第一節 生態學研究
一、概 念
生態學研究（ecological study）又稱相關性研究（correlation study），是指在群體水平上研究某種因素或特征與疾病之間的關系，以群體為基本的觀察、分析單位，描述不同人群中某因素暴露與疾病的頻率，分析該因素與疾病的聯系。實際上其屬于現況研究的范疇，是流行病學研究的基礎。
在生態學研究中，其基本的觀察及分析單位是群體，所以在收集疾病或健康狀態以及某研究因素或特征資料時，僅僅是知道研究因素和疾病等結局變量的邊緣分布，即知道研究因素和疾病等結局變量的暴露比例（n 1j/N j）和病例數（m 1j），而不知道二者的聯合分布，表格中以?表示。這種生態學研究資料主要是以n 1j /N j作為自變量（x），以疾病頻率（m 1j/N j）作為因變量（y）進行回歸分析，分析因素和疾病之間的關系。資料整理形式如表12-1。
表12-1 生態學研究資料（第j組）框架
（引自欒榮生，1991）
二、類 型
（一）生態比較研究
生態比較研究（ecological comparison study）是指通過觀察不同人群或者地區中某種疾病或健康狀態的分布，比較之間的差異，分析差異產生的原因，進而探討其可能存在的病因線索，提出病因假設。此種研究方式不需要特殊的資料分析方法，也不需要暴露情況具體資料。如描述肝癌在全國各地區的分布，結果顯示江蘇啟東地區肝癌死亡率高于其他地區，進而提出可能是由于江蘇啟東地區的環境或者居民膳食模式的不同而導致此差異。
（二）生態趨勢研究
生態趨勢研究（ecological trend study）是連續觀察一個或者多個人群中某因素平均暴露水平變化與人群中疾病或者健康狀態的變化之間的關系，了解其變動趨勢，判斷某因素與疾病之間的聯系。如某地進行直腸癌序貫篩檢等綜合的防癌措施實施，10年后直腸癌的死亡率曲線呈現出較明顯的下降趨勢。
（三）混合型研究
此研究類型往往是將生態比較研究和生態趨勢研究結合在一起。不同的是混合研究主要是測量兩個變量在相同時間之間的絕對變化，計算相對危險度（relative risk， RR）、相關系數（related coefficient， R）、病因學分數（etiology fraction， EF）等指標。相比而言，混合型研究設計和分析結果受混雜因素影響較小，其準確性較單獨研究設計要高。一般而言生態學研究中可以獲得疾病發病率的資料，可以計算相應的危險度指標。
三、選擇生態學研究原因
1.研究花費少，易開展在腫瘤流行病學研究領域中，可以利用以往研究結果、人口普查資料、疾病監測資料等開展生態學研究，能在較短時間內得到相應研究結果。
2.部分研究難以獲取個體水平暴露及疾病資料 比如在環境流行病學研究中，研究大氣PM 2.5與肺癌關系中，難以獲取個體PM 2.5的暴露水平，此時可以采用生態學研究，從群體水平上測定暴露水平進行上述研究。
3.主要的研究興趣點集中在生態學效應上 比如需要研究在人群中實施的一些預防策略及項目的效果時，往往首選進行生態學研究。
4.結果分析及表述較為簡單 在生態學研究中分析方法可以是比較簡單的相關性分析，相應的結果可以通過一些圖表如散點圖表示。
四、主要用途
1.疾病病因線索探討，提出病因假設 在腫瘤流行病學研究中生態學研究可以在較短時間內，進行病因探索基礎研究。
2.用于環境暴露如大氣污染物與呼吸道腫瘤關系研究。
3.評價群體水平干預措施效果。
4.用于估計一些腫瘤如肝癌的長期變化趨勢，為癌癥的預防控制策略措施的提出提供依據。
五、研究實施步驟
（一）提出假設，明確研究目的
1.復習文獻，把握本研究領域研究進展。
2.結合研究進展及掌握資料，提出研究基本假設及目的。
（二）選定研究方式及研究人群
1.確定本次研究采取的研究方式 是選擇生態學比較研究還是生態趨勢研究。
2.依據研究目的，選定滿足要求的人群作為入選研究群體。
（三）樣本量計算
生態學研究中樣本量計算方法與現況研究中關于現患率估計的計算方式大體一致，只是基本抽樣單位為群體，需要得知的資料有群體水平目標疾病現患率p，研究所要求的精度（樣本標準誤、允許誤差δ），把握度（power of the test）或檢驗效率（1 -β）的大小，顯著性水平（α）的高低，以及研究人員的費用、人力、物力的可承受性等。但是需要注意的是分析單位數（群體數）要大于10個，群體同質性要高，所含個體數較少。具體計算公式可參考統計學書籍，此處不贅述。
（四）資料收集
1.在群體水平收集疾病或健康狀態的頻率及人口學特征資料，監測疾病或健康狀態，了解疾病發病及死亡現患頻率。
2.收集群體水平暴露資料，明確研究人群某因素平均暴露水平，但是進行生態趨勢研究時需要長時間收集相關資料。
（五）資料分析
生態學研究不需要特殊的統計分析方法，只需要進行暴露與疾病或健康狀況的相關分析，但是在實際研究過程中可以多建立一些分析模型，采用生態回歸分析。
1.生態學趨勢研究中，可以采用基本的統計學方式，通過比較分析達到研究目的。在描述研究因素與疾病或者健康狀況的關系時，通常以圖示的方法直觀表述。如圖12-1。
圖12-1 啤酒飲用量與直腸癌關系的生態學研究
2.生態學比較研究資料可以采用以下方法進行
（1）構建直線回歸模型：以各組平均暴露水平作為自變量（x），以疾病的頻率作因變量（y）進行回歸分析（x，y均為連續變量）。擬合方程如下：
y =β0+β1x
其中y為疾病Y的預測值，x為平均暴露水平；β 0為y軸上的截距（常數）；β 1生態學回歸系數。
生態學相關系數（ r）為：
其中vx、vy分別是x、y的方差估計值。
相關系數是生態學研究中常用的指標，在相關性研究中用于暴露和疾病之間的測量。相關系數的大小和統計學中相關的解釋類似，在生態學研究中主要是反映暴露和疾病線性聯系的程度大小，但是相關不代表因果關聯的存在，需要進一步討論。
（2）相對危險度（ RR）估計
（3）人群歸因危險度百分比（population attributable risk proportion，PARP）
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其中 p為人群中研究因素的比例。混合型研究的分析方法和上述類似，此處不詳述。