Un concentratore di ossigeno è un dispositivo che concentra l'ossigeno proveniente da una determinata fonte (tipicamente l'aria ambiente) fornendo una miscela di gas arricchita di ossigeno. Generalmente un concentratore di ossigeno fa ricorso alla tecnologia nota come "adsorbimento dell'oscillazione di pressione", un processo fisico per la separazione di miscele di gas mediante adsorbimento sotto pressione. Il loro funzionamento di basa sul principio del rapido adsorbimento dell'oscillazione di pressione (PSA) atmosferica dell'azoto su un setaccio molecolare di zeolite. L'azoto viene successivamente rimosso. Al termine di questo processo rimane quindi l'ossigeno ad elevata concentrazione, come gas principale residuo.
La tecnologia PSA è una tecnica affidabile, veloce, conveniente ed economica per la generazione di ossigeno in piccola o media quantità, mentre la separazione criogenica si presta maggiormente alla produzione di volumi più elevati. La zeolite porosa, ad elevate pressioni, adsorbe grandi quantità di azoto, a causa della sua grande superficie di contatto. Un concentratore di ossigeno è semplicemente costituito da un compressore d'aria, due cilindri pieni di pellet di zeolite, un serbatoio di equalizzazione della pressione e alcune valvole e tubi.
Nella prima metà del ciclo un primo cilindro riceve aria dal compressore, per un tempo di circa 3 secondi. Durante questo tempo la pressione nel primo cilindro aumenta dai livelli di quella atmosferica fino ad una pressione pari a circa due volte la normale pressione atmosferica (in genere 20 psi/138 kPa, ovvero 2,36 pressione atmosferica assoluta) e la zeolite si satura con l'azoto. Una volta che nel primo cilindro, al termine della prima metà del ciclo, si è raggiunta una concentrazione prossima a quella dell'ossigeno puro (rimangono non setacciate dalla zeolite piccole quantità di argon, CO2, vapore acqueo, radon e altri componenti atmosferici minori), si apre una valvola e il gas arricchito di ossigeno fluisce al serbatoio di equalizzazione di pressione, che è collega al tubo di ossigeno per il paziente. Al termine della prima metà del ciclo, si verifica un altro cambiamento di posizione della valvola, in modo che l'aria dal compressore è diretta verso il secondo cilindro. Nel momento in cui l'ossigeno arricchito si muove diretto al serbatoio, la pressione nella primo cilindro scende, la qual cosa permette all'azoto di essere deadsorbito e di tornare a diluirsi nel gas. Durante la seconda metà del ciclo si verifica un'altra variazione di posizione della valvola che permette al gas presente nel primo cilindro di sfiatare nell'aria ambiente. Nel contempo la concentrazione di ossigeno nel serbatoio di pressione di equalizzazione viene mantenuta e non discende al di sotto del 90% circa.
Le vecchie unità di concentratori si caratterizzavano per un ciclo di un periodo pari a circa 20 secondi, e erano in grado di erogare fino a 5 litri al minuto di una miscela contenente ossigeno in percentuale superiore al 90%. I generatori di ossigeno tramite sistema PSA rappresentano una fonte di ossigeno economicamente conveniente. Sono più sicuri, meno costosi, e tendenzialmente più convenienti rispetto ai serbatoi di ossigeno criogenico od alle classiche bombole di ossigeno liquido. I concentratori più recenti sono dispositivi tecnicamente realizzati per erogare aria arricchita di ossigeno fino al 90-95%, con variazioni non superiori a ±3% a seconda dell'entità del flusso. Per motivi di sicurezza questi dispositivi sono dotati di un sistema di allarme che si attiva allorché, per qualsiasi motivo, l’erogazione di aria arricchita di ossigeno scende ad una concentrazione inferiore all’82%.
Sempre per questioni di sicurezza il paziente che utilizza il dispositivo al proprio domicilio, al di fuori di ogni controllo sanitario, viene istruito a ricorrere ad una bombola di ossigeno gassoso in caso di emergenza e a richiedere aiuto qualificato per il controllo e la manutenzione del concentratore. Il peso e le dimensioni di questi dispositivi sono piuttosto contenuti: le unità attualmente in commercio difficilmente oltrepassano i 3 Kg. Queste caratteristiche rappresentano un reale limite al raggiungimento di flussi di lavoro e di concentrazioni particolarmente elevati. Tuttavia, anche in presenza di queste limitazioni, queste unità assicurano ottime prestazioni per un’ampia gamma di esigenze.
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Come già sopra accennato la terapia con ossigeno da erogatore deve essere considerata un trattamento con aria arricchita in ossigeno. In altre parole la percentuale di ossigeno si discosta da quella ottenibile con ossigeno liquido (concentrazione di O2 non inferiore al 99,5%) e generalmente, con alcune variazioni da costruttore a costruttore, raggiunge il 90-95% e comunque non scende mai al disotto dell'82%. Al di là delle piccole variazioni da modello a modello, si deve ricordare che la concentrazione dell'ossigeno fornito da questo tipo di dispositivi, può anche variare a seconda di quale flusso d'aria si intende far raggiungere alla bocca del paziente. A titolo d'esempio, se un flusso di 1 litro/minuto è compatibile con una concentrazione di O2 da concentratore pari al 95% circa, aumentando il flusso fino a 5 litri/minuto la concentrazione di O2 decresce fino al 90% circa. Normalmente questo decremento di concentrazione dell'ossigeno non ricopre alcun significato clinico, tuttavia è sempre buona norma rivalutare la saturazione d'ossigeno (SpO2) e la PaO2 anche dopo un adeguato periodo (circa mezzora) di respirazione con il flusso prescritto dal medico e erogato dal concentratore domiciliare.
La concentrazione d'ossigeno viene a ridursi anche a causa di altri fattori, tra cui principalmente difetti di funzionamento o problemi a carico dei filtri, specialmente del filtro antibatterico. Per questo motivo è comunque opportuno effettuare una adeguata manutenzione dell'apparecchio una volta al mese oppure ogni due mesi. L'utilizzo del concentratore d'ossigeno comporta ovviamente un costo per il consumo di energia elettrica. Tale costo, calcolato per un apparecchio da 400 watt che funzioni per 20 ore al giorno, si aggira intorno ai 25-30 euro al mese. In alcuni paesi europei questa spesa viene rimborsata dal servizio sanitario. Secondo alcune linee guida per l’ossigenoterapia a lungo termine non è consigliato ricorrere all'uso del concentratore di ossigeno nel caso il paziente necessiti di flussi superiori a 5 litri al minuto. Al di sotto di questo limite l'utilizzo del concentratore di ossigeno è certamente possibile anche se debbono essere sempre valutate le peculiari caratteristiche cliniche del paziente.
Per le persone con patologie respiratorie croniche come BPCO, enfisema o apnea notturna, l’ossigeno supplementare è spesso una necessità. Un concentratore di ossigeno è un dispositivo che fornisce ossigeno supplementare alle persone che ne hanno bisogno. Per decenni, la gestione delle patologie respiratorie croniche ha spesso significato affidarsi a dispositivi ingombranti e concentratori di ossigeno stazionari. Questi dispositivi, sebbene efficaci, limitano la mobilità a causa delle loro dimensioni e peso. Nella maggior parte dei casi, potevano fornire flussi di ossigeno continui, ma limitavano i pazienti alle loro case o nelle immediate vicinanze. Per fortuna, l’ultimo decennio ha inaugurato una nuova era di libertà con l’arrivo di concentratori di ossigeno portatili (POC). Questi dispositivi rivoluzionari rappresentano un punto di svolta per chi soffre di patologie come BPCO, enfisema o apnea notturna. I POC sono significativamente più leggeri, alcuni pesano appena 5 chili!
Questi dispositivi filtrano l'aria circostante (circa 21% di ossigeno) e separano l'azoto dall'ossigeno. L'ossigeno concentrato (solitamente superiore al 90%) viene quindi erogato all'utente attraverso una cannula nasale. Esistono due tipi principali di POC in base al metodo di erogazione dell'ossigeno: POC a flusso continuo e POC a dose pulsata. I modelli a flusso continuo forniscono un flusso costante di ossigeno, mentre i modelli pulsati erogano ossigeno in impulsi durante l'inspirazione, rendendoli più leggeri ed efficienti dal punto di vista energetico.
I vantaggi principali dei concentratori di ossigeno portatili includono la portabilità, la comodità di non dover riempire serbatoi ingombranti e una migliore qualità della vita grazie alla maggiore mobilità e indipendenza. La scelta di un POC dipende da dimensioni, peso, durata della batteria, livello di rumore, portata di ossigeno e caratteristiche aggiuntive come allarmi o borse di trasporto. Le soluzioni odierne includono anche opzioni di noleggio e la possibilità di viaggiare in aereo, purché si informi la compagnia aerea in anticipo e si abbiano batterie sufficienti per coprire l’intera durata del viaggio.
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La durata dell'autonomia di un concentratore di ossigeno portatile dipende principalmente dalla batteria e dal tipo di erogazione scelto. La maggior parte dei modelli moderni permette l'uso continuo o pulsato, con autonomia variabile in base al flusso. In Italia, le ASL offrono spesso noleggio gratuito o sovvenzionato di concentratori di ossigeno portatili per pazienti con patologie certificate, facilitando l'accesso a questi dispositivi senza sostenere immediatamente costi di acquisto. Inoltre, l'ossigenoterapia può essere effettuata comodamente a casa per casi cronici, mentre i modelli portatili consentono di restare attivi fuori casa.
La scelta tra concentratori fissi, portatili o trasportabili dipende dallo stile di vita e dalle necessità di ossigeno del paziente. I concentratori fissi sono pensati per l'uso domestico, i portatili per la mobilità quotidiana, e i trasportabili offrono una maggiore capacità di erogazione in contesti prolungati fuori casa. I concentratori portatili sono dotati di batteria ricaricabile e possono essere ricaricati sia a casa sia in auto, offrendo una libertà di movimento senza pari rispetto ai serbatoi tradizionali.
Questi dispositivi sono dotati di interfacce utente elettroniche per regolare concentrazione e flussi, nonché di filtri e setacci molecolari che aiutano a rimuovere l’azoto per garantire ossigeno puro al paziente, fino a concentrazioni che possono superare il 90% e, in alcuni casi, arrivare fino al 95%.
Per quanto riguarda la sicurezza, è fondamentale mantenere l’apparecchio correttamente: una regolare manutenzione, preferibilmente mensile o bimestrale, aiuta a prevenire cali di concentrazione dovuti a difetti o problemi ai filtri. Inoltre, i pazienti devono essere istruiti a ricorrere a fonti di ossigeno alternative in caso di emergenza quando si utilizza il concentratore a domicilio.
Concentratori di ossigeno portatili sono ideali per persone che necessitano di ossigeno supplementare ma desiderano uno stile di vita attivo. Possono migliorare significativamente la qualità della vita grazie alla maggiore mobilità e indipendenza. Tuttavia, i pazienti devono discutere con il proprio medico per determinare se un POC è adatto, valutando parametri come il flusso di ossigeno prescritto e lo schema respiratorio.
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Se si deve volare, è possibile viaggiare con un concentratore di ossigeno portatile, previa autorizzazione della compagnia aerea e assicurandosi di avere batterie sufficienti per l’intera durata del viaggio. Alcune ASL italiane offrono noleggio gratuito o sovvenzionato di POC per patologie certificate, facilitando l’accesso a dispositivi moderni senza oneri immediati di acquisto.
Tra le patologie che possono richiedere ossigenoterapia, troviamo BPCO, enfisema, fibrosi polmonare, apnea notturna, insufficienza cardiaca grave, fibrosi cistica e disturbi respiratori del sonno. La scelta del concentratore deve basarsi sul flusso richiesto, sulle esigenze di mobilità e sulle condizioni cliniche del paziente.
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