a közegészségügyi epidemiológia nem állíthatja, hogy felfedezi a IV hasznosságát az ökológiai tanulmányokban, mivel a “görbe váltók” legkorábbi alkalmazásai (IV jellemzőkkel rendelkező változók) az ökonometriai irodalomra vezethetők vissza az 1930-as években . Valójában a PG Wright bevezette az IV-eket a lenmag, a lenmagolaj forrása iránti kereslet rugalmasságának becslésére . Az ökológiai asszociációk értékének újraértékeléséhez rámutatunk néhány ökológiai változó és a IV analógiájára, és azt állítjuk, hogy az ökológiai elemzések hasznosak és értelmesek, ha az ökológiai változókat IV-ként értelmezhetjük, azaz olyan változóként, amely korrelál az egyéni expozícióval, vagy lehetőleg az “oka”, de amelynek összefüggése az érdeklődés kimenetelével önmagában nem zavart, legalábbis nem mérhető változók (1.ábra). Ezenkívül az instrumentális változónak csak az egyéni expozíción keresztül kell befolyásolnia az eredményt. Vagyis nem lehetnek olyan ok-okozati utak, amelyek összekapcsolják a IV-et és az eredményt, amelyek megkerülik az expozíciót. Epidemiológiai példa, ahol az instrumentális változók hasznosnak bizonyultak, a “mendeli randomizáció” (MR) . Például az alkohol-aldehid-dehidrogenáz-hiányos mutációkkal rendelkező egyének vérnyomását összehasonlítjuk az ilyen mutációk nélküliekkel, mivel ennek a mutációnak az “átlagosan” hordozói kevesebbet isznak, mint a nem hordozók . Vegye figyelembe, hogy ebben a példában, az MR használata kiküszöböli az egyéni alkoholfogyasztás mérésének szükségességét is, ami a viselkedési változók esetleges megzavarása mellett egyébként is módszertani problémákkal jár . Az MR-t azonban eredményesen alkalmazták a vér nagy sűrűségű lipoproteinjének kardiovaszkuláris betegségekre gyakorolt ok-okozati hatásának értékelésére is . Ezenkívül a randomizált, kontrollált vizsgálat kezelési szándékának elemzése is alapvetően instrumentális változókon alapul, mivel amikor a megfelelés <a kezeléshez való 100% – os véletlenszerű hozzárendelés nem azonos a kapott tényleges kezeléssel, de nem befolyásolják a potenciálisan zavaró tényezők, amelyek befolyásolják az egyéni kezelés megfelelőségét.
Markov-grafikon, amely megfigyelési vizsgálatok keretében mutatja be az egyes expozíciók (E) hatását az egészségükre (O). Mind az E – t, mind az O-t más változók befolyásolhatják, beleértve az (ismeretlen) zavarókat (C). Az instrumentális változó (IV) megléte lehetővé teszi az ok-okozati összefüggés megállapítását E és O között.
figyelemre méltó, hogy az intention-to-treat elemzés nem becsüli meg az átlagos ok-okozati hatást a megfelelők között, ezért “hígítási” torzításnak van kitéve, azaz a téves besorolású expozíció miatt a null felé történő torzításnak. A kezelés elosztása általában jó instrumentális változó, ha a vakítás alkalmazásával nincs ok-okozati összefüggés a randomizációs kar és az eredmény között, amely megkerüli a tényleges kezelést. A klinikai vizsgálatok összefüggésében megállapítást nyert, hogy a monotonitás a kezelés hozzárendelésének alapvető követelménye, hogy jó IV legyen. Alapvetően az ökológiai vizsgálatok összefüggésében a monotonitás azt jelenti, hogy az ökológiai szintű növekedés nem vezet az egyéni szintű csökkenéshez. Tegyük fel például, hogy az erősen levegőszennyezett területeken az emberek olyan gyakran tartózkodnak bent, hogy kevésbé vannak kitéve a részecskéknek, mint a kevésbé légszennyezett területeken élő egyének, akkor nincs monotonitás. A linearitás nem szükséges, bár a nemlineáris kapcsolatok kihívást jelenthetnek az elemzés során . A randomizált, kontrollált vizsgálat ok-okozati elemzési terminológiájában ez azt jelenti, hogy nincsenek “dacolók” . Ez az ötlet egyszerűen extrapolálható más IV-kre. Például MR és alkoholfogyasztás esetén a monotonitás elfogadható, mivel nem valószínű, hogy az aldehid-dehidrogenáz-hiány mutáció nélkül bárki magasabb heti alkoholfogyasztást kapott volna abban az alternatív helyzetben, amelyben a mutációt hordozta. Az ökológiai asszociációk összefüggésében a IV ötlet könnyen lefordítható idősoros vizsgálatokra, amikor a változó ökológiai expozíció, például a légszennyezés vagy a konkrét jogszabályok bevezetése során a lakosság változatlan marad. A monotonitás azonban sérülhet, ha a környezeti expozíció szintjére vonatkozó egészségügyi figyelmeztetés megváltoztatja az egyén viselkedését.
az ökológiai IV használatának vonzó tulajdonsága az a lehetőség, hogy megválaszoljuk azokat a kutatási kérdéseket, amelyek alternatív megfigyelési kutatási tervek alkalmazásával nem lehetségesek egyéni szinten. Ezért az ökológiai vizsgálatok olyan tanulmányokban is népszerűek, ahol az egyéni megfigyeléseket gyakran nehéz megszerezni . Például a kerékpáros sisak viselésére vonatkozó jogi kötelezettség bevezetését IV-ként vizsgálták a (kerékpáros) sisak viselésének a sérülés kockázatára gyakorolt hatásáról szóló tanulmányhoz. Egyéni szinten a sisak viselése valószínűleg összetéveszthető olyan tényezőkkel, mint a “gondosság” és a “kockázatvállalás”. A sisak viselésének jogi kötelezettsége azonban valószínűleg nem befolyásolja a” gondosságot ” vagy más közlekedési magatartást, de független oka az ilyen sisakok viselésének. Bár a dacolók létezése (azok az emberek, akik abbahagyták a sisak viselését a viselési kötelezettség miatt) nem zárható ki teljesen, valószínűleg ritkák.
Robinson kifejezetten ökológiai megközelítést alkalmazott, hogy megvizsgálja a kötelező kerékpáros sisak törvény bevezetésének hatékonyságát Ausztráliában a kerékpáros sérülések morbiditásának és mortalitásának csökkentésére. Robinson a sérült kerékpáros kórházi felvételekre vonatkozó népességszintű adatokat, valamint a sisak viselésének törvény előtti arányára vonatkozó összesített felmérési adatokat használta fel, a törvény első éve és a törvény második éve annak érvelésére, hogy a kerékpáros sisakok nem nyújtanak jelentős biztonsági előnyöket a kerékpárosok számára a lakosság szintjén. Annak ellenére, hogy e sisaktörvények következtében jelentősen megnőtt a (kötelező) sisakhasználat, a fejsérülések miatt kórházba került kerékpárosok és gyalogosok aránya hasonló, csökkenő tendenciát követett. Mint ilyen, Robinson a fejsérülésekkel küzdő kerékpárosok megfigyelt csökkenését más jelentős közúti biztonsági kezdeményezések végrehajtásának tulajdonította, például a sebességkorlátozások betartatását, az ittas vezetésre vonatkozó törvényeket, a baleseti fekete foltok kezelését stb. Érdekes módon a kerékpáros sisakról szóló törvény bevezetésének legnagyobb hatása úgy tűnt, hogy visszatartja a kerékpározást, mivel a törvény előtti és utáni felmérések azt mutatták, hogy a gyermekkerékpárosok száma 15 és 2,2 – szer nagyobb, mint a sisakot viselő gyermekek számának növekedése; egy megfigyelés, amely úgy tűnik, érvényteleníti azt a feltételt, hogy az IV csak az érdeklődés kitettségén keresztül befolyásolja az eredményt. Egy másik példa az alkoholfogyasztásnak számos, gyakran káros hatása van az egészségre. Egyéni szinten azonban az alkoholfogyasztás számos más viselkedéssel társul, mint például a dohányzás és a Szexuális kockázatvállalás, amelyek mindegyike zavaró lehet, ha ok-okozati összefüggésben áll az érdeklődésre számot tartó egészségügyi kimenetellel. Néhány beavatkozás, amely befolyásolja az alkoholfogyasztást, mint például az 1920-1933-as tilalom “természetes kísérlete” az Amerikai Egyesült Államokban (USA), lehetőséget kínálhat ennek a zavaró tényezőnek a megkerülésére, és így instrumentális változóként működhet. Ahhoz azonban, hogy ez érvényes legyen, elengedhetetlen, hogy a populációt (többé-kevésbé) állandónak lehessen tekinteni, hogy a complier and defier fogalmainak értelme legyen. Ez utóbbi feltétel megkérdőjelezné a hosszú távú idősorokat (évek, évtizedek).
más ökológiai összefüggésekben a monotonitás kritériuma nem feltétlenül alkalmazható olyan egyszerűen; például amikor összehasonlítjuk az A és B régiókat különböző populációkkal és különböző ökológiai expozíciós szintekkel X. Az Y eredménymérés közvetlen összehasonlítása A és B között nem biztos, hogy megfelelő, mivel A és B más C tényezőkkel rendelkezik, amelyek ok-okozati hatással vannak y-ra, ezért zavarók vagy hatásmódosítók. Az IVs másik korlátja, hogy csak akkor várható, hogy mondanak valamit az egyes Xi expozíció y-ra gyakorolt ok-okozati hatásáról, ha feltételezzük, hogy a XI és y közötti kapcsolat monoton. Így minden olyan expozíció, amelynek mondjuk U alakú kapcsolata van az eredménnyel, lehetőleg nem lehet ökológiai elemzés tárgya.
becslés
az ökológiai IV megléte lehetővé teszi az expozíció és az eredmény közötti összefüggés ok-okozati összefüggésének megállapítását, még akkor is, ha az egyes expozíciókat nem figyelték meg, de a IV minden egyes egyénre ismert. Ez azonban csak minőségi következtetés. Ezenkívül kívánatos lehet megbecsülni az egyes kitettségek és az eredmény közötti kapcsolat erősségét is. Ha az egyes expozíciókat is mérik, ez egyszerű a maradék beillesztés kétlépcsős legkisebb négyzetének felhasználásával . Más helyzetekben ez kihívást jelenthet, különösen a nemlineáris kapcsolatok összefüggésében.
légszennyezés idősor
az egyik példa, amelyben egy ökológiai változónak megfelelő IV jellemzői vannak, az időben változó légszennyezés, például a < 10 mikrométer aerodinamikai átmérőjű részecskék esetében; PM10. Sok helyen az ilyen koncentrációk jelentősen, gyakran gyorsan (órákon vagy napokon belül) változnak az idő múlásával. Bár a mért átlagszintek nem feltétlenül tükrözik pontosan az egyes expozíciókat, valószínűnek tűnik, hogy szoros összefüggések léteznek, és ezért az ökológiai asszociációk felhasználhatók a levegőszennyezés és az asztma exacerbációjának (mondjuk) epizódjai közötti összefüggés tanulmányozására. A valószínű zavaró tényezők, például a hőmérséklet, mérhetők,ezért beállíthatók. Továbbá, mivel nagyrészt ugyanazokat az egyéneket figyelik meg különböző időszakokban, a defier fogalma könnyen értelmezhető, azaz. valaki, akinek alacsonyabb az egyéni expozíciója a magas környezeti szint idején. Természetesen az ilyen vizsgálatok kevésbé tűnnek megfelelőnek olyan eredmények esetén, amelyek krónikus kumulatív expozíciók eredményei pl. kardiopulmonalis-vagy rákkal kapcsolatos halálozás, például az American Cancer Society tanulmányában .
földrajzi összehasonlítások
nehezebb a földrajzi területek ökológiai összehasonlítása, például két, nagymértékben eltérő légszennyezettségű terület (pl. vidéki mezőgazdasági régió versus városi ipari zóna). Mivel a két populáció különbözik, a “dacoló” fogalmának csak ellentétes értelmezése van, azaz. mint valaki, ha véletlenül a magasabb szennyezettségű területen lakott volna, személy szerint alacsonyabb lenne a légszennyezésnek való kitettség (vagy fordítva). Az ilyen (ellentétes) egyének valószínűleg ritkák, ha a területek hasonlóak más (releváns) szempontokban. Ez azonban nem mindig így van. Az asztmás betegek például úgy dönthetnek, hogy nem élnek olyan területeken, ahol magas a légszennyezettség, ezért dacolnak. Nincs gold standard teszt annak értékelésére, hogy a földrajzilag meghatározott környezeti kitettségek IV tulajdonságokkal rendelkeznek-e, de ezt érdemi ismeretek alapján kell értékelni. Az átlagos egyedi expozíció néha elfogadható lehet IVs – ként, de néha nem.
szegénység és egészség
hasonló helyzet állhat fenn a “vagyon”, a “szegénység”, a “társadalmi gazdasági helyzet”, a “foglalkoztatási státusz” és a különböző (egészségügyi) eredmények közötti széles körben tárgyalt kapcsolatban. Egyéni szinten erős kapcsolat lehet például a munkanélküliség és a (rossz) egészségi állapot és a halálozás között, ami arra utal, hogy a munkanélküliség ok-okozati összefüggésben áll a káros egészségügyi eredményekkel. A szelekciós torzítások mellett azonban ezt a kapcsolatot számos változó megzavarhatja, ami megkérdőjelezheti az ok-okozati értelmezést. A munkanélküliek a gyengébb fizikai és/vagy mentális egészség miatt elveszíthetik munkájukat, vagy társadalmilag kevésbé alkalmazkodhatnak. A gazdasági válság vagy depresszió a munkanélküliség gyors, tömeges növekedésével IV-ként működhet, és ha a (specifikus) mortalitás vagy morbiditás nem növekszik az ilyen depressziók során, akkor megkérdőjelezhető az asszociációk ok-okozati értelmezése individualista szinten. Ismét, mivel nagyrészt ugyanazok az egyének vesznek részt, (legalábbis fogalmilag) könnyű felmérni, hogy vannak-e (jelentős számban) dacolók, különösen olyan emberek, akik gazdasági hasznot húznak (vagy munkát találnak) a depresszió idején. Bár ilyen egyének létezhetnek, valószínűleg ritkák. A gazdasági depressziók potenciálisan befolyásolhatják az egészséget a munkanélküliséggel nem járó utak révén is. Például a depressziók során a (még mindig) foglalkoztatottak elkerülhetik azokat a magatartásokat, amelyek veszélyeztetnék a foglalkoztatásukat. Bár ezek az alternatív ok-okozati utak potenciálisan érvényteleníthetik a mélyedések értékét IV-ként, jelentőségük csekélynek tűnik. Hasonlóképpen, a természeti katasztrófák vagy más “természetes kísérletek” hasonlóan alkalmanként jó instrumentális változókat szolgáltathatnak. Példa erre a széles körben elfogadott összefüggés a tuberkulózis és a szegénység között ; míg szinte az összes keresztmetszeti tanulmány ezt az összefüggést mutatja, a szegénység gyors növekedése az Egyesült Államokban és Európában az 1930-as években nem vezetett a tuberkulózis halálozásának növekedéséhez .
a IV intervencióban történő alkalmazásának további példájaként a megfigyelési vizsgálatok helyett a regionális s ex munkavállalói beavatkozások és a humán immundeficiencia vírus (HIV) prevalenciája közötti összefüggést vesszük figyelembe Indiában. Ez olyan helyzetek szemléltetésére szolgál, amelyekben egy változó ökológiai (földrajzi) szintjei megfelelő IV jellemzőkkel rendelkezhetnek. A négy magas HIV-prevalenciájú államban (Andhra Pradesh, Maharashtra, Karnataka, Tamil Nadu) Dél-India a szexmunkásokat célzó beavatkozások (pl. óvszerhasználat, nemi úton terjedő betegségek kezelése) kerületi szinten hajtják végre. A beavatkozások hatása a körzeti szintű HIV prevalenciára és az incidenciára szintén kerületi szinten mérik a körzetspecifikus HIV prevalencia fiatalokban (<25 év) születés előtti gondozásban résztvevők. E beavatkozások mögött az az elképzelés áll, hogy a szexmunkások és ügyfeleik közötti átvitel megelőzése (biztonságosabb szexuális gyakorlatok révén) csökkentené a HIV-fertőzés általános terjedését. Ezek a beavatkozások erős támogatást kaptak a Bill és Melinda Gates Alapítványtól az “Avahan” projekt formájában . A defiers, azaz a HIV-fertőzés alacsonyabb kockázatával rendelkező emberek beavatkozás hiányában nem valószínű, így a monotonitás hihetőnek tűnik. Tehát elvileg a kerületi szintű beavatkozás jó IV lehet.