Возможности использования направленных ациклических графов при планировании и интерпретации результатов биомедицинских исследований

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В статье представлен алгоритм построения и применения направленных ациклических графов (Directed Acyclic Graphs, DAGs) при планировании эпидемиологических и биомедицинских исследований. DAGs представляют собой графический инструмент для моделирования сложных связей между переменными, что особенно актуально в биомедицинской науке, где корректная оценка причинно-следственных связей требует учёта потенциальных вмешивающихся факторов. Подчёркивается значимость DAGs для концептуализации научной гипотезы и понимания структуры связей между факторами на основе анализа литературы и результатов ранее проведённых исследований. Применение DAGs способствует повышению качества как планирования исследования, так и анализа данных, обеспечивая более обоснованный подход к отбору переменных для включения в математические модели. DAGs позволяют определить минимальный и достаточный набор факторов для коррекции с учётом роли переменных (конфаундеров, медиаторов, коллайдеров) относительно воздействия (вероятного фактора риска) и исхода (заболевания или состояния), тем самым снижая риск аналитических ошибок. В статье акцентируется внимание на практическом применении DAGs с помощью доступного программного обеспечения, а также представлены конкретные примеры использования графов в биомедицинских исследованиях. В заключение предложены рекомендации по интеграции DAGs в практику биомедицинских исследований, что может способствовать более широкому внедрению современных методов многомерного статистического анализа, улучшению интерпретируемости и повышению воспроизводимости научных результатов.

Об авторах

Екатерина Анатольевна Кригер

Северный государственный медицинский университет

Email: kate-krieger@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5179-5737
SPIN-код: 2686-7226

канд. мед. наук, PhD, доцент

Россия, Архангельск

Виталий Александрович Постоев

Северный государственный медицинский университет

Email: ispha@nsmu.ru
ORCID iD: 0000-0003-4982-4169
SPIN-код: 6070-2486

канд. мед. наук, PhD, доцент

Россия, Архангельск

Александр Валерьевич Кудрявцев

Северный государственный медицинский университет

Email: ispha09@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8902-8947
SPIN-код: 9296-2930

PhD

Россия, Архангельск

Татьяна Николаевна Унгуряну

Северный государственный медицинский университет

Email: unguryanu_tn@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8936-7324
SPIN-код: 7358-1674

д-р мед. наук, PhD, доцент

Россия, Архангельск

Андрей Мечиславович Гржибовский

Северный государственный медицинский университет; Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова; Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: andrej.grjibovski@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5464-0498
SPIN-код: 5118-0081

доктор медицины, PhD

Россия, Архангельск; Якутск; Архангельск

Список литературы

  1. Mitkin NA, Drachev SN, Krieger EA, et al. Sample size calculation for cross-sectional studies. Ekologiya cheloveka (Human Ecology). 2023;30(7):509–522. doi: 10.17816/humeco569406 EDN: LOEJVM
  2. Greenland S, Pearl J, Robins JM. Causal diagrams for epidemiologic research. Epidemiology. 1999;10(1):37–48.
  3. Shrier I, Platt RW. Reducing bias through directed acyclic graphs. BMC Med Res Methodol. 2008;8:70. doi: 10.1186/1471-2288-8-70
  4. VanderWeele TJ. Principles of confounder selection. Eur J Epidemiol. 2019;34(3):211–219. doi: 10.1007/s10654-019-00494-6
  5. Foraita R, Spallek J, Zeeb H. Directed acyclic graphs. In: Ahrens W, Pigeot I, editors. Handbook of Epidemiology. New York: Springer; 2014. P. 1481–1517. doi: 10.1007/978-0-387-09834-0_65
  6. Kornaropoulos EM, Tollis IG, DAG View: an approach for visualizing large graphs. In: Didimo W, Patrignani M, editors. Graph Drawing. GD 2012. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 7704. Berlin, Germany: Springer; 2013. P. 499–510. doi: 10.1007/978-3-642-36763-2_44
  7. Textor J, Zander BVD, Gilthorpe MS, et al. Robust causal inference using directed acyclic graphs: the R package ‘dagitty’. Int J Epidemiol. 2016;45(6):1887–1894. doi: 10.1093/ije/dyw341
  8. Porta MS, Greenland S, Hernánet M, et al. A dictionary of epidemiology. 6th ed. New York: Oxford University Press; 2014. 343 p.
  9. Szklo M, Nieto FJ. Epidemiology: Beyond the Basics. 4th ed. Sudbury: Jones & Bartlett Learning, LLC; 2018. 489 p.
  10. Bursac Z, Gauss CH, Williams DK, et al. Purposeful selection of variables in logistic regression. Source Code Biol Med. 2008;3:17. doi: 10.1186/1751-0473-3-17
  11. Textor J, Liśkiewicz M. Adjustment criteria in causal diagrams: an algorithmic perspective. In: Proceedings of the Twenty-Seventh Conference on Uncertainty in Artificial Intelligence. Barcelona, Spain: AUAI Press; 2011. doi: 10.48550/arXiv.1202.3764
  12. Lee PH. Is a cutoff of 10% appropriate for the change-in-estimate criterion of confounder identification? J Epidemiol. 2014;24(2):161–167. doi: 10.2188/jea.je20130062
  13. Heinze G, Wallisch C, Dunkler D. Variable selection — A review and recommendations for the practicing statistician. Biom J. 2018;60(3):431–449. doi: 10.1002/bimj.201700067
  14. Bailey LC, Forrest CB, Zhang P, et al. Association of antibiotics in infancy with early childhood obesity. JAMA Pediatr. 2014;168(11):1063–1069. doi: 10.1001/jamapediatrics.2014.1539
  15. Li DK, Chen H, Ferber J, et al. Infection and antibiotic use in infancy and risk of childhood obesity: a longitudinal birth cohort study. Lancet Diabetes Endocrinol. 2017;5(1):18–25. doi: 10.1016/S2213-8587(16)30281-9
  16. Dekkers OM, Laugesen K, Groenwold RHH. Directed acyclic graphs in clinical research. Eur J Endocrinol. 2024;190(4):E5–E7.
  17. Williamson EJ, Walker AJ, Bhaskaran K, et al. Factors associated with COVID-19-related death using OpenSAFELY. Nature. 2020;584(7821):430–436. doi: 10.1038/s41586-020-2521-4
  18. Sattar N, McInnes IB, McMurray JJV. Obesity is a risk factor for severe COVID-19 infection: multiple potential mechanisms. Circulation. 2020;142(1):4–6. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.120.047659
  19. Hamer M, Kivimäki M, Gale CR, Batty GD. Lifestyle risk factors, inflammatory mechanisms, and COVID-19 hospitalization: A community-based cohort study of 387,109 adults in UK. Brain Behav Immun. 2020;87:184–187. doi: 10.1016/j.bbi.2020.05.059
  20. Fang L, Karakiulakis G, Roth M. Are patients with hypertension and diabetes mellitus at increased risk for COVID-19 infection? Lancet Respir Med. 2020;8(4):e21. doi: 10.1016/S2213-2600(20)30116-8
  21. Griffith GJ, Morris TT, Tudball MJ, et al. Collider bias undermines our understanding of COVID-19 disease risk and severity. Nat Commun. 2020;11(1):5749. doi: 10.1038/s41467-020-19478-2
  22. Lash MP, Fink AK. Applying quantitative bias analysis to epidemiologic data. New York: Springer; 2011. 192 р.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Пример построения DAG.

Скачать (38KB)
3. Рис. 2. Начало (инициация) построения DAGs, определение воздействия и исхода.

Скачать (151KB)
4. Рис. 3. Роли факторов (переменных) в контексте изучения причинно-следственной связи между воздействием и исходом.

Скачать (59KB)
5. Рис. 4. Пример DAGs, отражающего явление конфаундинга.

Скачать (395KB)
6. Рис. 5. Оценка общего и прямого эффекта воздействия на исход.

Скачать (334KB)
7. Рис. 6. Пример DAGs, отражающего ошибку коллайдера.

Скачать (275KB)
8. Рис. 7. Пример построения DAGs для определения переменных, которые необходимо учитывать при оценке влияния ожирения на тяжесть COVID-19.

Скачать (411KB)

© Эко-Вектор, 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».