual interpretation of hypoxemia. Beyond static oxygenation measures, we explore emerging paradigms that conceptualize ARDS severity as a dynamic, multidimensional construct, integrating longitudinal oxygenation trajectories with respiratory mechanics, imaging-based assessment of lung aeration, and biomarker-informed biological subphenotypes. Repositioning the PaO 2 /FiO 2 ratio within this integrated physiological and biological framework may improve patient stratification, enhance the coherence of therapeutic decision-making, in line with the translational goals of modern intensive care.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abbreviations : ABG, ARDS, ATS, COVID-19, CT, DISC, ECMO, ESICM, FiO 2 , HFNO, ICU, MORU, NHS, NIV, OI, PaCO 2 , PaO 2 , PEEP, PaO 2 /FiO 2 ratio , P/FP, PROSEVA, ROX index, SOFA, SpO 2 , stP/F, V’/Q’

Keywords : Acute Respiratory Distress Syndrome, PaO 2 /FiO 2 ratio , ROX index, Mechanical ventilation, Personalized mechanical ventilation


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