Conference Report Published by CareFusion Center for Safety and Clinical Excellence

Results

  For 1,443 medical admissions that received 

IV  heparin  for  at  least  24  hours,  the  median 

age  was  70  years,  50.5%  were  men  and  the 

crude  mortality  was  3.7%.  An  aPTT  was  not 

done  within  24  hours  of  starting  IV  heparin 

infusion  in  15.0%  of  cases.  Of  all  cases,  82% 

were admitted within 15 disease conditions, 

with the five most common causes of admis-

sion  being  non-hemorrhagic  stroke,  acute 

myocardial  infarction,  heart  failure,  pulmo-

nary embolism and arrhythmia.  

  Approximately  1  in  5  cases  and  1  in  3 

cases were sub-therapeutic at 6 and 24 hours, 

respectively.  At 6 and 24 hours the percent of 

cases  in  the  therapeutic  category  increased 

from 27.0% to 35.7% and those in the supra-

therapeutic  category  decreased  from  32.8% 

to 14.5% (Figure 1).  

  By the fourth hospital day 90.2% of cases 

were  started  on  IV  heparin  infusion.  Cases 

were further stratified by those started on IV 

heparin  infusion  within  4  days  and  beyond 

4  days  from  admission.  Cases  on  heparin 

beyond 4 days had a significantly higher ratio 

of  actual  to  predicted  mortality  within  each 

aPTT category and a higher ratio of actual to 

predicted LOS that was not significant (Table 

1).  Differences were also noted with bleeding 

or other complications.

  Given  these  differences  and  to  account 

for a more homogenous population, further 

analysis  was  done  for  cases  started  on  IV 

heparin infusion within 4 days of admission.  

Results for these cases showed that the actual 

Table 1. Outcomes for heparin start day

† 

medical cases only

Figure 1.  aPTT results at 6 and 24 hours medical cases only

Sub-therapeutic

Cases 

(%)

Therapeutic

Above therapeutic

Supra-therapeutic

33.3%

19.6%

27.0%

35.7%

16.5%

20.6%

14.5%

32.8%

40

35

30

25

20

15

10

5

0

6 hour

24 hour

† Mortality and LOS recalibrated for all medical cases receiving heparin in ≤ and > 4 days* excluding deaths, ^ p < 0.05

Sub therapeutic

Therapeutic

Above  

therapeutic

Supra  

therapeutic

≤ 4 days   > 4 days ≤ 4 days  > 4 days

≤ 4 days   > 4 days

≤ 4 days  > 4 days

Cases (n)

360

49

413

25

182

20

165

13

Actual LOS (avg)*

7.3

18.0

5.8

13.5

5.8

13.1

6.1

11.8

Predicted LOS (avg)*

7.5

8.3

6.6

8.7

6.6

7.8

6.7

7.3

Ratio act/predict LOS

0.97

2.17

^

0.88

^

1.55

^

0.88

^

1.67

^

0.90

^

1.62

^

Mortality %

4.7

12.2

3.1

16.0

1.6

0.0

1.2

15.4

Predicted mortality %

4.3

6.7

3.3

5.5

3.2

4.4

2.8

5.1

Ratio act/predict  

mortality

1.11

1.82

0.95

2.93

0.52

0.00

0.44

3.04

Bleeding diagnosis code

13.9

26.5

11.6

28.0

12.1

35.0

12.1

7.7

Transfusion  

procedure (%)

8.3

2.0

6.1

12.0

5.5

0.00

7.9

0.0

Thromboycytopenia (%)

6.9

14.3

6.3

16.0

2.7

15.0

3.0

23.1

Decreased  

hemoglobin (%)

26.1

46.9

23.2

36.0

18.1

45.0

17.0

38.5

 

 Executive Summary Conference Report

 

36

9th Invited Conference: Improving Heparin Safety

 

LOS was higher for sub-therapeutic cases than 

for all other aPTT groups combined (7.3 days 

vs.  5.9  days,  p  <  0.05). The  ratio  of  actual  to 

predicted LOS was higher for sub-therapeutic 

cases  (1.07,  p=0.12)  than  for  all  other  aPTT 

groups  combined  (0.96,  p  =  0.07)  (Table  3).  

Although these actual to predicted results did 

not  reach  statistical  significance,  there  may 

be  a  trend  in  the  direction  of  the  ratio  that 

indicates  that  sub-therapeutic  cases  have  a 

higher LOS.

  The  results  of  regression  analysis  of  risk 

factors  for  bleeding  or  other  complications 

showed  that  severity  of  illness  on  admission 

(OR  =  2.55)  and  cases  started  on  heparin 

beyond  4  days  (OR  =  2.55)  had  significantly 

higher  rates  of  bleeding  or  other  complica-

tions (Table 3).

Discussion

 

  Results of a retrospective analysis of four-

hospital data found that sub-therapeutic aPTT 

results  were  common.  Even  in  the  subset 

of  medical  cases  in  which  IV  heparin  infu-

sion was initiated early in the hospitalization 

(within 4 days) these rates persist. It is note-

worthy  that  at  6  hours  the  percent  of  sub-

therapeutic cases (19.6%) was lower than the 

percent  of  supra-therapeutic  cases  (32.8%); 

however,  at  24  hours  the  percent  of  sub-

therapeutic cases (33.3%) was higher than the 

percent  of  supra-therapeutic  cases  (14.5%) 

(Figure  1).  The  higher  predicted  mortality 

of  sub-therapeutic  cases  (Table  1)  may  indi-

cate that clinicians were being more cautious 

with heparin dosing in patients with a higher 

severity  of  illness.  A  substantial  fraction  of 

cases  (15.0%)  lacked  evidence  of  measured 

aPTT.

  When  risk-adjusted  outcomes  were  com-

pared,  the  sub-therapeutic  cases  had  higher 

ratios of actual to predicted LOS and mortality, 

although the differences were not statistically 

significant for cases started on heparin within 

4 days of admission. Differences in complica-

tion  rates  between  the  groups  appear  to  be 

related  to  underlying  patient  severity  of  ill-

ness.  The  limitations  of  this  analysis  are  the 

retrospective  nature  of  the  study,  hospital 

specific  therapeutic  aPTT  was  not  available 

and  bleeding  was  not  confirmed  by  clinical 

case review.

Conclusions

  The  differences  observed  in  this  analysis 

may  be  important  for  hospitals  evaluating 

performance of IV heparin infusion protocols.  

Given the outcomes and complication differ-

ences seen in this analysis, when conducting 

hospital-specific analysis it may be important 

to stratify cases by early and late initiation of 

heparin  and  possibly  by  severity  of  illness. 

Given the high rate of sub-therapeutic cases 

at  24  hours  and  their  associated  worse  out-

comes, it may be important to evaluate both 

sub- and supra-therapeutic cases.  

  Further  research  should  examine  differ-

ences in aPTT response to understand if phy-

sician preference or patient risk characteristics 

are  influencing  heparin  therapeutic  ranges 

and  subsequent  outcomes.  Hospital-specific 

evaluation  of  aPTT  response  to  IV  heparin 

infusion therapy may also provide insights to 

help clinicians improve heparin use.

References 

1.  Melloni C et al. Unfractionated heparin dosing and risk 

of  major  bleeding  in  non-ST-segment  elevation  acute 

coronary syndromes. Am Heart J 2008;156:209-15. 

2.  Hirsh  J,  et  al.  Parenteral  Anticoagulants.  American 

College  of  Chest  Physicians  Evidence-Based  Clinical 

Practice Guidelines (8th Edition).  CHEST 2008; 133:141S-

59S.

3.  Fanikos  J,  et  al:  Medication  errors  associated  with 

anticoagulant therapy in the hospital. Am J Card, 2004, 

94:532-5.

4.  The  Joint  Commission.  Sentinel  Event.  Retrieved 

May  5,  2009  from  http://www.jointcommission.org/

SentinelEvents/SentinelEventAlert/sea_41.htm. 

5.  Tabak  YP,  Johannes  RS,  Silber  JH.  Using  automated 

clinical  data  for  risk  adjustment:  development  and 

validation  of  six  disease-specific  mortality  predictive 

models  for  pay-for-performance.  Medical  Care  2007;  

45(8): 789-805.

Table 2. Outcomes for heparin started within first 4 days medical cases only

Table 3. Complication model for medical patients receiving heparin

Characteristic

1-SUBTHP

Groups 2,3,4†

Cases (n)

360 (32.1)

760 (67.9)

Acutal LOS (avg)*

7.3

5.9

Predicted LOS (avg)*

6.8

6.1

Ratio Act/Predict LOS

1.07 (p=.12)

0.96 (p=.07)

Mortality %

4.7%

2.4%

Predicted Mortality %

3.7%

2.7%

Ratio Act/Predict Mort  

(95% CI, p value)

1.28 (0.84-2.71) p=.37

0.87 (0.61-1.50) p=.61

Total Charges (ave $)

 28,389 

 18,876

Variable

OR  (95% CI)

p

c statistic

Aggregated severity on 

admission

2.55 (1.95, 3.35)

<.0001

0.8272

1st heparin order >3 days

2.55 (1.28, 5.05)

0.0075

0.8307

Above therapeutic

0.35 (0.10, 1.25)

0.1069

0.8373

No PTT

0.66 (0.26, 1.68)

0.3802

0.8382

Supra-therapeutic

0.62 (0.20, 1.92)

0.4081

0.8410

Sub-therapeutic

1.05 (0.54, 2.07)

0.8836

0.8414

Note: Therapeutic as reference

†

 

2 = therapeutic, 3 = above therapeutic, 4 = supra-therapeutic; * excluding deaths

PROCEEDINGS

9th Invited Conference: Improving Heparin Safety

37

 

Executive Summary Conference Report

 

A Systematic Approach to Improving  

Anticoagulation Safety

Steven Meisel, PharmD, Director of Medication Safety, Fairview Health System, Minneapolis, MN

Key points

•  Anticoagulation therapy is a complicated process that includes at least 51 opportunities for

 failure, which can all lead to serious patient harm.

•  Three principles for ensuring medication safety include designing systems to prevent errors

 and harm, making errors that do occur visible to staff and having procedures in place to

 mitigate harm.

•  The following steps should be taken to improve the safety of heparin use:

 1.  Write pre-typed protocols

 2.  Develop a heparin dosing service

 3.  Use low molecular weight heparin (LMWH) rather than unfractionated heparin (UFH)

 4.  Use pre-mixed bags and a single concentration of heparin

 5.  Limit floor stock

 6.  Prohibit override access from automated dispensing cabinets

 7.  Minimize stock in pharmacy

 8.  Use saline flush to maintain line patency

 9.  Use “TALLman” lettering

 10.  Duplicate drug checking

 11.  Use anticoagulation flow sheets

 12.  Ensure competency of staff

 13.  Use smart pumps

 14.  Use barcoding

 15.  Use computer alerts/pages for high aPTT values  

•  By understanding the complexity of heparin therapy, managing every step and taking

 action to identify and eliminate every source of error, significant progress can be made

 towards achieving the goal of “do no harm.”

  The  medication  process  has  seven  core 

steps:  evaluating  a  patient,  ordering  a  drug, 

transcribing the order, preparing and dispens-

ing a drug, administering a drug to a patient 

and monitoring patient response. There is no 

single owner of this process. While physicians, 

nurses,  pharmacists  and  patients  each  own 

certain  sub-elements  of  the  process,  a  safe 

and  effective  overall  process  requires  each 

discipline to consider their role in the context 

of others.

  With  anticoagulant  therapy,  there  are  at 

least  51  opportunities  for  failure.  A  failure 

at  any  one  of  the  steps  can  lead  to  serious 

patient harm.  

Errors may include:

Evaluation:

1.  Insufficient  information  about  other 

drugs a patient is taking

2.  Insufficient information about past dose-

response relationships

3.  Insufficient drug information

4.  Insufficient laboratory information

5.  Insufficient  allergy,  pregnancy  or  other 

patient information

6.  Incorrect diagnosis

7.  Home medication lists are not reconciled

Decision:

1.  Incorrect drug selected

2.  Incorrect dose selected

3.  Incorrect route selected

4.  Parameters incorrect; too rapid of a titra-

tion schedule

5.  Regimen too complex

Ordering:

1.  Illegible handwriting

2.  Order not transmitted to pharmacy

3.  Overlapping scales

 

 Executive Summary Conference Report

 

38

9th Invited Conference: Improving Heparin Safety

 

4.  Failure  to  account  for  changing  condi-

tions  of  diet,  total  parenteral  nutrition 

(TPN) or enteral feedings

5.  Wrong route prescribed

6.  Use of the letter U or other unsafe desig-

nations

7.  Untimely orders (e.g. the nurse must call 

the  physician  for  orders  but  the  time 

delay is prolonged)

8.  Wrong dose prescribed

Transcription:

1.  Misreading of order

2.  Incorrect entry into pharmacy computer 

or  computerized  prescriber  order  entry 

(CPOE)  system  due  to  a  slip  or  picking 

error

3.  Illegible transcription

Dispensing:

1.  Incorrect drug or concentration selected

2.  Patient information unavailable

3.  Drugs that look or sound alike 

4.  Label incorrect, ambiguous or applied 

incorrectly

5.  Infusion prepared incorrectly

6.  Incorrect dose drawn into syringe

7.  Incorrect mapping to automated dis-

pensing cabinet

8.  Floor stocking error

Administration:

1.  Improper storage and lighting

2.  Look-alike labeling

3.  Incorrect syringe used

4.  Administered via incorrect route

5.  Failure to chart correctly or in a timely 

manner

6.  Medication administration record  

misread

7.  IV pump issues:

 

A. Changing concentrations

 

B. Non-standard concentration

 

C. Pump programming error

 

D. Bag inserted into incorrect channel

 

E. Over-reliance on smart technology

 

F. Line swaps

 

G. Free flow pump

Monitoring:

1.  Incomplete or insufficient monitoring; 

patient not observed for bleeding

2.  Blood tests not ordered

3.  Blood tests ordered incorrectly

4.  Blood test results unavailable

5.  Blood test results communicated incor-

rectly

6.  Mislabeled specimens

7.  Fragmented care

 

Nolan has described three principles for 

system design to improve patient safety

1

.  

The  first  principle  is  to  design  systems 

that  prevent  errors  and  harm.  Knowing 

that best efforts cannot prevent 100 per-

cent of all errors or harm, errors must be 

made visible to staff.  Finally, procedures 

must be in place to mitigate harm.

 

Based on these principles, the following 

steps  should  be  taken  with  regard  to 

heparin.  

 

P = prevention 

M = mitigation 

D = detection

16.  Write  pre-typed  protocols  (P,  M).  Hand-

written  protocols  are  unquestionably 

prone  to  error.  Dosing  or  monitoring 

parameters  may  be  illegible,  ambigu-

ous  or  incorrect.  Different  instructions 

for  different  patients  can  lead  to  confu-

sion  and  patient  mix-ups.  Use  of  simple 

pre-typed protocol enables pre-typed or 

pre-prepared  medication  administration 

records,  eliminates  handwriting  prob-

lems and provides clarity and consisten-

cy for staff. A well-designed protocol also 

includes clear instructions for managing 

an out-of-range laboratory test or medi-

cation error.

17.  Develop  a  heparin  dosing  service  (P,  D,

M).  Despite  the  use  of  protocols,  clini-

cal  judgment  needs  to  account  for 

the  nuances  of  patient  conditions  and 

dose:response  relationships.  Investing 

accountability  in  a  heparin  dosing  ser-

vice  comprising  a  small  group  of  highly 

trained experts (usually pharmacists) can 

help  standardize  practice  while  allow-

ing  for  patient  variability.  This  service 

also increases early detection of adverse 

events and rapid intervention should an 

adverse event or error occur.

18.  Use low molecular weight heparin (LMWH)

(P).  There  is  no  question  that  LMWH  is 

safer  than  unfractionated  heparin  UFH).  

For most clinical situations, a LMWH is as 

effective as UFH and prescribing, admin-

istration and monitoring are far simpler.  

Thus, conversion from UFH to LMWH will 

improve  the  safety  of  anticoagulation.  

The  main  barrier  to  this  conversion  has 

been cost: the acquisition cost of LMWH 

is significantly higher than UFH. A more 

complete  assessment  shows  that  when 

the use of IV lines, IV pumps, laboratory 

testing  and  labor  of  dose  changes  and 

related functions are taken into account, 

the  costs  of  the  two  products  begin  to 

equalize.

19.  Use  pre-mixed  bags  and  a  single  concen-

tration of heparin (P). The process of mix-

ing IV solutions is highly prone to error. 

Use  of  more  than  one  concentration  of 

heparin  creates  a  risk  that  the  two  for-

mulations  may  be  confused.  Hospitals 

39

 

Executive Summary Conference Report

9th Invited Conference: Improving Heparin Safety

can help reduce the risk of errors by pur-

chasing  heparin  in  a  ready-to-use  form 

from  one  of  several  manufacturers  and 

by  standardizing  to  a  single  concentra-

tion  for  all  patient  populations.  Under 

no circumstances should IV heparin solu-

tions be prepared outside the pharmacy 

department.

20.  Limit  floor  stock  (P).  Emergency  use  of 

heparin is seldom needed outside of areas 

such as interventional cardiology or radi-

ology,  the  operating  room  and  perhaps 

the emergency department. Therefore, its 

availability should be limited to carefully 

selected  areas  of  the  hospital.  Heparin 

should be stocked in unit-of-use formula-

tions  with  the  fewest  possible  strengths 

and  types.  Other  than  for  emergency 

purposes,  heparin  should  be  dispensed 

in patient-specific form directly from the 

pharmacy.  

 21. Prohibit  override  access  from  automated

dispensing  cabinets  (P).  Except  for  emer-

gency  situations  and  the  departments 

described  above,  access  to  heparin 

should  be  limited  to  patients  with  an 

active order for that form of heparin. This 

ensures pharmacy screening of the order 

and helps reduce medication errors such 

as  selecting  an  incorrect  formulation  or 

administering  heparin  to  an  incorrect 

patient.

22.  Minimize  stock  in  pharmacy  (P).  Heparin 

is  available  in  many  concentrations  and 

sizes,  including  vials,  pre-filled  syring-

es  and  large-volume  infusion  bags.  The 

greater  the  variety  of  products  available 

on the shelf, the greater the likelihood of 

dispensing errors. Limiting what is avail-

able  on  pharmacy  shelves  can  help  to 

minimize these errors.

23.  Use  saline  flush  (P).  There  is  little,  if  any, 

evidence  that  heparin  is  more  effective 

than  saline  for  maintaining  the  patency 

of peripheral or arterial lines. The use of 

saline  solution  to  flush  lines  avoids  the 

risk  of  confusing  heparin  formulations 

and the risk of heparin-induced thrombo-

cytopenia.

24.  Use  “TALLman”  lettering  (P).  There  have 

been  many  reports  of  mix-ups  between 

heparin  and  Hespan™  (a  brand  of  het-

astarch).  Most  authorities  recommend 

differentiating product names by the use 

of  “TALLman”  lettering  that  capitalizes 

the distinguishing features of words.  For 

example,  HEParin  or  HeSPAN  should  be 

used on shelf and pharmacy labels and in 

the electronic health record.

25.  Duplicate drug checking (P). The pharmacy 

computer software and electronic health 

record should be configured to check for 

duplicate  anticoagulants  and  for  drugs 

such as thrombolytics that influence the 

response  to  heparin,  and  to  alert  prac-

titioners  so  appropriate  modifications 

can  be  made.  Checking  should  include 

LMWH  and  other  agents  that  may  not 

be active at the time the heparin order is 

placed. For example, a one-time dose of 

enoxaparin may have been administered 

in  the  emergency  department  but  not 

be  considered  active  when  the  heparin 

order is written on the inpatient unit.  The 

system should also check for discontinua-

tion of agents that could require the dose 

of  heparin  to  be  increased.    Ideally,  the 

system will minimize nuisance alerts such 

as a heparin infusion and bolus dose or a 

heparin infusion and line flush.

26.  Use  anticoagulation  flow  sheets  (P,D). 

When  multiple  loading  and  bolus  doses 

are  given,  infusion  rates  may  change 

and  laboratory  tests  be  received  up  to 

four  times  daily.  Understanding  dose-

response  relationships  or  locating  a 

patient’s dosing history can be daunting 

and lead to incorrect decisions. Use of a 

flowsheet  can  greatly  simplify  the  pro-

cess of adjusting dosages and reduce the 

likelihood of error. 

27.  Ensure  competency  of  staff  (P).  Heparin 

use  is  highly  complex.  Safe  use  of  this 

medication requires that all practitioners 

fully  understand  the  pharmacology  of 

the drug, dosing considerations and the 

use  of  site-specific  systems  designed  to 

minimize the risks of error and harm.  

28.  Use smart pumps (P, D). Smart pumps are 

infusion  devices  that  are  designed  to 

deliver  dosages  within  pre-established 

parameters.  The  standard  concentra-

tion  of  the  drug  is  preloaded  into  the 

device  software  along  with  upper  and 

lower  dosage  limits.  If  a  nurse  attempts 

to infuse a dose outside these limits, the 

safety  software  generates  an  alert.  If  a 

nurse  overrides  an  alert  and  proceeds 

with  the  original  programming,  an  icon 

or  other  message  on  the  pump’s  screen 

alerts staff that the drug is infusing out-

side  of  usual  limits.  Some  smart  pumps 

also  have  hard  limits—limits  that  can-

not be overridden. Smart pumps help to 

reduce  pump  programming  errors  such 

as  10-fold  overdoses.    However,  they  do 

not  detect  programming  errors  within 

established limits, line swaps or if a nurse 

has  selected  heparin  but  hung  a  bag  of 

insulin  or  another  medication.  Despite 

these  limitations,  smart  pumps  should 

be  considered  a  minimum  standard  for 

infusing  high-risk  medications  such  as 

heparin.

29.  Use barcoding (P, D). Barcoded medication 

administration helps detect and prevent 

administration  of  a  drug  to  an  incorrect 

patient  by  alerting  the  nurse  that  the 

drug  is  not  on  a  patient’s  profile  or  not 

due  for  administration.  Barcoding  can 

also  help  ensure  accuracy  in  replacing 

drugs in automated dispensing cabinets 

and in stocking drugs received from the 

wholesaler  or  other  sources.  Barcoding 

is  not  fool-proof  and  practitioners  often 

find ways to bypass the system; as such, 

its  use  needs  to  be  carefully  managed 

and monitored.  

 

 Executive Summary Conference Report

 

40

9th Invited Conference: Improving Heparin Safety

 

30.  Use  computer  alerts/pages  for  high  aPTT

(D).    When  an  aPTT  or  other  laboratory 

test reaches a certain level, it is important 

to respond in a timely fashion. Too often, 

a  laboratory  report  comes  to  a  person 

such  as  a  unit  secretary  who  is  not  in 

position to take action and needs to track 

down  a  decision-maker.  In  some  hospi-

tals,  laboratory  values  are  automatically 

sent by computer or page directly to the 

decision-maker.