第六章实验流行病学教案

第六章实验流行病学研究EpidemiologicexperimentstudyEpidemiologicstudiesaredividedintothetwomajorareas:observationalandexperimental.Observationalstudiesareusuallycalledeitherdescriptiveoranalytical.Ifoneplanstoconductanobservationalstudy,onedoesnothavecontroloverthestudysubjects.Theresearchersimplyobservestheoutcomeandfactorsassociatedwiththedisease.Ontheotherhand,anexperimentalstudyhasfullcontroloverthestudysubjects.Thistypeofstudyisusuallyconductedinaclinical,communityintervention,andfieldtrialsetting.Iwillbediscussingaboutexperimentalstudyinthelatterpartofmylecture.【案例】1954年美国Salk灭活脊髓灰质炎疫苗现场试验――JonasEdwardSalk与ThomasFrancis,Jr一个埃及石柱上刻有一个人一条腿有萎缩衰弱的迹象，提示早在公元前1580～1350年间，就已经有脊髓灰质炎的发生。1789年，英国医生MichaelUnderwood首先对脊髓灰质炎进行了临床描述。1843年，美国首次爆发脊髓灰质炎。1930年～1955年间，脊髓灰质炎在美国流行，尤以1952年疫情最为严重，发生了57,628例脊髓灰质炎。脊髓灰质炎成为美国20世纪初期最令人恐惧的儿童疾病之一。20世纪50年代初，因为怕自己孩子染上该病，一到流行季节，父母甚至不让孩子们去电影院或游泳。美国总统罗斯福（FranklinDelanoRoosevelt）39岁时因为感染了脊髓灰质炎而导致下肢瘫痪。科学家们经过不懈的努力，研制和推广使用脊髓灰质炎疫苗，为人类最终实现消灭脊髓灰质炎的目标奠定了基础。在这个过程中，JonasEdwardSalk和ThomasFrancis,Jr两位科学家做出了巨大的贡献。Salk率先研制成功脊髓灰质炎灭活疫苗，并于1953年1月23日把他的研究结果报告给全国小儿麻痹基金会（NationalFoundationforInfantileParalysis，NFIP）科学顾问委员会中的免疫专家委员会。结果得到基金会科学顾问委员会主任ThomasRiver的青睐，开始计划着要开展一个大规模的疫苗现场试验。ThomasRiver的决定受到许多病毒学家的反对意见，特别是诺贝尔奖得主JohnEnders和AlbertSabin，但是ThomasRiver顶住压力坚持开展现场试验。1953年11月9日，O’Connor（BasilO’Connor于1938年创建NFIP）宣布疫苗现场试验将在下一年春季开始。试验现场设在美国272个脊髓灰质炎疫情最重的县。研究对象为脊髓灰质炎发病率最高的1～3年级学生。本实验采用观察对照设计，即二年级学生接种疫苗，一、三年级学生不接种疫苗，作观察对照，然后比较两组儿童脊髓灰质炎的发病情况。很快，38个州的卫生部门都做出回应，多数对疫苗的前景持乐观态度，准备好实施观察对照计划。但是，1954年2月15日，O’Connor宣布本次现场试验将采用2种类型的对照，即在33个州采用观察对照设计，11个州采用安慰剂对照设计。而否定了原本单一的观察对照计划。对于观察对照设计来说，由于预知疫苗注射情况，很容易在疾病诊断和报告过程中引入偏性。为此，ThomasFrancis和很多统计学家坚持使用安慰剂对照设计。最后，Salk疫苗的现场试验是在美国48个州中的44个州、以及加拿大和芬兰的部分地区进行。在美国，选择了近几年有脊髓灰质炎流行的217个地区。33个州的127个地区（总共1,080,680名1～3年级儿童）采用观察对照设计。其中，只有2年级学生接种疫苗（愿意且按规定完成3次接种的共221,998人），1和3年级学生不作任何注射，仅对其进行观察（共725,173人）。11个州的84个地区（总共749,236名1～3年级儿童）采用安慰剂对照设计。其中同意参加的共455,474人，将其随机分为2组，一组接种Salk疫苗，另一组接种没有任何作用的安慰剂。当地的医生和被接种者都不知道具体的分组情况，只有疫苗评价中心（VaccineEvaluationCenter）的工作人员了解。最后，完成3次规定注射的（0、1和5周，肌肉注射），疫苗组200,745人，安慰剂组201,229人。除此之外，对接种组和对照组中40,000多儿童采集了血清，采集时点为接种前、接种结束2周后和5个月后，以观察个体抗体水平的变化和持续时间。1954年4月26日，疫苗接种工作正式开始，RandyKerr成为第一个接种Salk疫苗的儿童。这项工作一直持续到6月中旬。自第三次接种后2周起至1954年12月31日为观察期，由地方卫生官员和疫苗评价中心的工作人员对研究对象进行监测。观察期间，共发生863例脊髓灰质炎，没有发生因疫苗引起的脊髓灰质炎病例或死亡。Salk疫苗及其现场试验取得了巨大的成功（如图1），但是，该实验仍旧受到很多人的质疑，如疫苗安全性、欠缺伦理学方面的考虑等。图6-1美国1940～1995年脊髓灰质炎病例分布【问题的提出】一、本次研究设计的方法是什么？目的是什么？如何做到明确研究目的？本次研究属于实验流行病学研究中的现场试验。实验流行病学研究基本特征为:是前瞻性研究；有明确的由研究者所控制的一种或多种干预措施；每一个研究对象都必须是来自同一个合格总体的抽样人群，并且被随机地分配到两组（或多组）实验和对照组中；有较严格的平行的对照组，与各实验组均衡可比。本研究主要是对灭活脊髓灰质炎疫苗的预防接种效果进行评价。为研制和推广使用脊髓灰质炎疫苗，为人类最终实现消灭脊髓灰质炎的目标奠定了基础。进行任何一项流行病学研究都必须预先制定一个科学、可行的设计方案，在设计中应首先明确研究的目的，要解决什么问题？是考核新的诊断、治疗方法还是评价一种或几种新药？社区实验设计的研究目的，一般是评价药物或疫苗的预防效果，评估健康教育和行为改变对健康或疾病的影响，探讨生物、社会环境改变对人群健康或疾病的影响。临床实验研究的主要目的包括：治疗研究、诊断研究、筛检研究、预后研究和病因研究等。通常一次临床试验只解决一个问题，问题太多会影响整个实验研究的结果和结论。二、本次实验现场为什选择脊髓灰质炎疫情最重的县和脊髓灰质炎发病率最高的1～3年级学生？选择实验现场应考虑那几个方面？选择脊髓灰质炎疫情最重的县和脊髓灰质炎发病率最高的1～3年级学生，是因为该人群预期发病率较高，在实验结束时，能够获取较明显的实验效果。确定实验现场的原则：人口稳定，数量多；发病率高；医疗卫生条件好；领导、群众配合；近期内未发生该病流行（免疫学效果）。思考题怎样区分目标人群、研究人群和研究对象？目标人群(targetpopulation)：某项研究所规定的总体人群，或打算推论的人群，或所抽样的总体人群。研究人群(studypopulation)：某项研究所选定的人群，即根据设计所抽取的样本(sample)。每一项研究一般不可能/也没有必要以全部目标人群为研究对象。研究对象(researchobjects)：样本或被研究人群中的每一个体(individual)，都称为研究对象。三、如何看待研究对象的确定和选择？本案例在对象的选择上存在什么问题？开展实验之前，首先应选择合适的研究对象，包括试验组和对照组。对研究对象的定义必须清晰严谨，能让他人准确地重复。选择研究对象时应制订选入和排除标准。但是标准的宽严需适度，过严就不容易选到足够的样本，而且影响研究结果的外推（extrapolation或generalizability）；过宽也容易使研究样本中混入一些不容易参加研究的人或实际不符合对象标准的人，影响研究的结果。入选标准常常根据研究目的并考虑研究的实际操作问题而设定，从地域、时间和研究对象的特征等方面来定义研究对象。本案例现场试验中疫苗接种组儿童与对照组儿童不是同一年龄组，对象的选择标准不够严格，因此会引起许多专家的质疑，成为本实验的主要不足之处。排除标准则在入选标准的基础上，从中剔除不适合参加研究的人，而本案例的研究对象并没有排除处在脊髓灰质炎潜伏期的儿童，因此会造成结果的偏倚。四、设立对照组的意义是什么？实验设计的一个重要原则就是必须要有对照，在实验研究中，要正确评价干预措施的效应，必须比较实验组和对照组是否有差异和差异是否有显著性。例：老年性慢性支气管炎由气候转暖自然缓解和药物治疗两种效应共同作用的结果，因此要想观察药物治疗的单独效应，必须设立一个对照组用以抵消气候转暖自然缓解的效应。五、本案例提到的安慰剂对照有什么缺点？使用安慰剂对照往往会产生安慰剂效应，即某些研究对象，由于依赖医药而表现的一种正向心理效应，因此，当以主观感觉的改善情况作为干预措施效果评价指标时，其效应中可能有安慰剂效应的存在。除了安慰剂效应以为，在实验流行病学研究中还会出现一些因素影响着随机对照试验的效应，如不能预知的结局（unpredicableoutcome）、霍桑效应（Hawthorneeffect）、潜在的未知因素的影响等。阅读“霍桑效应”的由来1927～1932年，哈佛大学商学院的Mayo教授在芝加哥郊区的Hawthorne西区电力工厂开展了一项研究。最初，研究者只是希望了解工作环境对生产力带来的影响。他采用了一系列手段改善女工的工作环境，包括改善灯光、休息时间、工作时间、送餐服务等。结果发现无论如何改变，女工的工作效率均显著提高。在将这些改善措施全部撤销、恢复到试验之前的状态后，工作效率更是达到了最高的状态。结果表明，受试者的感受和行为与干预措施的特异性无关，而是由于其成为研究中受关注的目标而改变其行为、心理感受的一种趋向。六、什么叫做观察对照？有何特点和不足？观察对照即为空白对照(blankcontrol)，指对照组不加任何处理因素。例如：实验组儿童接种疫苗，对照组儿童不接种疫苗。观察对照的特点主要为：简单易行。但是观察对照容易引起心理差异，从而影响实验效应的测定，同时使用观察对照也可能存在较明显的伦理学问题等。七、除观察对照和安慰剂对照外，还有哪些对照方式？设立对照的方式主要包括：空白对照、实验对照、标准对照、安慰剂对照、自身对照、相互对照、历史对照。1.实验对照(experimentalcontrol)：施加基础实验条件（非处理因素）。如表6-1，实验组为含赖氨酸的面包与非处理因素，而对照组为面包与非处理因素，通过对比后最终的结果为赖氨酸所产生的效应。表6-1实验对照示意图处理组含赖氨酸面包+非处理因素赖氨酸效应+,面包效应+非处理效应对照组面包+非处理因素面包效应+非处理效应非处理因素非处理效应结果赖氨酸赖氨酸效应2．标准疗法对照（有效对照）是临床试验中最常用的一种对照方式，标准疗法对照是以常规或现行的最好疗法（药物或手术）作对照。适用于已知有肯定疗效的治疗方法的疾病。3.安慰剂对照安慰剂通常用乳糖、淀粉、生理盐水等成份制成，不加任何有效成份，但外形、颜色、大小、味道与试验药物或制剂极为相近。在所研究的疾病尚无有效的防治药物或使用安慰剂后对研究对象的病情无影响时才使用。4.自身对照实验在同一受试对象上进行的一种简单设计的对照方法。特点：简单易行，使用广泛。但若试验前后某些环境或自身因素发生改变，并且会影响试验结果。5.交叉对照即在实验过程中将研究对象随机分为两组，在第一阶段，一组人群给予干预措施，另一组人群为对照组，干预措施结束后，两组对换实验，这