La epidemiología de salud pública no puede pretender descubrir la utilidad de la IV en los estudios ecológicos, ya que las primeras aplicaciones de los «cambiadores de curva» (variables con características de IV) se remontan a la literatura econométrica en la década de 1930 . De hecho, PG Wright introdujo IV para estimar las elasticidades de la oferta y la demanda de linaza, la fuente del aceite de linaza . Para nuestra reevaluación del valor de las asociaciones ecológicas, señalamos la analogía entre algunas variables ecológicas y el IV y postulamos que los análisis ecológicos son útiles y significativos cuando las variables ecológicas pueden interpretarse como un IV, es decir, una variable que está correlacionada con, o preferiblemente una «causa» de la exposición individual, pero cuya asociación con el resultado del interés no se confunde en sí misma, al menos no por variables sin medir (Figura 1). Además, la variable instrumental solo debe afectar al resultado a través de la exposición individual. Es decir, no debe haber vías causales que vinculen la vía IV y el resultado que eviten la exposición. Un ejemplo epidemiológico en el que las variables instrumentales han demostrado ser útiles es el de la «aleatorización mendeliana» (RM) . Por ejemplo, las presiones sanguíneas de las personas con mutaciones de deficiencia de aldehído deshidrogenasa alcohólica se comparan con las que no tienen tales mutaciones, ya que los portadores «en promedio» de esta mutación beben menos que los no portadores . Tenga en cuenta que en este ejemplo, el uso de la RM también elimina la necesidad de medir el consumo individual de alcohol, algo que, además de la posible confusión por variables de comportamiento, está plagado de problemas metodológicos de todos modos . Sin embargo, la RM también se ha utilizado fructíferamente para evaluar un efecto causal de la lipoproteína de alta densidad en la sangre sobre la enfermedad cardiovascular . Además, el análisis por intención de tratar de un ensayo controlado aleatorizado también se basa esencialmente en variables instrumentales, ya que cuando el cumplimiento es <la asignación aleatoria al tratamiento al 100% no es idéntica al tratamiento real recibido, pero no está influenciada por los factores potencialmente confusos que influyen en el cumplimiento del tratamiento individual.

Cabe destacar que el análisis por intención de tratar no estima el efecto causal medio entre los cumplidores y, por lo tanto, está sujeto a un sesgo de» dilución», es decir, un sesgo hacia el valor nulo debido a una exposición mal clasificada. La asignación del tratamiento suele ser una buena variable instrumental cuando, mediante el cegamiento, no hay vínculos causales entre el grupo de aleatorización y el resultado que evita el tratamiento real. En el contexto de los ensayos clínicos, se ha establecido que la monotonía es un requisito esencial de la asignación de tratamiento para ser una buena vía intravenosa. Básicamente, en el contexto de los estudios ecológicos, la monotonía significa que los aumentos a nivel ecológico no conducen a disminuciones a nivel individual. Por ejemplo, supongamos que en áreas muy contaminadas por el aire, las personas permanecen en interiores con tanta frecuencia que están menos expuestas a partículas que las personas que viven en áreas con menos contaminación del aire, entonces no hay monotonía. No se requiere linealidad, aunque las relaciones no lineales pueden ser un desafío en el análisis . En la terminología de análisis causal de ensayos controlados aleatorios, esto significa que no hay «desafiantes». Esta idea se puede extrapolar simplemente a otras vías intravenosas. En el caso de la RM y el consumo de alcohol, por ejemplo, la monotonía es plausible, ya que es poco probable que cualquier persona sin la mutación por deficiencia de aldehído deshidrogenasa hubiera tenido un mayor consumo semanal de alcohol en la situación hipotética en la que portaba la mutación. En el contexto de las asociaciones ecológicas, la idea IV se puede traducir fácilmente en investigaciones de series temporales cuando, durante el período de exposición ecológica variable, como la contaminación del aire o la introducción de legislación específica, la población sigue siendo la misma. Sin embargo, la monotonía podría violarse si las advertencias sanitarias sobre los niveles de exposición ambiental cambiaran el comportamiento de una persona.

Una característica atractiva del uso de un IV ecológico es el potencial de responder preguntas de investigación que pueden no ser posibles utilizando diseños de investigación observacional alternativos a nivel individual. Por esta razón, los estudios ecológicos también son populares en estudios donde las observaciones individuales a menudo son difíciles de obtener . Por ejemplo, se ha estudiado la introducción de la obligación legal de llevar cascos de bicicleta como una vía intravenosa para un estudio sobre el impacto del uso de cascos (de bicicleta) en el riesgo de lesiones. A nivel individual, el uso de cascos probablemente se confunda con factores como» cuidado «y»asunción de riesgos». Sin embargo, es poco probable que la obligación legal de usar cascos afecte al «cuidado» u otro comportamiento en el tráfico, pero es una razón independiente para usar dichos cascos. Aunque la existencia de desafiantes (personas que dejaron de usar cascos debido a la obligación de usar uno) no puede descartarse por completo, probablemente son raros.

Robinson, en concreto, empleó un enfoque ecológico para explorar la eficacia de la introducción de una ley de casco de bicicleta obligatorio en Australia para reducir la morbilidad y mortalidad por lesiones de ciclistas en general. Robinson utilizó datos a nivel de población para admisiones hospitalarias de ciclistas lesionados y datos de encuestas agregadas coincidentes sobre las tasas de uso de cascos antes de la ley, primer año de ley y segundo año de ley para argumentar que los cascos para bicicletas no brindan beneficios de seguridad marcados para los ciclistas a nivel de población. A pesar de los grandes aumentos en el uso (obligatorio) del casco como resultado de estas leyes, la proporción de ciclistas y peatones ingresados en el hospital por lesiones en la cabeza siguió una tendencia similar a la disminución. Como tal, Robinson atribuyó la reducción observada de ciclistas con lesiones en la cabeza a la implementación de otras iniciativas importantes de seguridad vial al mismo tiempo, como la aplicación de los límites de velocidad, las leyes de conducción en estado de ebriedad, el tratamiento de los puntos negros de accidentes, etc. Curiosamente, el mayor efecto de la introducción de la ley de cascos para bicicletas parecía desalentar el ciclismo, ya que las encuestas previas y posteriores a la ley mostraron reducciones en el número de niños ciclistas 15 y 2,2 veces mayores que el aumento en el número de niños que usan cascos; una observación que parece invalidar la condición de que una vía intravenosa solo debería afectar el resultado a través de la exposición de interés. Como otro ejemplo, el consumo de alcohol tiene muchos efectos, a menudo adversos, en la salud. Sin embargo, a nivel individual, el consumo de alcohol está asociado con muchos otros comportamientos, como fumar y asumir riesgos sexuales, todos los cuales pueden actuar como factores de confusión cuando están relacionados causalmente con un resultado de interés para la salud. Algunas intervenciones que afectan el consumo de alcohol, como el «experimento natural» de la prohibición de 1920-1933 en los Estados Unidos de América (EE.UU.), pueden ofrecer oportunidades para evitar esta confusión y, por lo tanto, pueden actuar como variables instrumentales. Sin embargo, para que esto sea válido es esencial que la población pueda ser considerada (más o menos) constante para que los conceptos de cumplidor y desafiante tengan sentido. Esta última condición haría que las series temporales a largo plazo (años, décadas) fueran cuestionables.

En otros contextos ecológicos, este criterio de monotonía puede no ser tan fácil de aplicar; por ejemplo, cuando comparamos las regiones A y B con diferentes poblaciones y diferentes niveles de exposición ecológica X. La comparación directa de una medida de resultado y entre A y B puede no ser apropiada, ya que A y B pueden tener diferentes niveles de otros factores C que influyen causalmente en y, por lo tanto, son factores de confusión o modificadores de efectos. Otra limitación de los IVs es que solo se puede esperar que digan algo sobre el efecto causal de las exposiciones individuales xi en y si asumimos que la relación entre xi e y es monótona. Por lo tanto, cualquier exposición que tenga, por ejemplo, una relación en forma de U con el resultado, preferiblemente no debe ser objeto de análisis ecológico.

Estimación

La existencia de un IV ecológico permite establecer la causalidad de la asociación entre la exposición y el resultado, incluso cuando no se observan exposiciones individuales, pero se conoce el IV para cada individuo. Sin embargo, esta es solo una conclusión cualitativa. Además, también puede ser conveniente estimar la solidez de la relación entre las exposiciones individuales y los resultados. Cuando también se miden exposiciones individuales, esto es sencillo utilizando los mínimos cuadrados de inserción residual de dos etapas . En otras situaciones, esto puede ser difícil, especialmente en el contexto de relaciones no lineales.

Serie temporal de contaminación atmosférica

Un ejemplo en el que una variable ecológica parece tener características IV adecuadas es en el caso de la contaminación atmosférica que varía en el tiempo, como las partículas con un diámetro aerodinámico de < 10 micrómetros; PM10. En muchos lugares, tales concentraciones varían considerablemente, y a menudo rápidamente (en cuestión de horas o días), con el tiempo. Aunque los niveles medios medidos pueden no reflejar con precisión las exposiciones individuales, parece plausible que existan correlaciones estrechas y que, por lo tanto, las asociaciones ecológicas se puedan usar para estudiar la asociación entre la contaminación del aire y (digamos) los episodios de exacerbación del asma. Los factores de confusión plausibles, por ejemplo, la temperatura, son medibles y, por lo tanto, se pueden ajustar. Además, dado que en gran medida se observan los mismos individuos durante diferentes períodos de tiempo, el concepto de desafiante es fácil de interpretar, a saber. alguien que tiene una exposición individual más baja durante tiempos de altos niveles ambientales. Por supuesto, estos estudios parecen menos apropiados para los resultados que son el resultado de exposiciones acumuladas crónicas, por ejemplo, mortalidad cardiopulmonar o relacionada con el cáncer, como en el estudio de la Sociedad Americana del Cáncer .

Comparaciones geográficas

Más difícil es la comparación ecológica entre zonas geográficas, por ejemplo, dos zonas con niveles de contaminación atmosférica muy diferentes (por ejemplo, una región agrícola rural frente a una zona industrial urbana). Como las dos poblaciones son diferentes, el concepto de «desafiante» solo tiene una interpretación contrafactual, a saber. como alguien, si hubiera residido en el área con los niveles de contaminación más altos, personalmente, tendría una menor exposición a la contaminación del aire (o viceversa). Tales individuos (contrafactuales) son probablemente raros si las áreas son similares en otros aspectos (relevantes). Sin embargo, este puede no ser siempre el caso. Las personas con asma, por ejemplo, pueden optar por no vivir en áreas con altos niveles de contaminación del aire y, por lo tanto, son desafiantes. No existe una prueba de referencia para evaluar si las exposiciones ambientales definidas geográficamente tienen propiedades IV, pero esto debe evaluarse sobre la base de conocimientos sustantivos. Las exposiciones individuales medias a veces pueden ser plausibles como intravenosas, pero a veces no.

Pobreza y salud

Una situación similar puede existir en la relación ampliamente discutida entre «riqueza», «pobreza», «situación socioeconómica», «situación laboral» y diversos resultados (de salud). A nivel individual, puede haber una fuerte relación entre el desempleo, por ejemplo, y la salud (deficiente) y la mortalidad, lo que sugiere que el desempleo está causalmente relacionado con resultados adversos para la salud. Sin embargo, además de los sesgos de selección, esta relación puede ser confundida por muchas variables, lo que puede hacer que una interpretación causal sea cuestionable. Las personas desempleadas pueden haber perdido su trabajo debido a una salud física y/o mental más deficiente o pueden ser menos adaptables socialmente. Una crisis económica o depresión con aumentos masivos rápidos en el desempleo puede actuar como un IV, y si la mortalidad o morbilidad (específica) no aumenta durante tales depresiones, entonces uno puede cuestionar las interpretaciones causales de las asociaciones a un nivel individualista. Una vez más, dado que en gran medida están involucrados los mismos individuos, es (al menos conceptualmente) fácil evaluar si hay (un número significativo de) desafiantes, específicamente personas que se benefician económicamente (o encuentran empleo) durante tiempos de depresión. Aunque tales individuos pueden existir, son probablemente raros. Las depresiones económicas también pueden afectar potencialmente a la salud a través de vías que no implican desempleo. Por ejemplo, durante las depresiones, los empleados (que aún están empleados) pueden evitar comportamientos que pongan en peligro su empleo. Aunque estas vías causales alternativas podrían potencialmente invalidar el valor de las depresiones como una vía INTRAVENOSA, su importancia parecería menor. De manera similar, los desastres naturales u otros «experimentos naturales» pueden proporcionar, de manera similar, buenas variables instrumentales. Un ejemplo de ello es la asociación ampliamente aceptada entre tuberculosis y pobreza ; mientras que casi todos los estudios transversales muestran esta asociación, el rápido aumento de la pobreza en los Estados Unidos y Europa durante la década de 1930 no dio lugar a aumentos en la mortalidad por tuberculosis .

Como un ejemplo más del uso de IV en estudios de intervención, en lugar de observacionales, consideramos la asociación entre las intervenciones regionales de ex trabajadores y la prevalencia del virus de inmunodeficiencia humana (VIH) en la India. Esto es para ilustrar situaciones en las que los niveles ecológicos (geográficos) de una variable pueden tener características IV adecuadas. En los cuatro estados de alta prevalencia del VIH (Andhra Pradesh, Maharashtra, Karnataka y Tamil Nadu) del sur de la India, se llevan a cabo a nivel de distrito intervenciones dirigidas a los trabajadores del sexo (por ejemplo, uso de preservativos, tratamiento de enfermedades de transmisión sexual). Los efectos de las intervenciones en la prevalencia e incidencia del VIH a nivel de distrito también se miden a nivel de distrito por la prevalencia del VIH específica del distrito en jóvenes (<de 25 años) que asisten a la atención prenatal. La idea detrás de estas intervenciones es que la prevención de la transmisión (mediante prácticas sexuales más seguras) entre los profesionales del sexo y sus clientes reduciría la transmisión general del VIH. Estas intervenciones recibieron un fuerte apoyo de la Fundación Bill y Melinda Gates en forma del proyecto «Avahan». La existencia de desafiantes, es decir, personas con un menor riesgo de infección por el VIH en ausencia de una intervención, es poco probable, por lo que la monotonía parece plausible. Por lo tanto, en principio, la intervención a nivel de distrito podría ser una buena vía intravenosa.