epidemiologia Zdrowia Publicznego nie może rościć pretensji do odkrycia użyteczności IV w badaniach ekologicznych, ponieważ najwcześniejsze zastosowania „krzywych przesuwnych” (zmiennych o cechach IV) można przypisać literaturze ekonometrii w latach 30 . Rzeczywiście, PG Wright wprowadził IV do szacowania elastyczności podaży i popytu na siemię lniane, źródło oleju lnianego . Dla naszej ponownej oceny wartości związków ekologicznych, wskazujemy na analogię między niektórymi zmiennymi ekologicznymi a IV i zakładamy, że analizy ekologiczne są użyteczne i znaczące, gdy zmienne ekologiczne mogą być interpretowane jako IV, tj. zmienna, która jest skorelowana z, lub korzystnie „przyczyną” indywidualnej ekspozycji, ale której związek z wynikiem zainteresowania nie jest sam w sobie mylony, przynajmniej nie przez niezmierzone zmienne (Rysunek 1). Ponadto zmienna instrumentalna powinna wpływać na wynik jedynie poprzez indywidualne narażenie. Oznacza to, że nie powinny istnieć żadne ścieżki przyczynowe łączące IV i wynik, które omijają ekspozycję. Przykładem epidemiologicznym, w którym przydatne okazały się zmienne instrumentalne, jest randomizacja Mendlowska (ang. „Mendelian randomization”, MR) . Na przykład ciśnienie krwi osób z mutacjami z niedoborem dehydrogenazy aldehydowej alkoholu jest porównywane z tymi bez takich mutacji, ponieważ” przeciętnie ” nosiciele tej mutacji piją mniej niż nie-nosiciele . Należy zauważyć, że w tym przykładzie stosowanie MR eliminuje również potrzebę pomiaru indywidualnego spożycia alkoholu, co oprócz potencjalnego zakłócania przez zmienne behawioralne i tak jest obarczone problemami metodologicznymi . Jednakże MR został również owocnie wykorzystany do oceny przyczynowego wpływu lipoprotein o dużej gęstości we krwi na choroby sercowo-naczyniowe . Ponadto, analiza zamierzonego leczenia w randomizowanym kontrolowanym badaniu opiera się zasadniczo na zmiennych instrumentalnych, ponieważ gdy zgodność jest <100% losowe przypisanie do leczenia nie jest identyczne z faktycznym otrzymanym leczeniem, ale nie ma wpływu na potencjalnie zakłócające czynniki, które wpływają na indywidualną zgodność leczenia.
Wykres Markowa pokazujący wpływ poszczególnych ekspozycji (E) na ich wynik zdrowotny (O) w kontekście badań obserwacyjnych. Zarówno E, jak I O mogą mieć wpływ na inne zmienne, w tym (nieznane) czynniki zakłócające (C). Istnienie zmiennej instrumentalnej (IV) umożliwia ustalenie związku przyczynowego między E I O.
Przydział leczenia jest zazwyczaj dobrą zmienną instrumentalną, gdy za pomocą Oślepiania nie ma związków przyczynowych między ramieniem randomizacji a wynikiem, który omija rzeczywiste leczenie. W kontekście badań klinicznych ustalono, że monotoniczność jest podstawowym wymogiem przypisania leczenia do dobrej IV. Zasadniczo w kontekście badań ekologicznych monotoniczność oznacza, że wzrost na poziomie ekologicznym nie prowadzi do spadku na poziomie indywidualnym. Załóżmy na przykład, że w obszarach silnie zanieczyszczonych powietrzem ludzie przebywają w pomieszczeniach tak często, że są mniej narażeni na pyły zawieszone niż osoby żyjące w obszarach o mniejszym zanieczyszczeniu powietrza, wtedy nie ma monotoniczności. Liniowość nie jest wymagana, chociaż nieliniowe relacje mogą być trudne w analizie . W randomizowanym kontrolowanym badaniu przyczynowym oznacza to, że nie ma „defiers” . Pomysł ten można po prostu ekstrapolować na inne kroplówki. Na przykład w przypadku MR i spożywania alkoholu monotoniczność jest prawdopodobna, ponieważ jest mało prawdopodobne, aby ktokolwiek bez mutacji niedoboru dehydrogenazy aldehydowej miał wyższe tygodniowe spożycie alkoholu w sytuacji alternatywnej, w której nosił mutację. W kontekście stowarzyszeń ekologicznych pomysł IV można łatwo przetłumaczyć na badania szeregów czasowych, gdy w okresie zróżnicowanego narażenia ekologicznego, takiego jak zanieczyszczenie powietrza lub wprowadzenie konkretnych przepisów, populacja pozostaje taka sama. Monotoniczność może jednak zostać naruszona, jeśli Ostrzeżenie zdrowotne o poziomach narażenia na działanie środowiska zmieniłoby zachowanie jednostki.
atrakcyjną cechą korzystania z ecological IV jest możliwość odpowiedzi na pytania badawcze, które mogą nie być możliwe przy użyciu alternatywnych projektów badań obserwacyjnych na poziomie indywidualnym. Z tego powodu badania ekologiczne są również popularne w badaniach, w których indywidualne obserwacje są często trudne do uzyskania . Na przykład wprowadzenie prawnego obowiązku noszenia kasków rowerowych zostało zbadane jako IV do badania wpływu noszenia kasków (rowerowych) na ryzyko obrażeń. Na poziomie indywidualnym noszenie kasków jest prawdopodobnie uwikłane w czynniki takie jak” ostrożność „i”podejmowanie ryzyka”. Jest jednak mało prawdopodobne, aby prawny obowiązek noszenia kasków wpływał na „ostrożność” lub inne zachowania w ruchu drogowym, ale jest niezależnym powodem noszenia takich kasków. Chociaż nie można całkowicie wykluczyć istnienia defiers (osób, które przestały nosić kaski z powodu obowiązku ich noszenia), są one prawdopodobnie rzadkie.
Robinson , w szczególności, zastosował ekologiczne podejście do zbadania skuteczności wprowadzenia obowiązkowej ustawy o kaskach rowerowych w Australii w sprawie zmniejszenia ogólnej zachorowalności i śmiertelności rowerzystów. Robinson wykorzystał dane o poziomie populacji dla przyjęć do szpitala rannych rowerzystów i dopasował zbiorcze dane ankietowe na temat wskaźników noszenia kasków przed prawem, pierwszym rokiem prawa i drugim rokiem prawa, aby argumentować, że kaski rowerowe nie zapewniają wyraźnych korzyści dla rowerzystów na poziomie populacji. Pomimo znacznego wzrostu (obowiązkowego) używania kasku w wyniku tych przepisów dotyczących kasku, odsetek rowerzystów i pieszych przyjętych do szpitala z powodu urazów głowy podążał za podobną, malejącą tendencją. W związku z tym Robinson przypisał zaobserwowaną redukcję liczby rowerzystów z urazami głowy do realizacji innych ważnych inicjatyw w zakresie bezpieczeństwa ruchu drogowego, takich jak egzekwowanie ograniczeń prędkości, prawo jazdy pod wpływem alkoholu, leczenie czarnych punktów wypadków itp. Co ciekawe, największy efekt wprowadzenia prawa kasku rowerowego wydawał się zniechęcać do jazdy na rowerze, ponieważ badania przed-i post-prawne wykazały zmniejszenie liczby dzieci rowerzystów 15 i 2,2 razy większe niż wzrost liczby dzieci noszących kaski; obserwacja, która wydaje się unieważniać warunek, że kroplówka powinna wpływać tylko na wynik poprzez ekspozycję zainteresowania. Jako kolejny przykład spożywanie alkoholu ma wiele, często niekorzystnych, skutków dla zdrowia. Jednak na poziomie indywidualnym spożycie alkoholu wiąże się z wieloma innymi zachowaniami, takimi jak palenie tytoniu i podejmowanie ryzyka seksualnego, z których wszystkie mogą działać jako czynniki zakłócające, gdy mają związek przyczynowy z interesującym wynikiem zdrowotnym. Niektóre interwencje, które wpływają na spożycie alkoholu, takie jak” naturalny eksperyment ” prohibicji z lat 1920-1933 w Stanach Zjednoczonych Ameryki (USA), mogą oferować możliwości obejścia tego zamieszania, a tym samym mogą działać jako zmienne instrumentalne. Aby jednak było to ważne, konieczne jest, aby populacja mogła być uznana za (mniej lub bardziej) stałą, aby pojęcia complier i defier miały sens. Ten ostatni warunek sprawiłby, że długoterminowe szeregi czasowe (lata, dekady) byłyby wątpliwe.
w innych kontekstach ekologicznych to kryterium monotoniczności może nie być tak proste do zastosowania; na przykład, gdy porównujemy regiony A i B z różnymi populacjami i różnymi poziomami narażenia ekologicznego X. Bezpośrednie porównanie miary wyniku y między A i B może nie być właściwe, ponieważ A i B mogą mieć różne poziomy innych czynników C, które przyczynowo wpływają na y, a zatem są czynnikami zakłócającymi lub modyfikującymi efekt. Innym ograniczeniem IVs jest to, że można oczekiwać, aby powiedzieć coś o przyczynowym wpływie poszczególnych ekspozycji xi na y, jeśli założymy, że związek między xi i y jest monotoniczny. Zatem wszelkie narażenie, które ma, powiedzmy, związek W Kształcie Litery U z wynikiem, nie powinno być przedmiotem analizy ekologicznej.
Szacowanie
istnienie ekologicznego IV umożliwia ustalenie związku między narażeniem a wynikiem, nawet jeśli Indywidualne narażenie nie jest obserwowane, ale znane jest IV dla każdego osobnika. Jest to jednak tylko wniosek jakościowy. Ponadto pożądane może być również oszacowanie siły zależności między poszczególnymi ekspozycjami a wynikami. W przypadku pomiaru pojedynczych ekspozycji jest to proste przy użyciu dwuetapowych najmniejszych kwadratów wstawiania resztkowego . W innych sytuacjach może to być trudne, zwłaszcza w kontekście relacji nieliniowych.
szereg czasowy zanieczyszczenia powietrza
jednym z przykładów, w których zmienna ekologiczna wydaje się mieć właściwą charakterystykę IV, jest w przypadku zróżnicowanego w czasie zanieczyszczenia powietrza, takiego jak cząstki stałe o średnicy aerodynamicznej<10 mikrometrów; PM10. W wielu miejscach takie stężenia różnią się znacznie, a często szybko (w ciągu godzin lub dni), w czasie. Chociaż zmierzone średnie poziomy mogą nie odzwierciedlać dokładnie indywidualnych ekspozycji, wydaje się prawdopodobne, że istnieją bliskie korelacje i dlatego związki ekologiczne mogą być wykorzystane do badania związku między zanieczyszczeniem powietrza a (powiedzmy) epizodami zaostrzenia astmy. Wiarygodne czynniki zakłócające, na przykład temperatura, są mierzalne i dlatego mogą być dostosowane do. Ponadto, ponieważ w dużej mierze te same osoby są obserwowane w różnych okresach czasu, pojęcie defier jest łatwe do zinterpretowania, tj. ktoś, kto ma mniejsze Indywidualne narażenie w czasie wysokiego poziomu środowiska. Oczywiście takie badania wydają się mniej odpowiednie dla wyników, które są wynikiem przewlekłych skumulowanych ekspozycji, np. śmiertelności związanej z chorobami układu krążenia lub raka, takich jak badanie American Cancer Society.
porównania geograficzne
trudniejsze jest porównanie ekologiczne między obszarami geograficznymi, na przykład dwoma obszarami o znacznie różnych poziomach zanieczyszczenia powietrza (np. wiejski region rolny a Miejska strefa przemysłowa). Ponieważ obie populacje są różne, pojęcie „defier”ma jedynie odwrotną interpretację, tj. jako ktoś, gdyby zdarzyło mu się mieszkać w obszarze o wyższym poziomie zanieczyszczenia, osobiście miałby mniejsze narażenie na zanieczyszczenie powietrza (lub odwrotnie). Takie (kontrfaktyczne) jednostki są prawdopodobnie rzadkie, jeśli obszary są podobne w innych (istotnych) aspektach. Jednak nie zawsze może tak być. Osoby z astmą, na przykład, może zdecydować się nie żyć w obszarach o wysokim poziomie zanieczyszczenia powietrza, a tym samym defiers. Nie istnieje test gold standard pozwalający ocenić, czy geograficznie określone ekspozycje środowiskowe mają właściwości IV, ale należy to ocenić na podstawie wiedzy merytorycznej. Średnia indywidualna ekspozycja może czasami być wiarygodna jako IVs, ale czasami nie.
ubóstwo a zdrowie
podobna sytuacja może zaistnieć w szeroko omawianym związku między „bogactwem”, „ubóstwem”, „statusem społeczno-ekonomicznym”, „statusem zatrudnienia” i różnymi skutkami (zdrowotnymi). Na poziomie indywidualnym może istnieć silny związek między bezrobociem, powiedzmy, a (złym) zdrowiem i śmiertelnością, co sugeruje, że bezrobocie jest związane przyczynowo z niekorzystnymi skutkami zdrowotnymi. Jednak, oprócz błędów wyboru, związek ten może być mylony z wieloma zmiennymi, które mogą sprawić, że interpretacja przyczynowa będzie wątpliwa. Osoby bezrobotne mogły stracić pracę z powodu gorszego zdrowia fizycznego i / lub psychicznego lub mogą być mniej przystosowane społecznie. Kryzys gospodarczy lub depresja z gwałtownym masowym wzrostem bezrobocia może działać jako IV, A jeśli (specyficzna) śmiertelność lub zachorowalność Nie wzrośnie podczas takich depresji, można kwestionować przyczynowe interpretacje skojarzeń na poziomie indywidualistycznym. Ponownie, ponieważ w grę wchodzą głównie te same osoby, łatwo jest (przynajmniej koncepcyjnie) ocenić, czy istnieje (znaczna liczba) osób Defender, w szczególności osób, które czerpią korzyści ekonomiczne (lub znajdują zatrudnienie) w czasie depresji. Chociaż takie osobniki mogą istnieć, są one prawdopodobnie rzadkie. Depresje gospodarcze mogą również potencjalnie wpływać na zdrowie poprzez drogi nie związane z bezrobociem. Na przykład podczas depresji (nadal) zatrudniony może uniknąć zachowań, które naraziłyby jego zatrudnienie na niebezpieczeństwo. Chociaż te alternatywne ścieżki przyczynowe mogą potencjalnie unieważnić wartość depresji jako IV, ich znaczenie wydaje się niewielkie. Podobnie, klęski żywiołowe lub inne „naturalne eksperymenty” mogą podobnie od czasu do czasu zapewnić dobre zmienne instrumentalne. Przykładem jest powszechnie akceptowany związek między gruźlicą a ubóstwem ; podczas gdy prawie wszystkie badania przekrojowe pokazują to skojarzenie szybki wzrost ubóstwa w USA i Europie w latach 30 – tych XX wieku nie spowodował wzrostu umieralności na gruźlicę .
jako kolejny przykład zastosowania IV w badaniach interwencyjnych, a nie obserwacyjnych, rozważamy związek między regionalnymi interwencjami s ex worker a rozpowszechnieniem ludzkiego wirusa niedoboru odporności (HIV) w Indiach. Ma to na celu zilustrowanie sytuacji, w których poziomy ekologiczne (geograficzne) danej zmiennej mogą mieć odpowiednie cechy IV. W czterech stanach wysokiego rozpowszechnienia HIV (Andhra Pradesh, Maharashtra, Karnataka, Tamil Nadu) w południowych Indiach interwencje skierowane do pracowników seksualnych (np. stosowanie prezerwatyw, leczenie chorób przenoszonych drogą płciową) są realizowane na poziomie dystryktu. Wpływ interwencji na rozpowszechnienie i częstość występowania HIV na poziomie okręgu jest również mierzony na poziomie okręgu przez rozpowszechnienie HIV specyficzne dla okręgu u młodych (<25 lat) uczestników opieki przedporodowej. Ideą tych interwencji jest to, że zapobieganie transmisji (poprzez bezpieczniejsze praktyki seksualne) między pracownikami seksualnymi a ich klientami zmniejszyłoby ogólną transmisję HIV. Interwencje te uzyskały silne wsparcie fundacji Billa i Melindy Gatesów w postaci projektu „Avahan”. Istnienie defiers, czyli osób o niższym ryzyku zakażenia HIV w przypadku braku interwencji, jest mało prawdopodobne, dlatego monotoniczność wydaje się prawdopodobna. Czyli w zasadzie interwencja na szczeblu powiatowym może być dobra.