ดร. อรพิน กฤษณเกรียงไกร คณะสาธารณสุขศาสตร์ มหาวิทยาลัยนเรศวร

1. ระบาดวิทยาเชิงทดลอง(Experimental Epidemiology) ดร. อรพิน กฤษณเกรียงไกร คณะสาธารณสุขศาสตร์ มหาวิทยาลัยนเรศวร

2. ระบาดวิทยาเชิงทดลอง(Experimental Epidemiology) • เป็นการศึกษาที่ผู้ทำการศึกษา เป็นผู้กำหนดตัวกระตุ้นที่จะทดสอบ ในกลุ่มต่างๆ ที่ทำการศึกษาเช่น • การทดลองยาในขนาดต่างๆ เพื่อเปรียบเทียบผลการรักษาโรค • การทดลองลดปัจจัยเสี่ยงหรือปัจจัยที่น่าจะเป็นสาเหตุของโรคเฉพาะในกลุ่มทดลอง โดยมีการ intervene เช่น กิจกรรมออกกำลังกาย หรือยาบำรุง ฯลฯ เปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม • เพื่อค้นหาความสัมพันธ์ในเชิงเหตุและผล (Causal association) และหามาตรการในการป้องกันโรค

3. การศึกษาหรือวิจัยเชิงทดลอง ได้แก่ • การทดลองในห้องปฏิบัติการ (Laboratory experiment) • การทดลองในสัตว์ทดลอง (Animal experiment) • การทดลองคลีนิค (Clinical experiment or clinical trial) • การทดลองด้านการรักษา เช่น การทดลองผลการรักษาของยาใหม่ • การทดลองด้านการป้องกัน เช่น การทดลองประสิทธิภาพและความปลอดภัยของวัคซีนที่ผลิตใหม่ • การทดลองสนาม (Field experiment or field trial) • การทดลองใช้ยา หรือ วัคซีนในชุมชน

4. ลักษณะที่สำคัญของการศึกษาเชิงทดลองลักษณะที่สำคัญของการศึกษาเชิงทดลอง • ผู้วิจัยเป็นผู้กำหนดสถานการณ์ หรือสิ่งกระตุ้นที่จะทดสอบ (Test stimuli) • กำหนดกลุ่มโดยวิธีสุ่ม (Random assignment) • ศึกษาและติดตามผลไปข้างหน้า

5. การศึกษาเชิงทดลอง การเลือกตัวอย่างทดลอง (Selection of subjects) การกำหนดกลุ่มโดยวิธีสุ่ม (Randomization) กลุ่มทดลอง (ExperimentalGr) กลุ่มควบคุม (ControlGr) วัดผลการทดสอบ วัดผลการทดสอบ

6. ขั้นตอนการทดลอง 1. โครงร่างการวิจัย (Research Proposal) 2. ประชากรอ้างอิงและประชากรทดลอง (Reference and experimental population) 3. การพิจารณาขนาดตัวอย่าง (Sample size determination) 4. การจัดกลุ่ม (Allocation of subjects) 5. การจัดโปรแกรมสำหรับกลุ่มทดลองและกลุ่มควบคุม (Experimental and control programs) 6. การกำจัดอคติและความผันแปรต่างๆ (Elimination of biases and variations) 7. การวัดผลการทดลอง (Assessment of outcome) 8. การดำเนินการทดลอง (Conduct of the study) 9. การวิเคราะห์ข้อมูล (Analysis of data) 10. การแปลผลและการรายงานผล (Interpretation and reporting)

7. ตัวอย่าง ผลการรักษาโรคหนองในเทียมแบบให้ยา 7 วัน และ 21 วัน ภายหลังการให้ยา 4 สัปดาห์ Chi-square test = (ad-bc)2 n efgh = [(62 x 26)-(8 x 47)]2 (143) (109)(34)(70)(73) = 11.54 p<0.01 ผลการรักษาแบบ 21 วัน ได้ผลดีกว่าแบบ 7 วัน

8. ตัวอย่าง อัตราป่วยโรคอัมพาต และไม่เป็นอัมพาตต่อแสน ประชากรต่อปี ในกลุ่มต่างๆ ในกลุ่มควบคุมให้วัคซีนหลอก (Placebo areas) และกลุ่มควบคุมได้จากการสังเกต (Observed areas)

9. การคำนวณหาประสิทธิภาพของวัคซีนการคำนวณหาประสิทธิภาพของวัคซีน Percent estimate of efficacy of vaccine (E) E = Rc-Rv x 100% Rc Rc = อัตราอุบัติการณ์ของโรคโปลิโอในกลุ่มควบคุมหรือได้รับวัคซีนหลอก Rv = อัตราอุบัติการณ์ของโรคโปลิโอในกลุ่มที่ได้รับวัคซีนจริง ตัวอย่าง • Placebo areas 2. Observed areas Rc = 57/100,000 /ปี Rc = 46/100,000 /ปี Rv = 16/100,000 /ปี Rv = 17/100,000 /ปี E = (Rc-Rv) x 100 = (57-16) x 100 E = (Rc-Rv) x 100 = (46-17) x 100 Rc Rc 46 = 71.9% = 63.0%

10. 1.การออกแบบทดลอง (Experimental or trial design • แบบทดลองคลาสสิก (classical experimental design) หรือ แบบการทดลองก่อนและหลัง (Before-after-experiment with one control group) โดยมีกลุ่มทดลองและกลุ่มควบคุม โดยทั้งสองกลุ่มมีลักษณะเหมือนกันมากที่สุด ยกเว้นตัวแปรที่ต้องการศึกษา ความแตกต่างที่ได้ หลังจากการทดลองถือว่าเกิดจากการปฏิบัติต่อทั้งสองกลุ่มแตกต่างกัน Pre-test Post-test Test stimuli for experimental group only

11. 1.1 การทดลองก่อนและหลังโดยไม่มีกลุ่มควบคุม(Before-after experiment with no control groups) • การทดลองแบบนี้ไม่มีกลุ่มควบคุม สมาชิกของกลุ่มทดลองแต่ละคนเป็น control ของตัวเอง ความแตกต่างระหว่างการวัดก่อนและหลังการทดลอง เนื่องมาจากสิ่งกระตุ้นที่นำมาทดลอง ข้อสรุปดังกล่าวจะถูกต้องต่อเมื่อ • องค์ประกอบภายนอก และองค์ประกอบภายในมีอิทธิพลต่อผู้ถูกทดลองน้อยมากหรือไม่มี • ปฏิกิริยาโต้ตอบระหว่างการวัดก่อนทดลองและสิ่งกระตุ้นสำหรับทดลอง (interaction effect) น้อยมากหรือไม่มี

12. 1.2 การทดลองที่วัดหลังโดยมีกลุ่มควบคุมหนึ่งกลุ่ม (After-only experiment with one control group) • การทดลองแบบนื้ไม่มี Pre-test ทำให้ไม่มีปฏิกิริยาโต้ตอบระหว่างการวัดก่อนการทดลอง และสิ่งกระตุ้นสำหรับการทดลองตามตารางข้างล่าง และการมีกลุ่มควบคุมช่วยกำจัดอิทธิพลขององค์ประกอบภายในต่อผู้ถูกทดลอง ข้อเสียของการทดลองแบบนี้คือ ไม่สามารถบอกระดับการเปลี่ยนแปลงได้

13. 1.3 การทดลองก่อนและหลังโดยมีกลุ่มควบคุมสองกลุ่ม (Before-after experiment with two control groups) • ดัดแปลงจากแบบทดลองคลาสสิก โดยเพิ่มกลุ่มควบคุมอีกหนึ่งกลุ่มเพื่อช่วยแก้ปฏิกริยาโต้ตอบระหว่างการวัดก่อน (Pre-test) กับสิ่งกระตุ้น (Test stimuli) ของการทดลองแบบคลาสสิก เนื่องจากในการวัดก่อนการทดลองแล้วนำสิ่งกระตุ้นเข้ามาทดลอง ผู้ถูกทดลองอาจตอบสนองในเชิงสนับสนุนการทดลองเพราะได้ทราบถึงวัตถุประสงค์ของการทดลอง เรียกปฏิกิริยาโต้ตอบนี้ว่า “Interaction effect”

14. จุดมุ่งหมายของการทดลองแบบนี้คือจุดมุ่งหมายของการทดลองแบบนี้คือ • วัดขนาดของปฏิกิริยาโต้ตอบระหว่างการวัดก่อนกับสิ่งกระตุ้น (Interaction effect) • วัดผลเนื่องจากสิ่งกระตุ้นอย่างเดียว • การคำนวณ ใช้ค่าเฉลี่ยของกลุ่มทดลองและกลุ่มควบคุม 1 ได้ เนื่องจากกำหนดกลุ่มโดยวิธีสุ่ม • หาค่า Interaction effect (I) ได้จากสูตร I= D - (D1+D2) ผลจากสิ่งกระตุ้นอย่างเดียว D3 = D-I เปรียบเทียบ D3 กับ D1

15. 1.4 การทดลองก่อนและหลังโดยมีกลุ่มทดลองมากกว่าหนึ่งกลุ่ม (Before-after experiment with more than one experimental groups) • การทดลองแบบนี้มีกลุ่มทดลองหลายกลุ่ม แต่มีกลุ่มควบคุมกลุ่มเดียว ซึ่งสามารถศึกษาความสัมพันธ์ของตัวแปรตามขนาดของสิ่งที่กระตุ้นได้ (dose-response relationship) การมีกลุ่มทดลองเพียงกลุ่มเดียวทำให้ทราบแต่เพียงว่าเกิดการเปลี่ยนแปลงจากสิ่งกระตุ้นสำหรับการทดสอบหรือไม่เท่านั้น แบบทดลองแบบนี้ใช้วิธีการจัดกลุ่มสำหรับกลุ่มทดลองต่างๆ และกลุ่มควบคุม โดยวิธีสุ่ม จึงเรียกชื่อได้อีกอย่างหนึ่งว่า การทดลองแบบกลุ่มสุ่ม (Randomized group design)

16. 2. การทดลองแบบบล็อคสุ่ม (randomized blockdesign) • การทดลองแบบนี้มักทำในกรณีที่หน่วยการทดลองมีความแตกต่างกันมาก (Heterogeneity) การออกแบบทดลองอาศัยหลักการ “blocking” โดย • รวบรวมหน่วยการทดลองที่มีลักษณะคล้ายคลึงกันเข้าไว้ด้วยกัน เรียกว่า “Block” • กำหนดวิธีการรักษาแบบสุ่มแก่ผู้ถูกทดลองในแต่ละบล็อค แบบการทดลองนี้ สามารถประมาณค่าความคาดเคลื่อนจากการทดลองและทดสอบความมีนัยสำคัญของวิธีการรักษาต่างๆ ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญของการออกแบบการทดลอง

17. ตัวอย่างการวิเคราะห์แบบ Randomized block design ค่าที่ได้จากการสังเกตุ = ค่าคงที่ + ผลของบล็อค + ผลการรักษา + ความคาดเคลื่อน (A) + (B) + (T) + (C) Each observed value = constant + block effect + treatment effect + error ข้อตกลงเบื้องต้น ความคลาดเคลื่อนกระจายแบบปกติโดยมี Mean = 0, variance = σ

18. ตัวอย่าง การวิเคราะห์การทดสอบแบบบล็อคสุ่ม(Analysis of randomized blocks experiment) Calculation of basic quantities A = 212 + 142 +…+ 192+ 242 = 16,028 B = ¼ (602 + 842 + …+ 562 + 1002) = 15,168 T = 1/9 (1892 + 2072 + 1532 + 1712) = 14,580 C = 1/36(7202)=14,400

19. Analysis of variance and the F test F3,24มีค่าเท่ากับ 2.12 ค่า P>0.05 แสดงว่าวิธีการรักษาทั้งสี่แบบไม่มีความแตกต่างกัน

20. การทดลองแบบลาตินสแควร์ (Latin-square design) • เป็นการออกแบบทดลองโดยให้มีการบล็อคหน่วยทดลองทั้งแนวตั้งและแนวนอน (Two dimensional blocking) และกำหนดวิธีการรักษาแก่หน่วยทดลอง โดยวิธีสุ่ม • การทดลองแบบนี้เหมาะในกรณีที่ต้องการให้ผู้ถูกทดลองได้รับสิ่งกระตุ้นแตกต่างกัน • กรณีที่ต้องการทดสอบวิธีการรักษาหลายวิธีและมีกาแบ่งกลุ่มผู้ถูกทดลองเป็นหลายกลุ่ม ความแปรผันระหว่างกลุ่มจะมีมากขึ้น • ประโยชน์ของลาตินสแควร์ คือ ช่วยลดความแตกต่างของหน่วยการทดลองลง ทำให้ความคลาดเคลื่อนจากการทดลองลดลง

21. การวิเคราะห์การทดลองแบบลาตินสแควร์ (Latin-square experiment) Column total treatment total

22. การวิเคราะห์การทดลองแบบลาติน-สแควร์(Analysis of a Latin-square experiment A = 212 + 142+…+ 192 + 182= 16,028 C = 1/36(7202) = 14,400 R = 1/6 (1022 + 1442+…+ 1022 + 1262) = 14,688 K = 1/6 (1082 + 1262+…+ 1262 + 1022) = 14,544 T = 1/6 (1082 + 1382+…+ 782 + 1622) = 15,312 Analysis of variance, r = 6

23. F5,20 = 12.8 P<0.0005แสดงว่าวิธีการรักษามีความแตกต่างกัน

24. การทดลองแบบสองระยะไขว้กัน(Two-period cross-over design) การทดลองแบบนี้แบ่งเป็น 2 ระยะ คือ ระยะควบคุม และระยะทดลอง ผู้เข้ารับการทดลองแต่ละคนเป็น control ของตัวเอง แบ่งผู้เข้ารับการทดลอง (Subjects) ออกเป็นสองกลุ่มโดยวิธีสุ่ม กลุ่มแรก ให้ระยะควบคุม (control period) ก่อน แล้วตามด้วยระยะทดลอง (Study period) กลุ่มสอง ให้ระยะทดลอง (control period) ก่อน แล้วตามด้วยระยะควบคุม (Study period) การทดลองแบบนี้ช่วยตัดปัญหาเกี่ยวกับความผันแปรระหว่างบุคคล (inter-personal variability) แต่วิธีการจัดอันดับของการรักษามีผลกระทบต่อผลการทดลอง ถ้ายาที่ทดลองมีฤทธิ์อยู่นาน เรียกว่าผลสืบเนื่อง (carry-over effect) การแก้ไขอาจทำได้โดยมีระยะพัก ระหว่างการรักษอันแรกกับการรักษาอันหลังมากขึ้น แต่อาจเป็นสาเหตุให้ผู้รับการทดลองออกจากการทดลองมากขึ้น

25. การวิเคราะห์การทดลองแบบสองระยะไขว้กัน(Two-period crossover experiment) ข้อมูลจากการทดลองวิธีการรักษา ‘a’ และ ‘b’ ในผู้ป่วยที่ถูกทดลอง 12 คน

26. Assumption • ระยะพัก (Rest period) ระหว่างการรักษาสองวิธีรักษาสองวิธียาวนานพอที่จะให้ผลการรักษาอันแรกหมดไป • ไม่มีผลสืบเนื่อง (carry-over effect) จากวิธีการรักษาวิธีแรกไปยังวิธีการรักษาต่อไป • การคำนวณ A = 232 + 102 +… + 262 + 132 = 10,002 B = ½ (442 + 212 +… + 522 + 312) = 9,672 P = 1/12 (2402 + 2162) = 8,688 T = ¼ (2522 + 2042) = 8,760 C = (4562) = 8,884

27. Analysis of Variance F 1,10 = 4.57 p>0.05 ผลการรักษาโดยวิธี ‘a’ และวิธี ‘b’ ไม่แตกต่างกัน

28. การทดลองแบบแฟคตอเรียล(Factorial design) เป็นแบบการทดลองซึ่งมีตัวแปรหลายตัว แต่ละตัวที่ศึกษายังแยกออกเป็นระดับต่างๆกัน วิธีการนี้ทำให้ได้ศึกษาตัวแปรหลายตัวในการทดลองเดียวกัน และยังสามารถทำการศึกษาและทดสอบปฏิกิริยาโต้ตอบ (Interaction) ปัจจัย ‘a’ Totala1b1 + a0b1a1b0 + a0b0

29. = a1b1- a0b1= ผล (effect) ของปัจจัย ‘a’ ที่ Fixed b1 level • = a1b0- a0b0= ผล (effect) ของปัจจัย ‘a’ ที่ Fixed b0 level • (1) + (2) = (a1b1 + a1b0) – (a0b1 + a0b0) = ผลหลัก (Main effect) ของปัจจัย ‘a’ • (a1b1 + a0b1) – (a1b0 + a0b0) = ผลหลัก (Main effect) ของปัจจัย ‘b’ • (1) - (2) =(a1b1 - a0b1) – (a1b0 + a0b0) = ปฏิกริยาโต้ตอบ (interaction) ‘a’ and ‘b’

30. ระยะของการทดลองคลีนิค (Phases of clinical trial) เมื่อยาตัวใหม่หรือวัคซีนใหม่ได้รับการสังเคราะห์ จะต้องศึกษาวิจัยด้านเภสัชวิทยา และพิษวิทยาในห้องปฏิบัติการและในสัตว์ทดลอง ว่าปลอดภัย จึงเริ่มดำเนินการทดลองในคนได้ ระยะต่างๆ ของการทดลองคลินิค แบ่งออกเป็น 4 ระยะ • การทดลองครั้งแรกในคน (First experiment in man) • การทดลองคลินิคจำนวนน้อย (Small-scale clinical trial) • การทดลองคลินิคเต็มรูปแบบ (Full-scale clinical trial) • การเฝ้าระวังหลังออกสู่ท้องตลาด (Post-marketing surveillance)

31. ระยะที่ 1 การทดลองครั้งแรกในคน (First experiment in man) • การศึกษาในระยะแรกนี้เพื่อตรวจสอบความปลอดภัยในการใช้ยาในคน (drug safety) ศึกษาเภสัชวิทยาคลินิค (Clinical Pharmacology) และเภสัชจลนศาสตร์ (Pharmacokinetic) ใช้อาสาสมัครที่มีร่างกายปกติ จะใช้ผู้ป่วยได้เฉพาะในกรณีที่ผู้ป่วยเป็นโรคเอดส์ หรือโรคมะเร็ง ใช้ตัวอย่างจำนวนน้อย มักไม่เกิน 50 ราย พิจารณาขนาดยาครั้งเดียวที่มากที่สุดโดยไม่เกิดผลข้างเคียงที่รุนแรง (Maximum tolerated dose “MTD”) และศึกษาฤทธิ์ของยา และผลข้างเคียงต่อระบบต่างๆ ของร่างกาย (Toxicity profile)

32. ระยะที่ 2 การทดลองคลินิคจำนวนน้อย (Small-scale clinical trial) • การศึกษาในระยะสอง เป็นการศึกษาเพื่อขยายผลการศึกษาในระยะที่หนึ่ง เป็นการศึกษาฤทธิ์ของยาในการรักษาผู้ป่วย เพื่อทราบประสิทธิภาพในการรักษาของยา (clinical efficacy) และขนาดของยาที่เหมาะสม (optimal dosing regimen) รูปแบบการศึกษาเป็นแบบควบคุมบอดทางเดียว (controlled single-blind study) ผู้ถูกทดลองไม่ทราบว่าตัวเองอยู่ในกลุ่มใด เป็นการศึกษา เปรียบเทียบกับยาหลอกหรือวัคซีนหลอก (placebo- controlled study) โดยมากใช้ตัวอย่าง 100-200 ราย ทำให้ทราบขนาดและระยะเวลาการให้ยา ผลข้างเคียงของยาและรายละเอียดเพิ่มเติม

33. ระยะที่ 3 การทดลองคลินิคเต็มรูปแบบ (Full-scale clinical trial) • การศึกษาในระยะสาม เป็นการศึกษาประสิทธิภาพของยา (efficacy) พิษของยา (Toxicity) อาการข้างเคียงและขนาดของยา (dose) ที่เหมาะสมในการรักษาผู้ป่วย โดยเลือกตัวยาที่ได้ผล และมีผลข้างเคียงน้อยในระยะที่สองมาศึกษาเปรียบเทียบ กับการรักษามาตรฐาน (Standard treatment) รูปแบบการศึกษาเป็นแบบควบคุมบอดสองทาง (Controlled double-blind study) ขนาดตัวอย่าง > 200-1000+ ราย เมื่อจบการศึกษาในระยะนี้แล้ว โดยมากมักได้รับอนุมัติจดทะเบียนตำรับยาแบบมีเงื่อนไขจากคณะกรรมการอาหารและยา กำหนดการจำหน่ายยาเฉพาะในสถานพยาบาลที่มีแพทย์ดูแลอย่างใกล้ชิด ติดตามความปลอดภัยของยาใหม่เป็นเวลา 2 ปี จึงได้รับขึ้นทะเบียนตำรับยาแบบถาวรหรือแบบมีเงื่อนไข

34. ระยะที่ 4 การเฝ้าระวังหลังออกสู่ท้องตลาด(Post-marketing Surveillance) • การศึกษาในระยะสี่ เป็นการศึกษาหลังจากยาได้ออกสู่ท้องตลาด และมีการใช้อย่างกว้างขวาง จุดมุ่งหมายเพื่อการเฝ้าระวังเกี่ยวกับความปลอดภัย (Safety) และประสิทธิภาพ (Efficacy) โดยรวบรวมภาวะแทรกซ้อนที่พบน้อย แต่เป็นภาวะแทรกซ้อนที่รุนแรงและเป็นอันตรายถึงชีวิตได้ เช่นอาการช๊อค (anaphylactic shock) ในพวกที่ใช้ Human diploid cell rabies vaccine มีอัตรา 1 ใน 10000 นอกจากนี้ภาวะแทรกซ้อนหรือพิษบางอย่างจะต้องใช้เวลานานในการแสดงผล ดังนั้นจึงมีความจำเป็นที่จะต้องเฝ้าระวังอันตรายของยาเป็นระยะเวลานาน จนกว่าจะแน่ใจว่าปลอดภัย ในระยะนี้ยังเป็นการศึกษาถึงการยอมรับของชุมชน ผลกระทบของชุมชนและประสิทธิภาพเมื่อเปรียบเทียบกับยาอื่น โดยศึกษาในรูปแบบต่างๆ เช่น รายงานอาการไม่พึงประสงค์ของแพทย์ที่ใช้ยา การศึกษาเชิงวิเคราะห์ และการศึกษาเชิงทดลอง ฯลฯ

35. Reference • ทัศสนี นุชประยูร เติมศรี ชำนิจาระกิจ การวิจัยชุมชนทางการแพทย์ กรุงเทพมหานคร ภาควิชาเวชศาสตร์ป้องกัน คณะแพทยศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย 2528 • ไพบูลย์ โล่ห์สุนทร หน่วยที่ 2 รูปแบบการวิจัยทางวิทยาศาสตร์สุขภาพ ในเอกสารการสอนชุดวิชา 50103 สถิติและการวิจัยสำหรับวิทยาศาสตร์สุขภาพ มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช กรุงเทพมหานคร บริษัทวิคตอรี่ เพาเวอร์พอยท์ จำกัด 2527 • ไพบูลย์ โล่ห์สุนทร ระบาดวิทยา ภาควิชาเวชศาสตร์ป้องกัน คณะแพทยศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย 2540 • สมชาย สุพันธ์วานิช หลักระบาดวิทยา กรุงเทพมหานคร สำนักพิมพ์ศูนย์ส่งเสริมวิชาการ 2529