Abschnitt 7: Analytische Epidemiologie

Wie bereits erwähnt, kann die deskriptive Epidemiologie Muster unter Fällen und in Populationen nach Zeit, Ort und Person identifizieren. Aus diesen Beobachtungen entwickeln Epidemiologen Hypothesen über die Ursachen dieser Muster und über die Faktoren, die das Krankheitsrisiko erhöhen. Mit anderen Worten: Epidemiologen können die deskriptive Epidemiologie nutzen, um Hypothesen zu generieren, aber nur selten, um diese Hypothesen zu testen. Dafür müssen sich Epidemiologen der analytischen Epidemiologie zuwenden.

Das Schlüsselmerkmal der analytischen Epidemiologie ist eine Vergleichsgruppe. Betrachten wir einen großen Ausbruch von Hepatitis A, der 2003 in Pennsylvania auftrat.(38) Die Ermittler fanden heraus, dass fast alle Fallpatienten in einem bestimmten Restaurant während der 2-6 Wochen (d.h. der typischen Inkubationszeit für Hepatitis A) vor Ausbruch der Krankheit gegessen hatten. Zwar konnten die Forscher ihre Hypothese auf das Restaurant eingrenzen und die Zubereiter und Bedienungen der Speisen als Quelle ausschließen, aber sie wussten nicht, welche Speisen im Einzelnen kontaminiert worden sein könnten. Die Ermittler fragten die Fallpatienten, welche Lebensmittel sie im Restaurant gegessen hatten, aber das zeigte nur, welche Lebensmittel beliebt waren. Die Forscher nahmen daher auch eine Vergleichs- oder Kontrollgruppe auf und befragten sie – eine Gruppe von Personen, die im gleichen Zeitraum in dem Restaurant gegessen hatten, aber nicht erkrankten. Von den 133 Punkten auf der Speisekarte des Restaurants bestand der auffälligste Unterschied zwischen der Fall- und der Kontrollgruppe im Anteil derjenigen, die Salsa aßen (94 % der Fallpatienten aßen, verglichen mit 39 % der Kontrollgruppe). Weitere Untersuchungen der Inhaltsstoffe der Salsa ergaben, dass grüne Zwiebeln die Quelle der Infektion waren. Diese Maßnahme war eine direkte Reaktion auf die überzeugenden Ergebnisse der analytischen Epidemiologie, die die Expositionsgeschichte der Fallpatienten mit der einer geeigneten Vergleichsgruppe verglich.

Die Identifizierung von Faktoren, die mit Krankheiten assoziiert sind, hilft den Gesundheitsbehörden dabei, Präventions- und Kontrollmaßnahmen für die öffentliche Gesundheit angemessen zu gestalten. Sie leitet auch die weitere Erforschung der Krankheitsursachen an.

Die analytische Epidemiologie befasst sich also mit der Suche nach Ursachen und Wirkungen, oder dem Warum und dem Wie. Epidemiologen nutzen die analytische Epidemiologie, um die Assoziation zwischen Expositionen und Ergebnissen zu quantifizieren und um Hypothesen über kausale Zusammenhänge zu testen. Es ist gesagt worden, dass die Epidemiologie allein niemals beweisen kann, dass eine bestimmte Exposition ein bestimmtes Ergebnis verursacht hat. Oft liefert die Epidemiologie jedoch ausreichende Beweise, um geeignete Kontroll- und Präventionsmaßnahmen zu ergreifen.

Epidemiologische Studien lassen sich in zwei Kategorien einteilen: experimentelle Studien und Beobachtungsstudien.

Experimentelle Studien

In einer experimentellen Studie bestimmt der Forscher durch einen kontrollierten Prozess die Exposition für jedes Individuum (klinische Studie) oder jede Gemeinschaft (Gemeinschaftsstudie) und verfolgt dann die Individuen oder Gemeinschaften über die Zeit, um die Auswirkungen der Exposition zu erkennen. In einer klinischen Studie mit einem neuen Impfstoff kann der Prüfer beispielsweise einige Teilnehmer nach dem Zufallsprinzip dem neuen Impfstoff zuweisen, während andere eine Placebo-Impfung erhalten. Der Prüfer verfolgt dann alle Teilnehmer, beobachtet, wer an der Krankheit erkrankt, die der neue Impfstoff verhindern soll, und vergleicht die beiden Gruppen (neuer Impfstoff vs. Placebo), um zu sehen, ob die Impfstoffgruppe eine geringere Erkrankungsrate aufweist. In ähnlicher Weise wurden in einer Studie zur Verhinderung des Auftretens von Diabetes bei Hochrisikopersonen die Teilnehmer nach dem Zufallsprinzip einer von drei Gruppen zugewiesen – Placebo, ein Anti-Diabetes-Medikament oder eine Lebensstil-Intervention. Am Ende der Nachbeobachtungszeit fanden die Forscher die niedrigste Inzidenz von Diabetes in der Lebensstil-Interventionsgruppe, die nächst niedrigere in der Antidiabetika-Gruppe und die höchste in der Placebo-Gruppe.(39)

Beobachtungsstudien

In einer Beobachtungsstudie beobachtet der Epidemiologe einfach die Exposition und den Krankheitsstatus jedes Studienteilnehmers. John Snows Studien zur Cholera in London waren Beobachtungsstudien. Die zwei häufigsten Arten von Beobachtungsstudien sind Kohortenstudien und Fall-Kontroll-Studien; eine dritte Art sind Querschnittsstudien.

Kohortenstudie. Eine Kohortenstudie ist vom Konzept her ähnlich wie eine experimentelle Studie. In einer Kohortenstudie zeichnet der Epidemiologe auf, ob jeder Studienteilnehmer exponiert ist oder nicht, und verfolgt dann die Teilnehmer, um zu sehen, ob sie die Krankheit von Interesse entwickeln. Beachten Sie, dass sich dies von einer experimentellen Studie unterscheidet, da der Forscher in einer Kohortenstudie den Expositionsstatus der Teilnehmer beobachtet und nicht bestimmt. Nach einer gewissen Zeit vergleicht der Untersucher die Krankheitsrate in der exponierten Gruppe mit der Krankheitsrate in der nicht exponierten Gruppe. Die nicht exponierte Gruppe dient als Vergleichsgruppe und liefert eine Schätzung der Basislinie oder des erwarteten Ausmaßes des Auftretens von Krankheiten in der Gemeinschaft. Wenn sich die Krankheitsrate in der exponierten Gruppe im Vergleich zur nicht exponierten Gruppe wesentlich unterscheidet, wird gesagt, dass die Exposition mit der Krankheit assoziiert ist.

Die Dauer der Nachbeobachtung variiert erheblich. In dem Bestreben, schnell auf ein öffentliches Gesundheitsproblem wie einen Ausbruch zu reagieren, neigen öffentliche Gesundheitsämter dazu, relativ kurze Studien durchzuführen. Auf der anderen Seite führen Forschungs- und akademische Organisationen eher Studien über Krebs, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und andere chronische Krankheiten durch, die sich über Jahre und sogar Jahrzehnte erstrecken können. Die Framingham-Studie ist eine bekannte Kohortenstudie, die seit den frühen 1950er Jahren über 5.000 Einwohner von Framingham, Massachusetts, verfolgt hat, um die Raten und Risikofaktoren für Herzerkrankungen zu ermitteln.(7) Die Nurses Health Study und die Nurses Health Study II sind Kohortenstudien, die 1976 bzw. 1989 eingerichtet wurden und jeweils über 100.000 Krankenschwestern verfolgt haben und nützliche Informationen über orale Kontrazeptiva, Ernährung und Risikofaktoren des Lebensstils geliefert haben.(40) Diese Studien werden manchmal als Follow-up- oder prospektive Kohortenstudien bezeichnet, da die Teilnehmer zu Beginn der Studie eingeschrieben und dann prospektiv über einen längeren Zeitraum verfolgt werden, um das Auftreten der interessierenden Ergebnisse zu ermitteln.

Eine alternative Art von Kohortenstudie ist eine retrospektive Kohortenstudie. Bei diesem Studientyp sind sowohl die Exposition als auch die Outcomes bereits eingetreten. Genau wie bei einer prospektiven Kohortenstudie berechnet und vergleicht der Untersucher die Krankheitsraten in der exponierten und nicht exponierten Gruppe. Retrospektive Kohortenstudien werden häufig bei der Untersuchung von Krankheiten in Gruppen von leicht zu identifizierenden Personen verwendet, wie z. B. Arbeiter in einer bestimmten Fabrik oder Besucher einer Hochzeit. Zum Beispiel wurde eine retrospektive Kohortenstudie verwendet, um die Infektionsquelle von Cyclosporiasis zu bestimmen, einer parasitären Krankheit, die 2004 einen Ausbruch unter den Mitgliedern einer Wohneinrichtung in Pennsylvania verursachte.(41) Die Untersuchung ergab, dass der Verzehr von Zuckererbsen als Träger des Cyclosporiasis-Ausbruchs in Frage kam.

Fall-Kontroll-Studie. In einer Fall-Kontroll-Studie beginnen die Untersucher mit der Aufnahme einer Gruppe von Personen mit einer Krankheit (bei der CDC werden solche Personen als Fall-Patienten und nicht als Fälle bezeichnet, da sich Fall auf das Auftreten einer Krankheit und nicht auf eine Person bezieht). Als Vergleichsgruppe rekrutiert der Forscher dann eine Gruppe von Personen ohne Krankheit (Kontrollen). Die Ermittler vergleichen dann die früheren Expositionen zwischen den beiden Gruppen. Die Kontrollgruppe liefert eine Schätzung der Basislinie oder des erwarteten Ausmaßes der Exposition in dieser Population. Wenn die Menge der Exposition in der Fallgruppe wesentlich höher ist als die Menge, die man aufgrund der Kontrollgruppe erwarten würde, dann wird gesagt, dass die Krankheit mit dieser Exposition in Verbindung steht. Die oben beschriebene Studie über Hepatitis A, die auf grüne Zwiebeln zurückgeführt wird, ist ein Beispiel für eine Fall-Kontroll-Studie. Der Schlüssel bei einer Fall-Kontroll-Studie ist die Identifizierung einer geeigneten Kontrollgruppe, die in den meisten Aspekten mit der Fallgruppe vergleichbar ist, um eine vernünftige Schätzung der Basislinie oder der erwarteten Exposition zu erhalten.

Querschnittsstudie. Bei dieser dritten Art von Beobachtungsstudie wird eine Stichprobe von Personen aus einer Population erfasst und deren Exposition und gesundheitliche Ergebnisse werden gleichzeitig gemessen. Die Querschnittsstudie tendiert dazu, das Vorhandensein (Prävalenz) des Gesundheitsoutcomes zu diesem Zeitpunkt ohne Berücksichtigung der Dauer zu beurteilen. Zum Beispiel können in einer Querschnittsstudie zu Diabetes einige der Teilnehmer mit Diabetes seit vielen Jahren mit ihrem Diabetes leben, während andere erst vor kurzem diagnostiziert wurden.

Aus analytischer Sicht ist die Querschnittsstudie schwächer als eine Kohorten- oder Fall-Kontroll-Studie, da eine Querschnittsstudie in der Regel nicht in der Lage ist, Risikofaktoren für das Auftreten der Krankheit (Inzidenz) von Risikofaktoren für das Überleben mit der Krankheit zu trennen. (Inzidenz und Prävalenz werden in Lektion 3 ausführlicher besprochen.) Andererseits ist eine Querschnittsstudie ein durchaus geeignetes Instrument für deskriptive epidemiologische Zwecke. Querschnittsstudien werden routinemäßig verwendet, um die Prävalenz von Gesundheitsverhalten (Prävalenz des Rauchens), von Gesundheitszuständen (Prävalenz der Impfung gegen Masern) und von Gesundheitszuständen, insbesondere von chronischen Erkrankungen (Bluthochdruck, Diabetes), in einer Gemeinde zu dokumentieren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Zweck einer analytischen Studie in der Epidemiologie darin besteht, die Beziehung zwischen einer Exposition und einem Gesundheitszustand zu identifizieren und zu quantifizieren. Kennzeichnend für eine solche Studie ist das Vorhandensein von mindestens zwei Gruppen, von denen eine als Vergleichsgruppe dient. In einer experimentellen Studie bestimmt der Untersucher die Exposition der Probanden, in einer Beobachtungsstudie werden die Probanden unter natürlicheren Bedingungen exponiert. In einer beobachtenden Kohortenstudie werden die Probanden auf der Basis ihrer Exposition eingeschlossen oder gruppiert und dann verfolgt, um das Auftreten von Krankheiten zu dokumentieren. Unterschiede in den Krankheitsraten zwischen der exponierten und der nicht exponierten Gruppe lassen die Forscher darauf schließen, dass die Exposition mit der Krankheit in Verbindung steht. In einer beobachtenden Fall-Kontroll-Studie werden die Probanden je nachdem, ob sie die Krankheit haben oder nicht, eingeschlossen und dann befragt oder getestet, um ihre frühere Exposition zu bestimmen. Unterschiede in der Prävalenz der Exposition zwischen der Fall- und der Kontrollgruppe erlauben den Forschern die Schlussfolgerung, dass die Exposition mit der Krankheit assoziiert ist. Querschnittsstudien messen die Exposition und den Krankheitsstatus gleichzeitig und eignen sich besser für die deskriptive Epidemiologie als für die Kausalanalyse.