Цель многочисленных физиологических исследований на животных и людях - ответ на вопрос: почему в прон-позиции улучшается поступление кислорода через лёгкие? Большая часть исследователей ищет ответ в изменениях механических свойств респираторной системы, взаиморасположения органов, а также в особенностях вентиляционно-перфузионных отношений. Оценка эффективности оксигенации проводится с использованием различных расчетных индексов. Одним из наиболее часто используемых показателей является отношение напряжения кислорода в артериальной крови к величине содержания кислорода во вдыхаемой смеси, выраженного в долях единицы (индекс PaO₂/FiO₂). Использование данного показателя позволяет оценить не только оксигенацию артериальной крови, но и то, какой ценой она достигнута.

Механические свойства респираторной системы
В настоящее время роль механических факторов в увеличении оксигенации при прон-позиции окончательно не установлена. Для оценки механических свойств легких используют два показателя: комплайенс (растяжимость, податливость) и резистенс (сопротивление). В широкой клинической практике, как правило, оценивают комплайенс всей респираторной системы. В то же время известно, что он складывается из податливости грудной клетки и легких, которые изменяются не всегда однонаправленно.

Под действием силы тяжести грудная клетка деформируется, и эта деформация различна в положении на спине и на животе. В прон-позиции уменьшается комплайенс грудной клетки [8]. Данный факт можно объяснить большей гибкостью вентральной части грудной клетки по отношению к дорсальной. При этом комплайенс респираторной системы в целом незначительно, но достоверно увеличивается [7, 31]. Интересно, что существует прямая корреляция между уменьшением комплайенса грудной клетки и увеличением индекса PaO₂/FiO₂[26]. Кроме того, обнаружена прямая пропорциональность между исходным комплайенсом грудной клетки и увеличением PaO₂/FiO₂ [8]. Механизм, лежащий в основе этих закономерностей, остается неустановленным.

Перфузия
При положении на спине преимущественно перфузируются дорсальные участки лёгких. Если объяснять данный физиологический факт действием силы тяжести (градиентом гравитации), то при переворачивании на живот распределение перфузии должно измениться в противоположном направлении. На этом основана одна из гипотез, объясняющих эффект прон-позиции: если в положении на спине преимущественно перфузируются дорсальные, наиболее поражённые участки лёгких, то в положении на животе происходит перераспределение кровотока в пользу менее поражённых и более способных к газообмену вентральных участков.

Рисунок 1. Компьютерная томограмма грудной клетки больного с ОРДС в конце выдоха: распределение плотностей в лёгких в положении.

Действительно, на здоровых добровольцах было показано, что при переворачивании в прон-позицию перфузионная картина изменялась и становилась более равномерной, перераспределясь по градиенту гравитации [24]. Однако не ясно, наблюдается ли такой эффект у больных с острым повреждением лёгких (ОПЛ) и ОРДС. На экспериментальной модели повреждённых лёгких (овцы с дефицитом сурфактанта) было показано, что в прон-позиции не изменялась перфузия дорсальных участков лёгких [30].

Расправление дорсальных участков лёгких и улучшение вентиляционно-перфузионных отношений

При ОПЛ и ОРДС наиболее ателектазированы дорсальные участки лёгких. При переворачивании больных на живот происходит расправление поражённых альвеол, что ведёт к улучшению газообмена и увеличению оксигенации артериальной крови. Данная теория прекрасно иллюстрируется данными компьютерной томографии [14] (рис.1) и является на данный момент наиболее принятой. Она способна объяснить многие экспериментальные факты. Показано, что в прон-позиции вначале (в среднем в течение первых четырёх часов) происходит увеличение индекса PaO₂/FiO₂, которое коррелирует с количеством расправленных альвеол [17]. Затем этот индекс начинает снижаться, однако и через 5-6 часов остаётся выше исходного уровня [1]. Эффект сохраняется некоторое время и после переворачивания больного обратно на спину. Наблюдаемые явления имеют следующее физиологическое обоснование. На альвеолы, как и на кровь, действует сила тяжести. Чем отечнее альвеолы (ОПЛ, ОРДС), тем значительнее влияние градиента гравитации, и тем больше отличается плотность нижележащих альвеол от плотности вышележащих. Большее влияние силы тяжести на нижележащие альвеолы приводит к их большей деформации, ателектазированию и выключению из процесса вентиляции. Подобное распределение плотностей альвеол напоминает губку, частично смоченную водой, поэтому получило название «губчатого легкого» (sponge lung) [10].

Очевидно, что в положении на спине больше сдавлены дорзальные альвеолы. При переворачивании больного на живот наблюдается постепенное перераспределение плотности стенок альвеол от дорсальных к вентральным частям лёгких. В какой-то момент наступает состояние, оптимальное с точки зрения соотношения вентиляции и перфузии. Данное состояние соответствует максимуму PaO₂/FiO₂. Дальнейшее снижение оксигенации происходит из-за ателектазирования уже вентральных участков. Но, поскольку вентральных альвеол меньше, чем дорсальных, PaO₂/FiO₂остаётся выше исходного уровня. Инертностью процесса объясняется сохранение повышенного индекса оксигенации после возвращения в позицию на спине. С точки зрения описанных закономерностей становится понятным и следующее наблюдение: чем треугольнее горизонтальное сечение грудной клетки, тем больше эффект от прон-позиции [15]. Очевидно, что все дело в разнице между количеством дорзальных и вентральных альвеол при различной конституции человека.

Масса сердца
Кроме перечисленных факторов, свой вклад в эффективность прон-позиции вносит масса сердца: если при положении на спине существенная часть лёгких оказывается под сердцем, то при по положении на животе сердце практически не давит на лёгкие, в результате чего улучшается их вентиляция [3].