Επιδημιολογία Web Site: www.pagni.gr/users/epidemiology Epidemiology - Επιδημιολογία Σύνθετη λέξη 3 Ελληνικών λέξεων Επί Epi(αφορά, επί upon, on) Δήμος Demos(πληθυσμός population) Λόγος Logos (σπουδή, γνώση Knowledge, Science) Τι είναι Επιδημιολογία; H Επιστήμη που μελετά την κατανομή και της εξέλιξη διαφόρων νοσημάτων ή χαρακτηριστικών στον ανθρώπινο πληθυσμό και των παραγόντων που τον διαμορφώνουν ή τον επηρεάζουν. Επίσης εξετάζει χαρακτηριστικά που συνδέονται τόσο με τον περιβαλλοντικό όσο και με το γενετικό έλεγχο. Αντικείμενο της Επιδημιολογίας είναι και η περιγραφική κατανομή των παραγόντων που επηρεάζουν τον πληθυσμό όπως για παράδειγμα ηλικία, φύλο, φυλή, γεωγραφική περιοχή και επάγγελμα (περιγραφική επιδημιολογία). Επιπλέον οι αιτίες που προκαλούν ασθένειες ή αλλαγές στον ανθρώπινο πληθυσμό είναι αντικείμενο της επαγωγικής ή αναλυτικής Επιδημιολογίας. Στην Επιδημιολογία κάθε νόσος περιγράφεται κυρίως από τη συχνότητα εμφάνισης, το χρόνο διάρκειας και την εξέλιξη της. 1
Τι είναι Επιδημιολογία; H μέτρηση και περιγραφή της νοσηρότητας και θνησιμότητας ενός πληθυσμού. Ο έλεγχος της χρονικής εξέλιξης μίας νόσου. Η ανακάλυψη αιτιολογικών παραγόντων που προκαλούν μια νόσο (επαγωγική Επιδημιολογία). Η μελέτη των συνθηκών και των αιτιών που προκαλούν επιδημίες (monitoring) - για παράδειγμα κάπνισμα και καρκίνος των πνευμόνων. Η κατανόηση της ιστορίας των νοσημάτων (για πρόληψη και έλεγχο - screening). Οι παράγοντες που επηρεάζουν την φυσική ιστορία της νόσου (πρόγνωση/θεραπεία) Ο προγραμματισμός, οργάνωση και αξιολόγηση των υπηρεσιών υγείας. Ιστορική αναδρομή (I) Μελέτη μεγάλων επιδημιών κατά το μεσαίωνα (χολέρα, ευλογιά, πανώλη). Ιπποκράτης (460-357 π.χ.): "Περί αέρος, ύδατος και τόπων ". Περιγραφή εμπειρικών σχέσεων μεταξύ εκδήλωσης/εμφάνισης ασθενειών και διαφόρων συνθηκών διαβίωσης (διατροφή, κατοικία, κλιματολογικές συνθήκες) και άλλα πιθανά αίτια. Graunt (1620-1674) χρησιμοποίησε ποσοτικές μεθόδους για τη μελέτη της θνησιμότητας αγοριών και τις ιδιομορφίες της βρεφικήςθνησιμότητας. Farr (1807-1883) έθεσε τις βάσεις για την επιδημιολογική χρήσηδημογραφικών δεδομένων εργαζόμενος ως υπεύθυνος Ιατρικών θεμάτων στη στατιστική υπηρεσία της Αγγλίας. Ιστορική αναδρομή (II) Snow (1813-1858) απέδειξε ότι η χολέρα προερχόταν από μικρόβιο που μεταδιδόταν από το νερό και την κοπριά. Στο αποτέλεσμα αυτό κατέληξε αφού μελέτησε το νερό από την κεντρική ύδρευση δύο περιοχών με άτομα ίδιων χαρακτηριστικών (ηλικία, φύλο, κοινωνικοοικονομική κατάσταση): το Lambeth (με καθαρό νερό) και το Soutwork (όπου το νερό περιείχε απόβλητα). Το Lambeth είχε 8 φορές μικρότερη θνησιμότητα από χολέρα. Άρα το νερό ήταν το κλειδί και όχι ο αέρας όπως πίστευαν εκείνη την εποχή. 20ος αιώνας: Σύνδεση καπνίσματος με τον καρκίνο του πνεύμονα [Doll and Peto (1976)]. Ίδρυση Σχολή Δημόσιας Υγείας (1922) στο Πανεπιστήμιο του Harvard η οποία περιλαμβάνει τμήματα Επιδημιολογίας και Βιοστατιστικής 2
Field epidemiology (1850) This investigates and identifies the causes of outbreaks of infectious disease. A good example is John Snow s work in the Soho cholera epidemic. However, even today, epidemiologists are called in to find and remove the cause of outbreaks of disease such as food poisoning, Legionnaires disease, etc. Descriptive epidemiology (1920) This describes the frequency and distribution of disease in populations and groups. In dentistry, systematic work of this kind appeared around the 1920 s and continues today monitoring the oral health of the population. This work enables us to estimate the need and demand for health services as well as providing important clues to the causes of disease. Analytic epidemiology (1950) This identifies the determinants or causes of disease. The methods used were developed in the 1950 s as part of the investigation of the role of smoking in lung cancer. Smoking as a cause of periodontal disease is now of considerable interest in dentistry. 3
Experimental epidemiology (1970) This uses randomized controlled clinical trials to determine if new treatments are better than previous treatments in terms of controlling disease and improving the health of patients. Clinical epidemiology (1980) This is the newest branch of epidemiology and the one likely to have the most immediate impact on clinical practice. It involves the application of epidemiological principles and reasoning to the clinical problems involved in diagnosing and treating individual patients. More recently, this has come to be called evidence-based care. Κλινική επιδημιoλογία Παρατηρεί ομάδες ατόμων (έμφαση σε ασθενείς) και μελετά Παράγοντες κινδύνου Στοιχεία που συμβάλλουν στην ακριβή διάγνωση Παράγοντες πρόγνωσης Εκτίμηση αποτελεσματικότητας θεραπευτικών ή προληπτικών παρεμβάσεων Σκοπός η υποβοήθηση των κλινικών γιατρών στη λήψη αποφάσεων 4
Molecular epidemiology (1990) This draws on advances in molecular biology and genetics to investigate biological parameters which are associated with an increased risk of disease. It also involves the use of biological indicators of the presence of disease and disease progression. Χρησιμότητα Επιδημιολογίας Παρακολούθηση δεικτών υγείας ενός πληθυσμού Ανακάλυψη και μελέτη της φυσικής πορείας και των αιτίων νέων νοσημάτων (πχ. AIDS) Αναγνώριση ομάδων σε κίνδυνο νόσησης και επικέντρωση σε αυτά των προληπτικών & θεραπευτικών μέσων Εκτίμηση των παραγόντων κινδύνου και των συνεπειών τους (πχ. κάπνισμα και καρκίνος του πνεύμονα) Μελέτη των διαγνωστικών μέσων που διαθέτουμε και της αποτελεσματικότητας τους για την διακρίβωση των ασθενειών Εκτίμηση των προγνωστικών παραγόντων που τροποποιούν την διαδρομή και έκβαση μιας ασθένειας Εκτίμηση της αποτελεσματικότητας των θεραπευτικών μέσων Εκτίμηση των αναγκών της υγείας και της αποτελεσματικότητας των υπηρεσιών υγείας Χρόνος Cases 160 140 120 100 80 60 40 20 0 ΑΥΓΟΥΣΤΟΣ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ Time factor in the cholera epidemic in Broad Street-Golden Square area of London in the 1800s, showing the epidemic curve of the outbreak (John Snow: Snow on Cholera 1936, Harvard) 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 5
Population pyramids USA 1900: Age cohort groupings & sex Males 85+ 80-84 75-79 70-74 65-69 60-64 55-59 50-54 54 45-49 40-44 35-39 30-34 25-29 20-24 15-19 10-14 5-9 0-4 Females 6 5 4 3 2 1 1 2 4 3 5 6 Percent of Total Population Population pyramids USA 1970: Age cohort groupings & sex Males 85+ 80-84 75-79 70-74 65-69 60-64 55-59 50-54 54 45-49 40-44 35-39 30-34 25-29 20-24 15-19 10-14 5-9 0-4 Females 6 5 4 3 2 1 1 2 4 3 5 6 Percent of Total Population Dependency ratio Ποια είναι η δυνατότητα του πληθυσμού μιας χώρας για ισορροπία μεταξύ ενεργού και μη ενεργού τμήματος του Males 85+ 80-84 75-79 70-74 65-69 60-64 55-59 50-54 45-49 40-44 35-39 30-34 25-29 20-24 15-19 10-14 5-9 0-4 Females 6 5 4 3 2 1 1 2 4 3 5 6 Percent of Total Population Population < 18 yrs + Population > 65 yrs Dependency ratio = Population ages18 64 yrs 6
Περιγράφοντας βιοϊατρικά δεδομένα Περίληψη είναι η γλώσσα της Ιατρικής Μεταβλητές (Variables) Μεταβλητή: Κάθε ποιοτικό ή ποσοτικό χαρακτηριστικό που μπορεί να μετρηθεί Οι μεταβλητές μπορεί να συγκριθούν και να συσχετιστούν μεταξύ τους Έχουν μια κλίμακα "μέτρησης" Εξ ορισμού η μεταβλητή υπόκειται σε αλλαγή (μεταβολή) της τιμής της Στην κλινική επιδημιολογία οι ερευνητές ασχολούνται με συγκρίσεις ή συσχετίσεις μεταβλητών Έκφραση βιοϊατρικών παρατηρήσεων ΚΛΙΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ ΠΟΙΟΤΙΚΕΣ (qualitative) ΠΟΣΟΤΙΚΕΣ (quantitative, interval/ratio) Κατηγορικές (ordinal) Ονομαστικές (nominal) Συνεχείς (continuous) Ασυνεχείς (discrete) Δύσπνοια Ι, ΙΙ, ΙΙΙ Φύσημα Ι,ΙΙ,ΙΙΙ,ΙV Σάκχαρο 1+, 2+, Στάδιο καρκίνου Απών/Παρών Παθολογικό/Φυσιολογικό λ ό Ναι/Όχι, Γυναίκα/Άνδρας Ομάδες αίματος mg,ml,cm dl,ng,pg Ακέραιες τιμές συνήθως ποσοστά 7
ΠΗΓΕΣ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗΣ ΤΥΧΑΙΑ ΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΛΟΓΟΙ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟΙ ΛΟΓΟΙ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΗΜΑ ΚΑΛΙΜΠΡΑΡΙΣΜΑ ΠΡΩΤΟΚΟΛΟ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΗΣ ΕΜΠΕΙΡΙΑ ΚΑΤΑΡΤΙΣΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΠΡΩΤΟΚΟΛΟΥ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟΣ ΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΣ ΧΡΟΝΟΣ ΙΑΦΟΡΕΤΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ (within individuals) ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΙΑΦΟΡΕΣ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΩΝ (among individuals) Αθροιστική συνέργια όλων (cumulative variation) Διακύμανση στις βιοϊατρικές παρατηρήσεις Τυχαία διακύμανση Συστηματική διακύμανση Αληθής τιμή Βιολογική διακύμανση + Λάθος μέτρησης Διακύμανση στις βιοϊατρικές παρατηρήσεις Systemic Variation Random Variation Αληθής τιμή Βιολογική διακύμανση + Λάθος μέτρησης 8
Διακύμανση ατομικών πληθυσμιακών παρατηρήσεων Ατομική διακύμανση (within-individual variation) Διακύμανση των ατομικών τιμών ενός ατόμου λόγω τυχαίας διακύμανσης, λάθους μέτρησης, χρονικής διακύμανσης, παθολογικής κατάστασης Πληθυσμιακή διακύμανση(amongindividual variation) Διακύμανση των τιμών μιας ομάδας ατόμων λόγω βιολογικών διαφορών, λάθους μετρήσεων, διαφορετικών συνθηκών διενέργειας των μετρήσεων ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΗ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ ΔΙΑΚΥΜΑΝΣΗ (Variation) Μετρήσεις του ίδιου φαινομένου μπορεί να πάρουν διαφορετικές τιμές λόγω των καταστάσεων κάτω από τις οποίες πραγματοποιούνται Η ακριβής επεξήγηση μιάς μέτρησης του ασθενή βρίσκεται στην ικανότητα το γιατρού να αναγνωρίζει όλες αυτές τις σύνθετες πηγές διακύμανσης Ο καθορισμός της πιθανότητας η μέτρηση ή εκτίμηση μιας κατάστασης να μη είναι σωστή για τυχαίους λόγους ή λόγω λάθους είναι απαραίτητος. 9
Περιγραφή διακύμανσης κλινικών παρατηρήσεων Accuracy (ακρίβεια) Precision or reproducibility (αναπαραγωγικότητα) Επιδημιολογία - Βιοστατιστική Η ανάγκη να εκφραστεί η πιθανότητα ότι μια αποτίμηση (μέτρηση) σε ένα βιοϊατρικό γεγονός αντανακλά την πραγματικότητα ή Η πιθανότητα ότι αυτό που μετρήθηκε να είναι και με ποια βεβαιότητα η πραγματική τιμή του φαινομένου Παρουσίαση βιοϊατρικών παρατηρήσεων Κλινικές ανάγκες Ερευνητικοί σκοποί 10
Παρουσίαση βιοϊατρικών ποιοτικών παρατηρήσεων Ιστόγραμμα Ιστόγραμμα ποιοτικής μεταβλητής Ι. Νεοπλασίες ΙΙ. Αγγειακά εγκεφαλικά ΙΙΙ. Καρδιολογικά Παρουσίαση ποιοτικών χαρακτηριστικών (Pie charts) Accidents; 20 Heart; 25 Cancer; 35,2 Αιτίες θανάτων (%) σε δεδομένο πληθυσμό 11
Map-Dot diagram of Snow s survey Dependency ratio Ποια είναι η δυνατότητα του πληθυσμού μιας χώρας για ισορροπία μεταξύ ενεργού και μη ενεργού τμήματος του Males 85+ 80-84 75-79 70-74 65-69 60-64 55-59 50-54 45-49 40-44 35-39 30-34 25-29 20-24 15-19 10-14 5-9 0-4 Females 6 5 4 3 2 1 1 2 4 3 5 6 Percent of Total Population Population < 18 yrs + Population > 65 yrs Dependency ratio = Population ages18 64 yrs Παρουσίαση βιοϊατρικών ποσοτικών παρατηρήσεων Κατανομή συχνοτήτων 12
Κατανομή συχνοτήτων Η ομαδοποίηση των τιμών κλινικής ή εργαστηριακής παρατήρησης με τρόπο που μεγιστοποιείται η εξαγωγή συμπερασμάτων Τρόποι παρουσίασης δεδομένων κλινικών παρατηρήσεων Κατανομή συχνοτήτων Μέτρα κεντρικής τάσης Μέτρα διασποράς Μελέτη επιπέδων μολύβδου σε παιδιά Σε παιδιατρικό τμήμα μετρήθηκαν τα επίπεδα μολύβδου στον ορό 15 παιδιών. Οι τιμές είναι οι παρακάτω (mmol/ml): 0.6, 2.6, 0.1, 1.1, 0.4, 2.0, 0.8, 1.3, 1.2, 1.5, 3.2, 1.7, 1.9, 1.9, 2.2 Ερώτημα: Να παρουσιαστούν τα δεδομένα με την μορφή κατανομής συχνοτήτων 13
Stem and Leaf plots 0.6, 2.6, 0.1, 1.1, 0 6 1 4 8 0.4, 2.0, 0.8, 1.3, 1.2, 1.5, 3.2, 1.7, 1.9, 1.9, 2.2 1 1 3 2 5 7 9 9 2 6 0 2 3 2 Stem Leaf Stem and Leaf plots 0.6, 2.6, 0.1, 1.1, 0 1 4 6 8 0.4, 2.0, 0.8, 1.3, 1.2, 1.5, 3.2, 1.7, 1.9, 1.9, 2.2 1 1 2 3 5 7 9 9 2 0 2 6 3 2 Stem Leaf Stem and Leaf plots Χονδροειδής κατανομή 0 1 4 6 8 0.6, 2.6, 0.1, 1.1, 0.4, 2.0, 0.8, 1.3, 1.2, 1.5, 3.2, 1.7, 1.9, 1.9, 2.2 1 1 2 3 5 7 9 9 2 0 2 6 3 2 Stem Leaf 14
Stem and Leaf plots Χονδροειδής κατανομή 0.6, 2.6, 0.1, 1.1, 0.4, 2.0, 0.8, 1.3, 1.2, 1.5, 3.2, 1.7, 1.9, 1.9, 2.2 Leaf Stem 0 1 4 6 8 7 9 9 1 1 2 3 5 2 0 2 6 3 2 Κατανομή συχνοτήτων 0.6, 2.6, 0.1, 1.1, 04 0.4, 2.0, 0.8, 1.3, 1.2, 1.5, 3.2, 1.7, 1.9, 1.9, 2.2 Pb 0,10 0,40 0,60 080 0,80 1,10 1,20 1,30 1,50 1,70 1,90 1,90 2,00 2,20 2,60 3,20 >3 1 2299 2-2.99 3 1-1.99 7 0-0.9 4 0 2 4 6 8 Κατανομή συχνοτήτων Pb 0,10 0,40 0,60 0,80 1,10 1,20 1,30 1,50 1,70 1,90 1,90 2,00 2,20 2,60 3,20 5 4 3 2 1 0 Histogram for Pb 0,0 0,6 1,2 1,8 2,4 3,0 Mid-points for Pb 15
Κατανομές συχνοτήτων εργαστηριακών εξετάσεων Κ + ALP 3.0 5.0 20 140 GLU 60 150 Hb 8.0 16 Κατανομές συχνοτήτων - Επίδραση ηλικίας 20-29 χρ. >80 χρ. Freq BUN Σχήματα καμπυλών κατανομής συχνοτήτων Mean=Median Mean<Median Mean>Median 16
Εκφράσεις κεντρικής τάσης Μέσος: Sum(x)/n - Χρήση σε μαθηματικούς χειρισμούς - Εξάρτηση από ακραίες τιμές Δά Διάμεσος: (n+1)/2 th value. Η μεσαία τιμή - Μη χρήσιμη σε μαθηματικούς χειρισμούς - Ανεξάρτητη από ακραίες τιμές Mode: Η πιο συχνή τιμή - Συχνά δεν υπάρχει ή είναι πολύ συχνή. Μη κανονική κατανομή Perc cent 20 15 10 Mode Mean Median 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PSA (ng/ml) ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ % 40 60 80 100 120 17
ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ Central Tendency Διάμεσος Mode Μέση τιμή ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ Διάμεσος Mode Μέση τιμή 10 5 Central Tendency 100 150 200 250 350 ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ Central Tendency Διάμεσος Mode Μέση τιμή 18
ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ Central Tendency Διάμεσος Mode Μέση τιμή min max Εκφράσεις διασποράς Όρια: Οι ακραίες τιμές - Περιλαμβάνει όλες τις τιμές - Απόλυτη εξάρτηση από ακραίες τιμές Σταθερή απόκλιση: Πολύ χρήσιμη σε μαθηματικούς χειρισμούς - Μη χρήσιμη σε μη κανονικές κατανομές Σ( 1, 2.. Percentile/quartile κ.λ.π:. x x) n 1 2 ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ (Gaussian distribution) x 10 5 SD 68% 100 150 200 250 350 95.4 99.7 19
ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ (Gaussian distribution) ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ Διάμεσος Mode Μέση τιμή 10 5 x±sd 10-90th Percentile range 100 150 200 250 350 Dispersion ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ Διάμεσος Mode 10 Μέση τιμή Central Tendency 5 x±sd 10-90th Percentile range 100 150 200 250 350 Dispersion 20
Παρουσίαση δεδομένων Κανονική κατανομή Mean±SD Μη κανονική κατανομή Median (min-max) Κριτήρια διαχωρισμού φυσιολογικού από το παθολογικό Freq παθολογικό φυσιολογικό 10 30 50 70 90 Γλουταθειόνη (mg/100 ml ερυθρά) Κριτήρια διαχωρισμού φυσιολογικού από το παθολογικό Freq Normal Normal Υπερπαρυθεροειδισμός 8.5 9.0 9.5 10 10.5 Ca ορρού (mg/100 ml) 11 21
Κριτήρια διαχωρισμού φυσιολογικού από το παθολογικό Παθολογικό είναι το ασύνηθες (being unusual) Παθολογικό είναι η ύπαρξη νόσου (being sick) Παθολογικό είναι η ανάγκη θεραπείας (being treatable) Παθολογικό είναι το ασύνηθες (being unusual) 10 5 SD 68% 100 150 200 250 350 95.4 99.7 Παθολογικό είναι το ασύνηθες (being unusual) Όλα τα νοσήματα έχουν συχνότητα 5%? Σχέση στατιστικού ορίου (γιατί όχι το 99th percentile) Μερικές ακραίες τιμές είναι απόλυτα φυσιολογικές Πολλές φορές η νόσος υπάρχει παρά τις φυσιολογικές εξετάσεις Μη ύπαρξη ορίων ασφαλείας (π.χ χοληστερόλη) 22
Παθολογικό είναι η ύπαρξη νόσου (being sick) Κλινικές παρατηρήσεις ή εργαστηριακές τιμές που σίγουρα σχετίζονται με νόσο 100 80 60 40 20 8-8.9 6-6.9 7-7.9 <6.0 >9 Ουρικό mg/100 ml Παθολογικό είναι η ανάγκη θεραπείας (being treatable) Κλινικές παρατηρήσεις ή εργαστηριακές τιμές που εάν θεραπευτούν οδηγούν σε μειωμένη νοσηρότητα 120 VA Trial I 110 VA Trial II 100 90 80 HDFP III 1965 1970 1975 1980 Years Accuracy (ακρίβεια) Όταν μια μέθοδος (εργαστηριακή ή κλινική) δίδει μετρήσεις που είναι ίσες ή πολύ κοντά στην πραγματική τιμή τότε είναι ακριβής Υπολογίζεται γζ αν συγκρίνουμε την μέση τιμή των μετρήσεων που μας δίνει η μέθοδος με την αληθινή τιμή (αρκεί να είναι γνωστή) 23
Precision Reproducibility (αναπαραγωγικότητα) Όταν μια μέθοδος (εργαστηριακή ή κλινική) δίδει επανειλημμένα παρόμοιες μετρήσεις ή πολύ κοντά σε μια κεντρική τιμή τότε είναι αναπαραγώγιμη Υπολογίζεται αν συγκρίνουμε τις τιμές των μετρήσεων με την κεντρικότερη ή την πιο κοινή τιμή (τυπική απόκλιση, SD) Παράδειγμα ακρίβειας και αναπαραγωγιμότητας (chance & bias) Αληθής τιμή (Ενδοαρτηριακός Καθετήρας) Μετρήσεις (Πιεσόμετρο) ηρήσεων Αριθμός παρατη Bias Chance 80 90 ιαστολική πίεση (mm Hg) 24