公衆衛生疫学は、1930年代の計量経済学の文献にさかのぼることができる”カーブシフター”（IV特性を有する変数）の初期の応用として、生態学的研究におけるIVの有用性を発見することを主張することはできない。 実際、PG Wrightは、亜麻仁油の供給源である亜麻仁の需要と供給の弾力性を推定するためにIVを導入しました。 生態学的関連の価値を再評価するために、いくつかの生態学的変数とIVの間の類推を指摘し、生態学的変数がIVとして解釈できる場合、すなわち、個々の曝露と相関している、または好ましくは「原因」であるが、関心の結果との関連が少なくとも測定されていない変数によってではなく、それ自体が混乱していない変数である場合、生態学的分析は有用で意味があると仮定する(図1)。 さらに、器械変数は個々の露出によって結果にだけ影響を与えるべきです。 つまり、IVと曝露を迂回する結果を結ぶ因果経路は存在しないはずである。 器械変数が有用であることが示されている疫学的な例は、「メンデルのランダム化」（MR）の例である。 例えば、アルコールアルデヒドデヒドロゲナーゼ欠損変異を有する個体の血圧は、この変異の”平均的な”キャリアが非キャリアよりも少ないため、そのような変異を有さない個体と比較される。 この例では、MRの使用はまた、行動変数による潜在的な交絡に加えて、とにかく方法論的な問題をはらんでいる何か、個々のアルコール消費量を測定する必 しかし、MRはまた、心血管疾患に対する血液中の高密度リポタンパク質の因果関係を評価するために有益に使用されている。 さらに、無作為化比較試験の治療意図分析は、コンプライアンスが<100%治療へのランダムな割り当ては、実際に受けた治療と同一ではなく、個々の治療コンプライアンスに影響を与える可能性のある交絡因子の影響を受けないため、本質的に器械変数に基づいている。

注目すべきは、intention-to-treat分析はコンパイラ間の平均因果効果を推定しないため、誤った分類された暴露によるnullへのバイアス 処置の割振りは盲目になることの使用によって無作為化の腕と実際の処置をとばす結果間に因果関係がないとき普通よい器械変数です。 臨床試験の文脈では、単調性が良好なIVであるための治療割り当ての不可欠な要件であることが確立されている。 基本的に、生態学的研究の文脈では、単調性は生態学的レベルでの増加が個人レベルでの減少につながらないことを意味する。 たとえば、大気汚染の激しい地域では、人々は屋内に頻繁に滞在し、大気汚染の少ない地域に住む個人よりも粒子状物質にさらされることは少なく、単調性はないとします。 直線性は必要ありませんが、非線形関係は解析では困難な場合があります。 無作為化比較試験因果分析の用語では、これは「反抗者」がないことを意味します。 このアイデアは、単に他のIvに外挿することができます。 例えばMRとアルコール消費の場合、アルデヒドデヒドロゲナーゼ欠損変異のない人は、変異を行った反事実状況で毎週のアルコール消費量が高くなる可能性は低いため、単調性はもっともらしい。 生態学的関連の文脈では、IVのアイデアは、大気汚染や特定の法律の導入など、様々な生態学的曝露の期間にわたって、人口が同じままであるときに、時系列調査に容易に翻訳することができる。 しかし、環境暴露のレベルに関する健康警告が個人の行動を変える場合、単調性に違反する可能性があります。

生態学的IVを使用する魅力的な特徴は、個人レベルでの代替観測研究デザインを使用しては不可能な研究質問に答える可能性があることです。 このため、生態学的研究は、個々の観察がしばしば得ることが困難な研究でも人気があります。 例えば、自転車のヘルメットを着用する法的義務の導入は、傷害のリスクに（自転車）ヘルメットを着用することの影響に関する研究のためのIVとし 個人レベルでヘルメットを身に着けていることは”carefulness”および”危険を取ること”のような要因とおそらく混同される。 しかし、ヘルメットを着用する法的義務は、”慎重さ”または他の交通行動に影響を与える可能性は低いが、そのようなヘルメットを着用する独立した理 デファイア（ヘルメットを着用する義務のためにヘルメットを着用しなくなった人々）の存在を完全に排除することはできませんが、おそらくまれです。

ロビンソンは、具体的には、全体的なサイクリストの傷害罹患率と死亡率を減らすためにオーストラリアで義務的な自転車ヘルメット法を導入す ロビンソンは、負傷したサイクリストの入院のための人口レベルのデータを利用し、サイクルヘルメットは人口レベルでサイクリストのための顕著な安全上の利点を提供していないと主張するために、法律の前、法律の最初の年と法律の二年目のヘルメット着用率に関する集計調査データを一致させました。 これらのヘルメット法の結果として（必須の）ヘルメットの使用が大幅に増加したにもかかわらず、頭部外傷のために病院に入院した自転車と歩行者の割合は同様の減少傾向に続いた。 このように、ロビンソンは、速度制限の施行、飲酒運転法、事故の黒い斑点の治療など、他の主要な交通安全イニシアチブの実施に、頭部外傷を伴うサイクリストの観察された減少を帰因させた。 興味深いことに、サイクルヘルメット法を導入した最大の効果は、法律前と後の調査で、ヘルメットを着用している子供の数の増加よりも15倍と2.2倍の子供のサイクリストの数の減少を示したため、サイクリングを阻止するように見えた。IVが関心の暴露によってのみ結果に影響を与えるべきであるという条件を無効にするように見える観察。 別の例として、アルコール消費は、多くの場合、健康に悪影響を及ぼします。 しかし、個人レベルでは、アルコール消費は、喫煙や性的リスク摂取などの他の多くの行動と関連しており、そのすべてが関心のある健康結果と因果関係 アメリカ合衆国（米国）における1920-1933禁止の”自然実験”のようなアルコール消費に影響を与えるいくつかの介入は、この交絡を迂回する機会を提供し、したがって、器械的変数として機能する可能性がある。 しかし、これが有効であるためには、complierとdefierの概念が意味をなさないように、母集団を（多かれ少なかれ）一定と見なすことが不可欠です。 この後者の条件は、長期的な時系列（年、数十年）を疑わしいものにするでしょう。

他の生態学的文脈では、単調性のこの基準は、例えば、異なる集団および異なる生態学的曝露レベルXを有する領域AおよびBを比較する場合には、 AとBの間の結果尺度yの直接比較は、aとBがyに因果的に影響する他の因子Cのレベルが異なる可能性があるため、交絡因子または効果修飾子であるため、適切ではない可能性があります。 IVsのもう1つの制限は、xiとyの関係が単調であると仮定すると、個々の曝露xiがyに及ぼす因果的効果について何かを言うことが期待できることで したがって、例えば、結果とU字型の関係を有する暴露は、好ましくは生態学的分析の対象であってはならない。

推定

生態学的IVの存在は、個々の曝露が観察されないが、個々のIVが知られている場合でも、曝露と結果との関連の因果関係を確立することを可 しかし、これは定性的な結論に過ぎません。 加えて、個々の曝露と結果との間の関係の強さを推定することも望ましい場合がある。 個々の露出がまた測定されるときこれは残余の挿入のどちらかの二段階の最小二乗を使用して簡単である。 他の状況では、これは特に非線形関係の文脈では困難である可能性があります。

大気汚染時系列

生態学的変数が適切なIV特性を持っているように見える一例は、空気力学的直径が<10マイクロメートル;PM10の粒子状物質のような時変大気汚染の場合である。 多くの場所では、そのような濃度は時間の経過とともにかなり変化し、しばしば急速に（数時間または数日以内に）変化する。 測定された平均レベルは個々の曝露を正確に反映していないかもしれないが、密接な相関が存在し、したがって生態学的関連が大気汚染と喘息増悪のエピソードとの間の関連を研究するために使用できることはもっともらしいと思われる。 もっともらしい交絡因子、例えば温度は、測定可能であり、従ってのために調節することができる。 また、大部分が同じ個体が異なる期間に観察されるので、defierの概念は解釈が容易である、すなわち。 高い環境レベルの時の間により低い個々の露出がある誰か。 もちろん、このような研究は、例えば、アメリカ癌学会の研究のような心肺または癌関連死亡率のような慢性累積曝露の結果である転帰にはあまり適

地理的比較

より困難なのは、地理的地域間の生態学的比較、例えば、大気汚染レベルが大きく異なる二つの地域（例えば、農村農業地域と都市工 二つの集団が異なっているので、”defier”の概念は反事実的な解釈しか持っていない、すなわち。 誰かとして、彼が汚染レベルが高い地域に住んでいた場合、個人的には大気汚染への曝露が低くなります（またはその逆）。 そのような（反事実的な）個人は、地域が他の（関連する）側面で類似している場合、おそらくまれです。 しかし、これは必ずしもそうではないかもしれません。 喘息の個人は、例えば、高い大気汚染のレベルが付いている区域に住んでいないことを選ぶかもしれ、こうしてdefiersである。 地理的に定義された環境曝露がIV特性を有するかどうかを評価するための金本位制試験はないが、これは実質的な知識に基づいて評価されなけ 平均個々の曝露は、時にはIvとしてもっともらしいかもしれないが、時にはそうではない。

貧困と健康

“富”、”貧困”、”社会的経済的地位”、”雇用状況”と様々な（健康）成果との間に広く議論されている関係にも同様の状況が存在する可能性がある。 個人レベルでは、失業、たとえば、（貧しい）健康と死亡率との間に強い関係がある可能性があり、失業が健康の悪影響と因果関係があることを示唆してい しかし、選択バイアスに加えて、この関係は多くの変数によって混同される可能性があり、因果解釈が疑わしい可能性があります。 失業者は、身体的および/または精神的健康が悪化したために仕事を失った可能性があり、社会的適応性が低い可能性があります。 失業率の急激な大幅な増加を伴う経済危機またはうつ病は、IVとして作用する可能性があり、（特定の）死亡率または罹患率がそのようなうつ病の間に増加しない場合、個人主義的レベルでの関連の因果的解釈に疑問を呈する可能性がある。 繰り返しになりますが、ほぼ同じ個人が関与しているため、（少なくとも概念的には）うつ病の時に経済的に利益を得る（または雇用を見つける）人が（かなりの数の）反抗者、特に人々がいるかどうかを評価するのは簡単です。 そのような個体が存在するかもしれないが、彼らはおそらくまれである。 経済不況はまた、潜在的に失業を伴わない経路を通じて健康に影響を与える可能性があります。 例えば、うつ病の間、（まだ）雇用されている人は、雇用を危険にさらす行動を避けるかもしれません。 これらの代替因果経路は、潜在的にIVとしてのうつ病の価値を無効にする可能性があるが、その重要性は軽微であるように思われる。 同様に、自然災害や他の「自然実験」も同様に、時には良い道具的変数を提供することがあります。 ポイントのケースは、結核と貧困の間に広く受け入れられている関連です ; ほぼすべての断面研究は、この関連を示しているが、1930年代の間に米国とヨーロッパの貧困の急速な増加は、結核死亡率の増加を生じさせませんでした。

介入におけるIVの使用のさらなる例として、観察研究ではなく、地域の労働者介入とインドにおけるヒト免疫不全ウイルス（HIV）有病率との関連を考 これは、変数の生態学的（地理的）レベルが適切なIV特性を有する可能性のある状況を説明するためである。 インド南部の4つのHIV有病率の高い州（アーンドラ・プラデーシュ州、マハラシュトラ州、カルナータカ州、タミル・ナードゥ州）では、セックスワーカーを対象とした介入（コンドームの使用、性感染症の治療など）が地区レベルで実施されている。 地区レベルのHIV有病率および発生率に対する介入の影響は、若年者（<25歳）の地区固有のHIV有病率によって地区レベルでも測定されます。 これらの介入の背後にある考え方は、セックスワーカーとその顧客との間の（より安全なセックス慣行による）伝達の防止は、全体的なHIV感染を減少させる これらの介入は、”Avahan”プロジェクトの形でBill and Melinda Gates財団から強力な支援を受けました。 反抗者の存在、すなわち介入がない場合にHIV感染のリスクが低い人々は、そうではないので、単調性はもっともらしいと思われる。 したがって、原則として、地区レベルでの介入は良いIVになる可能性があります。