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注射剂给药装置：过去、现在与未来
2024/11/13 11:51:02 1. 注射剂给药装置的过去
药物剂型按形态分类可以分为固体剂型（如散剂、丸剂、颗粒剂、胶囊剂、片剂等），半固体剂型（如软膏剂、糊剂等），液体剂型（如溶液剂、芳香水剂、注射剂等）和气体剂型（如气雾剂、吸入剂等）。
其中注射剂需要注射器等给药装置将药物递送到患者体内，在没有注射器的时候，药剂治疗只能通过口服。正如《后汉书·华佗传》记载的那样：“若疾发结于内，针药所不能及者，乃令先以酒服麻沸散。”即我国“针灸”疗法不能抵达的体内顽疾，在需要动手术解决时，术前的准备不是“打麻药”而是“喝麻药”。
早在17世纪60年代，德国便出现了关于静脉输液的专著。当时，极少数医生曾用动物膀胱制成静脉注射工具，用中空的树枝插入人体，尝试输血。这种方法虽然挽救过一些生命，却带来致命的并发症，1670年巴黎议会禁止输血，动物膀胱注射的技术就绝迹了。到了19世纪初期，制药技术发展起来，为了把药物送入体内，医生们尝试了从木钩子到柳叶刀的各种器具，企图通过用沾有药物的器具，刺穿皮肤以将药物送入体内，正是这种需求，促成了针头的诞生。
直到1844年，爱尔兰医生弗朗西斯发明了空心针，并用它做了第一次有史记录的皮下注射，将治疗神经痛的镇静剂注入患者体内，才宣布了注射器的终端——注射针头的姗姗来到。
十年以后，法国医师查尔斯·普拉瓦兹和爱丁堡医师亚历山大·伍德（1817~1884）合作，第一次将针头和针筒结合在一起，这一创新也就成为了现代注射器的鼻祖。这种新型注射器初期是给予神经痛的患者以吗啡和鸦片制剂，那时人们对于吗啡成瘾还没有完全认识，许多患者在治疗过程中成了“瘾君子”。
伍德从中吸取了注射过量的教训，为针筒加上了精确刻度（图1），从此能方便精确控制用药，注射器的细节又一次在历史中得以完善。
图1
进入20世纪后，随着塑料工业的发展给医疗用具带来了新的生机。1949年，澳大利亚发明家查理斯·罗塞在他的阿德莱德工厂创建了世界上第一个塑料制品的一次性注射器（图2）。塑料注射器具有不易损坏、便于回收、灭菌方便、造价低廉、运输成本低等特点，使得其成为一次性注射器的首选方案，一次性注射器的出现大大减少了消毒不严格带来的血液传播疾病的风险。
预灌封注射器主要用于疫苗、生物制品、生化类产品、抗血栓药、美容产品等高产值产品的包装，也可用于眼科、耳科、骨科、妇科等手术冲洗。
预灌封注射器的出现减少了配药等专业操作步骤，同时具有剂量准确度高、便利快捷等特点，使得其可以实现非专业人士进行给药操作。
图3
2. 注射剂给药装置的现在进入21世纪后，美国颁布了《针刺安全与预防法案》，相关法规标准的出台，也促进了预灌封注射器保护装置（图4）的应用。预灌封注射器保护装置通常有二或三个塑料零件加弹簧组成，当推杆将预灌封注射器内的药液注射完毕后，推杆尾部边缘结构解锁预灌封注射器保护装置，内部弹簧弹力释放，弹出零件将预灌封注射器的针尖遮蔽，同时设有结构，进一步降低误触带来的针刺风险。
图4
说起了预灌封注射器这种新型的药品包装系统，不得不提卡式瓶（图5），卡式瓶出现同时极大程度地带动了笔式注射器产品的发展，尤其是胰岛素治疗糖尿病大范围使用笔式注射器（图6），使得自我注射理念深入到非专业医疗人员领域。由于胰岛素用药的特殊性，使得笔式注射器剂量调节的准确性成为其关键功能，机械式的笔式注射器在使用时通常有如下关键步骤：1）装载卡式瓶，2）安装注射针，3）排气，4）设定剂量，5）按压注射。
推注力由注射人员手动按压，注射剂量一定程度上由笔内部螺旋前进机构、锁定机构零件精度决定，因此对生产制造提出了很高的要求。
随着相关产品的不断迭代，用药管理系统和电子注射笔也相继上市，通过存储、记忆、通信和电机传动等手段帮助患者用药，在提醒患者用药、降低剂量调节误操作、注射便易性上都做出了突出贡献。
图5
图6
当前社会生活节奏越来越快，许多慢性病患者通常需要定期注射生物制剂，相较于糖尿病，该类药品注射频率低、剂量精准度要求低，如果去专业医疗机构注射会造成一定资源浪费和经济成本增高。自动注射笔由于其操作步骤简单，注射深度可控等特点使得其在该领域应用迅速发展。目前国内已经有多款药物搭配自动注射笔上市销售，按照其核心操作步骤可以分为四步式（图7）、三步式（图8）和两步式（图9），根据其进针方式又可分为手动进针和自动进针。
图 7
图 8
图 9
自动注射笔以弹簧为动力，减少了人手推助的操作，通常还设有声音和视觉提示，方便使用者感知注射过程，使用后自锁，整个使用过程在视觉上对患者隐针，降低了患者恐针情绪，提高了患者自我使用的成功率。通常四步式和三步式自动注射笔需要人为按压尾部的激发按钮启动注射，而两步式自动注射笔，通常在前端的针头保护套筒后退后，自动解锁启动注射，使用更为便捷，使得在急救领域的注射笔通常采用两步式操作方案。
目前在国内上市的一款药物搭载了手动推助注射器（图10），其具备注射过程全程隐针、声音视觉提示、用后针头保护套筒自锁等功能，但是其注射力通过操作者手提供，操作者在注射过程中需要按压手柄，这种注射方式可以实现注射流速自主控制。
图 10
该药物相较于同等疗效药物，其使用间隔周期更长，目前通常由医护人员完成操作。3. 注射剂给药装置的未来
注射笔由于其出色的功能为患者带来很多收益，但是由于其需要人手控制，保持与人体组织的接触等原因，造成其不适用进行大剂量生物制剂的注射。
目前自动注射笔上市情况来看，其最大注射剂量通常在2.25mL以内，虽然有5mL 自动注射笔的产品开发、药代动力学和人因工程的研究，但是目前笔者还未发现相关药品上市信息。
由于大剂量、高粘度注射剂采用注射笔注射时，对使用者的握持能力有要求，整个系统对弹簧弹力要求非常大，自动注射笔由于成本控制因素，通常采用高分子材料注塑生产零件，在弹簧弹力过大时，塑料零件长时间受较大的作用力会造成材料蠕变等不利情况发生，从而导致产品失效。
那么如何解决大剂量、高粘度注射剂自我注射问题呢？给药装置开发技术人员提出了他们的解决方案，例如贴敷泵等可穿戴式给药装置（图11）进行给药。
图 11
该类产品通常采用电路控制、电机驱动等方式进行注射，可以实现定时定量给药、注射速度可调可控、用药信息收集管理、报警提示全面高效等，并且隐私性好，不会影响使用者生活、学习、工作。并且该类产品不需要人为进行过多操作，也不对使用者握持能力有任何要求，因此非常适合大剂量、高粘度药物的注射。
目前已有应用贴敷泵广泛有，如在胰岛素领域的 Omnipod （图12），它让更多患者接受这类产品，帮助相关慢性病患者享受高质量的生活。
图12
说到了这么多给药装置，还有一类产品非常特殊，其可以实现无针注射，因为人的恐针心理往往不分年龄、性别。在1966年，法国科学家们首次提出“无针注射器”的理念， 经过反复论证之后加以实践，开启了想象力成为现实的探索之路。仅仅二十多年后，1992年德国研制出世界上第一支无针高压注射器，获批专门用于胰岛素注射的治疗。
无针注射器（图13）利用压力射流的原理来完成药液的皮下注射。
图 13
即通过无针注射器内部的压力装置产生的压力，推动药管中的药液经过微孔形成药液柱，使药液瞬间穿透人体表皮到达皮下，药液在皮下呈弥散状被吸收。目前该类产品产生压力的动力源通常有弹簧机械力、气体压力和电磁力，无针注射器也被广泛应用在胰岛素注射、生长激素注射、疫苗注射和医美注射中。
小结
注射剂给药装置多种多样，由于篇幅有限不一一列举，笔者相信随着技术的进步，会有越来越多的产品涌现，为患者提供更好的自我注射解决方案，让注射变得更安全、更简单、更高效。
