实验设计的基本原则(2013)

1医药学科研方法学——实验设计的基本原则主讲人：曹建国药理学教授湖南师范大学药物工程重点实验室2医学研究的基本原则随机化的原则对照的原则盲法的原则重复性原则均衡原则设立这些原则的目的是保证研究结果免受已知的或未知的偏倚因素的影响，使研究结果和结论更真实可靠。3一、随机化原则科研的任务是从总体中抽出一定数量的对象为样本进行研究，得出规律，推及总体。为使样本能代表总体，必须缩小抽样误差。概念：随机化是指总体中的每一个个体都有均等的机会被抽取作为样本或被分配到实验组及对照组中去进行研究。随机抽样和分组的目的是避免人为的主观性，让机遇起作用，以反映总体的客观情况。随机化原则的核心是机会均等。1.概念及用途4一、随机化原则随机化的实际含义——是指在实验对象的抽样、分组和实施过程中均应随机化。1.概念及用途具体体现：⑴抽样随机：每一个符合条件的实验对象参加实验的机会相同，即总体中每个个体有相同的机会被抽到样本中来。⑵分组随机：每个实验对象分到处理组和对照组的机会相同，以保证各处理组间实验对象尽可能均衡一致，以提高各组间的可比性。⑶实验顺序随机：每个实验对象接收处理先后的机会相同，以消除不平衡的实验顺序所产生的偏差。随机不是随意和随便。①动物分组：小鼠分组②病人分组：外科急腹症病人分别用保守治疗和手术治疗③病例结构变化：长期门诊观察病人5一、随机化原则1.概念及用途⒉随机抽样的方法⑴抽签法简单易行⑵随机数字表法随机数字表是根据随机抽样的原理编制而成的。用途：①抽样研究和对患者、标本、实验动物等分组随机化；②对处理因素随机排列。表中各个数字都是彼此独立的，无论按上下、左右或斜向的顺序都是随机出现，因此可以从任意一处按任意方向的顺序进行使用。6例如：预定观察20例高血压患者，一组为实验组，一组为对照组。完全随机分配举例：⑴两组样本分配编号1~1011~2021~3031~4041~50…………………………11573527337224536394094110764791440495496639600459811248508654482206347252822115652033299471111591291203136196489503071639336698561056797721302712904922236214369389412629708363519974205236870941150998601603031518870042315790120207234737173154080188633941889210…………………………若从第11行第1个数(57)开始，自左向右查找，凡遇到≤20的数记下，直至找出10个这样的数。凡重复数则舍去。将与这10个数相同编号的患者分在一组，余下的分在另一组。9，10，4，6，15，20，11，12，3，7为一组1，2，5，8，13，14，16，17，18，19为二组7①确定分组范围：将预定观察总样本数编号(1~N),以组数(k)去除N，求出每组样本数n=N/k;再以n划分组别，即（1~n)为第一组，(n+1)~2n为第二组，(2n+1)~3n为第三组，依此类推。②依余数分组：以N去除随机数字，视其余数决定分组，若可整除，则以除数为余数。若随机数小于N，则将该随机数视为余数。完全随机分配举例：⑴两组样本分配⑴三组以上样本分配8例如：将15名高血压患者分为三组n=15/3=5若从随机数字表第16行第6个数(33)开始，自左至向右以15除之，凡余数1~5者分在A组，余数6~10者分在B组，余数11~15者分在C组。完全随机分配举例：⑴两组样本分配⑴三组以上样本分配编号123456789101112131415随机数33357267477734554570081827389016除15取余351272241015108312815/6分组AACBAAABCBBACBC若初步分组各组n不等，则以多的一组样本数去除下一个随机数，再依余数决定调整哪个编号给少的组。16/6=2……4，应将A组第4个调至C组。9一、随机化原则1.概念及用途⒉随机抽样的方法⑴抽签法简单易行⑵随机数字表法⑶计算器随机数法10二、对照原则对照即“齐同对比”，除了要观察研究因素外，实验组与对照组一切条件应尽量相同，要有完全的可比性，才能排除其他因素影响，对试验观察的项目作出科学结论。对照的概念对照的意义⑴甄别处理因素与非处理因素效应，排除非处理因素的干扰⑵减少实验误差：自然环境、实验条件、遗传、营养、健康素质等对照的要求⑴对等：除处理因素外，对照组要具备与实验组对等的非处理因素。⑵同步：在研究过程中对照组与实验组始终处于同一空间和同一时间。⑶专设：任何一个对照组都是为相应的实验组专门设立的。11二、对照原则㈠空白对照与实验对照——是指不给任何处理或干预措施的对照。⒈空白对照例如：研究疫苗预防传染性肝炎的效果时，必须将疫苗预防的人群与不给任何预防措施的人群(空白对照组)比较传染性肝炎的发病率。12二、对照原则㈠空白对照与实验对照——是指采用与实验组操作条件一样的干预措施。⒈空白对照⑴毒性实验操作对照：⒉实验对照作毒性试验时，对照组应用同样给药物途径给予溶媒。因为不论灌胃或注射，在技术不够熟练时，操作本身可能造成损伤甚至动物死亡。13二、对照原则㈠空白对照与实验对照——是指采用与实验组操作条件一样的干预措施。⒈空白对照⑴毒性实验操作对照：⒉实验对照动物实验如果进行外科手术时，对照组也应该进行与实验组相似的假手术，以排除手术创伤和感染造成的影响。例如：如果研究切除甲状腺对白细胞生成的影响，对照组也必须进行麻醉、切开、暴露甲状腺、缝合等手术操作，只是不切除甲状腺。⑵假手术对照：14二、对照原则㈠空白对照与实验对照——是指采用与实验组操作条件一样的干预措施。⒈空白对照⑴毒性实验操作对照：⒉实验对照药物的溶媒是有些是有药理作用的。中草药难溶成分常用二甲亚砜助溶或溶解，应该用同等量/浓度的溶媒作对照，以防误将溶媒的作用当作药物的作用，得出假阳性结果。⑵假手术对照：⑶药物溶媒对照：15二、对照原则㈠空白对照与实验对照——是指采用与实验组操作条件一样的干预措施。⒈空白对照⑴毒性实验操作对照：⒉实验对照植物药粗提出物常呈酸性反应，作离体哺乳动物心脏或血管灌流时可扩血管而增加冠脉流量。应该用同一pH值的灌流液作对照，否则也可能得到非特异性的假阳性结果。⑵假手术对照：⑶药物溶媒对照：⑶pH对照：16二、对照原则㈠空白对照与实验对照安慰剂：是用无药理活性的物质代替药物用于临床的一种实验对照。⒈安慰剂与安慰剂效应㈡安慰剂对照安慰剂可产生与药物相似的药理作用(镇静、镇痛、止咳等)与不良反应(头昏、乏力、嗜睡、头痛、视力模糊、口干、恶心、腹痛、腹泻等)，称为安慰剂效应。安慰剂不仅能产生主观感觉，而且能产生客观指标的变化，如心率增快，血压上升，皮疹等。安慰剂的镇痛作用最明显，对慢性头痛、心绞痛的有效率可高达60～70%，对轻度、中度疼痛作用较强，对重度疼痛效果较差。17㈠空白对照与实验对照⒈安慰剂与安慰剂效应㈡安慰剂对照⒉安慰作用与原理人有很强的精神或心理作用，通过暗示或诱导可影响病人的感觉和功能。有人在医学生中作过试验，服药前先告诉受试者。结果红色药物有兴奋作用蓝色药物有镇静作用大多心率增快、情绪高涨大多心率减慢、情绪低落，疲倦且反应均随用量加大而加重。二、对照原则18二、对照原则㈠空白对照与实验对照⒈安慰剂与安慰剂效应㈡安慰剂对照⒉安慰作用与原理⒊安慰剂对照新药或老药新用途的临床试验，其目的是评价药物本身的疗效和安全性，必须排除药物以外因素引起的作用与不良反应。为此，在不损害病人健康的条件下，对受精神因素影响较大的慢性疾病，应尽量采用安慰剂作对照。19二、对照原则㈠空白对照与实验对照⒈安慰剂与安慰剂效应㈡安慰剂对照⒉安慰作用与原理⒊安慰剂对照注意：安慰剂应从外观、气味上完全与真药一样，使病人不能分辨，否则，一旦当病人从药物的性状或从医护人员的谈话和暗示中觉察自己服用的是安慰剂，必然导致实验失败。常用的口服安慰剂--乳糖；注射剂--生理盐水20二、对照原则㈠空白对照与实验对照——是指将新的干预措施的结果与过去的研究作比较。此时的对照称为历史性对照，它是非随机和非同期的对照。主要用于对难治或无法治愈的疾病的研究，如晚期恶性肿瘤，狂犬病等疾病。由于这些疾病难以治愈或无法治愈，这种累积下来的治疗结果就成为历史对照。例如，狂犬病一但发病，其治愈率几乎为零，这是一个历史的治疗结果。历史对照一般不宜使用，应用时应特别注意资料的各种背景条件因素及其可比性。㈡安慰剂对照㈢历史对照21二、对照原则㈠空白对照与实验对照㈡安慰剂对照㈢历史对照㈣标准对照标准对照是指以公认或习惯的标准方法、标准值或正常值作为对照。这些对照值或标准值一般是多个地区多年累积的经验结果，具有参考价值和意义。实验研究中一般不用标准值作对照，主要是某项实验研究中的实验条件难以与标准值的实验条件相一致，不具备良好的可比性。临床试验研究中可以用常规疗法或经验疗法作为标准对照组。22二、对照原则㈠空白对照与实验对照㈡安慰剂对照㈢历史对照㈣标准对照㈤配对对照、组间对照与交叉对照配对对照：——抽样误差最小，统计学效率最高，可节省样本数。⑴同源配对：同一个体前后不同时间比较对照期和实验期结果差异。如：同一个体左右两部位或器官。⑵异体配对：选择同窝、性别、体重一致的动物，或相同疾病、性别、年龄、病情等相当的病人配成对，然后内部随机分为实验组和对照组进行研究。23二、对照原则㈠空白对照与实验对照㈡安慰剂对照㈢历史对照㈣标准对照㈤配对对照、组间对照与交叉对照组间对照：——将条件基本一致的不同个体随机分组，分别接受对照处理与实验处理，比较两组或几组间的差异。适用于不能应用配对对照的情况。缺点：由于存在个体差异，抽样误差仍然存在，需要较多样本量。24二、对照原则㈠空白对照与实验对照㈡安慰剂对照㈢历史对照㈣标准对照㈤配对对照、组间对照与交叉对照交叉对照：——为减少组间对照因个体差异较大而造成抽样误差，可将先接受对照处理的随后接受试验处理，通过交叉减少个体差异。——适合于实验对照，不宜设置空白对照。25三、盲法原则——指按试验方案的规定，不让参与研究的受试对象和(或)观察者、其他有关人员知道研究对象的分组情况，不知道研究对象接受的是试验措施还是对照措施，这种试验称为盲法试验。——目的是为了避免研究者或(和)研究对象的人为主观因素对研究结果的影响，以保证研究结果的真实性。26三、盲法原则即研究者和研究对象均知道分组情况。有些研究是一定要用公开法的，如比较手术治疗与药物治疗的效果时，对照组不可能使用假手术来掩饰。公开试验的优点是易于实施，易发现试验过程中出现的问题，并能及时处理。它的主要缺点是易产生观察性偏倚。⒈公开(公开试验)27三、盲法原则优点：可避免研究对象的主观因素所致的偏差，容易实施。缺点：不能避免研究人员主观因素所产生的偏倚。⒈公开(公开试验)⒉单盲法——是指研究对象不知道自己是在试验组或对照组，不知道自己接受的是干预措施还是对照措施，这时盲法称为单盲。28三、盲法原则⒈公开(公开试验)⒉单盲法——是指研究者和研究对象均不知道研究对象的分组情况，也不知道研究对象接受的措施情况，这时的盲法称为双盲。⒊双盲法29三、盲法原则⒈公开(公开试验)⒉单盲法——是指研究者、研究对象和资料分析或报告人员都不知道研究对象的分组情况，也不知道研究对象接受措施的情况，这时的盲法称为三盲。三盲是双盲的更进一步。目的是避免双盲法在资料分析时的测量偏倚。⒊双盲法⒋三盲法30四、重复原则——指实验的样本量必须足够大，在相同实验条件下有充分的重复，以避免实验结果的偶然性，突出表现其必然规律；同时，任何实验结果的可靠性应经得起重复实验的考验，重复实验是检查实验结果可靠性的唯一方法。⒈重复的意义31四、重复原则⑴稳定标准差，获得实验误差估计值；⑵可使均值接近真实值得，使实验组与对照组差异能够准确地显露出来。⒈重复的意义⒉重复的目的32四、重复原则⑴估计