Studientypen
Studienplanung
Es gibt verschiedene Typen von Studien, die zur Untersuchung einer Forschungsfrage durchgeführt werden können. Welcher Typ am besten geeignet ist, hängt von der Art der Fragestellung ab. Es wird zwischen Beobachtungs- und experimentellen Studien unterschieden.
Experimentelle Studien
(R)CT
In experimentellen Studien, häufig genutzt in der klinischen Forschung, findet ein aktives Eingreifen durch die Forschenden statt. Die Folgen dieser Intervention werden im nächsten Schritt beobachtet. Man spricht von kontrollierten Studien, wenn es neben der Patient:innengruppe, die die Intervention erhält auch noch eine Kontrollgruppe gibt, die entweder gar keine Behandlung (z. B. mithilfe eines Placebos) oder wenn dies aus ethischen Gründen nicht möglich ist (z. B. da eine medikamentöse Behandlung dringend erforderlich ist), die etablierte Behandlung, die sogenannte Standardtherapie, erhält. Beide Patient:innengruppen werden dann hinsichtlich eines gewählten Endpunktes (auch Outcome) untersucht. Erfolgt die Zuteilung der Patient:innen zu den Behandlungsgruppen zufällig (was logistischen oder aus ethischen Gründen nicht immer umsetzbar ist,), spricht man von einer randomisierten kontrollierten Studie (engl. Randomized controlled trial = RCT), die den „Goldstandard“ der medizinischen Forschung darstellt. Dieses Vorgehen ermöglicht die Vergleichbarkeit zwischen den Behandlungsgruppen hinsichtlich bekannter und unbekannter prognostischer Faktoren. Auf das Konzept der Randomisierung wird im Abschnitt Studiendesigns noch einmal genauer eingegangen. Neben den bereits thematisierten Metaanalysen und systematischen Übersichten bieten RCTs ein besonders hohes Maß an wissenschaftlicher Evidenz und Aussagekraft.
Auch wenn RCTs den Goldstandard der medizinischen Forschung mit einer hohen Aussagekraft darstellen, sind sie in der Praxis nicht immer umsetzbar: Oft werden die Forschenden durch ihren hohen zeitlichen, personal- und kostentechnischen Aufwand an der Durchführung gehindert. In der Praxis ist es außerdem aus ethischen Gründen teilweise nicht möglich, aktiv in das Geschehen einzugreifen. Zum Beispiel kann man in einer epidemiologischen Studie zur Untersuchung des Risikofaktors „Rauchen“ für Bluthochdruck nicht einfach Menschen dazu zwingen, mit dem Rauchen anzufangen. Des Weiteren kann es unter Umständen passieren, dass sich Patient:innen nicht bereitwillig randomisieren lassen (weil sie der neuen Therapie nicht trauen) oder Ärzt:innen nicht bereit sind eine Randomisierung durchzuführen (z. B. weil sie bei einem bestimmten Patienten gute Heilungschancen mit der neuen Behandlungsform sehen).
Beobachtungsstudien
Aus den genannten Gründen spielen auch Beobachtungsstudien in der medizinischen, besonders in der epidemiologischen Forschung eine große Rolle, auch wenn sie weniger Evidenz aufweisen. In Beobachtungsstudien findet keine aktive Intervention der Forschenden statt, sondern lediglich die reine Beobachtung der Umstände und die Dokumentation der Befunde. Es wird zwischen Kohortenstudien, Fall-Kontroll-Studien, Querschnittstudien und ökologischen Studien unterschieden.
Kohortenstudien
Eine Kohortenstudie ist eine epidemiologische Untersuchung, bei der eine Gruppe von Personen, die vorerst nicht erkrankt sind, die sog. Kohorte, über einen bestimmten Zeitraum beobachtet wird. Man spricht von einer sogenannten prospektiven oder longitudinalen Studie, bei der mehrere zeitlich versetzte Follow up-Untersuchungen bei denselben Versuchspersonen durchgeführt werden. Dies geschieht mit dem Ziel, diejenigen Todesursachen oder Krankheiten zu identifizieren, die entweder bei den Exponierten in der Kohorte im Vergleich zu den Nichtexponierten gehäuft oder verringert auftreten oder die in der Kohorte im Vergleich zur Allgemeinbevölkerung gehäuft oder verringert auftreten. Exponiert sind also diejenigen Versuchspersonen, die einem spezifischen Risikofaktor ausgesetzt sind (siehe auch Exposition).
Es bringt mehrere Vorteile mit sich, die Daten über die Exposition mit einem Risikofaktor und weitere Kovariablen schon vor Erkrankungseintritt zu erheben. Weder Patient:innen noch Ärzt:innen sind durch die Kenntnis des Erkrankungsstatus beeinflusst und es besteht eine klare zeitliche Sequenz. Des Weiteren ist es in Kohortenstudien möglich mehrere Endpunkte und Risikofaktoren simultan zu untersuchen.
Nachteile von Kohortenstudien sind der teilweise sehr lange Beobachtungszeitraum, der notwendig ist, um hinreichend viele Erkrankungen in beiden Gruppen zu garantieren. Das macht Kohortenstudien einerseits häufig sehr teuer und aufwendig und sorgt dafür, dass sie besonders bei seltenen Krankheiten wenig effizient sind. Durch den langen Beobachtungszeitraum kommt es auch häufig zu Patient:innenschwund, den sogenannten Loss to Follow-up, wenn Patient:innen vorzeitig aus der Studie ausscheiden und nicht weiter beobachtet werden können. Dies kann zum sogenannten Selektionsbias führen, wenn der Grund für den Patientenschwund mit der Erkrankung selbst direkt im Zusammenhang steht.
Fall-Kontrollstudien
Als nächstes wollen wir uns sogenannte Fall-Kontrollstudien anschauen. In dieser Art von Studien wird eine Gruppe erkrankter Versuchspersonen (Fälle) mit einer Gruppe nicht erkrankter Personen (Kontrollen) verglichen. Das Ziel ist es, den Risikofaktor oder die Risikofaktoren ausfindig zu machen, die für eine erhöhte (oder geringere) Erkrankungswahrscheinlichkeit sorgen. Die Daten kommen aus Patient:innenakten, Laborbefunden oder durch Befragungen aller Fälle und Kontrollen zustande und das Auftreten der Exposition wird zwischen Fällen und Kontrollen verglichen.
Aufgrund ihres rückblickenden (oder retrospektiven) Designs sind Fall-Kontrollstudien besonders gut dafür geeignet, seltene Erkrankungen zu untersuchen, da konkret nach Fällen in der Bevölkerung gesucht wird, um diese dann in die Studie aufzunehmen. Außerdem sind sie relativ schnell und günstig durchführbar, weil die untersuchten Ereignisse bereits eingetreten sind. Auch in Fall-Kontrollstudien können mehrere Risikofaktoren für eine Krankheit untersucht werden, allerdings treten seltene Expositionen i. A. nicht häufig genug auf, um valide Aussagen machen zu können.
Schwierig gestaltet sich oft die Auswahl einer angemessen Kontrollgruppe, die außer der betrachteten Krankheit strukturgleich zur Fallgruppe sein soll. Unterscheiden sich die beiden Gruppen in wesentlichen Eigenschaften neben der untersuchten Erkrankung spricht man von einem Selektionsbias. Auch die Datenqualität ist in Fall-Kontrollstudien oft unzureichend: die Testpersonen müssen sich an zurückliegende Ereignisse erinnern und diese mit den Versuchsleiter:innen teilen. Können oder machen sie dies nicht, kommt es zum sogenannten Recall-Bias. Zudem geht man davon aus, dass die Fälle sich durch die Auseinandersetzung mit den Gründen für ihre Erkrankung an vergangene Expositionen häufig besser erinnern als die Kontrollen.
Querschnittsstudien
In der Epidemiologie spricht man von einer Querschnittstudie, wenn eine empirische Untersuchung einer Studienpopulation einmalig zu einem spezifischen Zeitpunkt durchgeführt wird. Es werden simultan Informationen über den gegenwärtigen Erkrankungsstatus und Expositionen mit einem oder mehreren Risikofaktoren erfasst. Querschnittstudien werden genutzt, um den Zusammenhang zwischen der Prävalenz (also dem Vorkommen) der Erkrankung in der betrachteten Patient:innengruppe mit bestimmten Expositionen zu untersuchen. Dabei ist allerdings zu beachten, dass sie keine Aussagen über vorherrschende Kausalbeziehungen zwischen den betrachteten Größen oder zeitliche Entwicklungen machen (da der zeitliche Zusammenhang fehlt), sondern nur über am aktuellen Zeitpunkt auftretende Zustände berichten. Besonders bei seltenen Krankheiten/Expositionen verlieren Querschnittstudien nochmal an Aussagekraft. Vorteile von Querschnittstudien sind ihre kurze Dauer und die Möglichkeit multiple Erkrankungen und Einflussfaktoren simultan zu betrachten.
Ökologische Studien
Den letzten Studientyp, den wir im Rahmen dieses EpiBioManuals kurz thematisieren wollen, sind die sogenannten Ökologischen Studien oder auch Korrelationsstudien. In ökologischen Studien werden Beziehungen zwischen zwei oder mehr Variablen, z. B. Risikofaktoren und Erkrankungen, auf aggregierter (Gruppen-) Ebene und nicht für Individuen untersucht. Die Analyse erfolgt mithilfe grafischer Methoden oder der Berechnung von Korrelationskoeffizienten (siehe dazu Abschnitt Korrelation und Regression). Großer Vorteil ökologischer Studien ist ihre einfache und effiziente Durchführung, die schnell zu ersten Erkenntnissen über vorherrschende Beziehungen zwischen Variablen führen kann. Hier liegt allerdings auch die Gefahr in der Interpretation der Ergebnisse: Eine gefundene Assoziation auf aggregierter Ebene ist nicht gleichzusetzen mit einer Kausalbeziehung, also einer Ursache-Wirkungs-Beziehung zwischen den betrachteten Variablen auf Individualebene. Nur weil auf Gruppenebene ein Zusammenhang zwischen zwei Variablen gefunden wurde, sagt dies noch nichts darüber aus, ob dieser Zusammenhang auch für einzelne Individuen besteht (mehr zum Thema Korrelation Kausalität im Abschnitt Confounding, Bias und Co.). Gefundene Ergebnisse müssen also stets mit Vorsicht interpretiert und durch weitere Studien bestätigt werden.
In der folgenden Abbildung 6 sind die Studien, die ihr eben kennengelernt habt, nochmal übersichtlich zusammengefasst.
Auch der zeitliche Aspekt hilft, um die verschiedenen Studientypen voneinander zu trennen. In einer Querschnittstudie findet die Datenerhebung beispielsweise einmalig zu einem spezifischen Zeitpunkt in der Gegenwart statt.
Man spricht dagegen von einer retrospektiven, also einer rückblickenden, Studie, wenn diese zurück in die Vergangenheit blickt und bereits eingetretene Beobachtungen nutzt. Die Fragestellung der Studie war zum Zeitpunkt der Erstehung der Daten also noch unbekannt. Die Daten wurden entweder bereits in der Vergangenheit erhoben oder werden nachträglich in der Gegenwart z. B. durch Befragungen ermittelt. Fall-Kontrollstudien sind retrospektiv, da sie Fall- und Kontrollgruppe rückblickend bezüglich Risikofaktoren in der Vergangenheit untersuchen und miteinander vergleichen. Auch Kohortenstudien können retrospektiv durchgeführt werden, wenn in der Gegenwart rückwirkend eine Kohorte definiert und auf bereits erhobene Daten zurückgegriffen wird. Im Gegensatz dazu werfen prospektive, also vorausschauende, Studien den Blick in die Zukunft, indem sie wie in experimentellen Studien aktiv in diese eingreifen oder wie in prospektiven Kohortenstudien die in der Gegenwart ausgewählte Kohorte bis in die Zukunft beobachten. Die Daten werden also erst nach Studienbeginn erhoben.
Meistens sind Kohortenstudien prospektiv aufgebaut, allerdings gibt es wie gesagt auch retrospektive Durchführungen. Es können auch Mischformen zwischen der prospektiven und retrospektiven Form auftreten, sodass eine klare Zuordnung schwer fällt.
Evidenzpyramide
Die Evidenzpyramide (Abb. 8) greift noch einmal alle bisher gelernten Studientypen auf und ordnet sie nach dem jeweiligen Grad an wissenschaftlicher Evidenz. Die Evidenz ist bei den Studientypen in der Spitze der Pyramide am höchsten und nimmt mit jeder Stufe nach unten ab. Die Evidenzpyramide wird verwendet, um den Wert von Studienergebnissen zu beurteilen und zu entscheiden, ob sie für klinische Entscheidungen z. B. in Bezug auf Diagnostik und die Wirksamkeit von Therapien geeignet sind.
Beispiel "Blutdrucksenker"
Da in unserem Forschungsbeispiel aktiv in das Geschehen eingegriffen werden soll und kann, um das neue Medikament zu testen (einige Patient:innen bekommen das neue Medikament verabreicht, die anderen die Standardtherapie), handelt es sich um eine experimentelle und damit prospektive Studie. Wir streben zur Untersuchung des neuen Medikaments also eine randomisierte kontrollierte Studie an, da diese die größte Evidenz mit sich bringt.
LITERATURVERZEICHNIS
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Fußnoten
- 1Lisa Holstein, Christian Wiessner, Antonia Zapf (Institut für Medizinische Biometrie und Epidemiologie) (2023), Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf.
- 2Lisa Holstein, Christian Wiessner, Antonia Zapf (Institut für Medizinische Biometrie und Epidemiologie) (2023), Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf.
- 3Lisa Holstein, Christian Wiessner, Antonia Zapf (Institut für Medizinische Biometrie und Epidemiologie) (2023), Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf.
- 4Lisa Holstein, Christian Wiessner, Antonia Zapf (Institut für Medizinische Biometrie und Epidemiologie) (2023), Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf.
- 5Lisa Holstein, Christian Wiessner, Antonia Zapf (Institut für Medizinische Biometrie und Epidemiologie) (2023), Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf.
- 6Lisa Holstein, Christian Wiessner, Antonia Zapf (Institut für Medizinische Biometrie und Epidemiologie) (2023), Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf.
- 7Lisa Holstein, Christian Wiessner, Antonia Zapf (Institut für Medizinische Biometrie und Epidemiologie) (2023), Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf.
- 8Lisa Holstein, Christian Wiessner, Antonia Zapf (Institut für Medizinische Biometrie und Epidemiologie) (2023), Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf.