SEMINARIO ATTUALITA IN TEMA DI PNEUMOCONIOSI. Prove di funzionalità respiratoria nella diagnosi delle pneumoconiosi

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1 SEMINARIO ATTUALITA IN TEMA DI PNEUMOCONIOSI Prove di funzionalità respiratoria nella diagnosi delle pneumoconiosi M. Rossi U.O.C. Fisiopatologia e Riabilitazione Respiratoria Azienda Ospedaliera Universitaria Senese Centro Didattico San Miniato, Siena 24 Settembre 2010

2 Ruolo dei test funzionali respiratori nelle pneumoconiosi Diagnosi precoce Stabilire il tipo di alterazione funzionale respiratoria (ostruttivo, restrittivo, misto) Quantificare il danno Sorveglianza sanitaria Studi epidemiologici

3 Pneumoconiosi Modalità di risposta Semplice deposito Tipo di polvere Aspetti di nodulazione Ferro Stagno Bario Carbone

4 Pneumoconiosi Nodulare Fibrosi Silice Diffusa Asbesto Cobalto Carbone

5 Pneumoconiosi Massiva Fibrosi Silice Carbone Noduli di Caplan Carbone Silice

6 Asbestosi Nella diagnosi differenziale bisogna tener conto, vista la scarsa specificità del quadro clinico e strumentale dell asbestosi, di altre forme di interstiziopatia quali pneumoconiosi di altra natura, Fibrosi Polmonare Idiopatica, polmoniti da ipersensibilità, sarcoidosi etc. (ATS Documents. Diagnosis and Initial Management of Nonmalignant Diseases Related to Asbestosis. Am J Respir Crit Care Med, Vol 170: , 2004).

7 Asbestosi Riduzione dei volumi e capacità polmonari (es. Capacità Vitale, Volume Residuo, Capacità Polmonare Totale) ed in misura minore dei flussi espiratori forzati (es. FEV1 o VEMS) con buona conservazione del rapporto di Tiffeneau (VEMS/Capacità Vitale). Quadro restrittivo. Riduzione, spesso precoce, della Capacità di diffusione (misurata con il metodo del Monossido di Carbonio) sia sotto sforzo che a riposo. Ostruzione delle vie aeree anche in soggetti esposti non fumatori. Aumento del volume isoflusso e incremento delle resistenze ai bassi volumi polmonari Alterazione delle piccole vie aeree indotta dall asbesto (Wright JL et. Diseases of the small airways. Am Rev Respir Dis 1992; 146: , Bégin R et al. Airway function in life-time-non smoking older asbestos workers. Am J Med 1983;75: ).

8 Silicosi Non vi è un profilo fisiopatologico respiratorio tipico, associato alla silicosi Nella forma cronica i dati spirometrici (FEV1, FVC, VC,MMF, IT) possono essere ridotti con prevalenza di pattern ostruttivo I volumi polmonari (TLC, VC) possono essere ridotti ma non la Capacità Funzionale Residua (FRC) ed il Volume Residuo (RV) La riduzione della Capacità di Diffusione (DLCO) può essere ridotta nella malattia avanzata

9 Spirometro di Hutchinson, 1846

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11 Spirometria - Curva flusso-volume

12 Criteri di accettabilità per FVC sec. ATS Curva continua (senza artefatti, come la tosse, nel primo secondo) Buona partenza del test Volume estrapolato < 5% di FVC o 150 ml Tempo di picco di flusso ( rise time ) < 120 msec. FEV1 può essere sovrastimato o sottostimato con sforzo submassimale Buona fine del test Raggiunge il plateau in 1 secondo nonostante continui lo sforzo Durata minima 6 sec. Durata ideale 10 sec. Durata superiore a 15 sec. non aggiunge ulteriori informazioni Am J Respir Crit Care Med 1995; 152:

13 Estrapolazione retrograda

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15 Correlazione tra struttura e funzione Polmone normale

16 BRONCHITE CRONICA

17 ASMA BRONCHIALE

18 Definizione di ostruzione bronchiale L ostruzione bronchiale è definita in base al rapporto volume espiratorio massimo nel primo secondo/capacità vitale lenta (VEMS/VC o FEV1/VC). Secondo le linee guida della European Respiratory Society esiste ostruzione bronchiale e, quindi compromissione della funzione respiratoria, quando detto rapporto è < 88% pred. negli uomini e < 89% pred. nelle donne

19 Le sindromi ostruttive in un diagramma non proporzionale di Venn

20 Risposta ai broncodilatatori: criteri di reversibilità ATS e ERS considerano significativa la risposta ai broncodilatatori un incremento di FEV1 o FVC > 12% e 200 ml rispetto al valore basale dopo inalazione di beta2- agonista short-acting (salbutamolo). Un incremento del 12% senza incremento di 200 ml, in pazienti con FEV1 o FVC basali molto bassi, è considerato noise (rumore).

21 Risposta ai broncodilatatori: criteri di reversibilità Per quanto riguarda i flussi ai bassi volumi polmonari (FEF25%, FEF75%, FEF25-75%) è considerato significativo un incremento 35% se normalizzati per lo stesso volume (es. FEF25-75% isovolume)

22 BPCO (L.G. Regione Toscana) Anche la definizione data nell ambito delle linee guida GOLD per la limitazione cronica del flusso aereo espiratorio si basa sull uso di FEV 1, ma suggerisce il calcolo del rapporto FEV 1 /FVC, dove FVC rappresenta la capacità vitale forzata, utilizzando, per valutare la presenza di limitazione del flusso aereo espiratorio, un valore limite fisso di tale rapporto, cioè, FEV 1 /FVC <70% (GOLD).

23 BPCO (L.G. Regione Toscana) Usando la definizione dell ERS, la prevalenza della limitazione del flusso aereo espiratoria in una popolazione generale ammonta a circa il 12% in soggetti >45 anni, mentre aumenta a circa il 29% adottando il criterio della GOLD. Questa percentuale, che appare manifestamente eccessiva, è, d altra parte, attesa se si considera che nella popolazione generale la media del rapporto FEV 1 /FVC è molto vicina (72 ± 8% per gli uomini e 74 ± 6% per le donne) al valore limite inferiore di normalità fissata dalla GOLD al 70%.

24 Criteri generali per l interpretazione dei tests di funzionalità respiratoria Sono interpretabili? Osservare i grafici ed i dati numerici di ciascun test Verificare la qualità dell esecuzione di ciascun test I risultati sono normali? Selezione dei valori di predizione e verifica dei limiti inferiore e superiore di normalità Quale è il pattern ed il grado di anormalità? Ostruttivo e restrittivo, di grado lieve, moderato e grave Salzman SH, ACCP Pulmonary Board Revew 2003

25 Volumi e capacità polmonari

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27 Volumi e Capacità Polmonari Volumi: RV, ERV, Vt, IRV (non possono essere suddivisi in subcomponenti più piccoli) Capacità (somma di volumi): FRC = RV + ERV, IC = Vt + IRV, VC = ERV + IC, TLC = RV + ERV + Vt + IRV Oppure FRC + IC

28 Criteri generali per l interpretazione dei tests di funzionalità respiratoria Una fonte di confusione è che non tutti i volumi sono misurati direttamente, cosicchè errori nella misura possono ripercuotersi nel calcolo degli altri volumi o capacità FRC è misurata direttamente e rappresenta il volume di rilasciamento o di riposo come risultato dell equilibrio tra le forze elastiche verso l interno (polmoni) e verso l esterno (gabbia toracica) ed i muscoli inspiratori e d espiratori in stato di riposo IC ed ERV sono misurate separatamente con le manovre di Capacità Vitale Lenta (SVC)

29 Criteri generali per l interpretazione dei tests di funzionalità respiratoria La combinazione dei dati ottenuti da due misure differenti è usata per ottenere altri volumi e capacità: RV = FRC ERV, TLC = FRC + IC oppure RV + VC RV e TLC non sono misurate direttamente e la loro accuratezza dipende dall accuratezza delle misure dei volumi e capacità da cui sono ottenuti

30 Tecnica pletismografica La tecnica pletismografica (TP) è considerata il gold standard per la misura della FRC Dati recenti indicano che, in presenza di ostruzione grave, la misura della FRC può essere sovrastimata (Coates AL et al. ERS/ATS Workshop Series: measurements of lung volumes by plethismography. ERJ 1997; 10: ) La TP si basa sul concetto che, a vie aeree occluse, non c è flusso tra due punti e la pressione deve avere lo stesso valore tra questi due punti

31 Pletismografo corporeo (legge di Boyle)

32 Tecnica di diluizione dell Elio in circuito chiuso per la determinazione della FRC

33 Tecnica di diluizione di gas inerti (Elio) Sottostima i volumi polmonari assoluti nei pazienti con ostruzione al flusso per la presenza di alcune aree poco ventilate Più grave è l ostruzione maggiore è la sottostima L elio non è in grado di valutare zone non ventilate (bolle enfisematose)

34 Applicazioni cliniche Mentre i volumi polmonari statici, insieme ad altri parametri funzionali respiratori, sono incapaci di fare una diagnosi etiologica o anatomica, sono tuttavia utili nel definire l assenza o la presenza di un alterazione fisiologica. La conoscenza dei volumi polmonari è anche utile nell interpretare altri test funzionali respiratori che misurano le proprietà elastiche del polmone. La misura dell elasticità del polmone e della gabbia toracica e della resistenza al flusso nelle vie aeree deve essere riferita al volume a cui questi parametri sono misurati.

35 Applicazioni cliniche In generale riduzione di TLC, VC, FRC e VR sono indicative di restrizione e questo può essere dovuto a: Riduzione della compliance dovuta a fibrosi polmonare, congestione polmonare da insufficienza cardiaca, malattie interstiziali diffuse infiammatorie o neoplastiche Riduzione della compliance e dimensioni della gabbia toracica dovute a cifoscoliosi, toracoplastica, obesità, paralisi del diaframma Riduzione del volume polmonare dovuto ad interventi di resezione polmonare (lobectomia, pneumectomia) o versamento pleurico

36 Applicazioni cliniche Riduzione di TLC e VC può verificarsi per una limitazione della IC come nel dolore toracico (pleurite) o nella debolezza dei muscoli respiratori o nella paralisi neuromuscolare. ERV può essere compromesso in caso di sopraelevazione del diaframma come nell obesità, gravidanza o ascite massiva.

37 Applicazioni cliniche Un alterazione di tipo ostruttivo è caratterizzata da aumento di FRC, RV e TLC dovuta a: Aumento della resistenza al flusso come nell asma o bronchite cronica Aumento della compliance con perdita di ritorno elastico come nell enfisema polmonare Una riduzione di VC insieme ad un elevata TLC e FRC è compatibile con alterazione di tipo ostruttivo Un aumento dei volumi polmonari e sue suddivisioni è stato osservato nell acromegalia con anomala crescita polmonare

38 Ayers LN et al. A guide to Interpretation o Pulmonary Function Tests, 1978

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41 Quanjer PhH et al. Lung volumes and ventilatory flows. Report Working Party Standardisation of Lung Function Tests, ECSC and ERS. ERJ 1993; 6 (suppl. 16): 5-40

42 Raccomandazioni per la scelta dei valori di riferimento Scelta appropriata dei valori pubblicati a. Le caratteristiche della popolazione di riferimento rappresentano una popolazione sana e sono simili a quelle della popolazione in studio rispetto all età, il sesso, il peso, l altezza, l etnia, e, se possibile, alle condizioni socioeconomiche, lo stato nutrizionale e l ambiente (altitudine, inquinamento, etc.) b. Apparecchiature, tecniche, condizioni sperimentali, approccio analitico simili c. Modelli statistici validati e biologicamente corretti per il calcolo delle equazioni di predizione d. Misure eseguite su un campione rappresentativo di soggetti sani in un range appropriato di età e confrontate con quelle ottenute da valori di riferimento selezionati.

43 Raccomandazioni per la scelta dei valori di riferimento Valori di riferimento propri a. Le misure per i valori di riferimento sono eseguite nello stesso modo della routine giornaliera in modo che le fonti di errore siano gli stessi. b. Controlli periodici per accertare che la qualità delle misure siano le stesse c. Aderenza alle raccomandazioni per la selezione della popolazione di riferimento Stocks J, Quanjer PhH, Reference values for RV, FRC, and TLC ERJ, 1995, 8,

44 Raccomandazioni per la scelta dei valori di riferimento Combinazione dei dati provenienti da vari laboratori a. Stesse caratteristiche della popolazione di riferimento b. Apparecchiature e procedure simili c. Riproducibilità e criteri di accettabilità d. Stessi modelli statistici Quanjer PhH (ed). Standardized lung function testing. Report Working Party Standardization of Lung Function Tests. Bull Eur Physiopathol Respir 1983; 19 (Suppl. 5): 1-95

45 Espressione dei risultati Negli adulti è preferibile esprimere i volumi polmonari non come percentuale fissa del predetto ma rispetto ai residui standardizzati o percentili L abitudine di esprimere i valori misurati come percentuale del predetto non è valida perché le variazioni intorno al valore predetto è costante e non rispetta l altezza e l età del soggetto.

46 Espressione dei risultati Qualsiasi punto di cut-off scelto per delineare normale o patologico è necessariamente arbitrario. Si assume che la dispersione è distribuita normalmente quando il 5 e il 95 percentile (90% CI) sono ottenuti calcolando il valore predetto 1.64 RSD (Residual Standard Deviation). Analogamente il 2.5 e il 97.5 percentile (95% CI) sono ottenuti calcolando il valore predetto 1.96 RSD Un altro modo di esprimere i risultati è quello di calcolare i residui standardizzati (RSS): (osservato predetto)/ RSD RSS esprimono quanto il valore osservato si allontana dal valore predetto.

47 Confronto tra teorici CECA 71 e CECA 93 (esempio) % pred VC RV TLC IM

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49 Disegno dello studio Determinare l accuratezza con cui la spirometria può diagnosticare la presenza di alterazione restrittiva 1831 pazienti consecutivi, adulti di entrambi i sessi, analizzati in un periodo di due anni Spirometria e volumi polmonari statici La probabilità di alterazione restrittiva (riduzione di TLC al di sotto del limite inferiore del 95% dell intervallo di confidenza) è stata determinata per ogni alterazione dei dati spirometrici (4 categorie: normali, ostruttivi, ostruttivi con FVC ridotta, restrittivi)

50 Risultati dello studio o 225 pazienti di 1831 (12.3%) avevano alterazione restrittva Il valore predittivo positivo della spirometria nel predire restrizione è risultato basso: di 470 pazienti con FVC ridotta, la diagnosi di restrizione è stata confermata solo nel 41% (riduzione di TLC) Nel caso di pattern restrittivo ( FVC e FEV1/FVC) il valore predittivo positivo è risultato pari al 53% Il valore predittivo negativo ( VC normale) è risultato molto basso: 2.4%

51 Conclusioni dello studio La spirometria è molto utile nell escludere alterazioni restrittive Quando la VC è normale la probabilità di alterazione restrittiva è bassa (< 3%) La spirometria non è in grado da sola di predire restrizione; solo nel 60% dei pazienti con pattern spirometrico restrittivo la diagnosi è stata confermata dalla misura del volumi polmonari La misura dei volumi polmonari è indispensabile per la diagnosi di restrizione

52 Prove di funzionalità polmonare: interpretazione clinica

53 Rappresentazione della curva F-V rispetto ai volumi polmonari assoluti (s. ostruttiva)

54 Rappresentazione della curva F-V rispetto ai volumi polmonari assoluti (s. restrittiva)

55 Prove di funzionalità polmonare: interpretazione clinica Quando la VC è inferiore al range dei valori di normalità, la misura dei volumi polmonari assoluti (possibilmente con il metodo pletismografico) serve per confermarne le cause. Nel caso di restrizione polmonare la VC è ridotta perché è ridotta la Capacità Polmonare Totale (TLC), mentre nel caso dell ostruzione delle vie aeree la VC è ridotta perché è aumentato il Volume Residuo (RV) (V. Brusasco, R. Pellegrino, 2004)

56 Concetti chiave 1 La misura dei volumi polmonari è indispensabile per la caratterizzazione del tipo di alterazione funzionale (ostruzione, restrizione) Riportare sempre la fonte dei predetti E raccomandato rappresentare i volumi polmonari assoluti nell asse dei volumi, insieme alla curva flusso-volume E raccomandato esprimere i valori osservati non come percentuale del predetto ma in rapporto ai percentili: predetto 1.64 RSD (5-95 percentile) oppure predetto 1.96 RSD ( percentile)

57 Concetti chiave 2 Nella refertazione è utile descrivere separatamente la spirometria (es. spirometria indicativa di ostruzione o restrizione), i volumi polmonari statici, la loro distribuzione ed i loro rapporti (RV/TLC%, FRC/TLC%) Riportare il metodo di misura dei volumi polmonari (He-wash-in, N2-wash-out, metodo pletismografico) Valutare la variazione dei volumi dopo broncodilatatore (es. IC, VR, FRC, TLC) Esprimere un giudizio complessivo sulla collaborazione del paziente

58 Concetti chiave 3 Riportare i parametri ambientali (temperatura, PB, umidità, orario) Riportare, se possibile, le condizioni del paziente (temperatura corporea se 37, assunzione di farmaci, etc.) Non limitare la refertazione a deficit ostruttivo, restrittivo, misto Conclusioni diagnostiche più dettagliate possible (es. La spirometria è indicativa di.., La misura dei volumi polmonari mostra aumento di RV, FRC, TLC. La somministrazione di broncodilatatore induce miglioramento significativo di FEV1, VC, FVC, VR, FRC, TLC, IC )

59 Resistenze delle vie aeree (Raw) Lung Function Tests, JMB Hughes, N.B. Pride, 2001

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61 Resistenze delle vie aeree (Raw) Metodo pletismografico Pbox/ F * Palv/ Pbox = Palv/ F = Raw Applicazioni cliniche: Raw, Gaw, Sgaw Non sono disponibili equazioni di regressione accettabili per i valori teorici. Il range di normalità per le Raw è cmh2o/l/sec (per le SGaw L/sec/cmH2O) Sraw = Raw/FRC (valore teorico 4.2/FRC sec. Briscoe et al. J Clin Invest 37: , 1958)

62 Resistenze delle vie aeree (Raw) Raw sono utili nella diagnosi di malattie ostruttive polmonari e nella valutazione della reversibilità Controversie sul diverso contributo delle vie aeree centrali e periferiche all espressione delle resistenze totali Raw sono elevate durante le riacutizzazioni dell asma e si riducono durante il trattamento parallelamente al miglioramento dei sintomi Le vie aeree periferiche sono in serie con quelle centrali e in caso di ostruzione esiste un punto in cui Raw aumentano significativamente come nella bronchite cronica (Wanner A. Interpretation of pulmonary function tests, in Sackner MA (Ed.) Diagnostic in Pulmonary Disease, New York, Marcel Dekker, 1980)

63 Resistenze delle vie aeree (Raw) Raw e SGaw sono frequentemente usate nei test di provocazione bronchiale. Convenzionalmente la dose dell agente provocativo a cui si ha diminuizione del 35% delle SGaw (PD35-SGaw) è usata per distinguere i responders dai non responderes. Raw e SGaw sono entrambi usati come indici di risposta ai broncodilatatori, tuttavia non è ancora standardizzato il livello di variazione significativa. Alcuni autori hanno trovato ampie variazioni nella valutazione della risposta ai broncodilatatori (incremento delle SGaw di %) anche nei soggetti normali (Watanabe S. et al. Airway responsiveness to a broncodilator aereosol. I. Normal subjects. ARRD 109: , 1974)

64 LA DIFFUSIONE La diffusione di un gas può essere definita come il movimento statistico di molecole da una zona in cui tale gas esercita una pressione parziale maggiore ad una zona in cui esso esercita una pressione minore

65 LA DIFFUSIONE ALVEOLO CAPILLARE Uno dei tre aspetti della fase alveolo capillare della respirazione in cui tutti i gas attraversano la barriera alveolo-capillare per un semplice processo di diffusione passiva

66 LEGGE DI DIFFUSIONE ATTRAVERSO I TESSUTI Principio di Fick Dove: A Vgas = T x D x (P1-P2) Vgas = velocità di diffusione di un gas A = area della membrana ( m 2 ) D = costante di diffusione (legata alla solubilità ed al peso molecolare MW -2 propri di ogni gas) (P1-P2) = differenza di pressione parziale T = spessore della membrana (± 0.3 micron)

67 Capacita di diffusione Da: J.B. West Respiratory Physiology 1976

68 PERCHE SI USA IL MONOSSIDO DI CARBONIO PER MISURARE LA DIFFUSIONE? A tutt oggi non si dispone di alcun metodo che permetta di misurare rigorosamente solo il fenomeno di diffusione. Infatti il polmone è cosi complesso che una misura dell area e dello spessore della membrana alveolo-capillare in vivo è impossibile. Si ricorre pertanto alla determinazione della capacità di diffusione (DL) o transfer factor (fattore di trasferimento) che viene influenzata dalla combinazione di vari parametri, quali la superficie e lo spessore della membrana alveolo-capillare e che in pratica combina i fattori A, T e D dell equazione di Fick.

69 METODI DI MISURA DELLA D LCO Esistono metodi diversi per calcolare la D LCO, ma tutti utilizzano la formula di Fick. I test maggiormente usati ed anche meglio standardizzati sono il test del respiro singolo e quello dello steady state secondo Filey

70 METODO DEL RESPIRO SINGOLO: DLCOSB

71 CRITERI DI ACCETTABILITA DI UN TEST D LCO Spirometro tarato per volume, assenza di perdite, acceso da almeno30 minuti. Volume inspirato superiore al 90% della capacita vitale lenta effettuata in meno di 4 secondi. Inspirazione a partenza dal volume residuo. Evitare perdite dal boccaglio Apnea stabile per almeno10 secondi. Volume di scarto di 750 ml se la VC è > di 2 L; 500 ml se inferiore. Espirazione in meno di 4 secondi con corretto lavaggio dello spazio morto e corretto campionamento del gas alveolare. Rispettare un intervallo di almeno 4 minuti tra un test e l altro per permettere la eliminazione del CO inalato nel test precedente, attraverso la respirazione.

72 CRITERI DI RIPRODUCIBILITA DI UN TEST D LCO Si devono eseguire almeno due test morfologicamente ben eseguiti; la variazione accettata tra le prove di D LCO è il 10% o 3 ml CO rispetto al valore medio di almeno due test accettabili. Per la valutazione deve essere usato il valore medio dei due test con valore più alto. Il dato di D LCO SB misurato viene confrontato con i valori teorici di riferimento del proprio laboratorio per stabilirne la normalità.

73 UNITA DI MISURA PER LA D LCO Normalmente la D LCO è riportata in ml CO/min/mmHg (STPD) che sono i millilitri (o centimetri cubici) di CO al minuto per millimetro di mercurio (Hg) a 0 C, a 760 mmhg (cioè al livello del mare), in condizioni di assenza di umidità (cioè in condizioni standard). Si può utilizzare, al posto delle condizioni STPD (standard), BTPS cioè (Body Temperature Pressure Saturation), cioè a 37 C, 760 mmhg, umidità a 37 C cioè 47 mmhg. Utilizzando il sistema internazionale (SI) sarà mmol CO.min -1.kPa -1 (STPD). La D LCO in unità convenzionali è pari a 2,986 quella misurata in SI.

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75 Fattori che influenzano la misura della DLCO Concentrazione di Hb DLCOcorr = DLCO oss (10.2+[Hb])/1.7x[Hb] Concentrazione alveolare di O2 (PAO2) Volume polmonare (DLCO/VA) Gittata cardiaca CO back pressure Fumo abituale

76 VARIAZIONE DELLA DLCO AL MODIFICARSI DEL CONTENUTO DI EMOGLOBINA NEL SANGUE Hb DLCO 1.0 gr/dl 7%

77 Importanza clinica della misura della DLCO Test chiave nella valutazione della funzione respiratoria Finestra sulla microcircolazione polmonare Nelle sindromi ostruttive bronchiali è in grado di distinguere l asma dalla BPCO e dalle bronchiectasie Nelle sindromi restrittive è conservata in quelle da causa extrapolmonari mentre è ridotta in quelle di origine parenchimale o vascolare

78 Conclusioni I test di funzionalità respiratoria: 1. hanno scarsa specificità nelle pneumoconiosi 2. hanno un alta sensibilità nell evidenziare il danno respiratorio 3. sono utili negli studi epidemiologici e nel follow-up 4. devono essere eseguite in maniera accurata e riproducibile

79 GRAZIE!

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