1.7: Extrapolaciones de Investigaciones Científicas

Arriba en Humo

Probablemente hayas visto esta etiqueta de advertencia decenas de veces. Se requiere en paquetes de cigarrillos en Estados Unidos desde 1965, un año después de que el Cirujano General de Estados Unidos emitiera por primera vez un informe que vinculaba el tabaquismo con enfermedades como el cáncer de pulmón. El informe se basó en miles de artículos de investigación, entre ellos importantes resultados de investigación publicados por los científicos británicos Richard Doll y Austin Bradford Hill. A partir de 1950, Doll y Hill realizaron estudios observacionales a gran escala y largo plazo sobre el tabaquismo y el cáncer de pulmón y demostraron una fuerte correlación entre ambos.

Figura\(\PageIndex{1}\): Advertencia del Cirujano General en una caja de cigarrillos: Fumar causa cáncer de pulmón, enfermedades cardíacas, enfisema y puede complicar el embarazo.

Estudios Observacionales

Muchas preguntas en biología humana se investigan con estudios observacionales en lugar de experimentales. Un estudio observacional mide características en una muestra pero no intenta manipular variables de interés. Un ejemplo sencillo de un estudio observacional es una encuesta política. A una muestra de adultos se le podría preguntar qué edad tienen y cuál de dos candidatos favorecen. El estudio proporciona una instantánea en el tiempo de las opiniones de los votantes potenciales y cómo difieren según la edad del encuestado. Si los resultados del estudio se aplican a la población en su conjunto depende principalmente de cuán grande y aleatoria sea la muestra.

¿En qué se diferencia un estudio observacional de un experimento, el estándar de oro de los estudios de investigación científica? La principal diferencia es cómo se trata a los sujetos. En un estudio observacional, no se intenta influir en los sujetos de ninguna manera. En un experimento, en contraste, el investigador aplica un tratamiento a un grupo de sujetos e intenta aislar los efectos del tratamiento sobre una variable de resultado comparando el grupo experimental con un grupo control. Por ejemplo, en 1954, Jonas Salk realizó un ensayo experimental de su recién descubierta vacuna contra la polio al dársela a una muestra muy grande de niños. A los niños de un grupo control igualmente grande se les administró una inyección inofensiva de solución salina pero no vacuna. Salk luego comparó los dos grupos de niños y determinó que la vacuna era de 80 a 90 por ciento efectiva en la prevención de la polio.

Tipos de Estudios Observacionales

Existen tres tipos diferentes de estudios observacionales: estudios transversales, de casos y controles y cohortes. Los tres tipos tienen pros y contras.

Estudios Transversales

Un estudio transversal es un tipo de estudio observacional que recoge datos de una muestra de sujetos una sola vez en un momento determinado. La encuesta política descrita anteriormente es un ejemplo sencillo de un estudio transversal. Un posible vínculo entre el tabaquismo y el cáncer de pulmón también fue sugerido por primera vez por estudios transversales. Los investigadores encontraron una mayor tasa de cáncer de pulmón en las personas que fumaban que en las que no fumaban al momento del estudio. Es decir, las dos variables parecían estar asociadas.

Los estudios transversales son relativamente baratos y fáciles de hacer, pero sus resultados son débiles, por lo que rara vez se usan solos. Más a menudo, un investigador utiliza un estudio transversal para encontrar variables que pueden estar vinculadas y luego realiza un estudio de casos y controles o cohortes para investigar más a fondo una posible relación entre las dos variables.

Estudios de casos y controles

Un estudio de casos y controles es un tipo de estudio observacional que compara a un grupo de sujetos que tienen un rasgo de interés (casos) con un grupo de sujetos similares que no tienen el rasgo (controles). Este tipo de estudio es retrospectivo. Se pide a los sujetos que reporten sus comportamientos en el pasado en un intento de encontrar correlaciones entre comportamientos pasados específicos y estado actual. La naturaleza retrospectiva de los estudios de casos y controles es su principal debilidad. Las respuestas de los sujetos pueden ser inexactas porque olvidan o son deshonestas sobre los hábitos pasados.

Un ejemplo clásico de un estudio de casos y controles es la investigación temprana sobre tabaquismo y cáncer de pulmón realizada por Doll and Hill (Figura\(\PageIndex{2}\)). En 1950, los dos científicos entrevistaron a 700 pacientes con cáncer de pulmón (casos) y 700 personas sin cáncer de pulmón (controles). Recolectaron información sobre los hábitos de tabaquismo pasados y otras características de las personas en los dos grupos. Al comparar los dos grupos, encontraron una fuerte asociación entre el comportamiento tabáquico pasado y el estado actual de cáncer de pulmón.

Figura\(\PageIndex{2}\): Austin Bradford Hill fue nombrado caballero británico por su importante investigación en salud pública, incluyendo su trabajo con Richard Doll estableciendo un vínculo entre el tabaquismo y el cáncer de pulmón.

Estudios de Cohorte

Un estudio de cohorte es un estudio observacional en el que se selecciona un grupo de sujetos similares (la cohorte) al inicio del estudio y luego se les sigue en el tiempo. Este tipo de estudio es prospectivo. Los investigadores recopilan datos sobre la cohorte periódicamente durante meses o incluso años en el futuro. Debido a que los investigadores recopilan la información directamente, es probable que los datos sean más precisos que los datos de recuerdo autoinformados en estudios de casos y controles. Los datos prospectivos también permiten a los investigadores establecer la secuencia de progresión de estados de enfermedad u otras afecciones de interés. Por otro lado, los estudios de cohortes son los estudios observacionales más costosos y difíciles de emprender.

Uno de los estudios de cohortes más grandes de la historia fue realizado por Doll y Hill en 1951. Se basó en su estudio anterior de casos y controles e investigó además el vínculo entre el tabaquismo y el cáncer de pulmón. La cohorte que inició el estudio incluyó a casi 50,000 médicos varones británicos, y fueron seguidos por los investigadores durante los siguientes 50 años. Los hallazgos iniciales del estudio se reportaron por primera vez en 1954, y luego los resultados actualizados se reportaron periódicamente después de eso. El último informe fue publicado en 2004, y reflexionó sobre los 50 años anteriores de hallazgos de investigación. Este estudio proporcionó evidencia aún más sólida de la correlación entre el tabaquismo y el cáncer de pulmón.

Numerosos otros estudios de investigación, incluyendo estudios experimentales, han demostrado de manera concluyente que fumar causa cáncer de pulmón, entre muchos otros problemas de salud. La figura\(\PageIndex{3}\) muestra algunos de los efectos nocivos que desde entonces se ha demostrado que son causados por el tabaquismo.

Figura\(\PageIndex{3}\): El cáncer de pulmón es solo uno de los muchos efectos adversos en el cuerpo humano que los estudios de investigación han demostrado ser causados por el tabaquismo. Los efectos adversos más comunes están en negrita e incluyen infarto de miocardio, aterosclerosis del sistema, cáncer de pulmón, bronquitis crónica y enfisema. Otros efectos incluyen cáncer de laringe, cáncer de esófago, cáncer de vejiga, cáncer de cavidad oral, úlcera péptica y cáncer de páncreas.

Correlación vs. causalidad en estudios observacionales

Los estudios observacionales generalmente pueden establecer correlación pero no necesariamente causalidad. La correlación es una asociación entre dos variables en la que un cambio en una variable se asocia con un cambio en la otra variable. La correlación puede ser fuerte o débil. También puede ser positivo o negativo.

• Si se muestra que dos variables tienen una correlación positiva, ambas variables cambian en la misma dirección. Por ejemplo, un estudio observacional podría encontrar que más tabaquismo se correlaciona con un mayor riesgo de cáncer de pulmón. Es decir, a medida que aumenta el tabaquismo, también lo hace el cáncer de pulmón.
• Si se muestra que dos variables tienen una correlación negativa, cambian en direcciones opuestas. Por ejemplo, un estudio observacional podría encontrar que las personas que hacen más ejercicio tienen menos probabilidades de desarrollar cáncer de pulmón. Es decir, a medida que aumenta el ejercicio, el cáncer de pulmón disminuye.

Una de las principales diferencias entre estudios observacionales y experimentos es el tema de correlación vs. causalidad. Debido a que los estudios observacionales no controlan todas las variables, las correlaciones que muestran entre variables no pueden interpretarse como una variable causa otra. En los experimentos, en contraste, se controlan todas las variables posibles, lo que hace más seguro concluir que los cambios en una variable causan cambios en otra. Desafortunadamente, cuando se reportan estudios observacionales en los medios de comunicación, esta distinción no suele hacerse. En cambio, una variable que se correlaciona con otra en un estudio observacional puede ser reportada incorrectamente como causante de cambios en la otra variable.

En estudios observacionales, siempre es posible que alguna otra variable afecte a ambas variables de interés y explique la correlación. Un ejemplo de la confusión de correlación y causalidad en estudios observacionales es el caso de los efectos sobre la salud del café. Muchos estudios observacionales tempranos sobre el consumo de café y la salud encontraron una correlación positiva entre el consumo de café y problemas de salud como enfermedades cardíacas y cáncer. ¿Significa esto que beber café causa estos problemas de salud? No necesariamente, aunque los medios de comunicación han reportado esta conclusión. Analizar más profundamente el tema revela que el consumo de café también se asocia con un estilo de vida menos consciente de la salud. Las personas que toman café tienden a practicar otros comportamientos que pueden afectar negativamente su salud, como fumar cigarrillos o beber alcohol. Estudios observacionales más grandes en los que se tuvieron en cuenta tales diferencias de estilo de vida no han encontrado correlación entre el consumo de café y los problemas de salud. De hecho, han encontrado que el consumo moderado de café en realidad puede tener algunos beneficios para la salud.

Justificación de los estudios observacionales

Si los estudios observacionales no pueden establecer la causalidad, ¿por qué se hacen? ¿Por qué no se investigan experimentalmente todas las preguntas de investigación? Hay varias razones importantes para hacer estudios observacionales:

• Un estudio observacional puede ser el único tipo de estudio que es factible para ciertas preguntas de investigación porque los experimentos son imposibles, poco prácticos o poco éticos de llevar a cabo. Por ejemplo, sería poco ético hacer un experimento sobre el tabaquismo y la salud en el que los sujetos de la muestra fumadora se expongan deliberadamente al humo del tabaco y luego se les observe para ver si desarrollan cáncer de pulmón.
• Un estudio observacional es generalmente más barato y más fácil de realizar que un estudio experimental.
• Un estudio observacional generalmente puede estudiar más sujetos y obtener un conjunto de datos más grande que un estudio experimental.

Modelos

Otra forma de obtener conocimientos científicos sin experimentación es con el modelado. Un modelo es una representación de parte del mundo real. ¿Alguna vez construyó un modelo de auto o avión? Los modelos científicos son algo así. Representan el mundo real pero son más simples. Esta es una razón por la que los modelos son especialmente útiles para investigar sistemas complejos. Al estudiar un modelo mucho más simple, es más fácil aprender cómo funciona el sistema real.

Como hipótesis, se debe evaluar un modelo. Se evalúa por criterios como qué tan bien representa al mundo real, qué limitaciones tiene y qué tan útil es. La utilidad de un modelo depende de qué tan bien sus predicciones coincidan con las observaciones del mundo real. Tenga en cuenta que incluso cuando las predicciones de un modelo coinciden con observaciones del mundo real, no prueba que el modelo es correcto o que es el único modelo que funciona.

Modelado de Sistemas Biológicos

Muchos fenómenos en biología ocurren como parte de un sistema complejo, ya sea que el sistema sea una célula, un órgano humano como el cerebro, o un ecosistema completo. Los modelos de sistemas biológicos pueden variar desde simples diagramas bidimensionales hasta complejas simulaciones por computadora. La Figura\(\PageIndex{3}\) representa un modelo del efecto de la nicotina sobre las células del sistema nervioso.

Figura\(\PageIndex{4}\): La nicotina se une a receptores específicos de la neurona presináptica. Cuando la nicotina se une a receptores en el cuerpo celular, excita a la neurona de manera que dispara más potenciales de acción (señales eléctricas, representadas por la forma dentada en la parte inferior izquierda de la figura) que se mueven hacia la sinapsis, provocando más liberación de dopamina (no mostrada en la figura). Cuando la nicotina se une a los receptores de nicotina en el terminal nervioso, aumenta la cantidad de dopamina liberada en respuesta a un potencial de acción.

Organismos Modelo

El uso de otros organismos como modelos del cuerpo humano es otra forma en que los modelos se utilizan en la investigación de biología humana. Un organismo modelo es una especie no humana que es ampliamente estudiada para comprender fenómenos biológicos particulares. La expectativa es que los descubrimientos realizados en el organismo modelo aporten conocimientos sobre el funcionamiento del organismo humano. En la investigación de enfermedades humanas, por ejemplo, los organismos modelo permiten una mejor comprensión del proceso de la enfermedad sin el riesgo agregado de dañar a seres humanos reales. Las especies modelo elegidas deben reaccionar ante la enfermedad o su tratamiento de una manera que se asemeje a la fisiología humana. Aunque la actividad biológica en un organismo modelo no asegura el mismo efecto en humanos, muchos medicamentos, tratamientos y curas para enfermedades humanas se desarrollan en parte con la guía de organismos modelo.

Los organismos modelo que se han utilizado en la investigación de biología humana van desde bacterias como E. coli hasta primates no humanos como los chimpancés. El ratón Mus musculus, en la foto de abajo, es un organismo modelo de uso común en la investigación médica humana. Por ejemplo, ha sido ampliamente utilizado para estudiar la obesidad inducida por la dieta y problemas de salud relacionados. De hecho, el modelo ratón de obesidad inducida por la dieta se ha convertido en una de las herramientas más importantes para comprender la interacción de las dietas occidentales altas en grasas y el desarrollo de la obesidad.

Figura\(\PageIndex{5}\): El ratón Mus musculus es comúnmente utilizado como organismo modelo en la investigación de biología humana.

Funcionalidad: Fuentes confiables

Es posible que obtenga la mayor parte de sus noticias de Internet. Probablemente también investigues preguntas personales y temas de trabajo a término en línea. A diferencia de la información en los periódicos y la mayoría de las transmisiones de noticias de televisión, la información en Internet no está regulada por su calidad o precisión. Casi cualquiera puede publicar casi cualquier cosa que desee en la web. La responsabilidad recae en el usuario de evaluar los recursos de Internet. ¿Cómo sabes si los recursos que encuentras en línea son confiables? Las preguntas a continuación te ayudarán a evaluar su confiabilidad.

1. ¿Cómo encontraste la página web? Si acaba de “buscar en Google” un tema o pregunta, los resultados de búsqueda pueden o no ser confiables. Más probabilidades de ser confiables son las páginas web recomendadas por un miembro de la facultad, citadas en una fuente académica o vinculadas a un sitio web de buena reputación.
2. ¿Cuál es el dominio del sitio web? Si su URL incluye .edu, está afiliado a un colegio o universidad. Si incluye .gov, está afiliado al gobierno federal, y si incluye .org está afiliado a una organización sin fines de lucro. Dichos sitios web son generalmente fuentes de información más confiables que los sitios web.com, que son sitios web comerciales o comerciales.
3. ¿Quién es el autor de la página web? ¿El autor está afiliado a una organización o institución reconocida? ¿Están listadas las credenciales del autor y son relevantes para la información de la página? ¿Se proporciona información de contacto actual del autor?
4. ¿Es confiable la información? ¿Se citan fuentes para hechos y cifras? ¿Se proporciona una bibliografía? ¿Parece que se presenta un sesgo o punto de vista particular, o la información parece justa y equilibrada? ¿La página contiene publicidad que pueda impactar el contenido de la información que se incluye?
5. ¿La información está actualizada? ¿Cuándo se creó la página y se actualizó por última vez? ¿Los enlaces de la página son actuales y funcionales?

Pon en práctica este consejo. Entra en línea y encuentra varias páginas web que brindan información sobre el tema del tabaquismo y el cáncer de pulmón. ¿Qué sitios web crees que proporcionan la información más confiable? ¿Por qué?

Revisar

1. Explicar por qué los estudios observacionales no pueden establecer la causalidad. Describe un ejemplo para ilustrar tu explicación.
2. Comparar y contrastar los tres tipos de estudios observacionales descritos anteriormente.
3. Identificar tres posibles razones para realizar un estudio observacional.
4. ¿Por qué los modelos se utilizan comúnmente en la investigación en biología humana?
5. Múltiples respuestas: ¿Qué tipo de estudio implica el recuerdo de variables ocurridas en el pasado? ¿Qué tipo implica la observación de variables desde el principio?
   1. correlación positiva; correlación negativa
   2. correlación negativa; correlación positiva
   3. retrospectivo; prospectivo
   4. prospectivo; retrospectivo
6. Verdadero o Falso. Una correlación positiva significa que hay beneficios para la salud con la variable investigada.
7. Verdadero o Falso. Una cohorte es un grupo de sujetos de diferentes edades, pesos, géneros y estados de salud.
8. Se realiza un estudio para investigar si el consumo de refrescos influye en el desarrollo de la diabetes. Los sujetos son individuos diagnosticados recientemente con diabetes en comparación con los controles que no tienen diabetes. A todos los encuestados se les pregunta cuántas veces a la semana bebieron refresco en los últimos dos años. Responde las siguientes preguntas sobre esta investigación científica.
   1. ¿Qué tipo de estudio observacional es este?
   2. Los sujetos con diabetes son “emparejados” con los controles, lo que significa que los investigadores intentaron minimizar el efecto de otras variables fuera de la variable de interés (es decir, consumo de refrescos). ¿Cuáles crees que podrían ser algunas de esas otras variables?
   3. ¿Crees que los datos sobre el consumo de refrescos serán precisos? ¿Por qué o por qué no?
   4. ¿Cómo podría cambiar el estudio para obtener datos más precisos sobre si existe una relación entre el consumo de refrescos y la diabetes? Explica por qué tu nuevo estudio sería más preciso.
9. ¿Cree que los modelos de simulación por computadora de sistemas biológicos pueden ser precisos sin observaciones o experimentos en organismos o tejidos vivos reales?
10. Explicar por qué tanto las investigaciones observacionales como las experimentales son útiles en la ciencia.

Explora más

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Atribuciones

1. Advertencia de paquete de tabaco por CDC/ Debora Cartagena, dominio público vía Wikimedia Commons
2. Galería de Sir Austin Bradford Hill by Wellcome Collection, con licencia CC BY 4.0 vía Wikimedia Commons
3. Efectos adversos del tabaco de Mikael Häggström, liberado al dominio público vía Wikimedia Commons
4. Nicotina aumenta dopamina por Instituto Nacional de Salud, dominio público vía Wikimedia Commons
5. Ratón por gobierno de Estados Unidos, dominio público vía Wikimedia Commons
6. Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0