与之前的纸质方案相比,采用计算机化葡萄糖管理系统可显著增加血糖浓度测量值处于目标范围内的比例。使用计算机化葡萄糖管理系统监测血糖水平,还可观察到严重低血糖(<40 mg/dL)、临床低血糖(<70 mg/dL)以及高血糖(>180 mg/dL)的发生率下降。
与之前的纸质方案相比,采用计算机化葡萄糖管理系统可显著增加血糖浓度测量值处于目标范围内的比例。使用计算机化葡萄糖管理系统监测血糖水平,还可观察到严重低血糖(<40 mg/dL)、临床低血糖(<70 mg/dL)以及高血糖(>180 mg/dL)的发生率下降。
糖尿病是住院患者发病率和死亡率升高的主要独立危险因素,即使在非糖尿病患者中,血糖浓度升高也预示着不良预后。1-4 美国内分泌学会(AACE)和美国糖尿病协会(ADA)于2008年发布的共识声明指出:“无论病因如何,住院患者的高血糖明确与不良结局相关。”5 必须认识到,高血糖可发生在已知或未确诊糖尿病的患者中,也可发生在既往糖耐量正常者因急性疾病而引发的情况下。
“重症监护中正常血糖评估——使用葡萄糖算法调节生存率”(Normoglycemia in Intensive Care Evaluation-Survival Using Glucose Algorithm Regulation,NICE-SUGAR)研究纳入了六千多名成年重症监护病房(ICU)患者,这些患者被随机分配至强化血糖控制组或常规血糖控制组。6 令人意外的是,该试验发现强化血糖控制使死亡风险增加了14%(比值比,1.14;p=0.02)。此外,与常规控制组相比,强化控制组中严重低血糖的发生率更高(分别为6.8% vs. 0.5%;p<0.001)。基于这项关键性试验及其他两项研究7,8,怀俄明医学中心(WMC)认识到,在住院患者中控制高血糖的同时,避免由此引发的低血糖所带来的负面影响至关重要。
尽管对静脉胰岛素纸质方案进行了多次修订,但对西奈山医院(WMC)使用该纸质方案的数据分析显示,其在实现正常血糖水平的同时尽量减少低血糖发生方面,效果仍不理想。因此,通过系统性的实施计划,患者血糖水平的监测从使用纸质静脉胰岛素方案转变为采用计算机化血糖管理系统。通过比较使用纸质方案与计算机化系统期间的血糖水平数据发现,总体而言,计算机化血糖管理系统相较于传统的纸质方案,能够实现更快速且更精确的血糖控制。具体而言,在实施计算机化血糖管理系统后的前五个月内,患者血糖水平处于目标浓度范围内的时长显著增加,同时严重低血糖(血糖 < 40 mg/dL)、临床低血糖(血糖 < 70 mg/dL)以及高血糖(血糖 > 180 mg/dL)的发生率均明显下降。该计算机化系统在超过75%的血糖读数中实现了目标浓度,同时最大限度地降低了低血糖风险。使用计算机化血糖管理系统期间,低血糖(血糖 < 70 mg/dL)的发生率远低于1%。
第一部分:现有纸质实验方案
1.1 现有纸质方案的基线研究
西奈医疗中心(WMC)最初制定的纸质静脉胰岛素方案要求对重症监护病房(ICU)患者实施严格的血糖控制,目标范围为80至110 mg/dL,对非ICU患者则采用较宽松的血糖控制,目标范围为95至120 mg/dL。两种方案均使用基础静脉胰岛素输注以及胰岛素冲击剂量。9 为评估这些纸质方案在目标范围内维持血糖浓度的能力,研究人员对13例接受非ICU方案管理的患者进行了随访,累计监测时间达1221小时,共进行637次血糖(BG)测定。基线分析结果显示,处于目标范围内的血糖测定值比例不足(图1),因此有必要对现有方案进行修订。
1.2 论文方案的首次修订
由于工作人员出现的错误数量不可接受,全机构范围内的静脉注射胰岛素纸质方案已作如下修订:
1.3 论文方案的第二次修订
根据第一次修订的分析结果,对论文方案进行了进一步修改:
经过这两次改进后,利用来自更多非ICU协议16患者的资料(共18次独立实施,累计使用协议时间783小时,共进行594次血糖测定),对第二次修订的静脉输注胰岛素方案进行了重新评估。
1.4 现有纸质方案的基线研究
最终,使用原始纸质方案与血糖读数≤ 94 mg/dL 的发生率为 16.5%,以及读数< 70 mg/dL 的发生率为 4.2% 相关(图 1)。值得关注的是,85%(22/26)的低血糖事件(即血糖 < 70 mg/dL)并非由方案本身引起,而是由于使用纸质方案时的操作错误所致(图 2)。
1.5 纸质实验方案的局限性与优势
2. 第二部分:计算机化葡萄糖管理系统
由于纸质方案修订后效果不理想,决定实施一种计算机化葡萄糖管理系统(CGMS)[EndoTool(Hospira, Inc. Lake Forest, IL)],该系统旨在根据每位患者的具体需求定制静脉胰岛素给药剂量。
2.1 实施计算机化葡萄糖监测系统
在实施连续血糖监测系统(CGMS)之前,采取了若干关键步骤:
在获得认可和批准后,合同于2009年3月签署,并安排实施连续血糖监测系统(CGMS)。
2009年5月,项目相关人员与信息技术(IT)部门及连续血糖监测系统(CGMS)供应商代表进行了初步项目评估,随后各方共同启动了该项目。
该机构其余部分的分阶段实施于2009年10月开始。
2.2 连续血糖监测系统(CGMS)方案的局限性与优势
实验方案
3. 使用 EndoTool 进行计算机化葡萄糖监测
4. EndoTool 的验证、警告、记录保存及离院使用
5. 结果
如前所述,实施纸质方案导致血糖水平读数出现错误(图1)以及低血糖事件增加(图2)。进一步调查揭示了这些错误的多种原因(图3)。在方案要求进行操作时,未给予胰岛素推注剂量或未调整胰岛素输注速率,占所有错误的55%。其他类型的错误包括静脉胰岛素速率调整不正确(过高或过低)以及给予的胰岛素推注剂量不正确(过高或过低)。
在位于怀俄明州卡斯珀市的非营利性护理中心WMC,共有207张床位。需要注意的是,在数据采集期间每次修订所收集的所有患者数据均来自接受非ICU治疗方案的患者。这些患者具有可比性,因为他们在数据采集时均遵循当时的现行治疗方案。每位患者每日及整个治疗期间的葡萄糖测量次数各不相同,这是因为每位患者的血糖控制方案均个体化,每日测量次数以及接受方案治疗的天数均反映其各自的临床状况。CGMS组的患者数量更多,且该组的数据采集周期更长,原因是使用CGMS采集数据的工作量显著低于对纸质方案组进行人工图表数据采集的工作量。
5.2 论文方案的首次修订
所有血糖读数中有三分之一高于180 mg/dL,仅有2.5%低于80 mg/dL,0.3%低于60 mg/dL(图4)。此外,对患者在治疗当天的血糖读数进行分析显示,第1天大多数读数未达到目标范围,而从第2天开始,大多数读数均处于80至180 mg/dL的目标范围内。
还对医护人员偏离修订后方案的频率进行了评估,并调查了所有偏离修订方案的临床依据。共有317次方案偏离,其中仅有21次(7%)具有临床合理性。这意味着,无临床依据的方案偏离平均每三小时发生一次。偏离类型包括:当血糖浓度已在目标范围内时仍进行不恰当的剂量调整、使用了错误的算法、在错误的时间点采集血糖检测样本,以及根据方案选择了错误的静脉胰岛素输注速率(图5)。
5.3 论文方案的第二次修订
即使在对纸质方案进行第二次修订后,低血糖(<60 mg/dL)和高血糖(>180 mg/dL)的发生率仍然很高,分别为4.7%和26.3%(图6)。此外还发现,在第2天及之后,大多数血糖读数均处于目标范围80至180 mg/dL之内。
值得关注的是,无临床依据的方案偏离情况仍然非常高,达到83.5%(203/243)。这意味着在方案执行过程中,平均每四小时就发生一次无临床依据的方案偏离。进一步分析明确了这些无临床依据方案偏离的原因。错误的原因与先前分析基本一致(图5),主要包括:当血糖浓度处于目标范围内时仍进行不适当的滴定、使用了错误的算法、在错误的时间点采集血糖检测样本,以及从方案中选择了错误的静脉胰岛素输注速率(图7)。
在审阅这些数据后,低血糖和高血糖的发生率被认为不可接受。2nd 论文方案修订后,高血糖的发生率有所下降,血糖水平高于180 mg/dL的患病率从32.8%降至26.3%。然而,低血糖的发生率也随之增加,血糖水平低于60 mg/dL的患病率从0.3%上升至4.7%。
遗憾的是,由于修订方案时试图明确澄清模糊之处,导致方案的复杂性增加。这使得护理人员难以正确使用该方案。通常情况下,多名护士会聚集在一起讨论下一步应采取的措施,但往往仍会做出错误的决定。
5.4 连续血糖监测系统实施
在使用连续血糖监测系统(CGMS)的前五个月内,观察到血糖浓度处于目标范围内的时长显著增加,同时严重低血糖(BG < 40 mg/dL)、临床低血糖(BG < 70 mg/dL)和高血糖(BG > 180 mg/dL)的发生率均有所下降(图8)。分析通过不同给药方案所达到的实际血糖浓度,得出了一些有趣的结果。
与动态血糖监测系统(CGMS)方案相比,采用初始纸质方案(包括2次修订版本)导致更低血糖发生率显著升高(低于70 mg/dL或60 mg/dL)。此外,在治疗期间,CGMS方案使血糖浓度维持在目标范围内的比例明显高于纸质方案(表1)。

图 1. 初始静脉胰岛素纸质方案:血糖浓度范围。数据以柱状图形式展示,显示了接受原始静脉胰岛素纸质方案管理并接受基础静脉胰岛素输注和/或胰岛素推注的患者的血糖浓度范围。根据原始方案,重症监护病房(ICU)患者采用严格的血糖控制目标(80–110 mg/dL),非ICU患者的控制目标为95–120 mg/dL。为评估纸质方案实现目标血糖范围的能力,共随访了13例接受非ICU方案管理的患者,累计观察时间为1221小时,共进行637次血糖测定。使用原始纸质方案期间,血糖值≤94 mg/dL的发生率为16.5%,低于70 mg/dL的发生率为4.2%。

图 2. 静脉胰岛素纸质方案:低血糖发生原因。对初始方案的深入评估显示,85%(22/26)的低血糖事件(即血糖 < 70 mg/dL)并非由方案本身(蓝色柱表示)引起,而是由于在使用纸质方案过程中出现操作错误(红色柱表示)所致。

图3. 静脉胰岛素纸质方案:错误类型。对执行纸质方案过程中所发生错误类型的进一步调查显示,未按要求给予胰岛素推注剂量,以及未按方案指示调整胰岛素输注速率,这两类错误占所有错误的大多数(55%)。其他错误类型包括静脉胰岛素输注速率调整不正确(过高或过低)、胰岛素推注剂量不正确(过高或过低),以及完全使用了错误的方案。

图4. 修订后的静脉输注胰岛素实验方案(1st 修订后的血糖浓度范围。在该方案的首次修订中,目标血糖浓度目标范围扩大至80至180 mg/dL,且仅包括静脉胰岛素输注调整(取消了胰岛素推注给药)。为评估这些修订在改善血糖控制方面的有效性,另对13名患者进行了监测,累计监测时间为896小时,共进行649次血糖测定。所有血糖读数中仍有三分之一高于180 mg/dL,而低于80 mg/dL的仅占2.5%,低于60 mg/dL的占0.3%。

图5. 修订后的静脉输注胰岛素实验方案(1st 修订版):无临床依据的偏差。本研究评估了医护人员因任何原因偏离方案首次修订版的频率及其临床合理性。共有317次方案偏离,其中仅有21次(7%)具有临床合理性,相当于每三小时在修订后的方案中出现一次无正当理由的偏差。偏离类型包括:当血糖浓度已在目标范围内时仍进行不恰当的剂量调整、使用错误的计算算法、在错误的时间点采集血糖检测样本,以及根据方案选择错误的静脉胰岛素输注速率。

图6. 修订后的静脉注射胰岛素实验方案(2nd 修订版):血糖浓度范围。对16名患者(18次独立实施,累计783小时使用该方案,共进行594次血糖测定)的数据进行分析,以评估在方案第二版修订后血糖控制的改善情况。结果确定低血糖发生率(<60 mg/dL)和高血糖(>180 mg/dL)仍处于不可接受水平,分别为4.7%和26.3%。

图7. 修订后的静脉输注胰岛素实验方案(2nd 修订后):无临床依据的偏差。在第二次修订后,无临床依据的方案偏离率仍然较高,达83.5%(203/243),导致平均每四小时即出现一次不必要的偏差。进一步分析显示,这些偏离的原因与先前版本方案中的原因相同,此外还包括:当血糖浓度处于目标范围内时进行不恰当的剂量调整、使用错误的计算算法、在错误的时间点采集血糖检测样本,以及从方案中选择了错误的静脉胰岛素输注速率。

图 8. 动态血糖监测系统(CGMS):血糖浓度范围。在使用 CGMS 方案的前 5 个月期间监测患者的血糖范围。处于目标血糖浓度范围内的时长显著增加,严重低血糖(血糖 < 40 mg/dL)、临床低血糖(血糖 < 70 mg/dL)以及高血糖(血糖 > 180 mg/dL)的发生率均有所下降。
| 血糖读数(%) | ||
| 低血糖(低于 70 mg/dL) | 处于目标范围内 | |
| 原始纸质方案 | 4.2 | 32.2 |
| 纸质方案修订版 #1* | 1.4 | 64.7 |
| 纸质方案修订版 #2* | 6.9 | 63.6 |
| CGMS | 0.8 | 86.1 |
表1. 血糖读数:纸质记录与连续血糖监测系统(CGMS)的比较。(*原始数据收集时低血糖的定义为低于60 mg/dL,但为了保持一致性,数据已使用低于70 mg/dL作为低血糖的截断值重新分析)。
| 日期/时间 | 已采取的步骤 |
| 2008年初 | 供应商关于CGMS的介绍 |
| 2008年初 + 3个月 | 完成投资回报率(ROI)分析报告(包括纸质协议系统的分析、使用CGMS的预期效果、使用CGMS的总体成本节约估算、纸质协议中的用药错误情况),并提交给Sugarbabies*、财务部门、质量管理部、专业实践委员会、质量与安全协调委员会以及行政委员会。 |
| 2009年3月 | 获得支持、批准、签署合同,并安排CGMS实施计划 |
| 2009年3月–5月 | 制定CGMS医嘱集(用于高血糖、糖尿病酮症酸中毒及血糖目标范围确定)、设定CGMS参数(包括患者脱离CGMS时过渡所用的特定胰岛素类型),并制定针对最终用户的全面教育培训计划 |
| 2009年5月 | 与信息技术(IT)部门及CGMS供应商进行初步项目评估 |
| 2009年5月–9月 | 全院范围内的护理和医务人员培训;由药理学与内分泌学专家制定预印医嘱;将医嘱集录入药房信息系统 |
| 2009年9月 | 在重症监护病房(ICU)和渐进式监护病房(PCU)实施CGMS |
| 2009年10月 | 分阶段推广至机构其余部门 |
表2. 持续性葡萄糖监测系统(CGMS)实施时间表。CGMS:计算机葡萄糖监测系统;ROI:投资回报率;DKA:糖尿病酮症酸中毒;BG:血糖;IT:信息技术;ICU:重症监护病房;PCU:渐进护理病房。*Sugarbabies:WMC医院委员会,负责监督糖尿病治疗、胰岛素治疗以及低血糖和高血糖的管理。
选择该 EndoTool 系统是因为其先进的算法和易于使用。该程序已获得美国食品药品监督管理局(FDA)批准,有助于医疗机构符合《健康保险可携性和责任法案》(HIPAA)的要求。该系统可直接加载到医院的服务器和内网中,无需额外的硬件设备。
该软件采用数学建模方法,根据输入的患者特异性血糖浓度数据,计算出个性化的生理胰岛素给药曲线。静脉胰岛素剂量的基础是一种基于受控数学原理的复杂反馈机制。软件通过33种算法分析和解读患者既往的血糖读数——纳入最近的四次测量值——以计算出当时最适宜的静脉胰岛素剂量。每次输入新的血糖读数后,系统会调整该曲线,以最大限度减少血糖浓度的极端波动。在初始计算中,系统会考虑影响血糖浓度的各种因素,例如是否存在糖尿病或是否使用糖皮质激素。尽管连续血糖监测系统(CGMS)能够提供准确且及时的给药剂量与输注速率信息,但在床旁进行静脉胰岛素给药时,仍需依赖临床判断。该计算机辅助软件可为最终用户提供静脉胰岛素输注速率和碳水化合物摄入量的指导建议、新患者启动时的操作信息,以及在计算机系统中断期间(如服务器停机)的应对措施。
在实施CGMS后,医生们起初存在一些抵触情绪,直到他们感到能够理解并信任该软件。然而,当医务人员看到该系统使用简便、在控制血糖浓度方面效果显著,并且在临床需要时可以手动覆盖其建议后,抵触情绪逐渐减弱。总体而言,由于对纸质操作规程日益感到困扰,护理人员非常愿意实施CGMS。但最初,护士在接受CGMS推荐的较高胰岛素输注速率和推注剂量时存在一定的犹豫。有时,为了将患者血糖维持在目标范围内,该系统推荐的输注速率和推注剂量远高于纸质规程通常建议的水平。随着经验积累,护士已逐渐适应CGMS的建议,如今很少偏离系统推荐的输注速率或推注剂量。
住院患者良好血糖控制的重要性在文献中已有充分记载。这些研究表明,在住院期间有效控制血糖可降低发病率和死亡率。怀俄明医学中心从使用纸质静脉胰岛素方案转为计算机化血糖管理系统后,高血糖患者的血糖控制显著改善,符合当前指南要求,同时最大限度地降低了低血糖风险。尽管医疗专业人员普遍了解良好血糖控制的益处,但实施此类策略仍需周密规划(表2)。尽管对纸质方案进行了多次修订,但在实现正常血糖水平的同时最小化低血糖发生率方面的效果仍不理想。总体而言,计算机化血糖管理系统(CGMS)实现了更快、更精确的血糖控制,在超过75%的血糖读数中达到了目标浓度。在给予静脉胰岛素时,临床医生通常会自然担忧低血糖的发生。然而,使用CGMS时低血糖的发生率远低于1%。
本文的制作与免费访问由 Hospira, Inc. 赞助。
作者感谢Anne Gentry(药学博士)在本文手稿准备过程中提供的帮助,感谢Randy Wesnitzer(药学博士)在初始静脉注射(IV)胰岛素方案的数据收集与分析方面的贡献,以及Devy A. Lee(药学学士,CMPP)在稿件编辑和准备过程中提供的协助。