epidemiologia sănătății publice nu poate pretinde descoperirea utilității IV în studiile ecologice, deoarece primele aplicații ale „schimbătorilor de curbe” (variabile cu caracteristici IV) pot fi urmărite în literatura econometrică din anii 1930 . Într-adevăr, PG Wright a introdus IV pentru estimarea elasticităților ofertei și cererii de semințe de in, sursa de ulei de in . Pentru reevaluarea valorii asociațiilor ecologice, punctăm analogia dintre unele variabile ecologice și IV și afirmăm că analizele ecologice sunt utile și semnificative atunci când variabilele ecologice pot fi interpretate ca un IV adică o variabilă care este corelată sau, de preferință, o „cauză a” expunerii individuale, dar a cărei asociere cu rezultatul interesului nu este ea însăși confundată, cel puțin nu de variabile nemăsurate (Figura 1). În plus, variabila instrumentală ar trebui să afecteze rezultatul numai prin expunerea individuală. Adică, nu ar trebui să existe căi cauzale care să lege IV și rezultatul care să ocolească expunerea. Un exemplu epidemiologic în care variabilele instrumentale s-au dovedit a fi utile este cel al „randomizării mendeliene” (MR) . De exemplu, tensiunea arterială a persoanelor cu mutații de deficit de aldehidă dehidrogenază alcoolică este comparată cu cele fără astfel de mutații, deoarece purtătorii „în medie” ai acestei mutații beau mai puțin decât non-purtătorii . Rețineți că, în acest exemplu, utilizarea MR elimină, de asemenea, necesitatea de a măsura consumul individual de alcool, lucru care, pe lângă potențialele confuzii de variabile comportamentale, este oricum plin de probleme metodologice . Cu toate acestea, MR a fost, de asemenea, utilizat fructuos pentru a evalua un efect cauzal al lipoproteinelor cu densitate mare în sânge asupra bolilor cardiovasculare . În plus, analiza intenției de tratament a unui studiu randomizat controlat se bazează, de asemenea, în principal pe variabile instrumentale, deoarece atunci când complianța este <atribuirea 100% aleatorie la tratament nu este identică cu tratamentul efectiv primit, dar nu este influențată de factorii potențial confuzi care influențează complianța individuală la tratament.

de remarcat este faptul că analiza intenției de a trata nu estimează efectul cauzal mediu în rândul complicatorilor și, prin urmare, este supusă unei prejudecăți de „diluare”, adică o părtinire față de nul din cauza expunerii clasificate greșit. Alocarea tratamentului este de obicei o variabilă instrumentală bună atunci când prin utilizarea orbirii nu există legături cauzale între brațul de randomizare și rezultatul care ocolește tratamentul real. În contextul studiilor clinice, s-a stabilit că monotonia este o cerință esențială a alocării tratamentului pentru a fi un IV bun. Practic, în contextul studiilor ecologice, monotonia înseamnă că creșterile la nivel ecologic nu duc la scăderi la nivel individual. De exemplu, să presupunem că în zonele puternic poluate cu aer oamenii stau în interior atât de des, de fapt, că sunt mai puțin expuși la particule decât indivizii care trăiesc în zone cu mai puțină poluare a aerului, atunci nu există monotonie. Liniaritatea nu este necesară, deși relațiile neliniare pot fi provocatoare în analiză . În terminologia analizei cauzale a studiului randomizat controlat, aceasta înseamnă că nu există „defiers” . Această idee poate fi pur și simplu extrapolată la alte IV-uri. În cazul MR și al consumului de alcool, de exemplu, monotonia este plauzibilă, deoarece este puțin probabil ca cineva fără mutația deficitului de aldehidă dehidrogenază să fi avut un consum săptămânal mai mare de alcool în situația contrafactuală în care a purtat mutația. În contextul asociațiilor ecologice, ideea IV poate fi ușor tradusă în investigații de serii de timp atunci când pe perioada expunerii ecologice variate, cum ar fi poluarea aerului sau introducerea unei legislații specifice, populația rămâne aceeași. Cu toate acestea, monotonia ar putea fi încălcată dacă avertizarea de sănătate cu privire la nivelurile de expunere la mediu ar schimba comportamentul unui individ.o caracteristică atrăgătoare a utilizării unui IV ecologic este potențialul de a răspunde la întrebări de cercetare care ar putea să nu fie posibile folosind modele alternative de cercetare observațională la nivel individual. Din acest motiv, studiile ecologice sunt, de asemenea, populare în studiile în care observațiile individuale sunt adesea greu de obținut . De exemplu, introducerea unei obligații legale de a purta căști de bicicletă a fost explorată ca IV pentru un studiu privind impactul purtării căștilor de bicicletă asupra riscului de rănire. La nivel individual, purtarea căștilor este probabil confundată cu factori precum „grija” și „asumarea riscurilor”. Cu toate acestea, o obligație legală de a purta căști este puțin probabil să afecteze „grija” sau alt comportament din trafic, dar este un motiv independent pentru purtarea acestor căști. Deși existența defiers (persoanele care au încetat să poarte căști din cauza obligației de a purta una) nu poate fi exclusă complet, acestea sunt probabil rare.Robinson , în mod specific, a folosit o abordare ecologică pentru a explora eficacitatea introducerii unei legi obligatorii privind casca de bicicletă în Australia privind reducerea morbidității și mortalității generale a accidentelor cicliste. Robinson a utilizat date la nivel de populație pentru internările în spitalul ciclistului rănit și date de sondaj agregate potrivite privind ratele de purtare a căștilor pre-lege, primul an de drept și al doilea an de drept pentru a argumenta că căștile pentru biciclete nu oferă beneficii marcate de siguranță pentru bicicliști la nivelul populației. În ciuda creșterii mari a utilizării (obligatorii) a căștii ca urmare a acestor legi privind casca, proporțiile bicicliștilor și pietonilor internați în spital pentru leziuni la cap au urmat o tendință similară, în scădere. Ca atare, Robinson a atribuit reducerea observată a bicicliștilor cu leziuni la cap implementării altor inițiative majore de siguranță rutieră în același timp, cum ar fi aplicarea limitelor de viteză, legile privind conducerea băuturilor, tratarea petelor negre ale accidentelor etc. Interesant este că cel mai mare efect al introducerii legii căștilor pentru biciclete a părut să descurajeze ciclismul, deoarece sondajele pre și post – lege au arătat reduceri ale numărului de bicicliști copii de 15 și 2,2 ori mai mari decât creșterea numărului de copii care poartă căști; o observație care pare să invalideze condiția ca un IV să afecteze rezultatul doar prin expunerea interesului. Ca un alt exemplu, consumul de alcool are multe efecte, adesea adverse, asupra sănătății. Cu toate acestea, la nivel individual, consumul de alcool este asociat cu multe alte comportamente, cum ar fi fumatul și asumarea riscurilor sexuale, toate acestea putând acționa ca derutanți atunci când sunt legate cauzal de un rezultat de interes pentru sănătate. Unele intervenții care afectează consumul de alcool, cum ar fi „experimentul natural” al interdicției din 1920-1933 din Statele Unite ale Americii (SUA), pot oferi oportunități de a ocoli această confuzie și pot acționa astfel ca variabile instrumentale. Cu toate acestea, pentru ca acest lucru să fie valabil, este esențial ca populația să poată fi considerată (mai mult sau mai puțin) constantă, astfel încât conceptele de complier și defier să aibă sens. Această ultimă condiție ar face ca seriile de timp pe termen lung (ani, decenii) să fie discutabile.

în alte contexte ecologice, acest criteriu de monotonie poate să nu fie atât de simplu de aplicat; de exemplu, atunci când comparăm regiunile A și B cu populații diferite și niveluri diferite de expunere ecologică X. Comparația directă a unei măsuri de rezultat y între a și B poate să nu fie adecvată, deoarece A și B pot avea niveluri diferite ale altor factori C care influențează cauzal y și, prin urmare, sunt confundatori sau modificatori de efect. O altă limitare a IV-urilor este că se poate aștepta doar să spună ceva despre efectul cauzal al expunerilor individuale xi asupra lui y dacă presupunem că relația dintre xi și y este monotonă. Astfel, orice expunere care are, să zicem, o relație în formă de U cu rezultatul ar trebui, de preferință, să nu facă obiectul analizei ecologice.

estimare

existența unui IV ecologic face posibilă stabilirea cauzalității asocierii dintre expunere și rezultat, chiar și atunci când expunerile individuale nu sunt observate, dar IV pentru fiecare individ este cunoscut. Totuși, aceasta este doar o concluzie calitativă. În plus, poate fi, de asemenea, de dorit să se estimeze puterea relației dintre expunerile individuale și rezultat. Atunci când expunerile individuale sunt, de asemenea, măsurate, acest lucru este simplu folosind fie cele mai mici pătrate în două etape de inserție reziduală . În alte situații, acest lucru poate fi dificil, în special în contextul relațiilor neliniare.

serii temporale de poluare a aerului

Un exemplu în care o variabilă ecologică pare să aibă caracteristici IV adecvate este în cazul poluării aerului care variază în timp, cum ar fi particulele în suspensie cu un diametru aerodinamic de<10 micrometri; PM10. În multe locuri, astfel de concentrații variază considerabil și adesea rapid (în câteva ore sau zile), în timp. Deși nivelurile medii măsurate pot să nu reflecte cu exactitate expunerile individuale, pare plauzibil să existe corelații strânse și, prin urmare, asociațiile ecologice pot fi utilizate pentru a studia asocierea dintre poluarea aerului și (să zicem) episoadele de exacerbare a astmului. Confounders plauzibile, de exemplu temperatura, sunt măsurabile și, prin urmare, pot fi ajustate pentru. De asemenea, deoarece în mare parte aceiași indivizi sunt observați în diferite perioade de timp, conceptul de defier este ușor de interpretat, și anume. cineva care are o expunere individuală mai mică în perioadele cu niveluri ridicate de mediu. Desigur, astfel de studii ar părea mai puțin adecvate pentru rezultatele care sunt rezultatul expunerilor cumulative cronice, de exemplu, mortalitatea cardiopulmonară sau legată de cancer, cum ar fi în studiul Societății Americane de Cancer .

comparații geografice

mai dificilă este comparația ecologică între zonele geografice, de exemplu două zone cu niveluri de poluare a aerului în mare măsură diferite (de exemplu, regiunea agricolă rurală față de o zonă industrială urbană). Deoarece cele două populații sunt diferite, conceptul de „sfidător” are doar o interpretare contrafactuală, și anume. ca cineva, dacă s – ar fi întâmplat să fi locuit în zonă cu niveluri mai ridicate de poluare, ar avea-personal, o expunere mai mică la poluarea aerului (sau invers). Astfel de indivizi (contrafactuali) sunt probabil rare dacă zonele sunt similare în alte aspecte (relevante). Cu toate acestea, acest lucru nu poate fi întotdeauna cazul. Persoanele cu astm, de exemplu, pot alege să nu locuiască în zone cu niveluri ridicate de poluare a aerului și, prin urmare, sunt sfidători. Nu există un test standard de aur pentru a evalua dacă expunerile de mediu definite geografic au proprietăți IV, dar acest lucru trebuie evaluat pe baza cunoștințelor de fond. Expunerile individuale medii pot fi uneori plauzibile ca IVs, dar uneori nu.

sărăcia și sănătatea

o situație similară poate exista în relația discutată pe larg între „bogăție”, „sărăcie”, „statut social economic”, „statut de angajare” și diverse rezultate (de sănătate). La nivel individual, poate exista o relație puternică între șomaj, să zicem, și sănătate (slabă) și mortalitate, sugerând că șomajul este legat cauzal de rezultatele negative asupra sănătății. Cu toate acestea, pe lângă prejudecățile de selecție, această relație poate fi confundată de multe variabile, ceea ce poate face o interpretare cauzală discutabilă. Este posibil ca șomerii să-și fi pierdut locul de muncă din cauza sănătății fizice și/sau mentale mai slabe sau să fie mai puțin adaptabili social. O criză economică sau o depresie cu creșteri masive rapide ale șomajului poate acționa ca un IV, iar dacă mortalitatea sau morbiditatea (specifică) nu crește în timpul acestor depresiuni, atunci se poate pune sub semnul întrebării interpretările cauzale ale asociațiilor la nivel individualist. Din nou, deoarece sunt implicați în mare parte aceiași indivizi, este (cel puțin conceptual) ușor de evaluat dacă există (un număr semnificativ de) defiers, în special persoanele care beneficiază economic (sau își găsesc un loc de muncă) în perioadele de depresie. Deși astfel de indivizi pot exista, probabil sunt rare. Depresiunile economice pot, de asemenea, să afecteze sănătatea prin căi care nu implică șomajul. De exemplu, în timpul depresiilor, angajații (încă) pot evita comportamentele care le-ar pune în pericol angajarea. Deși aceste căi cauzale alternative ar putea invalida valoarea depresiilor ca IV, importanța lor ar părea minoră. În mod similar, dezastrele naturale sau alte „experimente naturale” pot oferi în mod similar ocazional variabile instrumentale bune. Un exemplu în acest sens este asocierea larg acceptată între tuberculoză și sărăcie ; deși aproape toate studiile transversale arată această asociere, creșterea rapidă a sărăciei în SUA și Europa în anii 1930 nu a dus la creșterea mortalității prin tuberculoză .

ca un alt exemplu de utilizare a IV în intervenție, mai degrabă decât în studii observaționale, considerăm asocierea dintre intervențiile regionale s ex worker și prevalența virusului imunodeficienței umane (HIV) în India. Aceasta este pentru a ilustra situațiile în care nivelurile ecologice (geografice) ale unei variabile pot avea caracteristici IV adecvate. În cele patru state cu prevalență ridicată a HIV (Andhra Pradesh, Maharashtra, Karnataka, Tamil Nadu) din sudul Indiei, intervențiile care vizează lucrătorii sexuali (de exemplu, utilizarea prezervativului, tratamentul bolilor cu transmitere sexuală) sunt implementate la nivel de district. Efectele intervențiilor asupra prevalenței și incidenței HIV la nivel raional sunt, de asemenea, măsurate la nivel raional prin prevalența HIV specifică districtului la tinerii participanți la îngrijirea ante-natală (<25 de ani). Ideea din spatele acestor intervenții este că prevenirea transmiterii (prin practici sexuale mai sigure) între lucrătorii sexuali și clienții lor ar reduce transmiterea globală a HIV. Aceste intervenții au primit un sprijin puternic din partea Fundației Bill și Melinda Gates sub forma proiectului „Avahan”. Existența defiers, adică persoanele cu un risc mai mic de infecție cu HIV în absența unei intervenții, este puțin probabilă, astfel monotonia pare plauzibilă. Deci, în principiu, intervenția la nivel de district ar putea fi un IV bun.