实验性研究的基本内容及其应用

实验性研究的基本内容及其应用一、概述以人群为研究对象进行的流行病学实验性研究最早始于1747年的英国，但直到1919年英国的Topley才首先提出并从而创立了实验流行病学,又称流行病学实验。实验性研究（experimentalstudy）是指将研究人群随机分为实验组与对照组，向实验组施加研究者所能控制的某种干预措施，而对照组则否，然后随访观察一定时间，并比较两组人群之间效应的差别，从而判断该措施效果的一种方法。这里所谓的“干预措施”，是指人为加入或去除某种因素，例如欲验证某一病因假设，可对实验组去除这一因素，对照组不去除，随访后观察比较两组的结局。若有差异,则认为该因素可能是病因。再比如考核某种疫苗对某病的预防效果，让实验组接种该种疫苗，对照组不接种，最后，比较两组发病情况，据此，对该疫苗的预防效果进行评价。实验性研究与描述性及分析性研究不同，它是实验法而非观察法，它可以对研究人群人为地施加干预措施，研究人群的分组完全是按照随机化的原则来确定的，并且实验是在严格控制或基本控制的条件下进行的。因此，提高了结果的可比性，减少了误差。根据研究目的及研究对象的性质不同，实验性研究一般分为两种类型，即临床试验（clinicaltrial）和社区试验（communitytrial）。临床试验是以患病人群为研究对象，并以患病个体为单位，研究考核药物或治疗方法在消除疾病症状、恢复健康或提高生存率等方面的效果。社区试验是以某社区人群为整体，研究预防药物或措施的效果，或者在疾病发生前对可能增加疾病危险的因素进行干预，并对干预的效果进行评价。目前，实验性研究已经越来越广泛地被用于恶性肿瘤、心脑血管疾病、地方病、职业病、意外死亡等非传染性疾病和原因不明疾病的病因研究，以及疾病防治措施和预防保健措施的效果评价。二、实验研究设计的基本原则与内容（一）明确研究目的实验研究的目的是要解决的问题，这是在设计时首先应该明确的，也是落实其他设计内容的核心和依据。目的不同，采取的措施、研究对象均不相同。通常在一次实验中，只能要求解决一、两个问题。实验研究是由研究因素、研究对象和实验效应三个基本要素构成的。（二）确定研究因素和效应指标研究因素也就是根据研究目的而施加的某种干预措施。在确定时，要注意研究因素的性质、强度、施加的方法在整个实验过程中必须始终如一，保持不变；同时还要注意找出非研究因素，因为非研究因素在实验中可能会导致研究结果的误差。在设计时，应力求明确并设法消除其影响，以免干扰实验结果的评价。实验效应是指研究因素作用于研究对象的反应，这种效应是通过效应指标显示出来的。能否作为效应指标，最重要的条件就是确实能反映出研究因素的效应，也就是指标的特异性，此外，还要考虑其真实性、可靠性和可行性。（三）确定研究对象研究对象是实验研究的另一基本要素。应根据研究目的制订出严格的选择标准，包括选入标准和排除标准确定研究对象。应注意以下主要原则：1、选择干预措施有效的人群进行临床实验时，应选择经统一、公认的诊断标准确诊的病例。为评价某疫苗的效果，应选择某病的易感人群且近期内未接种过与该病有关的其他生物制品，并注意防止将患者与隐性感染者选入；2、选择预期发生率较高的人群如评价疫苗的预防效果，应在疾病高发区人群中接种；3、避免选择实验对其有害的人群如新药在临床实验时，老人、儿童、孕妇均应除外，因这些人易发生不良反应；4、研究对象的依从性要好依从性是指研究对象能服从实验安排，并能坚持配合到底。若研究对象不能遵守实验规则，或中途退出实验，将会给实验结果带来偏倚。（依从性（compliance）：是行为学范畴的概念，是人对外界要求的主动响应程度。患者对于医疗和临床试验的要求和规定遵守的程度称为临床依从性。）（四）确定实验现场根据不同的实验目的，选择相应的实验现场。在选择时，须注意如下原则：1、实验现场人口相对稳定，流动性小，研究对象的数量要足够；2．所研究的疾病在该地区有较高且稳定的发病率；3、若评价疫苗的免疫效果时，应选择近期内未发生该病流行的地区；4、实验地区的医疗卫生条件较好，能保证完成实验研究；5、现场当地领导重视，人群合作。（五）估计样本量从符合研究对象标准的人群中随机抽取的部分研究对象组成样本，亦称研究人群。样本中研究对象的数量即样本量。样本量过小，会降低研究结果的可靠性与精确性；样本量过大，不但会造成人力、物力和时间的浪费，也会给实验研究的质量控制带来困难。因此，在设计时，就应估计出一个适量的样本。所谓“适量”，是指有一定的把握得出正确研究结论时所需要的最小样本。1、估计时需要确定的条件（1）了解效应指标的一些信息如效应指标为数值变量，则需要了解其标准差；若为分类变量，则需要了解其率。这些可通过预实验或查阅文献获得。（2）实验研究结束时，实验组和对照组所比较的指标之间的差值δ。差值越大，所需的样本量（n）越小，反之则越大。这一差值常用预实验进行估计或用专业上有意义的差值代替。（3）第一类错误的概率，即假阳性错误的概率α。α越小，所需ｎ越大。通常α取0.05或0.01,并有单、双侧检验之分，且单侧检验比双侧检验所需要的ｎ小。（4）第二类错误的概率，即假阴性错误的概率β。（1-β）称为把握度(power)。一般β取0.10或0.20，β越小，所需n越大。2、计算样本量的常用方法根据上述条件，可以由公式计算，也可以查表。（1）两个均数的比较：n=2[(uα+uβ)s/δ]2。式中ｎ为实验组与对照组各自需要的样本量；s为两样本所在总体标准差的估计值，一般假设其相等；δ为两均数的差值；相应α和β的数值由查表得到，uα有单、双侧之分，uβ只取单侧值。例8.1研究某种新药降低高脂血症患者的胆固醇，规定试验组比对照组血清胆固醇平均降低0.6mmol/l以上才有意义。若胆固醇值的标准差为0.8mmol/l，α取单侧0.05，β取0.10，每组各需多少例患者？已知：δ=0.6s=0.8，单侧u0.05=1.645u0.1=1.282（t界值表中自由度为∞时的t值即为u值）代入公式n=2[(1.645+1.282)0.8/0.62=30.5≈31，即每组各需患者31例，两组共需62例。或直接查附表8-1，本例单侧α=0.05，β=0.10，δ/s=0.6/0.8=0.75，查得n=32，与用公式计算结果相近。）（2）两个率的比较：n=2(uα+uβ)2ｐ(1-ｐ)/(ｐ1-ｐ2)2式中n为实验组与对照组各自需要的样本量；ｐ1与ｐ2分别为两总体率的估计值；ｐ为两个率的合计值，ｐ=(ｐ1+ｐ2)/2；uα和uβ的意义同前。例8.2拟研究某种新型防龋牙膏的效果，已知使用普通牙膏的儿童中龋齿发生率约为30%，要求新型牙膏能使龋齿发生率降至10%，若α=0.05，β=0.10，问普通牙膏和新型牙膏两组各需要多少例儿童？已知：ｐ1=0.3，ｐ2=0.1，ｐ=(0.3+0.1)/2=0.2，查附表8.1，单侧u0.05=1.645，u0.1=1.282，代入公式n=2(1.645+1.282)20.2(1-0.2)/(0.31-0.1)2=68.5≈69，故两组各需69例儿童。若直接查附表8-2，本例单侧α=0.05，β=0.10，两率之差δ=0.3-0.1=0.2，较小的率为0.1，查得ｎ=64，与用公式计算结果近似。（六）研究对象的随机化分组随机化分组是指将样本中的研究对象随机分配到实验组与对照组中去。这是实验研究必须遵循的重要原则之一。通过随机化分组可以使每个研究对象有同等的机会进入实验组或对照组，因而可以减少已知或未知的非研究因素对两组结果的影响，提高了可比性，也是控制或消除选择偏倚和混杂偏倚的手段之一。分组时，一般要求两组的例数相等或相近。常用的随机化分组方式有；1、单纯随机分组（simplerandomization）将研究对象以个体为单位，分组的方法可以采用掷硬币（事先指定正、反面各代表哪一组）、抽签等简单的方法，也可以采用随机排列表、随机数字表或者是系统随机化（即使用现成的数据如研究对象的出生日期、身份证号码、病历号、工号、学号等交替分配到实验组和对照组中去）等方法。其中，除了随机排列表法外，采用其余的方法一次分组后，有时各组的例数并不相等，往往还需要再调整，否则也可能造成偏性。而采用随机排列表法，却不会出现这样的情况。随机排列表是n个自然数随机排列而成的，常用的有n为10、20、30、40、50、100等。分组时，一般采用数字个数大于等于样本量（两组合计）的随机排列表。在随机排列表中，任一行的数字均是随机排列的。使用时，可任取一行，但不能按列读取。例18.3利用随机排列表将16例研究对象随机分配到甲、乙两组中去，要求两组例数相等。首先将16例研究对象编号，然后从附表18-3，n=20的随机排列表中任意读取第四行的数字，遇到0及大于16者皆舍弃。将读取的随机数字依次标在研究对象编号下面，规定随机数字为单数者进入甲组，随机数字为双数者进入乙组。结果编号为2、3、6、9、11、12、14、15的研究对象进入甲组，其余的进入乙组，且两组的例数相同。2、分层随机分组（stratifiedrandomization）这种方法是首先根据研究目的，按照研究对象的特征，选定某些可能影响研究结果的因素（如年龄、性别、病情、病程等）将研究对象分层，然后对每层内的研究对象再采用单纯随机分组的方法分到实验组与对照组中去。分层的目的是为了提高主要混杂变量在两组分布的均衡性，但应该注意的是，只有对研究因素有影响的那些非研究因素才需列为分层因素。3、整群随机分组（clusterrandomization）这种方法是将研究对象以社区或团体（如家庭、学校、医院、村庄或居民区等）为单位，进行随机分组。此方法虽较方便，但须注意两组资料的可比性。（七）设立对照设立对照是实验研究中必须遵循的另一重要原则。实验研究的最终目的是为了验证干预措施作用的有无以及作用的大小，这只有通过比较才能鉴别。设立对照是比较的基础，也是控制实验过程中干预措施之外其他影响因素干扰和偏倚的一种有效措施，从而使研究因素的效应真实地显现出来。在对研究对象进行随机分组的前提下，设立对照时，应注意如下原则：1、两组除干预措施之外，其他能影响结果的条件如年龄、性别、病情、病程等应尽可能地相同或相似；2、两组的研究对象对所研究疾病的易感程度及感染的机会均衡可比；3、两组选择病例的方法、诊断标准等必须一致；4、对两组的观察要同样重视。常用的对照形式有：标准对照、安慰剂对照、自身对照、交叉对照等。应根据不同的研究目的和要求，选用合理的对照形式。（安慰剂效应（placeboeffect）：根据生理学和心理学原理推断，多数药物既有特异的药理作用，也有非特异的安慰剂作用。当研究对象使用安慰剂后，虽然没有真正的药理作用，但由于心理暗示作用会使机体产生一些积极的心理和生理反应，可以有利于疾病症状的缓解，称为安慰剂效应。如某些研究对象由于依赖医药而表现出一种正向心理效应。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，其效应中可能包括有安慰剂效应在内。）（八）盲法的应用在流行病学实验研究中，尤其是在临床试验中，若研究对象知道自己是处于试验组还是对照组，或者研究者知道研究对象的分组情况，则会由于主观因素的影响而造成偏倚。为了控制这种偏倚可以采用盲法（blinding或masking）。根据盲法的程度分为以下几种。1、单盲（singleblind）在这种实验中，研究对象不知道自己是在实验组还是对照组，因而可以避免来自这方面的偏倚；而研究者了解分组情况，这有利于研究对象的安全得到保障，但不能避免研究者方面带来的信息偏倚。2、双盲（doubleblind）双盲实验是指研究对象和实验的观察者均不知道研究对象的分组情况和接受措施的具体内容，因而可以避免来自这两者主观因素的干扰。但这种盲法设计、实施都有一定的难度，因此，采用这种盲法时，需要有缜密地安排以及严格的监督、管理措施。3、三盲（tripleblind）所谓三盲是指研究对象、实验观察者、资料分析者均不知道分组和施加干