胰岛素泵的工作原理

胰岛素泵可通过模拟正常生理状况下胰岛素的分泌模式，持续地向人体内输注胰岛素从而有效地控制血糖。正常人生理状态的胰岛素分泌特点详见第2章第一节。

一、胰岛素泵的构成和技术参数

（一）胰岛素泵的构成

目前临床使用的胰岛素泵有很多种，如图2－1所示。

它们的构成基本上大同小异，都是由微型计算机控制的电子信息板、微型马达驱动的推杆、胰岛素储药器、输注导管系统及电池组成。微型计算机控制的电子信息板是胰岛素泵工作的核心部件，负责记忆人为设定的胰岛素基础率、餐前大剂量与输出时间，检测当前储药器内剩余的胰岛素量以及已注射的胰岛素剂量和时间，检测输注导管系统压力和电子系统自检，检测到异常时发出报警等功能。微型马达是胰岛素泵的动力部分，它通过推动推杆，微量而精确地推动储药器后方的橡皮活塞，将胰岛素准确地通过输注导管输入体内。由于胰岛素泵胰岛素的输注剂量可达到0．01U，即0．1μl，是极微量的，因此对马达的要求很高。储药系统包括储药器、输注导管系统，用于胰岛素的储存和输出。由于胰岛素泵是输注极微量的胰岛素到体内，这样就要求储药系统所使用的材料不能吸附胰岛素、不能与胰岛素及其成分（如防腐剂）起反应，同时在保证患者舒适的前提下，导管系统无论怎样弯曲其内径和容积不能发生变化，因此对生产储药系统所用的材料和工艺要求较高。电池是胰岛素泵的电力系统，可以使用泵专用电池，亦可以是AAA 7号电池。

图2－1 目前常用的胰岛素泵
A．Accu－Chek灵动胰岛素泵；B．Animas 2020胰岛素泵；C．Medtronic快易达胰岛素泵712；D．DANA Diabecare IIS胰岛素泵；E．Medtronic快易达胰岛素泵522／722；F．OmniPod胰岛素管理系统

（二）胰岛素泵的技术参数

目前市场上多数的胰岛素泵体积小，重量为400g左右，具体参数值见表2－1。Omnipod（Insulet）公司最近生产出一款可穿戴式泵，其体积更为小巧，可直接粘在皮肤上，不使用输注系统。一个泵可使用48～72h，为一次性泵，使用到期限时该泵会发出报警提醒用户适时更换。该泵通过无线电波与外部个人数据管理（PDM）系统相连，进行远程控制，但当无法连接时，还需要传统的注射方式进行胰岛素的单次注射。

表1-1　常见胰岛素泵的技术参数

（续表）

1英寸=2.54cm；1盎司=28.35g

二、胰岛素泵的工作原理

胰岛素泵不仅能提供“微量”与“持续不断”的基础胰岛素分泌，而且能保证餐时胰岛素分泌的“快速”和“高峰”，也就是模拟了生理状态下的胰岛素分泌模式，从而有效地控制糖尿病患者的高血糖状态。

（一）胰岛素泵的基础率

胰岛素泵可以向糖尿病患者体内持续不断地输入微量胰岛素来模拟生理状态下基础胰岛素分泌，其输注速率称之为胰岛素泵的基础率。胰岛素泵的基础率设定具有以下几个特点：

1．设置不同时段的基础率 胰岛素泵可根据患者一天中不同时间段的胰岛素需要量来设置不同时段的基础率。一般情况下人体夜间分泌的胰岛素量较少，而凌晨由于体内拮抗胰岛素的应激激素出现分泌高峰，胰岛素分泌会相应增加，胰岛素泵可以通过降低前半夜的基础率，增加后半夜基础率来模拟这一过程，从而较好地控制糖尿病患者常见的夜间低血糖和凌晨高血糖。如前所述，正常人基础胰岛素分泌速率并不是固定不变的，而是具有双峰双谷的特点，胰岛素泵甚至可以精确地设定一天中每一小时的基础率，从而模拟双峰双谷的状态。此外，由于个体差异，基础胰岛素分泌在不同个体之间亦存在差异，胰岛素泵还可以根据个人基础胰岛素分泌的特点进行个性化微调，从而更有效地控制患者的空腹血糖。

2．设定不同生活方式的基础率 胰岛素泵可以根据患者每天生活方式的不同设定不同的基础率。例如，许多人在工作日和周末的生活方式有所不同，因此胰岛素基础率的分泌模式亦有所差异，胰岛素泵可以预先设定几种基础率分泌模式以控制患者不同生活状态下的空腹血糖。

3．提供不同范围和增量的基础率 这样可以满足更多糖尿病患者的基础胰岛素设定。有些患者需要的基础率较低，而且对微小的基础率调整极为敏感，那种可以进行微量调节的胰岛素泵可以满足此类患者的需要。

（二）胰岛素泵的大剂量

胰岛素泵可以在进餐或加餐时通过注射餐前胰岛素来模拟生理情况下进餐后胰岛素的分泌。餐前注射的胰岛素量称为餐前大剂量，加餐前注射的胰岛素量称为追加剂量，血糖不达标时追加的胰岛素剂量称为校正剂量。餐前大剂量应根据患者每餐摄入的糖类量、餐前血糖及糖类因子来计算，而校正剂量应根据患者的校正因子和目标血糖来计算。胰岛素泵对于餐前大剂量、追加剂量及校正剂量的估算具有方便、灵活、个性化的特点。具体有以下几方面的作用：

1．计算简便 糖尿病患者只需要给胰岛素泵输入相关数据，胰岛素泵即可计算出所需要注射的餐前大剂量、追加剂量及校正剂量，并予以注射，可以免去过去计算的烦琐过程。

2．胰岛素泵可以储存大量的信息以便于日常应用 例如：因患者之间的胰岛素敏感性存在差异，不同患者的糖类因子和校正因子均有所不同，即使同一患者的糖类因子亦随进餐时刻的不同有所差异。胰岛素泵可以储存多个糖类因子和校正因子，以适应不同患者不同时间的胰岛素敏感性变化。

3．胰岛素泵还可以储存各种食品所含的糖类量 患者可从中直接检索并应用，这样可以更快捷地计算出胰岛素注射量，并且减少了人为错误的可能性。

4．预先存储 胰岛素泵可以根据预先存储的患者的三餐后目标血糖和睡前目标血糖而调整胰岛素剂量以达到不同时段的血糖目标值。

5．某些胰岛素泵还加入了智能系统 即加餐时在计算追加剂量时胰岛素泵可以先估算前一次胰岛素注射后体内胰岛素的残留剂量，避免出现由于两次注射时间间隔较近而导致的胰岛素堆积现象。例如，一位患者已经注射了晚餐前大剂量，2h后想进食甜点再注射追加剂量，胰岛素泵可以根据患者已经接受的晚餐前胰岛素和胰岛素作用时间估算出残留的胰岛素，再根据进餐的糖类量计算出追加剂量。这个过程需要患者估算个人特异性的胰岛素作用时间，因为每个人的胰岛素药动学是不同的。

（三）其他功能

胰岛素泵除了上述基本的功能之外，还具有以下几方面的作用：

1．跟踪剂量信息 胰岛素泵可以记录每一次胰岛素注射信息包括基础胰岛素、餐前大剂量、校正剂量等。此功能可以让临床医师和患者观察是否在频繁使用校正剂量，如果过多使用校正剂量，可能需要更改糖类的比例或调整基础率，以防止校正剂量的频繁使用。

2．报警与提醒 胰岛素泵可以提醒患者测试餐后血糖、改变注射部位、更换电池及更换胰岛素笔芯。当输注管路堵塞、出现机械故障或者餐前大剂量没有按正常时间注射时，胰岛素泵会发出报警。此外，部分胰岛素泵还有自动关机功能，当胰岛素泵按键连续8～9h没有被触碰时泵可以自动关闭，以上功能均能帮助患者更有效安全地利用胰岛素泵。

3．胰岛素泵与血糖监测仪甚至动态血糖监测系统结合 一些胰岛素泵还可以与血糖监测仪或动态血糖监测系统配合，自动发送血糖值入泵，然后由泵计算出合适的校正剂量，能更快更智能地控制血糖，同时减少人工操作的输入错误。

（尹士男）