微量注射泵虹吸风险防控研究
引言
微量注射泵被广泛应用于临床治疗当中，准确输注速率提高患者治疗质量，自动输注模式减轻护理人员的工作负担[1-2]。我们在享受其应用优势的同时，应当时刻清醒认识到微量注射泵的使用风险[3]。英国药监机构（Medicines and Healthcare Products Regulatory Agency，MHRA）调查了1990～2000 年英国1495 件输液泵引起的不良事件，输液泵主要不良事件就是过度输液（Over-Infusion）[4]，虹吸（Syphonage）是产生过度输液的原因之一。人为操作失误、推头拉钩断裂和螺纹咬合异常故障都有造成虹吸的可能[5]。人为操作失误率可通过加强培训来降低；推头拉钩断裂可以通过加强巡检来发现；而螺纹咬合异常具有隐蔽性和机械磨损的不确定性，这增加了微量注射泵使用风险防控的难度。
有关微量注射泵使用的安全安装限高相关文献资料不多，曾有文献指出当注射泵的位置高于患者100 cm 就有可能发生虹吸[6-7]。这一要求未考虑注射器规格的影响因素，其安全可靠性值得思考。本研究的目标是根据不同规格注射器与微量注射器组合应用，确定不同的安全安装限高，以指导临床的实际应用。
1 微量注射泵使用中虹吸风险的理论计算
虹吸是利用液面高度差的作用力现象，将液体充满一根倒U 形的管状结构内后，将开口高的一端置于装满液体的容器中，容器内的液体会持续通过虹吸管向更低的位置流出。中国人很早就懂得应用虹吸原理，但在微量注射泵应用中虹吸现象主要表现出的是危害性，必须加以防范[8-9]。虹吸现象原理如图1 所示。
图1 虹吸现象原理图
1.1 注射器活塞面受力分析
微量注射泵在工作状况良好、注射器正确安装到位情况下，不管微量注射泵的安装高度是多少都不会发生虹吸现象，但在设备螺纹咬合发生异常时虹吸发生概率就与安装高度有密切关系[10-11]。图2 为螺纹无咬合状态下微量注射泵上注射器活塞面受力分析情况。
1.2 常用规格注射器产生虹吸落差（h）理论值计算
分析图2 可知，要求得开始产生虹吸现象的垂直落差h1，关键是测得活塞与注射器内壁间的摩擦力f1 和注射器活塞的洁面面积S1。不同品牌相同规格注射器的f1 和S1 会有所差异，所计算出的h1 也会有所不同，不过计算方法是相同的。文中将以龙德品牌常用规格注射器为例进行理论计算和实验测试。表1、2、3 分别为不同规格注射器摩擦力采样表；图3 为摩擦力和活塞截面测试工具。
图2 注射器活塞面受力分析
注：F1表示大气压作用于活塞向左的力（单位：N）；F1'表示净化水作用于活塞向右的力（单位：N）；f1表示活塞与注射器内壁间向右的摩擦力（单位：N）；S1表示注射器活塞截面积（单位：m2）；h1表示注射器开始产生虹吸现象时的垂直落差（单位：m）。
表1 龙德50 mL注射器活塞摩擦力采样表（N）
注：活塞材质为橡胶，截面积为6.67 cm2。
测试组合方式 测试位置50 mL处40 mL处30 mL处20 mL处10 mL处1号注射器&空气1 4.25 4.00 3.25 3.00 3.50 1号注射器&水 3.75 3.50 3.75 3.25 2.75 1号注射器&空气2 3.75 3.25 3.50 3.00 2.50 2号注射器&空气1 4.50 2.75 2.75 3.00 2.50 2号注射器&水 3.00 2.75 2.25 2.00 2.00 2号注射器&空气2 3.00 2.50 2.25 2.50 2.25平均 3.71 3.13 2.96 2.79 2.58总平均 3.03
表2 龙德20 mL注射器活塞摩擦力采样表（N）
注：活塞材质为橡胶，截面积为2.89 cm2。
测试组合方式 测试位置20 mL处 15 mL处 10 mL处 5 mL处1号注射器&空气1 1.75 1.50 1.5 1.25 1号注射器&水 2.00 1.50 1.00 1.00 1号注射器&空气2 2.5 1.25 1.25 1.50 2号注射器&空气1 1.25 1.75 1.50 1.50 2号注射器&水 1.50 1.75 1.50 1.25 2号注射器&空气2 1.75 1.5 1.50 1.75平均 1.79 1.54 1.38 1.38总平均 1.52
表3 龙德10 mL注射器活塞摩擦力采样表（N）
注：活塞为非橡胶材质，截面积为1.91 cm2。
测试组合方式 测试位置10 mL处8 mL处6 mL处4 mL处2 mL处1号注射器&空气1 2.75 2.00 1.25 1.00 1.00 1号注射器&水 3.25 2.75 2.5 2.50 2.25 1号注射器&空气2 3.50 2.75 3.00 2.50 2.25 2号注射器&空气1 2.20 1.50 1.00 1.00 1.50 2号注射器&水 3.50 3.00 3.00 3.25 2.75 2号注射器&空气2 2.75 2.75 2.50 3.00 2.75平均 2.99 2.46 2.21 2.21 2.08总平均 2.39
图3 摩擦力和活塞截面测试工具
根据平衡力原理，在注射器活塞产生虹吸的临界状态下，注射器的h1 值求解：
P0 表示大气压强等于1.013×105 Pa，ρ 表示净化水密度等于
，S1=6.67×10-4 m2，g 表示重力加速度等于9.8 N/kg。
应 用 工 具 测 得S1(50)=6.67×10-4 m2，S1(20)=2.89×10-4 m2，S1(10)=1.91×10-4 m2。
S1(50)表示50 mL 注射器活塞截面积、S1(20)表示20 mL 注射器活塞截面积、S1(10)表示10 mL 注射器活塞截面积。
查表1、2、3 可得f1(50)=3.03 N、f1(20)=1.52 N、f1(10)=2.39 N。
f1(50)表示50 mL 注射器活塞摩擦力，f1(20)表示20 mL 注射器活塞摩擦力，f1(10)表示10 mL 注射器活塞摩擦力。
h1(50)≈0.46 m，h1(20)≈0.54 m，h1(10) ≈0.81 m。
h1(50)表示50 mL 注射器的虹吸垂直落差，h1(20)表示20 mL 注射器的虹吸垂直落差，h1(10)表示10 mL 注射器的虹吸垂直落差。
2 微量注射泵使用中虹吸风险的实验结果
将微量注射泵安装在输液杆上，特意注射器推杆不卡入防虹吸卡槽内（模拟螺纹未正常咬合状态），安装不同规格注射器、连接不同管径的输液管路等不同组合状态进行测试并记录结果。图4 为微量注射泵安装示意图；图5 为用于实验的两种不同管径的管路。
图4 虹吸风险测试实验
图5 不同管径的管路
2.1 不同组合下的测试数据
不同规格的注射器分别与两种不同内径（4 mm 和1.5 mm）的管路相连接,在注射器的不同位置做测试得到数据如表4～6 所示。
表4 龙德50 mL注射器配合不同管路虹吸落差试验（cm）
注：一次性使用胃导管内径4 mm，表中简称“胃管”；一次性静脉连接管内径1.5 mm，表中简称“连接管”。
组合方式 测试位置50 mL处40 mL处30 mL处20 mL处10 mL处胃管&1号注射器 100 70 45 40 41胃管&2号注射器 42 40 37 35 34平均1 71 55 41 37.5 37.5连接管&1号注射器 74 53 45 41 46连接管&2号注射器 39 38 35 41 34平均2 56.5 45.5 40 41 40总平均 46.55
表5 龙德20 mL注射器配合不同管路虹吸落差试验（cm）
组合方式 测试位置20 mL处 15 mL处 10 mL处 5 mL处胃管&1号注射器 58 49 44 45胃管&2号注射器 42 39 38 34平均1 50 44 41 39.5连接管&1号注射器 82 83 71 68连接管&2号注射器 67 68 57 50平均2 74.5 75.5 64 59总平均 55.94
表6 龙德10 mL注射器配合不同管路虹吸落差试验（cm）
注：一次性使用胃导管总长度为110 cm，试验直接开始于110 cm处。“No”表示未发生虹吸，“Yes”表示发生了虹吸。
组合方式 测试位置10 mL处8 mL处6 mL处4 mL处2 mL处胃管&1号注射器 No No Yes No No胃管&2号注射器 No Yes No No No连接管&1号注射器 No No No No No连接管&2号注射器 No No No No No总平均 110.00
2.2 实验数据分析
分析表4～6 数据，可以发现：① 相同规格注射器，配套不同内径管路测试，测试结果影响不大；② 在注射器的不同位置摩擦力大小有相差，会造成不同测试结果[12]。考虑以上两方面因素，将多次测试结果取平均值得到结果如下：① 50 mL 注射器，微量注射泵安装高度参考患者高度小于等于46.55 cm；② 20 mL 注射器，微量注射泵安装高度参考患者高度小于等于55.94 cm；③ 10 mL 注射器，微量注射泵安装高度参考患者高度小于等于110.00 cm。
2.3 理论值与实验值的比对
对比表7 虹吸落差理论计算值与实验数据值，不同规格注射器两种值都具有比较好的一致性。
表7 虹吸落差h理论计算值与实验数据值对比
注射器规格 (mL) 理论计算值 (cm) 实验数据 (cm)50 46 46.55 20 54 55.94 10 81 ≥100
2.4 微量注射泵安全使用安装高度指导
通过实验数据的验证支撑，证明理论计算值有比较高的可靠性。为防止微量注射泵意外虹吸风险，保证微量注射泵安全使用，结合两者数据特制定如下安全安装高度指导：① 50 mL 注射器，建议安装高度不超过46.00 cm；② 20 mL注射器，建议安装高度不超过54.00 cm；③ 10 mL 注射器，建议安装高度不超过81.00 cm。以上高度都参考于患者治疗平面。
3 结语
有些场所需要治疗、检查和监护等设备协同工作，造成空间紧张局面的同时，也无形中增加医护人员工作压力，这样有可能导致医疗设备使用风险概率的升高[13]。医院ICU 便是这样的例子，微量注射泵在ICU 治疗过程中不可或缺，有多台微量注射泵同时使用是常见的情况，护理人员除了掌握按规程操作微量注射泵外合理布局微量注射泵安装高度将会有效降低其虹吸风险的概率[14]。
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