ŚLĄSKI UNIWERSYTET MEDYCZNY

Jan E. Zejda Katedra Epidemiologii

Wydział Lekarski w Katowicach

OCENA STANU UKŁADU ODDECHOWEGO

W EPIDEMIOLOGII ŚRODOWISKOWEJ

- MOŻLIWOŚCI I OGRANICZENIA -

ŚLĄSKI UNIWERSYTET MEDYCZNY

Jan E. Zejda Katedra Epidemiologii

Wydział Lekarski w Katowicach

ASSESSMENT OF RESPIRATORY STATUS

IN ENVIRONMENTAL EPIDEMIOLOGY

-POSSIBILITIES AND LIMITATIONS -

ŚLĄSKI UNIWERSYTET MEDYCZNY

OCENA STANU UKŁADU ODDECHOWEGO

W EPIDEIOLOGII ŚRODOWISKOWEJ

- MOŻLIWOŚCI / POSSIBILITIES -

Y ~ X

Y ~ X

Y =

Zaburzenia ze strony układu oddechowegoZaburzenia ze strony układu krążenia

Zaburzenia neurologiczne i psychiatryczneZaburzenia rozrodu i rozwoju

Nieswoiste zmiany pod postacią indukcji procesów zapalnych, stresu oksydacyjnego, manifestacji immunologicznych, regulacji epigenetycznych

Źródło: Thurston GD et al.: A joint ERS/ATS policy statement:

what constitutes an adverse health effect of air pollution ?

An analytical framework. Eur Respir J 2017;49:1600419

Y =

Disorders of the respiratory systemDisorders of the circulatory system

Neurological and psychiatric disordersDisorders of reproduction and development

Nonspecific responses: induction of inflammatory processes, oxidative stress, immunological changes, epigenetic regulation …

SOurce: Thurston GD et al.: A joint ERS/ATS policy statement:

what constitutes an adverse health effect of air pollution ?

An analytical framework. Eur Respir J 2017;49:1600419

Y =

Zaburzenia ze strony układu oddechowego

Zmiany nowotworowe Zmiany nienowotworowe

- zgony- ↑zapadalność, ↑częstość, zaostrzenie POChP, astmy …- ↑zapadalność, ↑częstość, zaostrzenie infekcji układu oddechowego- ↑zapadalność, ↑częstość objawów ze strony układu oddechowego- pogorszenie stanu czynnościowego układu oddechowego- spowolnienie rozwoju układu oddechowego u dzieci- biomarkery stanu zapalnego układu oddechowego (powietrze, płyny)

Y =

Disorders of the respiratory system

Malignant changes Nonmalignant changes

- deaths (incl. premature mortality)- ↑incidence, ↑occurrence of COPD, asthma …- ↑incidence, ↑occurrence, exacerbation of resp. infections- ↑incidence, ↑occurrence of respiratory symptoms- impairment of respiratory function- impairment of the development of lungs in children- biomarkers of inflammatory responses (respiratory system)

SIR DAVID ROXBEE COX

… CZTERY

KRYTYCZNE WYZWANIA

POMIAR / MEASUREMENT

TYP BADANIA

ANALIZA DANYCH

INTERPRETACJA WYNIKÓW

David R. Cox: Some challenges for medical statistics - referat podczas sympozjum „Modern Statistical Methods in Medical Research”, organizowanego w ramach inicjatywy Nobel Foundation Series „Frontiers in Medicine” < European Journal of Epidemiology 2005;30:5-9 >

SIR DAVID ROXBEE COX

… CZTERY

KRYTYCZNE WYZWANIA / CRITICAL CHALLANGES

POMIAR / MEASUREMENT

TYP BADANIA / TYPE OF STUDY

ANALIZA DANYCH / DATA ANALYSIS

INTERPRETACJA WYNIKÓW / INTERPRETATION OF THE RESULTS/FINDINGS

David R. Cox: Some challenges for medical statistics – talk at the meetingm „Modern Statistical Methods in Medical Research”, organizowanego w ramach inicjatywy Nobel Foundation Series „Frontiers in Medicine” < European Journal of Epidemiology 2005;30:5-9 >

=

ERGO: EPIDEMIOLOGIA

√ Powtarzalność√ Odtwarzalność√ Precyzja√ Dokładność√ Różnicowalność√ Poziom detekcji

Environmental Epidemiology IPCS EHC 1983

BADANIE EPIDEMIOLOGICZNE

√ Repeatability√ Reproducibility√ Precision√ Accuracy√ Differential power√ Detection level

Environmental Epidemiology IPCS EHC 1983

EPIDEMIOLOGICAL STUDY

√ Powtarzalność√ Odtwarzalność√ Precyzja√ Dokładność√ Różnicowalność√ Poziom detekcji

Environmental Epidemiology IPCS EHC 1983

BADANIE EPIDEMIOLOGICZNE

To konieczne, ale nie wystarczające !

√ Repeatability√ Reproducibility√ Precision√ Accuracy√ Differential power√ Detection level

Environmental Epidemiology IPCS EHC 1983

EPIDEMIOLOGICAL STUDY

Necessary, but …

ŚLĄSKI UNIWERSYTET MEDYCZNY

OCENA STANU UKŁADU ODDECHOWEGO

W EPIDEMIOLOGII SRODOWISKOWEJ

-OGRANICZENIA / LIMITATIONS -

Podatność osobnicza ?

Okna wrażliwości ?

Zmiany ostre czy przewlekłe ?

Zmienność międzyosobnicza

Zmienność wewnątrzosobnicza

Individual susceptibility ?

Windows of exposure ?

Acute or chronic responses ?

Between-subject variability

Within-subject variability

CHOROBY NIE SĄ DZIEŁEM PRZYPADKU

DLACZEGO JA ?

Nie-losowy charakter zachorowań wskazuje na rolę związków przyczynowo-skutkowych

NARAŻENIE – JAKIE ??? (CZYNNIKI ŚRODOWISKOWE, GENY ?...?)

?

?

?

?

DISEASES DO NOT OCCUR BY RANDOM

WHY ME ?

NON-RANDOM OCCURRENCE IMPLIES CAUSATION

EXPOSURE TO WHAT ? (HARMFUL AGENTS ? POOR GENES ? … ?)

?

?

?

?

↑ ↑ ↑

CELWYKRYĆ, OPISAĆ I ZMIERZYĆ ZMIENNOŚĆ MIĘDZYOSOBNICZĄ

(NA TLE ZMIENNOŚCI WEWNĄTRZOSOBNICZEJ)

?

?

?

?

CHOROBY NIE SĄ DZIEŁEM PRZYPADKU

DISEASES DO NOT OCCUR BY RANDOM

↑ ↑ ↑

TARGETTO IDENTIFY, DESCRIBE AND MEASURE BETWEEN-SUBJECT

VARIABILITY (AGAINST WITHIN-SUBJECT VARIABILITY)

?

?

?

?

DOKUMENTOWANIE OBECNOŚCI

ZMIENNOŚCI MIĘDZYOSOBNICZEJ

Sprawność płuc (FEV1) u 2 mężczyzn: 1 eksponowany (E+)

i 1 nieeksponowany (E-) na pył respirabilny

0

1

2

3

4

5

6

7

E+ E-

FVC

w lit

rach

Tylko przez przypadek może dojść do pomiaru najmniejszej fizjologicznej

wartości FEV1 u mężczyzny E-

Z. m-osobnicza jest sygnałem

Z. w-osobnicza jest szumem

BETWEEN-SUBJECT VARIABILITY

Lung function (FEV1) in 2 men: one exposed (E+)

and one nonexposed (E-) to respirable dust

0

1

2

3

4

5

6

7

E+ E-

FVC

w lit

rach

Tylko przez przypadek może dojść do pomiaru najmniejszej fizjologicznej

wartości FEV1 u mężczyzny E-

Z. m-osobnicza jest sygnałem

Z. w-osobnicza jest szumem

Gdy u każdego pomiary przez 3 kolejne dni: ujawnienie zmienności wewnątrzosobniczej w zakresie FEV1 (fizjologiczna z. = 5%)

0

1

2

3

4

5

6

7

E+ E+ E+ E- E- E-

FVC

w lit

rach

DOKUMENTOWANIE OBECNOŚCI

ZMIENNOŚCI MIĘDZYOSOBNICZEJ

Sprawność płuc (FEV1) u 2 mężczyzn: 1 eksponowany (E+)

i 1 nieeksponowany (E-) na pył respirabilny

If both men are tested on 3 consecutive days we can identify within-subject variability in FEV1 (physiological level = 5%)

0

1

2

3

4

5

6

7

E+ E+ E+ E- E- E-

FVC

w lit

rach

BETWEEN-SUBJECT VARIABILITY

0

1

2

3

4

5

6

7

E+ E+ E+ E- E- E-

FVC

w lit

rach

Tylko przez przypadek może dojść do pomiaru najmniejszej fizjologicznej

wartości FEV1 u mężczyzny E-

Zmienność międzyosobnicza jest sygnałem

Zmienność wewnątrzosobnicza jest szumem

DOKUMENTOWANIE OBECNOŚCI

ZMIENNOŚCI MIĘDZYOSOBNICZEJ

Sprawność płuc (FEV1) u 2 mężczyzn: 1 eksponowany (E+)

i 1 nieeksponowany (E-) na pył respirabilny

0

1

2

3

4

5

6

7

E+ E+ E+ E- E- E-

FVC

w lit

rach

By chance one only measurement might pick the lowest FEV1 in men E-

Between-subject variability = signal

Within-subject variability = noise

BETWEEN-SUBJECT VARIABILITY

SYGNAŁ vs SZUM

Gdy istnieje duży sygnał jest on widoczny (ergo: wykrywalny) nawet w obecności dużego szumu

Niewielki sygnał „tonie” w szumie (najczęstsza sytuacja w badaniach populacyjnych)

Sposoby kontroli szumu

- Model badania (np. restrykcja wieku, płci, narażenia na tzw. czynniki zakłócające)

- Analiza danych (stratyfikacja w zakresie czynników zakłócających, statystyczna kontrola szumu)

Co jest sygnałem, co jest szumem ?

SIGNAL vs NOISE

Large signal seen in the presence of noise

Small signal masked by noise (frequent event in population-based studies)

Control Of Noise

- Type of study/protocol (restriction of age, sex, exposure to confounding factors …)

- Data analysis (stratification of confounders, multivariate analyses …)

Co jest sygnałem, co jest szumem ?

Wiarygodny pomiar sygnału wymaga:

- wiedzy na temat potencjalnych źródeł szumu, - umiejętności wykazania obecności szumu, - kontroli maskującego wpływu szumu

ale ponadto: błąd przypadkowy, zakłócanie, interakcje …

Biostatystyka to nie panaceum – to tylko narzędzie

Przede wszystkim METODOLOGIA !!

Reliable measurement of signal if:

- knowledge on potential sources of noise, - ability to prove the presence of noise, - control of noise-related effect,

but also: random error, confounding, interactions …

Biostatystyka to nie panaceum – to tylko narzędzie

Przede wszystkim METODOLOGIA !!

Y ~ X?

PARADYGMAT EPIDEMIOLOGII ŚRODOWISKOWEJ

Obecność Choroby (zapadalność, występowanie)

vis-a-vis

Obecność Narażenia Środowiskowego

Pięta Achillesowa epidemiologii środowiskowej

ENVIRONMENTAL EPIDEMIOLOGY PARADIGM

occurrence of disease

vis-a-vis

environmental exposure

Achilles’ Heel in environmental epidemiology

„Jeśli to, o czym mówisz

potrafisz zmierzyć i wyrazić to

liczbami to oznacza, że posiadasz

pewną wiedzę na ten temat.

W przeciwnym wypadku twoja

wiedza jest wątpliwa i daleka

od satysfakcjonującej”.

(Lord Kelvin: 1824-1907)

Ile ?

Jak często ?

Jaka siła związku ?

…

n

%

r

…

„When you can measure what you

are speaking about, and express it

in numbers, you know something

about it. But when you cannot your

knowledge is of a meager and

unsatisfactory kind(Lord Kelvin: 1824-1907)

How much ?

How often ?

Power of asssociation ?

…

n

%

r

…

„Teraz wiem, co badasz. Ale co ty tak

naprawdę mierzysz, co to za dokładność ?

I jak można wierzyć w wyniki takich

pomiarów ?”

(JP, 1995 r.)

?

?

?

…

n

%

r

…