科學研究中的相關與因果

圖/本報資料照片
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翁瑞宏/中山醫學大學公共衛生學系教授

我們常聽聞科學研究結果,指出某病因(致病因子)與疾病具有明確的因果關係。但是,許多健康議題的研究通常只能指出相關程度,難以證明有因果關係。

在1946年,美國生化學家瓦克斯曼(Selman Waksman)宣布發現鏈黴素。雖然鏈黴素在治療肺結核有初步成效,但患者的病情卻經常復發。此時,英國生物統計學家希爾(Sir Austin Bradford Hill)受邀加入肺結核試驗委員會,檢驗鏈黴素能否有效治療肺結核。希爾以隨機對照試驗(randomized controlled trial),證明一定劑量的鏈黴素能有效治療肺結核。從此,醫學研究由經驗導向轉入實證導向,健康研究也開始強調嚴謹的設計與有效的證據 。

1947年英國醫學研究委員會委託希爾,調查英國肺癌死亡率比25年前提高15倍的原因。當時有人認為是工業化的空氣污染,或柏油路散發的有毒氣體,只有少數人懷疑是吸菸。由於當時幾乎找不到不吸菸的患者,無法比較肺癌患者有吸菸與無吸菸的差異。於是希爾與他的學生多爾(Richard Doll)合理假設,若吸菸能引起肺癌,吸菸越多的人得肺癌的機率就越大。為此,需排除其它的致癌因素,如空氣污染、初次吸菸年齡、居住環境等,找到其它因素都相似,只有吸菸量不同的一群人。經嚴格的樣本篩選,希爾於1950年把研究結果發表在醫學期刊 ,首次以流行病學證明吸菸和肺癌的關係。

由於疾病的形成很複雜,因此希爾把統計的概念帶入因果關係的判斷,可以用方法學找出規律性。

研究者總希望可以得到因果關係的推論,然而健康危害的研究很難獲得直接的因果關係,經常只能得到兩個變項在統計上的相關,但相關無法代表有因果關係。例如,研究統計得出空氣污染物和台灣肝癌有相關性,但並不代表空氣污染物是台灣人得肝癌的充分或必要條件,甚至可能是研究設計造成的偶然。

在希爾證明吸菸和肺癌的關係後,香菸危害健康備受重視。在1964年的美國公共衛生局諮詢委員會,希爾報告抽菸與健康的關係時,提出因果關係的判斷準則,次年再增四個觀點,試圖協助判斷可能的致病因與疾病之間的因果關係。「希爾準則」的條件如下:

一、一致性:不同人群、時空可重複得出相同結果,避免因少數研究而判斷錯誤。

二、強度:相關程度越大,因果關係的可能性越大。

三、特異性:病因和疾病要有一對一關係,例如:肺癌中的鱗狀細胞癌和腺癌可能引發自不同的環境因子。

四、時序性:暴露於病因一定要發生在疾病之前,準則中唯一充分且必要條件。

五、合理性:結果不與現存理論知識衝突。

六、生物漸增性:即劑量反應關係,但實際狀況的劑量關係更複雜。

七、符合現存的生物學知識:須以現有的生物學知識,合理解釋疾病的病因和機制。

八、實驗的證據:從實驗中獲得的證據,尤其在介入或停止病因之暴露後,疾病的危險程度變化。

九、類比性:某個病因與疾病已被證明存有因果關係時,則類似於病因的其他因子亦可能導致該疾病。例如:石綿已知會引發肺胸膜發炎和纖維化,奈米碳管具有類似石綿的特性,因而能引發相同的症狀。

希爾準則被用來協助推論健康研究的因果關係,然而任何單一項的準則都不足以有效解決因果關係的問題,因此從未被視為核對因果關係的唯一標準。許多研究看似存在著因果關係,但必須針對研究中的不同情況,仔細衡量單項準則的條件,再謹慎解讀。

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