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Deskriptive Epidemiologie - szucs.ch · PDF filePage 3 descriptive epi 5 Was ist...

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descriptive epi 1 Deskriptive Epidemiologie Thomas D. Szucs MD MBA descriptive epi 2 Übersicht 1. Einführung 2. Demographie 3. Natürlicher Krankheitsverlauf 4. Masszahlen der Morbidität und Mortalität 5. Risiko
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descriptive epi 1

Deskriptive Epidemiologie

Thomas D. Szucs MD MBA

descriptive epi 2

Übersicht

1. Einführung2. Demographie3. Natürlicher Krankheitsverlauf4. Masszahlen der Morbidität und Mortalität5. Risiko

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1. Einführung

descriptive epi 4

Was ist Epidemiologie?

Die Untersuchung der Verteilung und der Determinanten von gesundheitsbezogenen

Zuständen oder Ereignissen in umschriebenen Bevölkerungsgruppen und die Anwendung der

Ergebnisse zur Steuerung von Gesundheitsproblemen.

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Was ist Epidemiologie?

Wer? Wann?

descriptive epi 6

Ziele der Epidemiologie

1. Erkennen der Ätiologie oder der Ursache einer Erkrankung sowie möglicher Risikofaktoren.

2. Das Ausmass von Krankheit in der Bevölkerung bestimmen.

3. Den natürlichen Verlauf und die Prognose von Krankheiten untersuchen.

4. Neue präventive und therapeutische Massnahmen sowie Änderungen in der medizinischen Versorgung bewerten (Evaluation).

5. Epidemiologie soll die Grundlagen schaffen für die Entwicklung der Gesundheitspolitik und von behördlichen Entscheidungen in Umweltfragen

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descriptive epi 7

descriptive epi 8

DER EPIDEMIOLOGISCHE ANSATZ Wie geht Epidemiologe vor, um Ursachen einer Erkrankung zu erkennen? Epidemiologisches Denken verläuft in mehreren Schritten. Zunächst ist die Frage zu klären, ob ein Zusammenhang besteht zwischen einem Faktor oder einem Merkmal und einer bestimmten Erkrankung. Hierzu untersuchen wir die Merkmale von Individuen und von Gruppen. Stellt sich nun heraus, dass ein Zusammenhang einer Exposition und einer speziellen Krankheit besteht, handelt es sich dann notwendigerweise um eine ursächliche Beziehung? Nein, nicht alle Beziehungen sind kausal. Der zweite Schritt besteht also darin zu versuchen, aus dem Muster der entdeckten Zusammenhänge angemessene Schlussfolgerungen auf einen möglichen Kausalzusammenhang abzuleiten.

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descriptive epi 9

Epidemiology: Models

Host, Agent, and Environment modelPerson, Place and Time modelExposure-Outcome modelCause-Effect modelObservational - ExperimentalMathematical and Statistical model

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Host, Agent, Environment

Population

Environment

Host Agent

Population

Environment

Host Agent

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Host, Agent, EnvironmentHost Agent Environment

AgeSexRace/EthnicityReligionSESMarital statusLifestyleExerciseBehaviorCo-morbidityGenetic makeup

BiologicMicroorganisms

ChemicalToxins, tobacco,alcohol, drugs

PhysicalTrauma, radiation,fire

NutritionLack of, excess

Disease vectorsPopulation densitySubstances insurroundings andworkplaceAir qualityWeatherNoiseFood and water sourcesSpecial environments:Hospitals, day-care,institutions, bath houses,crack houses, refugeecamps

descriptive epi 12

Person, Time, and Place

Individual risks and disease occurrence is examined in terms of geographic location and calendar time.

Time and Place are used to link individuals – Chain of transmission, e.g., infectious diseases– Clustered event, e.g., infectious disease, environmental

exposures

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descriptive epi 13

Exposure - Outcome Model

Exposure and outcome are defined Conceptual model is proposed that connects the exposure to outcomeExposure can have two components:

– Likelihood of exposure – Likelihood of outcome after exposure

More complicated model accounts for confounding and interaction

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Exposure - Outcome Model

Exposure Outcome

Exposure Outcome

Confounder(s)

Simple Model

Complicated Model

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Cause - Effect Model

One goal of Epidemiology is to establish cause and effect between an exposure and an outcomeCause-effect models are multi-disciplinary and draw upon expertise in other fields to establish:

– Biologic plausibility (biology, medicine)– Dose-response relationship (pharmacology, biology)– Specificity of exposure (clinical medicine)– Strength of association, replication and consistency of findings

(biostatistics)

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Observational-Experimental Model

This model make a distinction between two broad approaches in EpidemiologyObservational study

– The investigator does not determine the nature or extent of exposure

– e.g., cohort study after exposure to environmental toxinExperimental study– The investigator determines the nature and extent of exposure– e.g., randomized clinical trial of new therapeutic agent

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Studientypen

descriptive epi 18

Mathematical and Statistical Models

Mathematical Models– Simplified, mathematical representations of biologic

processes– Analysis focuses on the characteristics of this

representationStatistical Models

– Mathematical approach to find and understand patterns in data

– Fundamental tool in the analysis of epidemiologic data

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Objectives of Epidemiology

To determine the etiology or cause of a disease, including risk factorsTo determine the extent of disease in the communityTo study the natural history and prognosis of diseaseTo evaluate both existing and new preventive and therapeutic measures and modes of health care deliveryTo provide the foundation for developing public policy and regulatory decisions relating to environmental problems

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Basic Questions in Epidemiology

1. How much disease is out there?2. Who is getting the disease?3. Where is the disease occurring?4. When is the disease occurring?5. Why is the disease occurring?6. What is the course of the disease?7. How can we prevent/treat the disease?

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descriptive epi 21

Changes in Community Health Problems

Why do changes occur?Role of epidemiology

– Track changes– Identify shifts in disease type, severity, outcome– Identify shifts in leading causes of death/ morbidity

Changes in health patterns require– Changes in focus and type of research – Changes in intervention and prevention programs, changes in public

policy

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Epidemiologic Approach

Define the populationEnumerate the disease, or condition, in the populationDetermine association between a factor or characteristic of a person and the development of the disease of interest

– Study characteristics of groups and individuals in those groupsDetermine whether an association is causal.Evaluate the effect of interventions on the development of disease

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2. Demographie

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Lebenserwartung in der Schweiz

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Anteil der über 60ig Jährigen

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Record FemaleLife Expectancy: No Empirical Evidence of a Ceiling

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Steady Decline of Premature Mortality

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Altersstruktur der Bevölkerung

0

10

20

30

40

5060

70

80

90

80.000 60.000 40.000 20.000 0 20.000 40.000 60.000 80.000

2000

2060

Szenario 1

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Predicted changes in the age distribution of the world between 2000 and 2050

Buckley BM; Eur H J 2001; 3 (Suppl N): N6-N10 (Data from the United

World

More developed regions

Less developed regions

Less developed countries

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Entwicklung der Lebenserwartung

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Protohominids - Maximum lifespan

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Homo erectus - Maximum lifespan

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Jeanne Louise Calment: Oldest person in the world

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Large changes in the amount of time that individuals can expect to spend in employment

If existing trends were to continue, by 2020 men would spend significantly more of their lives outside work, and the levels of employment rates for men and women would become similarSources: OECD

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3. Der natürliche Krankheitsverlauf

descriptive epi 38

Der natürliche Krankheitsverlauf und einige Datenquellen

Krankheits-beginn

Symptome Arztbesuch Diagnose Behandlung

Ergebnis:Heilung

KontrolleBehinderung

Tod

InterviewsKrankenakte

KrankenhausaufzeichnungenEinige Datenquellen:

Gesund

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5 primary dimensions of patientoutcomes

descriptive epi 40

Szenarien der Morbiditätsentwicklung

Modell der Vergangenheit

Modell der GegenwartGesund Krank

Gesund Krank

Compressed morbidity ModellGesund Gewonnene Jahre Krank

Modell der Bi-ModalitätGesund Gewonnene Jahre Krankheit

Gewonnene Jahre GesundheitModell der Zukunft

Gesund Gewonnene Jahre in Gesundheit ?

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Transitions between Disease Stages

Diabetic Nephropathy

ESRD

Normal

micro-albuminuria

clinicalnephropathyDCCT

data

Epidemiologicdata

descriptive epi 42

4. Masszahlen zur Mortalität und Morbidität

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descriptive epi 43

Inzidenz

= Anzahl neuer Krankheitsfälle, die in einem bestimmten Zeitraum auftreten, bezogen auf die Bevölkerung mit gleichem Erkrankungsrisiko.

Anzahl neu aufgetretenerKrankheitsfälle in einer

Bevölkerungsgruppe innerhalbeines Zeitraumes

Anzahl Personen mit dem Risiko, innerhalbdieses Zeitraumes zu erkranken

InzidenzPro 1000

= x 1000

descriptive epi 44

Prävalenz

= Anzahl der erkrankten Personen innerhalb einer Bevölkerung zu einer bestimmten Zeit, geteilt durch die Anzahl der Gesamtbevölkerung.

Zahl der Krankheitsfällein einer Bevölkerung zu einem definierten

Zeitpunkt

Gesamtzahl der Bevölkerung zudiesem Zeitpunkt

PrävalenzPro 1000

= x 1000

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Zusammenhang zwischen Prävalenz, Inzidenz und Krankheitsdauer

Prävalenz =Inzidenz x durchschnittliche

Krankheitsdauer

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Prävalenzen variieren von Land zu Land

Diagnostische KriterienKulturelle EinstellungenStudienmethodologieWissen beim GrundversorgerErwartungen an den Alterungsprozess

Quellen: Jorm et al, 1987. Ryan, 1994

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Relationship among incidence, prevalence and duration of asthma in the United States

AGE Annual Prevalence DurationIncidence

0 - 5 6/1000 28/1000 4.8

6 - 16 3/1000 32/1000 10.7

17 - 44 2/1000 26/1000 13.0

45 - 64 1/1000 33/1000 33.0

65 + 0 36/1000 33.0

descriptive epi 48

Beispiele für die Punkt- und Periodenprävalenz sowie der kumulativen Inzidenz bei Asthma

Kumulative- oder Lebenszeitinzidenz

Haben Sie jemals unter Asthma gelitten?

PeriodenprävalenzLitten Sie unter Asthma während der letzten 10 Jahre?

PunktprävalenzLeiden Sie zur zurzeit unter Asthma?

Art des MassesInterview Fragen

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descriptive epi 4960–69 70–79 80–89

Altersgruppe

0.3

2.5

10

0.4

3.6

11.2

0

2

4

6

8

10

12Pr

äval

enz

(%)

MännerFrauen

Quelle: Roc et al, 1991.

Prävalenz des M. Alzheimer: EURODEM Gruppe

descriptive epi 50Quelle: Hux et al, 1998

Schweregrad des Morbus Alzheimer und Behandlungskosten

1 Punkt Abnahme des MMSE Wertes erhöht die Kosten um 1343 Can$/Person/Jahr

9'451

16'054

36'794

05'000

10'00015'00020'00025'00030'00035'00040'000

Milde AE Mittelschwere AE Schwere AE

Jähr

liche

Kos

ten

($C

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Ansätze zur Messung der Inzidenz

1. Einzelne Bevölkerungsbefragung

KrankheitsbeginnInnerhalb des

interessierendenZeitraumes

Erhebung

Zeit

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Ansätze zur Messung der Inzidenz

2. Wiederholte Bevölkerungsbefragung

ExistierendeFälle

Erste Erhebung

ExistierendeFälle

Neue Fälle

Zeit

Zweite Erhebung

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descriptive epi 53

Ansätze zur Messung der Inzidenz

3. Retrospektive Analyse diagnostizierterFälle

Analyse diagnostizierteFälle im interessierenden

Zeitraum

Studienzeitpunkt

Zeit

descriptive epi 54

Ansätze zur Messung der Inzidenz

4. Prospektive Registrierung diagnostizierterFälle

KontinuierlicheRegistrierung

diagnostizierterFälle

Studienbeginn

Zeit

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Masszahlen

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Prevalence survey

Populationat risk

Defined population Representativesample

Diesease/outcomepresent

NOYes

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Uses of incidence and prevalence

Three purposes:

1. Predicting future cause of disease2. Assigning a probability to a patient3. Making comparisons

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Economic effect of a 5 year delay in the onset of Alzheimer’s disease

US National Institutes of Health Research for a new age[http://www.gov/nia/health/pubs/Research/page 4.htm#start]

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$ m

illia

rtden

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995

10

20

30

40

50

Entwicklung der direkten Kosten von Diabetes in den USA

descriptive epi 60

Difference in cases for incidence and prevalence studies

Earlydeaths

Cures Leavepopulation

Time

Enter population

Incident cases

All new cases

arising in a defined

population

Prevalent cases

Present at a point

in time

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Characteristics of incidence and prevalence

Characteristic Inicidence Prevalence

Numerator New cases occurring All cases counted on a single during a period of time survey or examination of a

groupamong a group initiallyfree of disease

Denominator All susceptible people All people examined inclu-press at the # be- ding cases an non casesginning of the period

Time Duration of period Single point

How measured Cohort study Prevalence (cross-sectional) study

descriptive epi 62

Krankenhausmortalität - Akuter Myokardinfarkt in der Thrombolyseära anhand kontrollierter klinischer Studien

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AltersstandardisierungZiel: Vergleichbarkeit von Gruppen

Direkte Standardisierung– Gewichtung der altersspezifischen Raten mit derAltersstruktur einer Standardpopulation– Annahme: Altersstruktur in der Studienpopulation istgenauso wie die in der StandardpopulationIndirekte Standardisierung– Altersspezifische Raten einer Standardpopulation angewendetauf die Altersstruktur der Studienpopulation– Annahme: Rate in der Standardpopulation ist genausowie die in der Studienpopulation

descriptive epi 64

Vor- und Nachteil roher Raten

Vorteile– Beschreiben der absoluten Grössenordnung– Leicht zu berechnen

Nachteile– In Vergleichen (zwischen Ländern, Regionen) aufrund

unterschiedlicher Alters- und Geschlechtsverteilung schwer zu interpretieren

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Warum Standardisierung von Raten?

Um mögliche Verzerrungen in Vergleichen zwischen zwei oder mehr Untersuchungseinheiten aufgrund unterschiedlicher Variablen, die mit dem Outcome verbunden sind (etwa Alter, Geschlecht, Raucherstatus, etc.) auszugleichen.Oft wird Begriff Adjustierung gebraucht

descriptive epi 66

Direkte Standardisierung

Anwendung der in der untersuchten Population beobachteten alterspezifischen Raten auf eine StandardbevölkerungErgebnis: Erwartete Rate (bzw. Anzahl der Fälle) in dieser StandardpopulationVergleich dieser erwarteten Rate mit der beobachteten (SIR bzw. SMR)Ergebnis wird durch die Wahl der Standardbevölkerung beeinflusst

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Beispiel der direkten Altersstandardisierung (1): Vergleich der Gesamtmortalität in einer Population in 2 Perioden

126113090000096862900000

Sterberate pro 100000

# TodesfällePopulationSterberate pro 100000

# TodesfällePopulation

Späte PeriodeFrühe Periode

descriptive epi 68

Beispiel der direkten Altersstandardisierung (2): Vergleich der altersspezifischen Mortalitätsraten in 2 Perioden

3507002000004064061000070+

10040040000013239630000050-69

1030300000126050000030-49

126113090000096862900000Alle

Sterberate pro 100000

# Todesfälle

PopulationSterberate pro 100000

# Todesfälle

Population

Späte PeriodeFrühe Periode

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descriptive epi 69

Beispiel der direkten Altersstandardisierung (3): Durchführen einer Altersstandardisierung unter Vewendung der beiden Gesamtpopulationen

18302238Total # der erwarteten Todesfälle

1050350121840630000070+

1830/1800000= 101.7

2238/1800000= 124.1

Altersstan-dardisierteRaten

70010092413270000050-69

8010961280000030-49

1800000Alle

Erwartete # Todesfälle mit „später“ Rate

„Späte“ rate pro 100000

Erwartete # Todesfälle mit „früher“ Rate

„Frühe“ rate pro 100000

Standard Population

Altersgruppe

descriptive epi 70

Grundidee der indirekten Standardisierung

Wie wäre die Erkrankungsinzidenz in der untersuchten Population, wenn in dieser die

stratumspezifischen Inzidenzraten der Vergleichsbevölkerung herrschen würden?

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Indirekte Standardisierung

Anwendung der alterspezifischen Raten einer Standardbevölkerung auf die zu untersuchende Population, um daraus die „erwartete“ Inzidenzrate(bzw. die Anzahl „erwarteterFälle“ dieser Population zu bestimmenDiese „erwartete“ Inzidenz wird mit der beobachteten verglichen (Standardized IncidenceRatio – SIR – oder bei Mortalität StandardizedMortality Ratio – SMR)

descriptive epi 72

Beispiel indirekte Standardisierung: Leukämien nähe Kernkraftwerke

Ist die Inzidenz in dieser Population im Vergleich zur BRDBevölkerung erhöht?

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descriptive epi 73

Standardised incidence ratio

Beispiel:

descriptive epi 74

Interpretation SIR

Liegt dieser Ratio über 1. so ist die Inzidenz in der Untersuchungsgruppe höher als erwartet, liegt dieser Ratio unter 1, ist die Inzidenz niedriger als erwartet, liegt er bei1, besteht kein Unterschied.

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descriptive epi 75

Berechnung einer SMR für alle Formen der Tuberkulose bei weissen Minenarbeitern im Alter von 20-59 Jahren, USA, 1950

436181.09534533Gesamt11231.9675.234249455-5917458.3256.8210264945-549850.5533.9614887035-442217.4121.548084530-342013.7116.128507725-29109.1412.267459820-24(4)(3) = (1) x (2)(2)(1)Alter (Jahre)

Beobachtete Tbc Todesfälle bei weissen Minenarbeitern

Erwartete Todesfälle an Tbc bei weissen Minenarbeitern, wenn sie das gleiche Risiko hätten wie die Allgemein-bevölkerung

Sterberate (pro 100000) an Tbc bei Männern in der Allgemein-bevölkerung

Geschätzte Population weisser Männer

SMR (20-59 Jährige) = (436 / 181.09) x 100 = 241

descriptive epi 76

Wann welche Standardisierung?

Direkte Standardisierung erfordert stratumspezifischeRatenIndirekte Standardisierung bei kleinen stratumspezifischen FallzahlenBei Vergleichen von mehreren Populationen: direkte StandardisierungVorsicht bei unterschiedlichen alterspezifischen Verläufen

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descriptive epi 77

Kohorteneffekte: Altersspezifische Todesraten pro 100000 an Tbc, Männer, Massachussets, 1880-1930

9512716334339667270+9517224630434647560-6912717125226732536650-5911817525325333636440-4911516425329636837830-398114920728836144420-292149639011512610-191124213149435-9411083093095787600-4

193019201910190018901880AltersGruppe

Jahr

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5. Risiko

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Definition Risiko

Allgemein ist das Risiko eines Ereignisses definiert als die ”Wahrscheinscheinlichkeit”, dass dieses Ereignis eintritt. In den Gesundheitwissenschaften kennzeichnet der Begriff des Risiko also die Wahrscheinlichkeit, zu erkranken oder allgemeiner einen Wechsel im Gesundheitsstatus zu erfahren.

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Achtung!

Die Wahrscheinlichkeit ist ein dimensionsloses Mass(Zahl wischen 0 und 1). Die Raten, die wir bislang betrachtet haben, haben eine zeitliche Dimension (Personenjahre). Man kann Raten allerdings auch auffassen als ”Wahrscheinlichkeit pro Zeiteinheit, also als Risiko pro Zeiteinheit. Deshalb wird die Inzidenzrate auch als Inzidenzdichtebezeichnet.

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Bezeichnungen

IE Inzidenzrate der Exponierten (E steht für „exposed “ )IU Inzidenzrate der Nicht-Exponierten (U steht für „unexposed “IP Inzidenzrate der Population

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Exzess Risiko (ER)

Das ”Excess Risk” gibt an, um wieviel sich die Rate der Exponierten von der Rate der Nichtexponierten unterscheidet.ER = IE - IU

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Beispiel Excess Risk

Die kumulierte Inzidenz, an Brustkrebs zu erkranken, beträgt für eine Frau mit mehr als 15 Jahren Hormonersatztherapie 89 pro 1000 Frauen, während Frauen ohne Hormonersatztherapie eine kumulierte Inzidenz von 79 pro 1000 Frauen zeigten. Somit errechnet sich das Excess Risk:

ER = IE – IU = 89/1000 – 79/1000 = 10/1000Es kennzeichnet die absolute Zahl der Fälle, die durch die Exposition verursacht wird. Es berücksichtigt allerdings nicht die Basishöhe des Risikos.

descriptive epi 84

Attributives RisikoFür das Attributable Risk, das attribuierbare Risiko, wird das Excess Risk an der Inzidenzrate der Exponierten gewichtet. Es charakterisiert, also die Größenordnung des Überschusses gemessen an der Rate der Exponierten.Dies ist deshalb wichtig, weil ein ein zahlenmäßig gleicher Überschuss bei einer niedrigen Basisrate natürlich ein anderes Gewicht hat als bei einer hohen Basisrate.

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Attributives Risiko: Beispiel

Die kumulierte Inzidenz, an Brustkrebs zu erkranken, beträgt für eine Frau mit mehr als 15 Jahren Hormonersatztherapie 89 pro 1000 Frauen, während Frauen ohne Hormonersatztherapie eine kumulierte Inzidenz von 79 pro 1000 Frauen zeigten. Somit errechnet sich das Attributive Risiko:

89/1000 – 79/1000

89/1000AR = = 0.112

Interpretation: von allen erkrankten Frauen, die mehr als 15 JahreHormonsubstitution genutzt haben, sind 11.2% auf diese zurückzuführen

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Population attributable risk(population atrubutable fraction, AF)

Gibt den Anteil an, den der betrachtete Faktor an den betrachteten Erkrankungen in der Population verursacht. Wichtiges Mass zur Beurteilung der Relevanz eines Faktors für das Krankheitsgeschehen in der Bevölkerung und zur Planung von Public-Health Massnahmen.

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Beispiel des population attributable fraction: Beziehung zwischen Zigarettenrauchen und Schlaganfall-inzidenzrate in einer Kohorte von 118539 Frauen

30.2908447274

49.6280141139Raucher

27.923271265Früher geraucht

17.739559470Nie geraucht

Inzidenzrate pro 100000 Personen-jahre

Personen-Jahre# Schlaganfall-patientinnen

Rauch-verhalten

AFp = 30.2 – 17.730.2 = 0.414

Interpretation: 41.4% der Schlaganfälle in der bertrachteten Populationsind dem Risikofaktor Rauchen „attribuierbar“.

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Relatives Risiko

Zur Berechnung des Relative Risk (relatives Risiko) wird die Inzidenzrate der Exponierten zur Inzidenzrate der Nichteponierten ins Verhältnis gesetzt. Gibt an, wie groß der relative Überschuss der Exponierten-Rate gegenüber der Nichtexponiertenrate ist. Ergebnis kann in ”Prozenten” ausgedrückt werden. RR charakterisiert also die Stärke des Zusammenhangs des Faktors mit der Erkrankung.

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descriptive epi 89

Atherothrombosis is Commonly Found in More Than One Arterial Bed*

Coronary disease

Cerebrovasculardisease

Peripheral arterial disease

24.7%

3.8% 11.8%

29.9%

3.3%

7.4%

19.2%

*Data from CAPRIE study (n=19,185)

Coccheri S. Eur Heart J 1998; 19(suppl): P1268.

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Relative Risks of Future MI Among Apparently Healthy Middle Aged Men

Lipoprotein (a)Lipoprotein (a)

HomocysteineHomocysteine

FibrinogenFibrinogen

tPA AntigentPA Antigen

hshs--CRPCRP

hshs--CRP + TC/HDLCRP + TC/HDL

Relative Risk for Future Myocardial InfarctionRelative Risk for Future Myocardial Infarction00 1.01.0 2.02.0 4.04.0 6.06.0

Total CholesterolTotal Cholesterol

TC/HDLTC/HDL

Adapted from Ridker. Ann Intern Med 1999;130:933-937

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Risk of Coronary Heart Disease IncreasesWith Multiple Risk Factors

Risk factors

• Systolic blood pressure (>160 mm Hg)

• Cholesterol (>260 mg/dL)

• HDL cholesterol (<35 mg/dL)

• Diabetes• Smoking• Left ventricular hypertrophy

confirmed by ECG

*Estimated risk of coronary heart disease over ten years according to various combinations of risk factors Kannel. Hypertens Res 1995; 18: 181–196

0

10

20

30

40

50

60

70

No riskfactors

1 riskfactor

2 riskfactors

3 riskfactors

4 riskfactors

5 riskfactors

6 riskfactors

MenWomen

Ri s

k of

CH

D ( %

) *Analysis of data from the Framingham Heart Study


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