科学家新视野-科学研究中的相关与因果

我们常听闻科学研究结果,指出某病因(致病因子)与疾病具有明确的因果关系。但是,许多健康议题的研究通常只能指出相关程度,难以证明有因果关系。

在1946年,美国生化学家瓦克斯曼(Selman Waksman)宣布发现链霉素。虽然链霉素在治疗肺结核有初步成效,但患者病情却经常复发。此时,英国生物统计学家希尔(Sir Austin Bradford Hill)受邀加入肺结核试验委员会检验链霉素能否有效治疗肺结核。希尔以随机对照试验(randomized controlled trial),证明一定剂量的链霉素能有效治疗肺结核。从此,医学研究由经验导向转入实证导向,健康研究也开始强调严谨的设计与有效的证据

1947年英国医学研究委员会委托希尔,调查英国肺癌死亡率比25年前提高15倍的原因。当时有人认为是工业化空气污染,或柏油路散发的有毒气体,只有少数人怀疑是吸烟。由于当时几乎找不到不吸烟的患者,无法比较肺癌患者有吸烟与无吸烟的差异。于是希尔与他的学生多尔(Richard Doll)合理假设,若吸烟能引起肺癌,吸烟越多的人得肺癌的机率就越大。为此,需排除其它的致癌因素,如空气污染、初次吸烟年龄、居住环境等,找到其它因素都相似,只有吸烟量不同的一群人。经严格的样本筛选,希尔于1950年把研究结果发表在医学期刊 ,首次以流行病学证明吸烟和肺癌的关系。

由于疾病的形成很复杂,因此希尔把统计的概念带入因果关系的判断,可以用方法学找出规律性研究者总希望可以得到因果关系的推论,然而健康危害的研究很难获得直接的因果关系,经常只能得到两个变项在统计上的相关,但相关无法代表有因果关系。例如,研究统计得出空气污染物台湾肝癌有相关性,但并不代表空气污染物是台湾人得肝癌的充分或必要条件,甚至可能是研究设计造成的偶然。

在希尔证明吸烟和肺癌的关系后,香烟危害健康备受重视。在1964年的美国公共卫生局咨询委员会,希尔报告抽烟与健康的关系时,提出因果关系的判断准则,次年再增四个观点,试图协助判断可能的致病因与疾病之间的因果关系。「希尔准则」的条件如下:

一、一致性:不同人群时空可重复得出相同结果,避免因少数研究而判断错误

二、强度:相关程度越大,因果关系的可能性越大。

三、特异性:病因和疾病要有一对一关系,例如:肺癌中的鳞状细胞癌和腺癌可能引发自不同的环境因子。

四、时序性:暴露于病因一定要发生在疾病之前,准则中唯一充分且必要条件。

五、合理性:结果不与现存理论知识冲突

六、生物渐增性:即剂量反应关系,但实际状况的剂量关系更复杂。

七、符合现存的生物学知识:须以现有的生物学知识,合理解释疾病的病因和机制

八、实验的证据:从实验中获得的证据,尤其在介入或停止病因之暴露后,疾病的危险程度变化

九、类比性:某个病因与疾病已被证明存有因果关系时,则类似于病因的其他因子亦可能导致该疾病。例如:石绵已知会引发肺胸膜发炎纤维化,奈米碳管具有类似石绵的特性,因而能引发相同的症状

希尔准则被用来协助推论健康研究的因果关系,然而任何单一项的准则都不足以有效解决因果关系的问题,因此从未被视为核对因果关系的唯一标准。许多研究看似存在着因果关系,但必须针对研究中的不同情况,仔细衡量单项准则的条件,再谨慎解读。