Index de Horowitz (rapport PaO2/FiO2)

Contexte clinique

L'index de Horowitz, aussi appelé rapport PaO₂/FiO₂, est la mesure la plus répandue pour quantifier l'hypoxémie chez les patients ventilés. Son poids clinique ne tient pas à sa valeur d'instrument prédictif en soi, mais à ce qu'il constitue l'ossature de la définition de Berlin du SDRA, où il détermine à lui seul la classification de gravité et donc les conséquences thérapeutiques à en tirer [2]. Sans marqueur d'oxygénation standardisé, la réanimation n'aurait pas de langage commun pour comparer les patients entre services, études et pays, raison principale de l'intégration du rapport à la définition du SDRA dès 1994 et de son maintien dans la révision de Berlin en 2012 [2].

Calcul de l'index de Horowitz

$$\text{rapport P/F} = \frac{\text{PaO}_2 \text{ (mmHg)}}{\text{FiO}_2 \text{ (en fraction)}}$$

La PaO₂ est la pression artérielle en oxygène mesurée en mmHg sur une gazométrie artérielle. La FiO₂ est la fraction inspirée d'oxygène exprimée en fraction (0,21 pour l'air ambiant, jusqu'à 1,0 pour l'oxygène pur). Le rapport n'a pas d'unité propre et s'exprime en mmHg, la FiO₂ étant sans dimension.

L'index de Horowitz a été introduit en 1974 par Horovitz, Carrico et Shires comme mesure simple de la capacité d'oxygénation dans le traumatisme et le choc, avec l'avantage de normaliser la PaO₂ par la concentration d'oxygène réellement administrée [1]. Il ne s'est toutefois imposé qu'après son intégration à la définition du SDRA de la conférence de consensus américano-européenne en 1994, puis à la définition de Berlin en 2012 [2].

La définition de Berlin a été élaborée par un panel d'experts sous l'égide de la Société européenne de réanimation, avec le soutien de l'American Thoracic Society et de la Society of Critical Care Medicine. L'évaluation empirique portait sur une méta-analyse sur données individuelles de 4 188 patients atteints de SDRA issus de quatre études multicentriques, ainsi que sur 269 patients de trois études monocentriques disposant de données physiologiques [2]. Trois degrés de gravité mutuellement exclusifs ont été définis, tous exigeant une PEP ou une CPAP ≥ 5 cmH₂O :

Interprétation en pratique

L'index de Horowitz s'interprète toujours à la lumière des réglages ventilatoires en cours, en particulier de la PEP. Un rapport P/F de 150 sous PEP 5 cmH₂O ne traduit pas la même atteinte pulmonaire qu'un rapport de 150 sous PEP 15 cmH₂O : le second patient a davantage de parenchyme recrutable mais bénéficie d'une PEP plus élevée, le premier a une moindre recrutabilité mais moins de soutien. Le rapport à lui seul ne permet pas de les distinguer.

La classification de gravité se traduit en mesures cliniques selon les recommandations en vigueur :

• SDRA léger (200–300) : une ventilation non invasive précoce ou une oxygénothérapie nasale à haut débit peuvent être envisagées. Stratégie de PEP standard selon un protocole de PEP basse. Le pronostic est relativement bon, mais la surveillance se justifie car une partie des patients s'aggrave.
• SDRA modéré (100–200) : ventilation invasive avec stratégie de protection pulmonaire (volume courant de 6 mL/kg de poids prédit) et PEP individualisée selon la table PEP/FiO₂. Le décubitus ventral est envisagé en l'absence d'amélioration.
• SDRA sévère (< 100) : le décubitus ventral est recommandé de façon systématique. Une évaluation en vue d'une assistance extracorporelle (ECMO) doit être faite en cas d'hypoxémie réfractaire, en particulier si la gravité persiste malgré une optimisation adéquate de la PEP [2,4].

Validation et performance

La capacité de discrimination de la définition de Berlin pour la mortalité était modérée dans la cohorte de dérivation, avec une AUC de 0,577 (IC 95 % 0,561–0,593), significativement meilleure que celle de la définition AECC qui l'a précédée (AUC 0,536), mais loin d'un prédicteur puissant [2].

Dans une validation externe fondée sur 3 442 patients de sept études du ARDS Network, l'AUC du rapport P/F pour la mortalité hospitalière était de 0,659 (IC 95 % 0,637–0,681) pour une PEP > 5 cmH₂O [3]. Lorsque la PEP était intégrée au rapport (rapport P/FP, soit PaO₂ × 10 / [FiO₂ × PEP]), l'AUC montait à 0,710 (IC 95 % 0,691–0,730), et pour une PEP ≥ 18 cmH₂O l'écart était encore plus marqué : 0,963 contre 0,828 pour le rapport P/F [3]. Cela souligne que la valeur prédictive du rapport P/F dépend fortement de la PEP appliquée au moment de la mesure.

Dans une cohorte prospective de 100 patients consécutifs atteints de SDRA, l'AUC moyenne de la définition de Berlin pour la mortalité à 28 jours sur quatre jours était de 0,604 dans le sous-groupe exploré par thermodilution transpulmonaire, et plus basse dans le groupe entier [4]. Au premier jour après l'intubation, l'AUC était de 0,697 dans ce sous-groupe, puis diminuait. L'index d'oxygénation (OI = pression moyenne des voies aériennes × FiO₂ / PaO₂) surpassait de façon constante les scores fondés sur le rapport P/F (AUC 0,689 au jour 1, moyenne sur quatre jours 0,625) [4].

La définition globale publiée en 2024 s'appuie sur celle de Berlin et conserve les seuils P/F inchangés, mais autorise aussi le rapport SpO₂/FiO₂ comme alternative lorsque la SpO₂ est ≤ 97 %, en particulier dans les environnements à ressources limitées [5]. Elle admet en outre l'oxygénothérapie nasale à haut débit ≥ 30 L/min et l'échographie comme modalité d'imagerie, ce qui en élargit l'applicabilité sans modifier le rôle du rapport P/F sous ventilation invasive.

Limites

Le rapport P/F a plusieurs faiblesses bien connues que le clinicien doit garder à l'esprit :

Dépendance à la FiO₂. Le rapport diminue lorsque la FiO₂ augmente, même à PaO₂ inchangée, la relation entre PaO₂ et FiO₂ n'étant pas linéaire, en particulier aux FiO₂ élevées. Un patient sous FiO₂ 1,0 a un rapport plus bas que le même patient sous FiO₂ 0,5, toutes choses égales par ailleurs. Le rapport n'est donc pas une mesure pure de l'atteinte pulmonaire mais aussi une fonction du réglage d'oxygène choisi.

Dépendance à la PEP. Deux patients au même rapport P/F mais sous PEP différentes n'ont pas nécessairement une atteinte pulmonaire de même gravité. Une PEP plus élevée peut recruter des alvéoles collabées et augmenter la PaO₂, si bien que le rapport sous-estime la gravité [3]. Palanidurai et al. ont montré que 54 % des patients étaient reclassés lorsque la PEP était intégrée au rapport, dont 12,5 % des patients en SDRA modéré déplacés vers le SDRA sévère et 15 % de SDRA légers vers le modéré [3].

Valeur prédictive limitée. Avec une AUC d'environ 0,58 à 0,66 dans les cohortes externes, le rapport P/F est à lui seul un faible prédicteur de mortalité [2,3,4]. Il ne doit pas servir seul à l'appréciation pronostique mais être associé à d'autres variables comme la PEP, la compliance respiratoire et la défaillance d'organe.

Nécessité d'une gazométrie artérielle. Le rapport exige une gazométrie artérielle, geste invasif qui peut être indisponible dans les environnements à ressources limitées. La définition globale de 2024 autorise donc le rapport SpO₂/FiO₂ comme substitut lorsque la SpO₂ est ≤ 97 %, avec toutefois des réserves quant à la fiabilité chez les personnes à peau foncée et en cas de choc circulatoire [5].

Ne vaut pas pour une oxygénation non invasive sans PEP/CPAP ≥ 5. La définition de Berlin exige une PEP ou une CPAP ≥ 5 cmH₂O pour que le rapport classe un SDRA. Le patient sous oxygénothérapie nasale à haut débit peut désormais être inclus selon la définition globale, mais le rapport P/F n'y est alors pas mesuré de la même façon et les seuils y sont validés différemment [5].

Sources

1. Horovitz JH, Carrico CJ, Shires GT. Arch Surg 1974;108(3):349–55. PMID: 4813081
2. ARDS Definition Task Force ; Ranieri VM, Rubenfeld GD, Thompson BT et al. Acute respiratory distress syndrome: the Berlin Definition. JAMA 2012;307(23):2526–33. PMID: 22797452
3. Palanidurai S, Phua J, Chan YH et al. P/FP ratio: incorporation of PEEP into the PaO₂/FiO₂ ratio for prognostication and classification of acute respiratory distress syndrome. Ann Intensive Care 2021;11(1):90. PMID: 34370116
4. Huber W, Findeisen M, Lahmer T et al. Prediction of outcome in patients with ARDS: A prospective cohort study comparing ARDS-definitions and other ARDS-associated parameters, ratios and scores at intubation and over time. PLoS One 2020;15(5):e0232720. PMID: 32374755
5. Matthay MA, Arabi Y, Arroliga AC et al. A New Global Definition of Acute Respiratory Distress Syndrome. Am J Respir Crit Care Med 2024;209(1):37–47. PMID: 37487152