Studi sperimentali e protocollo di ricerca

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1 Contenuto della presentazione Studi sperimentali e protocollo di ricerca Claudio Zamagni Direttore Oncologia Medica Addarii Policlinico S.Orsola-Malpighi Bologna 1. Richiamo ai concetti di inferenza statistica (popolazione, campione, stime) (intervallo di confidenza, di ipotesi nulla e di errore di tipo I e II) 2. Studi sperimentali vs studi osservazionali 3. Il protocollo di ricerca 4. La randomizzazione e il gruppo di controllo (5. La meta-analisi: cos è, a cosa serve, come si legge) 1. Richiamo ai concetti di inferenza statistica (popolazione, campione, stime), di intervallo di confidenza, di ipotesi nulla e di errore di tipo I e II Popolazione Inferenza Lo scopo della statistica inferenziale è di ottenere, attraverso lo studio di un campione, conoscenze sulla popolazione da cui il campione è stato estratto Estrazione di un campione rappresentativo Campione Processo inferenziale Le caratteristiche della popolazione Il comportamento dei campioni Punti essenziali Le caratteristiche della popolazione oggetto di studio sono di solito espresse attraverso: Medie Percentuali Tassi Deviazione standard (varianza) Rapporti Differenze Confronto tra due o più popolazioni I valori stimati variano intorno al valore del parametro (popolazione) Per n grande i valori campionari hanno un andamento campanulare Tale variabilità può essere ridotta aumentando la dimensione del campione SD SE n

2 La distribuzione normale Esempio: Qual è il livello medio di albumina nel sangue nei pazienti affetti da cirrosi biliare primaria? Curva simmetrica a forma di campana Popolazione Pazienti affetti da cirrosi biliare primaria Sconosciuta Media Parametro Media Incognito Distribuzione simmetrica Caratterizzata da due parametri indipendenti: media e SD Al variare di questi parametri la curva modifica la sua posizione Estrazione di un campione rappresentativo della popolazione Campione x=media campionaria Esempio: Vengono misurati i livelli di albumina nel sangue di n=100 pazienti affetti da cirrosi biliare primaria.la media campionaria è 34.5 Intervallo di confidenza L intervallo di confidenza Possiamo dire con certezza che: 34.5 (stima intervallare da 30.3 a 38.1) 34.5 è il livello medio di albumina nel sangue nella popolazione di pazienti affetti da cirrosi biliare primaria? Otterremmo le stesse stime se utilizzassimo altri campioni? Abbiamo una fiducia del 95% che la media vera della popolazione da cui si è estratto il campione sia compresa fra 30.3 e % CI ( ) p < 0.05 intervallo di confidenza (IC) Ipotesi ed errori Intervallo di valori, calcolato dai dati del campione, che con una certa probabilità (pari al livello di confidenza, es. 95 o 99 per cento) permette di essere nel giusto affermando che il vero valore del parametro studiato è compreso all interno dell intervallo stesso. ipotesi nulla o H 0 : ipotesi che viene presa come base di partenza in un esperimento clinico, ad esempio "la media di un certo parametro nel gruppo dei trattati è uguale alla media nel gruppo dei non trattati". Scopo dell esperimento è quello di confutare l ipotesi nulla Ipotesi alternativa H 1 : ipotesi che viene presa in considerazione in antagonismo rispetto all ipotesi nulla. Errore di primo tipo: errore che consiste nel rifiutare l ipotesi nulla, quando essa è vera. In pratica tale errore comporta l attribuzione di un effetto inesistente ad un trattamento. Errore di secondo tipo: errore che consiste nel non rifiutare l ipotesi nulla quando essa è falsa. La conseguenza pratica di tale errore consiste nel non riuscire ad apprezzare l effetto di un trattamento

3 Errori di I e II tipo Errore di I tipo H 0 : A=B H 1 : A>B La verità Il trattamento non ha effetto A = B Il trattamento ha effetto A > B Si rifiuta H 0 Il risultato cade nella regione di rifiuto La decisione Non si rifiuta H 0 Il risultato cade nella regione di non rifiuto Errore di primo tipo ( ) Decisione corretta Decisione corretta Errore di secondo tipo ( ) 2. Studi sperimentali vs studi osservazionali Studi osservazionali: osservo gli eventi, senza influenzarli con interventi dall esterno Studi sperimentali: introduco qualcosa dall esterno, intervengo Esercizio 1 Studi osservazionali longitudinali Come progettereste uno studio sul mesotelioma pleurico provocato da una fibra introdotta in commercio nel 1994 e oggi sospetta di avere un azione cancerogena simile a quella dell asbesto? Determinante (esposizione) Caso-controllo Coorte Evento (esito) Schema generale del disegno caso controllo: arruolamento di malati (casi) e non malati (controlli); studio retrospettivo della frequenza dell esposizione in entrambi i gruppi. Schema generale del disegno di coorte: arruolamento di esposti e non esposti; studio prospettico dell incidenza della malattia in entrambi i gruppi;

4 Studio di coorte Fasi della sperimentazione clinica di un farmaco Lo studio di coorte è il tipo di studio dotato della massima validità intrinseca, dopo i trial randomizzati, ai quali assomiglia in tutto, tranne che per la mancanza di randomizzazione Fase I determinare la dose massima tollerata per uno specifico tipo di somministrazione Fase II determinare l indice terapeutico per uno specifico tipo di patologia Fase III determinare l efficacia di un nuovo farmaco (o trattamento) nei confronti di un farmaco (o trattamento) convenzionale 3. Contenuti indispensabili di un protocollo di ricerca (1) Introduzione e rationale: contiene i risultati di studi precedenti che servono come base dello studio Il protocollo di ricerca Obiettivi: riassume i quesiti principali ai quali lo studio deve rispondere Popolazione in studio: descrive schematicamente le caratteristiche dei pazienti candidati allo studio e dettaglia i criteri di inclusione ed esclusione Assegnazione al trattamento: specifica come verrà assegnato al trattamento (per randomizzazione, con stratificazione, ecc.) Trattamento: specifica come verrà somministrato il trattamento (dosi, vie di somministrazione, durata, ) Esami di base e follow-up: descrive tutti gli esami (clinici, strumentali, di laboratorio) da eseguire prima, durante e dopo il trattamento P. Valagussa e G. Bonadonna 1999 Contenuti indispensabili di un protocollo di ricerca (2) Studio di fase II Criteri di valutazione: descrive i criteri standardizzati che verranno seguiti per valutare l efficacia del trattamento (risposta obiettiva, durata della risposta, ecc..) Considerazioni statistiche: riassume le tecniche di analisi statistica utilizzate nel calcolo delle dimensioni del campione e le tecniche che verranno utilizzate per valutare i risultati Gestione dei dati: riassume i tempi di rilevazione, i tempi di invio delle schede per la rilevazione dei dati Schema/sinossi: riassume in forma grafica/sintetica i contenuti essenziali di uno studio Bibliografia: contiene tutti i riferimenti bibliografici necessari ad un accurata comprensione delle motivazioni dello studio, dei criteri di valutazione e delle considerazioni statistiche P. Valagussa e G. Bonadonna 1999

5 Pazienti e metodi Pazienti: criteri di eligibilità Pazienti: criteri di esclusione Metodi: trattamento e valutazione effetti collaterali Metodi: valutazione della risposta Metodi: disegno statistico

6 Descrizione dei risultati: effetti collaterali Descrizione dei risultati: efficacia Descrizione dei risultati: curve di sopravvivenza Discussione: analisi dei risultati e conclusioni 4. Gli RCT (trial randomizzati e controllati), la randomizzazione e il gruppo di controllo

7 Studi controllati randomizzati RCT: quando sono utilizzati? Valutazione di efficacia di... Disegno prospettico (longitudinale) Servono a valutare l efficacia di un intervento sanitario (trattamento) Si valuta l eventuale differenza negli esiti tra coloro che hanno ricevuto l intervento e coloro che non lo hanno ricevuto Il ricercatore è uno sperimentatore: interviene nell assegnare il trattamento farmaci altre terapie (es. chirurgiche) interventi preventivi clinici (es. screening) interventi preventivi non clinici (es. educazione sanitaria) organizzazione dei servizi sanitari N. Magrini, EBMaster Scelta dei trattamenti nei RCTsui farmaci Il gruppo di controllo Placebo Nessun trattamento Differente farmaco attivo Differenti dosi o schemi terapeutici dello stesso farmaco Nel 1930 per verificare se il supplemento di latte portava a un maggior accrescimento di peso e statura si realizzò nel Lanarkshire si sperimentò la somministrazione nelle scuole di 3/4 di pinta di latte al giorno a ragazzi; altri ragazzi nelle stesse scuole non ricevevano questa somministrazione. Inizialmente fu deciso di effettuare l assegnazione dei bambini all uno o all altro gruppo in modo casuale in alcune scuole, e in ordine alfabetico in altre. Si decise poi, per evitare una sproporzione numerica tra i due gruppi, di affidare agli insegnanti il compito di integrare l uno o l altro gruppo con altri bambini. Verosimilmente a causa del senso di umanità degli insegnanti, che li portava ad assegnare al gruppo cui era destinato il latte i bambini più malnutriti, il risultato finale fu che il gruppo di controllo risultò superiore in una misura corrispondente a circa 3 mesi di crescita ponderale e 4 mesi di crescita in statura. G. Formoso, EBMaster (modificato) Randomizzazione Cochrane E l assegnazione casuale dei pazienti di un trial ad uno dei bracci del trattamento (disegno parallelo), o ad una certa successione di trattamenti (disegno cross-over). La randomizzazione ha lo scopo di rendere tendenzialmente simili i gruppi per le loro caratteristiche, soprattutto per i fattori prognostici e di risposta alla terapia in esame, sia quelli noti e misurabili, che quelli ignoti e non valutabili, eliminando i bias di selezione nella assegnazione dei trattamenti L idea di base, come tutte le cose buone, è semplice. Gli studi randomizzati affrontano il problema della confrontabilità di due gruppi a rovescio: l idea non è di preoccuparsi delle caratteristiche dei pazienti ma di essere sicuri che la divisione dei pazienti nei 2 gruppi sia fatta in modo indipendente dalla volontà dello sperimentatore. N. Magrini, EBMaster

8 Randomizzazione: 2 fasi Tipi di randomizzazione 1 a fase: produzione di una sequenza di assegnazione dei trattamenti non prevedibile 2 a fase: occultamento di questa sequenza agli sperimentatori che reclutano i partecipanti allo studio 1. Semplice sequenza singola di assegnazioni casuali 2. Ristretta definisce diverse procedure controllate per raggiungere un bilanciamento tra gruppi, in termini di dimensioni o altre caratteristiche A blocchi (bilanciati di 4-10 pz) Stratificata (per età, gravità, ecc.) Altman DG et al. Ann Intern Med 2001;134: N. Magrini, EBMaster Tecnica di randomizzazione Ha funzionato la randomizzazione? La randomizzazione centralizzata è quella preferibile Nei lavori scientifici la esplicitazione dei metodi usati per l assegnazione dei trattamenti è spesso inadeguata La tabella 1 degli studi riporta le caratteristiche dei due gruppi alla partenza che dovrebbero risultare simili per i principali fattori prognostici (caratteristiche dei pazienti) Altman DG et al. Ann Intern Med 2001;134: RCT: cieco vs aperto Cecità : di chi? Studio aperto: ricerca clinica in cui sia i pazienti che i medici sono a conoscenza del tipo di trattamento che viene utilizzato in ogni soggetto Studio in cieco: ricerca clinica in cui i medici e/o i pazienti non sono a conoscenza del tipo di trattamento che viene utilizzato in ogni soggetto Molti studi sono descritti come doppio-cieco. Anche se questo termine significa che né il medico né il paziente conoscono il trattamento assegnato è ambiguo per quanto riguarda la cecità di altre persone in particolare coloro che valutano gli esiti. N. Magrini, EBMaster

9 Cecità : di chi? Randomizzazione: ricapitolando... Gli Autori dovrebbero dichiarare chi era in cieco (pazienti, sperimentatori, valutatori, monitor, statistici) e i meccanismi della cecità (equivalenza dei trattamenti). E importante per valutare correttamente esiti soggettivi (dolore, sonno) E meno importante (o addirittura non etica con placebo iniettivi) per esiti oggettivi come la mortalità o un dato di laboratorio indipendente N. Magrini, EBMaster Una corretta randomizzazione consente di avere due gruppi simili e confrontabili rappresenta la componente principale degli RCT di buona qualità la randomizzazione è più importante della cecità! N. Magrini, EBMaster Requisiti fondamentali di una sperimentazione randomizzata Un RCT dove avere una potenza statistica sufficiente per individuare la minima differenza clinicamente rilevante tra i gruppi messi a confronto. Il calcolo della dimensione del campione fissati e deve essere parte essenziale della pianificazione del RCT. Obiettivo ben definito Quesito clinico importante Numero adeguato di pazienti Corretta analisi statistica Quindi non è sufficiente la randomizzazione per avere uno studio di buona qualità! Il principio di incertezza nei RCT Eticità della randomizzazione Il principio di incertezza è alla base degli studi controllati randomizzati: si assegna in modo casuale un trattamento o l altro quando non si sa quale sia l alternativa preferibile I pazienti possono essere coinvolti se il medico è sostanzialmente incerto su quale dei trattamenti in esame sia il più efficace rispetto al quadro clinico presente Nessun paziente dovrebbe essere coinvolto in RCT se il medico e/o il paziente pensano che uno dei trattamenti in esame sia inappropriato (meno efficace e/o più rischioso) rispetto ad altri trattamenti disponibili (nello trial stesso o nella pratica corrente) o rispetto al NON trattare

10 Placebo Dichiarazione di Helsinki (ott. 2000) Sostanza riconosciuta universalmente come inerte e senza effetti biologici; tale sostanza viene somministrata in una forma simile in tutto (colore, odore, sapore, ecc) al farmaco di cui si sta indagando l efficacia, ma priva del principio attivo. Viene usato per stimare l effetto del principio attivo, al netto dell effetto di natura psicologica, legato all atto terapeutico (c.d. effetto placebo) I benefici, i rischi, gli aggravi e l efficacia di un nuovo metodo devono essere valutati in confronto con quelli dei migliori metodi preventivi, diagnostici e terapeutici attualmente in uso. Ciò non esclude l impiego di placebo, o l assenza di trattamento, negli studi dove non esistono metodi comprovati di prevenzione, diagnosi o terapia. Bias Validità di un RCT Indica un errore sistematico che si traduce in risultati distorti del processo di inferenza. Si può verificare a vari livelli e per vari motivi, ogni volta che tra i due o più gruppi studiati si producono delle differenze sistematiche. nell arruolamento (selection bias);. nella somministrazione degli interventi, trattamenti o esposizioni (performance bias);. nella proporzione dei soggetti persi di vista o comunque di esclusi dal trattamento (attrition bias);. nella valutazione degli outcome, per misclassificazione, per differente attenzione nell osservare, ecc (detection bias). Validità di un RCT RCT: studi di superiorità, equivalenza, non inferiorità

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13 Esercizio 2 Valutazione di uno studio di terapia REFERENZA: CHECK-LIST PER LA VALUTAZIONE DI UNO STUDIO DI PREVENZIONE O TERAPIA (1) I risulta ti dello s tudio s o n o validi? 1 2 L assegnazione dei pazienti ai trattamenti era effettivamente randomizzata? I gruppi erano simili all inizio dello studio? Sono stati valutati tutti gli esiti clinicamente rilevanti? CHECK-LIST PER LA VALUTAZIONE DI UNO STUDIO DI PREVENZIONE O TERAPIA (2) I risulta ti dello s tudio s o n o validi? 3 4 I trattamenti previsti e la lunghezza del follow-up sono adeguati per rispondere al quesito clinico? Il trattamento del gruppo di controllo è il migliore disponibile? Sono stati valutati tutti i pazienti entrati a far parte dello studio? e sono stati analizzati nel gruppo in cui erano stati assegnati (analisi intention-totreat )? 5. CHECK-LIST PER LA VALUTAZIONE DI UNO STUDIO DI PREVENZIONE O TERAPIA (3) Q u a li sono i ris u lta ti? 5 Le misure statistiche utilizzate sono adatte ad esprimere le differenze tra i gruppi a confronto e il loro impatto clinico? Viene adeguatamente valutata la rilevanza clinica di differenze statisticamente significative? La meta-analisi: cos è, a cosa serve, come si legge I risulta ti sono utili? 6 I pazienti dello studio sono paragonabili a quelli osservabili nella realtà clinica?

14 Meta-analisi Media pesata E un approccio quantitativo per la combinazione sistematica dei risultati di ricerche precedenti, con lo scopo di giungere a conclusioni sintetiche sull entità di un effetto clinico. E quindi una metodologia statistica per combinare i risultati di studi condotti su argomenti analoghi. Rappresenta l ultimo step del processo di revisione sistematica della letteratura Esempio: L esame di chimica farmaceutica è composto da due esami: - chimica farmaceutica 1 - chimica farmaceutica 2 Risultati degli esami: - chimica farmaceutica 2 = 30 - chimica farmaceutica 1 = 18 Che voto dare all esame complessivo? Media semplice Voto finale 24 2 però le due materie non hanno lo stesso grado di difficoltà Per studiare tutto il programma di chimica farmaceutica 2 ci si impiega in media 40 giorni mentre per chimica farmaceutica 1 20 giorni Chimica farmaceutica 2 è due volte più difficile. La media pesata Voto finale bisognerebbe che la media desse un peso maggiore al voto di chimica farmaceutica 2 Voto chimica farmaceutica 2 Peso chimica farmaceutica 2 Peso chimica farmaceutica 1 Voto chimica farmaceutica 1 Meta-analisi Meta-analisi: esempio LA META-ANALISI NON SI EFFETTUA SOMMANDO SEMPLICEMENTE GLI Domanda: la profilassi antibiotica riduce il rischio di sviluppare infezioni nosocomiali nei pazienti in terapia intensiva? EVENTI E IL NUMERO DI PAZIENTI OSSERVATI NEI VARI STUDI Processo di revisione sistematica I risultati sono combinati facendo la media pesata dei risultati ottenuti in ogni singolo studio. Il peso è proporzionale alla dimensione del campione. 16 studi

15 Profilassi antibiotica in terapia intensiva Profilassi antibiotica in terapia intensiva Studi N pts con infezioni Trattamento Profilassi antibiotica N pazienti Rischio infezioni N pts con infezioni Controllo N pazienti Rischio infezioni 1. Abele Aerdts Blair Boland Cockerill Finch Jacobs Kerver Palomar Rocha Sanchez Stoutenbeek Ulrich Verwaest Verwaest W inter Profilassi antibiotica N pts con infezioni N pazienti N pts con infezioni Controllo N pazienti 1. Abele Aerdts Blair Boland Cockerill Finch Jacobs Kerver Palomar Rocha Sanchez Stoutenbeek Ulrich Verwaest Verwaest W inter Rischio Relativo RR Forrest plot Forrest Plot Linea di non differenza Abele Aerdts Blair Boland Cockerill Finch Jacobs 1 Kerver Palomar Rocha Sanchez Stoutnbek Ulrich Verwaest1 Verwaest 2 Winter Infezioni nosocomiali Profilassi vs controllo Study Stima puntuale Risk ratio (95% CI) Ampiezza intervallo di confidenza 0.29 (0.17,0.49) 0.07 (0.01,0.52) 0.33 (0.18,0.62) 0.82 (0.49,1.37) 0.33 (0.11,0.99) 0.69 (0.23,2.01) 0.11 (0.01,2.05) Risultati non 0.15 (0.07,0.36) statisticamente significativi 0.39 (0.21,0.73) 0.32 (0.15,0.68) 0.57 (0.40,0.81) 0.61 (0.47,0.78) 0.28 (0.13,0.59) 0.53 (0.33,0.85) 0.72 (0.47,1.10) 0.18 (0.05,0.59) Stu d y Risk ratio (9 5 % C I) % W e ig h t A be le 0.29 (0.17,0.49) 6.9 A erdt s 0.07 (0.01,0.52) 0.5 B la ir 0.33 (0.18,0.62) 4.9 B ola n d 0.82 (0.49,1.37) 7.1 C oc ke rill 0.33 (0.11,0.99) 1.6 F inc h 0.69 (0.23,2.01) 1.6 J ac o b s 0.11 (0.01,2.05) 0.2 K erv e r 0.15 (0.07,0.36) 2.5 P alo m ar 0.39 (0.21,0.73) 4.8 R oc h a 0.32 (0.15,0.68) 3.4 S anc hez 0.57 (0.40,0.81) 14.5 S to u t en b e ek 0.61 (0.47,0.78) U lric h 0.28 (0.13,0.59) 3.3 V erv a es t (0.33,0.85) 8.0 V erv a es t (0.47,1.10) 10.3 W in te r 0.18 (0.05,0.59) 1.3 O vera ll (9 5 % C I) 0.50 (0.43,0.57) Risk ratio A favore del trattamento A favore del controllo R isk ra tio Heterogeneity chi-squared (Q) = (d.f. = 15) p = 0.02, I 2 =57.4% Test for overall effect Z=10.08 p < Revisioni sistematiche e meta-analisi Cause del Publication Bias Le revisioni sistematiche si basano soprattutto su studi pubblicati Alcuni ricercatori hanno mostrato che gli studi che forniscono risultati statisticamente significativi hanno una maggiore probabilità di essere pubblicati* Gli autori degli studi che non forniscono risultati statisticamente significativi sono meno motivati a spedire l articolo alla rivista scientifica Gli editori che ricevono studi con risultati non statisticamente significativi sono meno propensi ad accettarli per la pubblicazione * Publication bias in clinical research. Lancet 1991; 337: Factors influencing publication of research results: follow-up of applications submitted to two institutuional review board. JAMA 1992;263:374-8 Publication bias: evidence of delayed publication in a cohort study of clinical research projects BMJ 1997; 315:640-5

16 Revisioni sistematiche e meta-analisi Esercitazione 3. La mancata pubblicazione di studi con risultati non statisticamente significativi può inficiare i risultati di una revisione sistematica Il funnel plot è un metodo grafico per valutare la presenza di bias di pubblicazione (esistono anche altri metodi statistici) Progettare un RCT Questi metodi hanno dei limiti metodologici Prevenzione: registro degli studi clinici Contenuti indispensabili di un protocollo di ricerca (1) Contenuti indispensabili di un protocollo di ricerca (2) Introduzione e rationale: contiene i risultati di studi precedenti che servono come base dello studio Obiettivi: riassume i quesiti principali ai quali lo studio deve rispondere Popolazione in studio: descrive schematicamente le caratteristiche dei pazienti candidati allo studio e dettaglia i criteri di inclusione ed esclusione Assegnazione al trattamento: specifica come verrà assegnato al trattamento (per randomizzazione, con stratificazione, ecc.) Trattamento: specifica come verrà somministrato il trattamento (dosi, vie di somministrazione, durata, ) Esami di base e follow-up: descrive tutti gli esami (clinici, strumentali, di laboratorio) da eseguire prima, durante e dopo il trattamento Criteri di valutazione: descrive i criteri standardizzati che verranno seguiti per valutare l efficacia del trattamento (risposta obiettiva, durata della risposta, ecc..) Considerazioni statistiche: riassume le tecniche di analisi statistica utilizzate nel calcolo delle dimensioni del campione e le tecniche che verranno utilizzate per valutare i risultati Gestione dei dati: riassume i tempi di rilevazione, i tempi di invio delle schede per la rilevazione dei dati Schema/sinossi: riassume in forma grafica/sintetica i contenuti essenziali di uno studio Bibliografia: contiene tutti i riferimenti bibliografici necessari ad un accurata comprensione delle motivazioni dello studio, dei criteri di valutazione e delle considerazioni statistiche P. Valagussa e G. Bonadonna 1999 P. Valagussa e G. Bonadonna 1999