流行病学实验研究

流行病学实验研究

主要内容流行病学实验研究的定义、分类及特征研究设计的基本要素与原则研究设计与实施偏倚及其控制伦理学问题2第一节概述（一）定义流行病学实验是以人群为研究对象，将符合要求的研究人群随机分为实验组和对照组，研究者对实验组施加干预措施，对对照组不施加干预措施或给与干预措施以外的处理因素，然后前瞻性随访观察并收集相关数据资料，通过比较实验组和对照组研究人群中发生结局事件的差异，评价干预措施效果的一种流行病学研究方法3（二）分类根据不同的研究目的、研究对象及干预单位等特点，可以把流行病学实验分为：现场试验（fieldtrial）社区干预试验（communityinterventiontrial）临床试验（clinicaltrial）4现场试验、社区干预试验和临床试验的区别与联系5（三）特征对研究对象施加干预措施流行病学实验的干预措施是研究者根据研究目的人为施加于研究对象，以便获得干预因素与研究结局的关联，这是与观察性研究的本质区别设有对照流行病学实验研究应设立与实验组均衡可比的对照组，使得研究结果的组间差别归之于干预措施的效应随机分组与观察性研究不同，严格的流行病学实验研究应采用随机化方法将研究对象分配到实验组或对照组，以控制研究中影响干预措施效应的各种因素前瞻性流行病学实验将研究对象随机分组后施加干预措施，并通过进行前瞻性随访，收集研究结局变量及其他相关数据，评价干预措施的效果由“因”及“果”流行病学实验的目的是评价干预措施对研究结局的影响，干预措施在前，结局事件在后，因此是由“因”及“果”的研究设计6第二节研究设计的基本要素与原则一、流行病学实验研究设计的基本要素研究对象（studyparticipants）处理因素（treatment）即为干预措施应该对处理因素进行明确的定义，包括剂量或强度、干预或暴露时间、研究期间是否有变动等效应指标（effect）研究的结局变量生理、生化、病理学指标分子生物学标志物7二、流行病学实验研究设计的基本原则对照重复随机盲法我们通常将满足随机、对照、重复、盲法设计原则要求的试验类型称为真实验但是在实际工作中因条件限制，在设计阶段或实施过程中不设立对照组或有对照组但不遵守随机分配原则，仅做自身前后对照或与已知结果比较，该类研究设计为类实验8对照（control）设立对照的意义使实验组和对照组在处理因素以外的其他因素（即非处理因素）方面保持一致，从而使研究因素的效应得以显现。9

临床试验中设立对照的作用区分疾病的自然过程例如：普通感冒可自行缓解，在评价某药物对该疾病的疗效时，如无对照，会将病情的自然缓解误认为是药物的疗效消除安慰剂效应安慰剂效应：由于研究对象依赖医药而表现一种正向心理效应，从而使安慰剂本身具有主观性疗效。在评价某种药物时，如无对照，该药物的疗效中就包含安慰剂效应（高估药物疗效），或该疗效本身就是安慰剂效应（药物无疗效时）确定治疗过程中的不良反应设立对照，或帮助正确判断试验过程中的不良反应是疾病本身的表现，或是由药物引起的10

设立对照的原则除干预措施即处理因素外，研究对象的其他特征即非研究因素在比较的不同组别中分布均衡非研究因素一般有：研究对象的人口学特征、经济收入、社会地位、生活方式、个人嗜好、膳食模式、精神心理特征、遗传因素、疾病特征等可通过均衡性检验进行比较11

常见的对照形式随机同期平行对照流行病学实验研究设计时通常应用随机方法进行研究对象分组，对照组与实验组在同一时间以平行方式同时开展研究，这样的对照形式与历史对照不同，因此称为随机同期平行对照主要包括：处理因素平行对照、安慰剂对照、阳性药物对照和空白对照历史对照（historicalcontrol）匹配对照（matchedcontrol）自身对照（owncontrol）交叉对照（crossovercontrol）12

处理因素平行对照也称剂量反应对照（dose-responsecontrol）是将干预措施例如试验药物设计成几个剂量组，将研究对象随机地分配到一个剂量组中，可以反映药物对疗效的剂量-反应关系，或与不良反应的关系设置安慰剂对照，即零剂量，可对整个治疗作用的大小有比较明确的认识13

安慰剂对照（placebocontrol）安慰剂是指剂型、大小、颜色、重量、气味、口味等都与试验药物相似，但不含试验药物有效成分的制剂服用安慰剂的病人虽然获得无效的治疗，但却“预料”或“相信”治疗有效，而产生主观性疗效，这种现象称为安慰剂效应设置安慰剂对照可以排除安慰剂效应及其他非药物因素对试验药物评价的影响14

谨慎使用安慰剂！安慰剂不存在任何药物的有效成分，因此采用安慰剂对照往往会引发伦理学问题，一般仅限于以下情况：所研究的疾病尚无有效药物治疗时治疗慢性功能性疾病的药物轻度疾病，例如，精神抑郁的治疗，这类病人往往不需要特殊药物治疗诊断已明确不需要药物治疗的病人慢性疼痛病人，如证实有安慰剂效应，可以在药物治疗间歇给予安慰剂治疗15

阳性药物对照（positivecontrol）大多数临床试验通常采用已知有效的阳性药品作为试验药物的对照，称为阳性对照临床试验中的阳性对照一般要求为本专业公认的、疗效明确的药物或治疗方案，通常为药典中收载的药物，或者是学术界认可的标准治疗方案16

空白对照（blankcontrol）未施加任何干预措施的对照称为空白对照一般适用于无法采用盲法设计的处理措施，如外科手术、放射治疗等由于该方法涉及伦理问题且不利于盲法的实施，一般不适宜设立空白对照17

历史对照（historicalcontrol）将研究者本人或他人过去的研究结果作为对照组，与实验组进行比较，这种设立对照的方式称为历史对照当所研究的疾病特别严重（如AIDS、恶性肿瘤等）或非常稀有，目前没有满意的治疗方法，且根据药物作用机制、动物试验以及早期经验已能推荐所研究的新药时，可以使用历史对照由于选择的病人和治疗方法不在同一个时期，实验组和对照组的可比性较差，其应用十分有限18

匹配对照（matchedcontrol）在临床试验中通常按照符合要求的受试病人的特征，选择与这些特征一致或相近的病人作为对照，匹配成对子，通过随机技术，将其中一人分配入实验组，另一人作为对照，这样的对照形式即是匹配对照通常采用1：1匹配，也可以是多个对照的匹配形式19

自身对照（owncontrol）以同一研究对象做试验前后对比，如评价某药物的效果，在试验前，需要规定一个合理的疗效观察期限，然后比较治疗前后某结局指标的改变情况20

交叉对照（crossovercontrol）将研究对象随机分为两组，对两组受试者使用两种不同的处理措施，然后互相交换处理措施，最后分析和比较疗效。交叉设计中每例病人先后要接受两种不同的处理措施，在两个阶段之间应有一个洗脱期，以消除第一阶段治疗药物对第二阶段的影响。洗脱期结束后，开始第二阶段的治疗21

交叉对照的优缺点优点每例研究对象先后接受治疗组或对照组治疗，能够控制个体差异和时间对处理因素的影响，故效率较高所需样本量较少可研究药物应用先后顺序对治疗结果的影响。缺点只适合症状反复发作的慢性病，如高血压、风湿性关节炎等，对于各种急性严重疾病或不能恢复到第一阶段治疗前状况的疾病（如心肌梗死、胃溃疡等）以及那些不允许停止治疗（洗脱期）的疾病（如心力衰竭、休克等），不能采用交叉设计当研究对象的状态发生根本变化时，如死亡、治愈等，后一阶段的处理将无法进行，因此交叉设计也不适用于具有自愈倾向或病程较短的疾病整个研究观察期较长，研究对象的依从性难以保证研究对象一旦在某一阶段退出实验，就会造成该阶段及其以后的数据缺失，增加统计分析的困难22

重复（repeatability）重复是指在相同实验条件下进行多次研究或多次观察，以提高实验的可靠性重复的作用估计误差：只有在相同研究条件下对同一观测指标进行多次重复测定，才能计算出误差大小减小抽样误差：多次重复测定的均数或大样本率的误差较小，提高了研究的精确性重复的原则在流行病学研究设计中体现为样本量的大小，可以通过样本量的估计，确保样本量足够23

随机（random）使每一个受试对象都有同等的机会被分配到不同的实验组和对照组，是保障大量不可控制的（包括已知的和未知的、可测量的与不可测量的）非处理因素在各组间分布均衡可比的一种统计学措施，也是对实验结果进行外推的重要前提，它贯穿于实验设计和实施的全过程中24

常用的随机分组方法简单随机化（simplerandomization）区组随机化（blockrandomization）分层随机化（stratificationrandomization)整群随机化（clusterrandomization）25

简单随机化（simplerandomization）通过查阅随机数字表或采用计算机产生的随机数字，将研究对象随机分配入实验组或对照组操作简单，但分配到各组的研究对象人数可能不等在同一时间段内可能会出现大多数研究对象集中入选同一组别的现象，形成不均匀分布，从而影响研究结果26

区组随机化（blockrandomization）将条件（如年龄、性别、病情等）相近的一组研究对象作为一个区组（block），区组间研究对象的特征应尽可能相似，每个区组的长度必须是治疗组数的整数倍，每个区组内的干预措施和对照措施随机分配与简单随机化分组相比，区组随机化分组的各比较组间更均衡、可比27

分层随机化（stratificationrandomization）按照对治疗效果影响较大的特征（如性别、年龄、病情、临床分型等）进行分层，再运用简单随机化方法将每层内的研究对象分到实验组和对照组目的：将影响疗效的因素按影响程度的大小依次分层加以考虑，使得实验组和对照组的临床特征比较相近，增加组间可比性优点：所用样本量小，效率高缺点：分层越多，选择可比性的研究对象越难，需要的样本量越大28

整群随机化（clusterrandomization）以社区或群组为单位进行随机分组，群组可以是家庭、学校、机关、工厂、村庄或居民区等该随机化方法要求除干预措施外，不同群组间的特征的变异度要小方法简便易行，研究对象的依从性相对较高，常用于现场或社区干预试验但因其所需样本量较大，抽样误差较大，设计精度较低29

盲法应用（Blindness）研究对象和研究者对疗效评价、检测结果判断、数据分析方面的不客观和不公正态度甚至心理因素会给流行病学实验研究引入很大的偏倚。在研究设计时，让研究对象、研究观察者和数据的分析者部分或全部不知道研究的分组情况，这样就消除了他们因为个人主观倾向带来的偏倚，这样的方法称为盲法。单盲双盲三盲30

盲法应用的形式31

研究中牵涉的人员盲法应用的形式单盲双盲三盲

研究对象×××研究的观察者√××研究的评价/分析者√√×研究的设计者√√√“×”表示不知道试验的分组情况“√”表示知道试验的分组情况第三节研究设计与实施一、研究设计研究现场和研究对象的选择样本量计算设立对照随机分组实验组与对照组处理因素的安排研究变量确定确定研究期限二、研究实施社区动员、研究对象招募依从性监测与维护盲法状态保持结局事件确认、监测与报告研究质量控制三、干预效果的评价32

研究现场和研究对象的选择针对不同的研究目的，研究人群和现场的选择不尽相同，其原则一般需满足以下条件：预期发病率较高和基础条件较好干预措施对其无害且能获益具有代表性避免“沾染（contamination）”和“干扰（co-intervention）”33

研究现场和研究对象的选择临床试验中研究对象的纳入需要考虑以下问题：需要十分明确地规定研究对象的纳入标准，例如研究对象的人口学特征（性别、年龄、种族、受教育程度、婚育情况）纳入的病人应该经过“金标准”诊断方法确诊需要明确疾病的病期、病程、先前的治疗情况等，并具有良好的依从性在纳入研究对象时，须得到本人的知情同意34

研究现场和研究对象的选择临床试验在制订排除标准时一般考虑以下因素：研究对象同时患有其他疾病，需要同时服用治疗其他疾病的药物或已接受有关治疗，可能会影响效应指标观察的情况，应当排除研究对象有影响效应指标观察、判断的其他病理状况，例如，一般有心、肝、肾等器官损伤而影响药物体内代谢的研究对象应排除在外由于伦理原因，某些特殊人群如果入选可能对其健康造成危害，例如，孕妇、婴幼儿、儿童、老人、危重或晚期病人等一般不作为研究对象临床试验中的某些特殊检查或处理，可能会额外增加某些病人的风险，例如，如果需要服用造影剂，而对造影剂过敏的病人就应当排除不愿签订知情同意书、依从性不好或者有可能退出的研究对象，为避免收集数据缺失应当排除35

样本量计算36

样本量计算37

在实际工作中因研究对象失访和不依从现象的存在，严格按照计算公式获得的样本量进行干预试验不能达到既定的研究功效，实际需要在公式计算的干预样本量的基础上增加10%~20%设立对照只有设立了合理的对照，才可以回答研究提出的问题，正确鉴别出来干预措施的“净效应”在实际的实验研究中，可以根据具体的研究目的，设立适宜的对照类型38

随机分组现场试验与临床试验的干预单位通常是个体，而社区干预试验的单位是群体，因此，在研究对象随机分组时也会有所不同，如果干预单位是基于个体，那么随机分组的单位也是个体，而社区干预试验则通常是基于群体或社区进行随机分组39

实验组与对照组处理因素的安排在实际的研究工作中首先需要安排好具体的干预措施干预措施的性质、强度、干预持续的时间及实施方式如果有必要，还需要考虑设立不同干预强度、不同干预方法的多个实验组同样的，需要同等认真程度地设计对于对照组的处理。是设立安慰剂对照、标准对照、传统药物对照、交叉对照、空白对照或是采用历史对照形式？40

确定研究变量研究对象的人口学特征包括性别、年龄、种族或民族、宗教信仰、受教育程度、职业、婚育状况、经济收入等处理因素即干预措施和对照措施：暴露的方式、强度（剂量）、时间等结局变量直接结局变量：疾病的发生、死亡、治愈等间接结局变量：干预措施和疾病发生之间的那些中间变量与结局事件发生相关的其他协变量危险因素暴露、营养/膳食因素、体力活动、精神/心理因素、家族/遗传因素、职业/环境特殊暴露因素、社会经济因素、生理、生化和分子生物学标志物等可能的不良反应事件41

确定研究期限研究期限根据研究目的、试验自身特点、疾病发生或流行规律及干预措施对机体的作用规律等确定研究的周期应该确保干预组与对照组有足够的结局事件发生，能够充分评价和鉴别出两组是否有差别，要避免研究周期不够长，从而不能合理评价干预措施效果的情况发生42

临床试验的分期I期临床试验主要为人体耐受性和药物代谢动力学试验II期临床试验

在小部分特定病人中进行，确定试验药物的有效性与安全性III期临床试验目的是进一步评价药物的有效性、安全性及最佳剂量采用随机对照试验的方法进行，必要时采用多中心随机对照试验IV期临床试验是药物上市后在更大的病人群体中观察疗效，并监测不良反应事件发生情况43

社区动员、研究对象招募现场试验和社区干预试验获得社区和当地政府的许可和支持研究者应获得试验地区的人口资料，编辑人口登记册，绘制试验对象分布图，以便于目标人群的确定和随访研究者应通过研究对象易于接受的方式宣传干预研究的意义、内容和方法，以及参与研究的对象能从中获得的益处和需要配合的地方临床试验可以在一个或多个医疗机构招募研究对象，并进行宣传动员44

依从性监测与维护依从性指研究对象是否按试验方案的要求接受干预措施、是否按要求接受随访等依从性降低，会破坏研究样本的代表性，影响试验结果的真实性良好的依从性是保证获得真实效应的重要条件之一，因此必须加以控制45

依从性监测与维护提高依从性的方式在研究对象签署知情同意书时，应向研究对象解释清楚有关试验的详细情况，使其对试验的风险和受益有足够的了解，也使其了解应当在哪些方面给予配合耐心、详细地向研究对象解释用药方法及注意事项，避免研究对象特别是老年或受教育程度较低的研究对象因不清楚用药方法而带来的低依从性加强宣传教育、加强研究对象对疾病的认识、对该干预研究工作重要性的认识，强调遵从医嘱的重要性；提供良好的研究服务，提高医疗服务质量，增加研究对象对医护人员的信任感尽量提供方便措施，合理简化干预方案和治疗方案46

依从性的监测方法直接法研究对象在研究执行者的直接观察下接受干预措施采用生物学标志物，即通过测定血或尿中药物浓度来判断病人是否按规定用药在干预药物中加入某种无毒、无害、理化性质稳定且便于检测的指示剂，如维生素B2、荧光素等间接法通过定期询问病人的用药情况、计数发给病人的药品消耗量、检查药房的发药量等方法进行监测47

盲法状态保持在临床试验或现场试验实施的过程中，从随机数的产生、试验用药物的编码、研究对象入组用药、试验结果的记录和评价、试验过程的监查、数据管理直至统计分析，都必须保持盲态。如果发生了任何非规定情况所致的盲底暴露（盲法状态无法保持的现象），并影响到试验结果的客观性，则该试验将被视作无效48

结局事件确认、监测与报告研究实施过程中，需要按照研究设计的要求，在研究人群中或临床受试病人中，建立敏感、及时的结局事件发现、确诊及报告系统。结局事件需要应用规范、标准的方法诊断，如果是疾病发生或死亡结局，需要采用“金标准”例如病理学诊断方法确诊49

研究质量控制在研究设计阶段把可能发生的降低研究质量的事件看作研究设计的一个组成部分，分析在每个环节可能产生的误差或偏倚的可能性研究实施阶段制定详细的质量控制对策与措施对于临床试验，研究人员应依据质量管理规范制订临床试验的标准操作规程，规范临床试验的整个过程、各个环节、每个步骤和各项操作50

干预效果的评价现场试验及社区干预试验常用的评价干预效果的指标有抗体阳转率、保护率、效果指数、相对危险度、特异危险度及需治疗（或干预）人数等临床试验统计分析集：全分析集、符合方案集、安全分析集疗效评价指标：有效率、治愈率、病死率、生存率、不良事件发生率51

抗体阳转率如果干预措施是某生物制品对疾病预防效果的评价，需要首先评价干预对象接种后机体免疫反应情况，通常计算相应抗体阳性情况即抗体阳转率（antibodypositiveconversionrate,APCR）52

保护率（protectiverate,PR)通过比较干预组和对照组的发病率或死亡率计算出保护率，用于说明干预措施的效果。保护率越高，则说明干预措施的效果越好53

效果指数（indexofeffectiveness,IE)IE数值越大，说明干预效果越好54

需治疗（或处理）人数在评价疾病预防措施效果的试验研究中，需治疗（或处理）人数（numberneededtotreat,NNT）表示在特定时间内，为防止1例结局事件发生，需要干预的人数，NNT值越小，说明干预效果越好55

统计分析集统计分析集（Analysisset）在临床试验数据的统计分析中，哪些病人应当包括在内，哪些病人不应当包括在内，这是分析试验结果时首先要考虑的问题，即“分析集”的问题常用的统计分析集可分为3种全分析集符合方案集安全分析集56

全分析集指尽可能接近符合意向性治疗（intention-to-treat,ITT）原则的理想受试者数据集意向性治疗原则即要求对所有随机化分组的病人进行统计分析，而不论其是否依从计划完成治疗过程该分析集是从所有随机化的研究对象中，以最少和合理的方法剔除研究对象后得出的分析结果从全分析集中剔除少数研究对象的情况包括：不满足主要入选标准（违反合格性）、没有用过一次药以及在随机化后没有任何数据57

符合方案集也称“有效病例”指全分析集中更加符合临床试验方案的病例，是全分析集的一个子集由于排除了一部分在治疗中途退出或失访的病人，因而可能夸大疗效58

安全分析集是指所有经过随机化分组后至少接受一次治疗的研究对象用于药物不良反应事件发生情况的安全性分析59

临床试验中常用疗效评价指标

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临床试验中常用疗效评价指标61

第四节偏倚及其控制偏倚可以发生在流行病学实验研究过程的各个阶段，不同的研究类型有不同的偏倚存在，从而影响研究结果的正确性，需要及时识别并加以控制流行病学实验中主要的偏倚有：选择偏倚信息偏倚临床依从性降低安慰剂效应霍桑效应“沾染”和“干扰”62

选择偏倚选择偏倚是由于纳入的研究对象的主要人口学及临床特征与应该纳入研究对象的目标人群特征存在显著不同而产生的系统误差研究者有意或无意地选择自己感兴趣的病例纳入实验组，破坏了实验组和对照组间的可比性已入选的研究对象在试验进行中的退出或失访控制严格掌握研究对象的入选标准使用随机抽样和随机分组方法严格控制随访率63

信息偏倚信息偏倚是在研究实施过程中，获取研究所需要的信息时产生的系统误差研究对象因为回忆不清楚或故意隐瞒而提供不真实的信息研究者在收集、记录和解释来自调查对象的信息时所发生的偏倚测量偏倚控制主要从加强研究者的培训与考核，规范试验操作规程，提高检查的精确度，提高研究对象的依从性（compliance）等方面控制信息偏倚的产生64

临床依从性降低临床依从性是指纳入观察的研究对象按照研究设计，进行服药、膳食管理、活动等行为的依从程度临床研究的依从性包含两层含义：临床研究执行者在实施过程中按照研究设计方案执行