初中物理输液瓶的原理_备孕

静脉输液的原理及故障排除法

静脉输液是利用大气压和液体静压原理将一定量的无菌溶液或药液由静脉输入体内的方法.无菌药液自输液瓶经输液管通过针尖输入到静脉内应具备的条件是：①输液瓶必须具有一定高度.②液面必须与大气相通（软包装液体除外）.③输液管道通畅.

1.常用溶液

（1）晶体溶液晶体溶液分子量小,在血管内存留时间短,对维持细胞内外水分的相对平衡有重要作用,可有效纠正体内的水、电解质失调.

（2）胶体溶液胶体溶液分子量大,在血液内存留时间长,能有效维持血浆胶体渗透压,增加血容量,改善微循环,提高血压.

2.常见输液故障及排除法

（1）溶液不滴

①针头滑出血管外液体注入皮下组织,局部肿胀、疼痛,应另选静脉重新穿刺.

②针头斜面紧贴血管壁防碍液体滴入,可调整针头位置或适当变换肢体位置,直到滴注通畅为止.

③压力过低输液瓶位置过低所致,适当抬高输液瓶位置点滴即可通畅.

④静脉痉挛液体滴入不畅,由于穿刺肢体在冷的环境中暴露时间过长或输入的液体温度过低所致,局部热敷可解除痉挛.

⑤针头阻塞液体不滴,又无回血抽出时,表明针头阻塞,应拔出后更换针头,重选静脉进行穿刺.切忌强行挤压导管或用溶液冲注针头,以免血凝块进入静脉造成栓塞.

（2）茂菲氏滴管内液面过高

①滴管侧壁有调节孔时先夹紧滴管上端的输液管,再打开调节孔,待滴管内液体降至露出液面,见到点滴时,可关闭调节孔,松开滴管上端的输液管即可.

②滴管侧壁无调节孔时可将输液瓶取下,倾斜瓶身,使插入瓶内的针头露出液面,溶液缓缓流下直至滴管露出液面,再将输液瓶挂回输液架上继续点滴；或将插入瓶内的针头拔出待溶液缓缓流下直至滴管露出液面,再消毒瓶口插入针头继续点滴.

（3）茂菲氏滴管内液面过低

①滴管侧壁有调节孔时先夹紧滴管下端的输液管,再打开调节孔,当滴管液面升至所需高度时,关闭调节孔,松开滴管下端输液管即可.

②滴管侧壁无调节孔时可夹住滴管下端的输液管,用手挤压滴管,使液体下流至滴管内,当液面升至所需高度时,停止挤压,松开滴管下端输液管即可.

（4）茂菲氏滴管内液面自行下降

输液过程中,若滴管内液面自行下降,应检查滴管上端输液管与滴管的衔接是否紧密,滴管有无漏气或裂隙,必要时更换输液器. 输液与血液流动相等

输液故障的排除法：

（1）溶液不滴

①针头滑出血管外，局部肿胀疼痛，应另选血管重新穿刺。

②针头斜面紧贴血管壁，可调整针头位置或适当变换肢体位置。

（2）茂菲氏滴管内液面过高，可倾斜溶液瓶，使瓶内的针头露出液面上，必要时用手挤压输液管上端，瓶内空气即进入输液管内，让液体缓缓流下，直至露出液面。

（3）茂菲氏滴管内液面过低，可捏紧滴管下端输液管，同时挤压上端输液管，迫使液体进入滴管内。

（4）茂菲氏滴管内液面自行下降，检查滴管上端橡胶管和滴管有无漏气、裂隙，必要时更换。

溶液分类

饱和溶液：在一定温度、一定量的溶剂中，溶质不能继续被溶解的溶液。

不饱和溶液：在一定温度、一定量的溶剂中，溶质可以继续被溶解的溶液。

饱和与不饱和溶液的互相转化：不饱和溶液通过增加溶质（对一切溶液适用）或降低温度（对于大多数溶解度随温度升高而升高的溶质适用，反之则须升高温度，如石灰水）、蒸发溶剂（溶剂是液体时）能转化为饱和溶液。

以上内容参考：百度百科-溶液

很多人都有过静脉输液（俗称“打点滴”）的经历，这里涉及到的许多流体力学原理，很多人未必注意到。

图1 静脉输液器示意图

静脉输液器的示意图如图1所示，其中包括输液瓶①、针头②、上输液管③、夹子④、茂菲氏滴管⑤、小管⑥、管口和乳胶帽⑦、管口⑧、下输液管⑨、调节阀⑩、针头⑾、针头⑿、软管⒀等。这里，盛有药液的玻璃瓶(输液瓶)①是倒挂的，下面是药液，上面是气体，液面用S1表示，液面的高度记为hS1。针头②通过瓶塞插入药液中，并将药液引入上输液管③。夹子④可以阻断上输液管③内的液体流动(通常夹子④可以省去，这里是为了解释需要而加入的)。透明的茂菲氏滴管⑤的上端有两个管口。一个管口处嵌入一个小管⑥，其上端与上输液管③相连，下端张着一个不断变形的液面，该液面上的表面张力总是力图阻止上面的液柱向下流，但是液柱的压力总是比表面张力大，使得该液面越来越向下突出。当液面完全支撑不住时，就有一滴药液落下，然后该液面又重新回到管口附近，我们用h6表示上下变化的液面的平均高度。另一个管口⑦套着一个乳胶帽，可以阻止茂菲氏滴管内外的空气流通(必要时，护士可以用针管从该管口注入一些辅助药液)。茂菲氏滴管的下部保留一部分药液，上面存留有一部分空气，S5是气、液之间的界面(液面)，液面的高度记为hS5。茂菲氏滴管下面的管口⑧与下输液管⑨连接。调节阀⑩可以调节输液速度。针头⑾插入患者的静脉中，我们用h0表示针头处的高度。人们常以h0为基准计算其它各处的高度(h0=0)。

在插入输液瓶①的另一个针头⑿下面，连接着一个泄气软管⒀，该管的出口向上与周围大气相连，药液会通过针头⑿流入软管⒀。但是由于大气压力的存在，流入软管的药液液面S13会在软管的某处自动停住，以维持软管内液柱的力平衡。U形软管⒀底部的高度记为h13，液面S13的高度记为hS13，hS13可表示为hS13 =h13+δh13≈h13+δh13。这里，δh13表示液面S13与软管底部的高度差，这种高差呈缓慢的周期变化，而且变化幅度不大，其平均值记为δh13。

这样的构成主要是为了保证输液器具有以下功能：(1) 保证输液过程中输液速率Φ(mm3/s)的平稳，(2) 避免气泡随着药液进入人体的静脉，(3) 根据需要可以调节输液速率Φ。

对于这样的输液系统，出于好奇，我在输液时给自己提出了这样几个问题：

1) 从开始到结束，在整个输液过程中输液速率Φ有无明显变化？

2) 在输液过程中，由于某种原因，病人需要移动位置，或改变姿态(卧、坐、立的变换)，为了保持流率不变或基本不变，需要注意的关键是什么？在保持hS1(或者说h13)不变的前提下，相对高度hS5和h6等发生变化是否会明显改变流率Φ？

3) 输液中某时刻，护士通过管口⑦加入了某些药液；一段时间后流率重新趋于稳定，这时的流率与护士操作前相比有什么变化？

4) 茂菲氏滴管上部的气室体积V5有一定量的增加(例如，护士通过管口⑦放走了一些气，或者从输液瓶下来的药液中含有一些气泡，这些气泡会先穿过液面S5进入液体层，但很快会在表面S5处破碎进入气室)，重新稳定后流率Φ是否会变化？

5) 有哪些办法可明显改变流率Φ？

下面我们就来分析这些问题。设pa是周围的大气压强，pp是针头⑾处病人的静脉血压，p1和V1是输液瓶上部的气压和体积，p5和V5是茂菲氏滴管上部的气压和体积。此外，再设(R1+r4)是从液面S1到小管⑥下端，药液在这一段变截面管路中的等效流动阻力， (R5+r10)是从液面S5到针头⑾，这一段变截面管路中的等效流动阻力，其中r4是夹子④处的局部阻力，r10是调节阀⑩处的局部阻力。

在茂菲氏滴管内的液滴一滴一滴地向下滴的过程中，整个系统各点的压强都有微小的脉动，下面的分析将忽略这些脉动。

根据力平衡原理，上、下两部分的流动分别满足：

[p1+ρg(hS1－h6)]－p5=(R1+r4)*Φu(1)

[p5+ρg(hS5－h0)]－pp=(R5+r10)*Φd (2)

其中Φu和Φd分别是上部管路和下部管路的流率。当输液器内的流动达到稳定时Φu=Φd=Φ，在这种情况下，将以上两式相加则得到

{p1+ρg[(hS1－h0)－(h6－hS5)]}－pp=(R1+ R5+r4+r10)*Φ (3)

p1近似等于大气压强pa，更精确的关系可根据U形管⒀中的力平衡关系得到：

p1+ρghS1≈pa+ρg (h13+δh13) (4)

将式(4)代入式(3)则得到

(pa－pp)+ρg(h13+δh13－h0)－ρg(h6－hS5) =(R1+ R5+r4+r10)*Φ (5)

通常都有(h6－hS5)<<(h13－h0)和δh13<<(h13－h0)，所以上式可近似地简化为

(pa－pp)+ρg(h13－h0)≈(R1+ R5+r4+r10)*Φ (5)

现在我们可以利用方程(5)来讨论前面提到的几个问题(在下面讨论中，pa，pp和ρg总是不变的，高度基准h0=0)。

1) 如果没有针头⑿和U形软管⒀，则输液瓶内的气压p1将随着体积V1的增大而迅速降低，由式(3)可见，这时输液速率Φ也将迅速下降，针头⑿和U形软管⒀正是为了克服这种现象而引入的。有了针头⑿和U形软管⒀，空气会通过它们不断地补充进去，气压p1基本保持不变。有人可能会就此认为，输液速率Φ会因hS1的下降而略有下降(根据式(3))，其实，输液速率Φ的变化比我们想象的还要小。由于[pa+ρg (h13+δh13)]基本上不变，由式(4)可见，气压p1会随着hS1的下降而略有上升，使[p1+ρghS1]基本上不变，因此，输液速率Φ几乎不变(也可参见公式(5))。

2) 茂菲氏滴管整体的上下移动(h6和hS5随之改变)对稳定的输液速率Φ没有影响。从公式(5)可以看出，只要小管⑥的下端与液面S5的相对高度(h6－hS5)保持不变，输液速率Φ就不变。

3) 在输液过程中，如果护士通过管口⑦加入了某些药液，这时茂菲氏滴管内的气压p5会因之而上升，这又会引起上部的输液速率Φu减小(参见公式(1))，下部的输液速率Φd增加(参见公式(2))，结果使气压p5逐渐地重新回到原来的值，Φu和Φd也逐渐地回到原来的值Φ。上述的调整过程很短暂。

4) 茂菲氏滴管中上部的气室体积因某种原因略有增加，当重新达到稳定时，会使相对高度(h6－hS5)有少许增加，但对最终的输液速率Φ基本上没有影响(参见公式(5))

5) 改变夹子④和调节阀⑩处的局部流阻r4和r10能方便和有效地改变流率Φ。增加流阻r4和增加流阻r10都能达到减小流率Φ的目的，所以夹子④常可省略。

较大幅度地升降输液瓶①的高度，也能明显地改变流率Φ。

简单说来是这样的：

1) 从开始到结束，在整个输液过程中输液速率Φ不会有明显变化；

2) 若hS1 (或者说h13)不变，只是高度hS5和h6等有些变化，这不会明显改变流率Φ；

3) 从管口⑦加入了某些药液，稳定后，流率Φ会回到原来值；

4) 茂菲氏滴管上部气室中空气量的增减，流率Φ不会有明显改变；

5) 改变夹子④和调节阀⑩处的局部流阻r4和r10能方便和有效地改变流率Φ，较大幅度地升降输液瓶①的高度，也能明显地改变流率Φ。

近来医院里常用袋装的药液代替瓶装的药液。由于软包装的塑料袋不能承受内外压强差，也就是说，袋内气室部分的压强几乎总是等于周围的大气压强，即p1≈pa，所以没有必要再用针头⑿和软管⒀。这时，随着液面S1的下降，输液速率Φ略有减小(参见公式(3))。