Comparación en la Investigacion Científica: _{Descubriendo relaciones estadísticamente significativas}

Una breve historia de los métodos comparativos

En 1698, Tyson, un miembro de la Real sociedad de Londres, empezó una disección detallada del "pigmeo" que había obtenido para su estudio, y publicó sus descubrimientos en 1699, en el trabajo: Orang-Outang, sive Homo Sylvestris: o la anatomía de un pigmeo comparada a la de un mono, un simio y un hombre (Orang-Outang, sive Homo Sylvestris: or, the Anatomy of a Pygmie Compared with that of a Monkey, an Ape, and a Man). El título del trabajo refleja aún más el error que existía en ese momento Tyson no usó el término Orang-Outang en el sentido moderno para referirse al orangután, lo usó en su traducción literal del idioma malayo que significa "hombre de los bosques," puesto que así era como se los veía a los chimpancés.

Tyson tuvo un gran cuidado en su disección. Midió con exactitud y comparó una cantidad de variables anatómicas tales como el tamaño del cerebro del "pigmeo," simio y humano. Registró las medidas del "pigmeo," hasta la dirección en la que crecía el pelo del animal: "La tendencia del pelo de todo el cuerpo era para abajo; pero sólo de las muñecas a los codos, era para arriba" (Russell, 1967). Ayudado por William Cowper, Tyson hizo dibujos de varias estructuras anatómicas, teniendo un gran cuidado para representar acertadamente las dimensiones de estas estructuras, de modo que pudiesen compararse con la de los humanos (Figura 2). Su estudio comparativo sistemático de las dimensiones de las estructuras anatómicas del chimpancé, simio y humano lo hicieron plantear que:

en la organización de la abundancia de sus partes, se acercaba más a la estructura de la misma en el hombre, pero donde difiere del hombre, ahí se asemeja sencillamente al simio común, más que a cualquier otro animal. (Russell, 1967)

El estudio comparativo de Tyson resultó ser excepcionalmente exacto y su investigación fue usada por otros, incluidos Thomas Henry Huxley en Evidencia del lugar del hombre en la naturaleza (Evidence as to Man's Place in Nature [1863]) y Charles Darwin en La descendencia del hombre (The Descent of Man [1871]).

El enfoque metodológico y científico de Tyson en la disección anatómica, contribuyó al desarrollo de la teoría evolutiva y ayudó a establecer el campo de la anatomía comparativa. Es más, el trabajo de Tyson ayuda a resaltar la importancia de la comparación como un método de la investigación científica.

La comparación como un método de la investigación científica

La investigación comparativa representa un enfoque en el espectro de los métodos de la investigación científica y de alguna manera es un híbrido de otros métodos, tomando aspectos de la ciencia experimental (vea nuestro módulo Métodos de Investigación: Experimentación) y de la investigación descriptiva (vea nuestro módulo Métodos de Investigación: Descripción). Semejante a la experimentación, la comparación busca descifrar la relación entre dos o más variables al documentar las diferencias observadas y las similitudes entre dos o más sujetos o grupos. Al contrario a la experimentación, el investigador comparativo no somete uno de los grupos a un tratamiento, sino que, al contrario, observa un grupo que, ya sea por elección o circunstancia, ha sido sujeto a un tratamiento. Por consiguiente, la comparación implica una observación en un marco más "natural," no sujeto a límites experimentales y, de esta manera, evoca similitudes con la descripción.

Es importante notar que la simple comparación de las dos variables u objetos, no es investigación comparativa. El trabajo de Tyson no hubiese sido considerado investigación científica si hubiese notado simplemente que los "pigmeos" parecían humanos sin medir la longitud de los huesos y los patrones de crecimiento del pelo. Al contrario, la investigación comparativa implica la catalogación sistemática de la naturaleza y/o comportamiento de dos o más variables, y la cuantificación de su relación entre ellos.

En tanto que la elección para determinar qué método de investigación se va a usar es una decisión personal, basada en parte en el entrenamiento que los investigadores realizan durante el estudio, hay varios escenarios donde la investigación comparativa probablemente sería la primera elección. El primer escenario es uno donde el científico no está tratando de medir una respuesta al cambio, sino que, al contrario, él o ella pueden estar tratando de entender las similitudes y diferencias entre dos sujetos. Por ejemplo, Tyson no estaba observando el cambio de su "pigmeo" como respuesta a un tratamiento experimental. Al contrario, su investigación era una comparación del "pigmeo" desconocido, frente a los humanos y los simios para determinar la relación entre ellos.

• Un segundo escenario donde son comunes los estudios comparativos es cuando la escala física o calendario de una pregunta pueden prevenir la experimentación. Por ejemplo, en el campo de paleoclimatología, los investigadores han comparado núcleos de sedimentos depositados hace millones de años en los océanos del mundo para ver si la composición sedimentaria es similar a través de todos los océanos, o difiere de acuerdo a la ubicación geográfica. Debido a que los sedimentos en estos núcleos fueron depositados hace millones de años, sería imposible obtener estos resultados a través del método experimental. La investigación diseñada a observar eventos pasados como los núcleos de sedimentos depositados hace millones de años se llama investigación retrospectiva.
• Un tercer escenario comparativo común se da cuando las implicaciones éticas de un tratamiento experimental excluyen un diseño experimental. Los investigadores que estudian la toxicidad de los contaminantes ambientales o la propagación de enfermedades en los humanos, por razones éticas no pueden exponer a un grupo de individuos, a propósito, a la toxina o a una enfermedad. En estas situaciones, los investigadores diseñarían un estudio comparativo al identificar individuos que han sido expuestos accidentalmente al contaminante o a la enfermedad, comparando sus síntomas con los de un grupo de individuos de control que no fue expuesto. La investigación diseñada para observar eventos del presente hacia el futuro, tal como un estudio que observara el desarrollo de síntomas en individuos expuestos a un contaminante, se llaman investigaciones prospectivas.

La utilidad de la ciencia comparativa fue reforzada significativamente al final del siglo XIX y principio del siglo XX con el invento y la popularización de los métodos estadísticos modernos para cuantificar la asociación entre las variables (vea nuestro módulo Datos: Estadísticas). Hoy en día estos métodos estadísticos son claves para cuantificar la naturaleza de las relaciones examinadas en muchos estudios de investigación comparativa. El resultado de la investigación comparativa se presenta frecuentemente como una probabilidad, un planteamiento de importancia estadística o una declaración de riesgo. Por ejemplo, Kristensen y Bjerkedal han demostrado recientemente, que hay una relación estadística significativa (con un nivel de confiabilidad de 95%) entre el orden de nacimiento y el CI al comparar los resultados de pruebas en los niños primerizos con los hermanos menores (Kristensen & Bjerkedal, 2007). Y varios estudios ya han contribuido a la determinación de que el riesgo de desarrollar cáncer de pulmón es 30 veces superior en los fumadores que en los no fumadores (NCI, 1997).

Comparación en practica: El caso de cigarrillos

En 1919, el Dr. George Dock, director del Departamento de medicina en el Barnes Hospital en St. Louis, les pidió a todos sus estudiantes de tercer y cuarto año de medicina en el hospital universitario, que observaran una autopsia de un hombre con una enfermedad tan rara, dijo, que la mayoría de ellos, probablemente, nunca más verían otro caso similar en sus carreras. Con los estudiantes de medicina a su alrededor, los doctores que realizaban la autopsia observaron que los pulmones del paciente estaban manchados con grandes y oscuras masas de células, que habían causado un extenso daño en el tejido pulmonar, y habían forzado el cierre y el colapso de los conductos de aire. El Dr. Alton Ochsner, uno de los estudiantes que observó la autopsia, escribiría años más tarde que "No vi otro caso hasta 1936, cuando en un periodo de seis meses, observé nueve pacientes con cáncer de pulmón, todos eran fumadores empedernidos, que habían fumado desde la Primera guerra mundial" (Meyer, 1992).

El físico americano, el Dr. Isaac Adler fue de hecho, el primer científico que propuso una conexión entre fumar y el cáncer de pulmón en 1912, basándose en sus observaciones de que los pacientes con cáncer de pulmón frecuentemente reportaban que habían sido fumadores. Las observaciones de Adler, sin embargo, eran anecdóticas y no proveían alguna evidencia científica para demostrar esta relación. Se le atribuye al epidemiólogo alemán Franz Müller el primer estudio con un caso de control sobre fumar y el cáncer de pulmón en los años 1930. Müller envió una encuesta a los familiares de individuos que habían muerto de cáncer, y les preguntó sobre los hábitos de fumar de los muertos. Basándose en las respuestas que recibió, Müller reportó una incidencia superior de cáncer de pulmón entre los fumadores que fumaban mucho, comparada a los que fumaban poco. Primero, el estudio se apoyaba en la memoria de los familiares de los individuos muertos en vez de observaciones de primera mano y, segundo, no se hacía ninguna asociación estadística. Poco tiempo después, la industria del tabaco empezó a patrocinar investigaciones con la meta sesgada de rechazar los reclamos negativos de la salud en contra de los cigarrillos (para mayor información sobre la investigación patrocinada, vea nuestro módulo Las instituciones y asociaciones científicas).

Empezando los años 1950, se iniciaron varios estudios comparativos bien controlados. En 1950, Ernest Wynder y Evarts Graham publicaron un estudio retrospectivo, comparando los hábitos de fumar en 605 pacientes del hospital con cáncer de pulmón, con 780 pacientes del mismo hospital, con otras enfermedades (Wynder & Graham, 1950). Su estudio demostró que 1.3% de pacientes con cáncer de pulmón eran no fumadores, mientras que 14.6% de pacientes con otras enfermedades también eran no fumadores. Adicionalmente, 51.2% de pacientes con cáncer de pulmón eran fumadores "excesivos", mientras que sólo 19.1% de los otros pacientes eran también fumadores excesivos. Ambas comparaciones demostraron diferencias estadísticas significativas. Los estadísticos que analizaron los datos concluyeron que:

cuando se comparan los no fumadores y el total de los pacientes fumadores excesivos con cáncer de pulmón con pacientes que tienen otras enfermedades, podemos rechazar la hipótesis nula que dice que el fumar no tiene ningún efecto en la inducción del cáncer de pulmón.

Wynder y Graham también sugirieron que podía haber una demora de diez años o más entre el periodo de fumar en un individuo y el principio de los síntomas clínicos de cáncer; esto presentaría un desafío mayor a los investigadores ya que cualquier estudio que investigara la relación entre fumar y cáncer de pulmón de una manera prospectiva, tendría que durar muchos años.

Richard Doll y Austin Hill publicaron un estudio comparativo similar, en 1950, en el que mostraron que había una incidencia estadística superior del hábito de fumar entre los pacientes con cáncer de pulmón, comparados con los pacientes con otras enfermedades (Doll & Hill, 1950). En su discusión, Doll y Hill plantean un punto interesante sobre los métodos de investigación comparativa al decir,

Esto no es para declarar necesariamente que fumar causa carcinoma de pulmón. Esta asociación podría ocurrir si el carcinoma de pulmón hace que la gente fume o si ambos atributos son efectos terminales de una causa común.

Siguen declarando que debido a que el hábito de fumar parecía desarrollarse antes del principio del cáncer de pulmón, el argumento de que el cáncer de pulmón conduce a fumar puede ser rechazado. Por consiguiente concluyen "que fumar es un factor, un importante factor, en la producción de carcinoma de pulmón".

A pesar de la evidencia substancial, la industria del tabaco y los científicos imparciales pusieron objeciones, declarando que la investigación retrospectiva sobre fumar era "limitada, inconclusa y controversial". La industria declaro que los estudios publicados no demostraban causa y efecto, sino más bien una asociación espuria entre dos variables. El Dr. Wilhelm Hueper del Instituto Nacional de Cáncer, un científico con una larga historia de investigación en las causas ocupacionales de los canceres, argumentó que el énfasis en los cigarrillos como única causa del cáncer de pulmón comprometería el apoyo para investigaciones para otras causas de cáncer de pulmón. Ronald Fisher, un conocido estadístico, también estaba opuesto a las conclusiones de Doll y otros, aparentemente porque promovían visiones "puritanas" de fumar.

La industria del tabaco montó una extensiva campaña de desinformación, patrocinando y después citando investigaciones que mostraban que fumar no causaba "dolor cardiaco" para distraer la atención sobre los estudios que se estaban publicando acerca de los cigarrillos y su relación con el cáncer de pulmón. La industria también resaltó los estudios que mostraban que los individuos que dejaban de fumar sufrían una leve depresión, y usaron el argumento que hasta los doctores mismos fumaban cigarrillos, como una evidencia de que los cigarrillos no eran dañinos (Figura 5).

Mientras que la investigación científica empezó a influenciar a los oficiales de la salud y a algunos legisladores, la campaña publicitaria de la industria era eficiente. En 1955, la Comisión de Comercio Federal de Estados Unidos prohibió a las compañías de tabaco que hagan declaraciones sobre la salud en sus productos; sin embargo, se impidió una regulación más significativa. Un editorial en el periódico New York Times en 1963 resumía el sentimiento nacional cuando declaraba que la industria del tabaco tenía un "argumento válido", y que el público debía evitar tomar una decisión sobre los cigarrillos, hasta que aparezcan informes posteriores de la oficina del Cirujano General de los Estados Unidos (U.S. Surgeon General).

En 1951, Doll y Hill reclutaron a 40.000 médicos británicos en un estudio comparativo prospectivo para examinar la asociación entre fumar y el desarrollo del cáncer de pulmón. Al contrario de los estudios retrospectivos que estudiaban a los pacientes remontándose en el tiempo, el estudio prospectivo estaba diseñado para estudiar a un grupo adelantándose en el tiempo. En 1952, los Drs. E. Cuyler Hammond y Daniel Horn alistaron 187,783 hombres blancos en los Estados Unidos en un estudio prospectivo similar. Y en 1959, la Sociedad Americana de Cáncer (American Cancer Society- ACS) empezó el primero de dos estudios prospectivos a gran escala, sobre la asociación entre fumar y el desarrollo del cáncer de pulmón. El primer estudio ACS, llamado Prevención del Cáncer Estudio I (Cancer Prevention Study I), reclutó a más de 1 millón de individuos y registró datos sobre su salud, los hábitos de fumar y de vida, el desarrollo de enfermedades, causas de muerte y expectativa de vida durante casi 13 años (Garfinkel, 1985).

Todos estos estudios demostraron que los fumadores tenían un riesgo mayor de desarrollar y morir de cáncer de pulmón que los no fumadores. El estudio de la ACS demostró, además, que los fumadores tenían índices elevados de otras enfermedades pulmonares, coronarias, infartos y otros problemas cardiovasculares. Los dos estudios de Prevención del Cáncer de la ACS mostrarían, eventualmente, que el 52% de las muertes entre los fumadores en los estudios podían ser atribuidas a los cigarrillos.

En la segunda mitad del siglo XX, la evidencia de otros métodos de investigación científica contribuiría a múltiples líneas de evidencia en la conclusión de que fumar es la mayor causa del cáncer de pulmón:

• Los estudios descriptivos de la patología de los pulmones de los fumadores muertos demostrarían que fumar causa daños fisiológicos significativos en los pulmones.
• Los experimentos que exponían a los ratones, ratas y otros animales de laboratorio al humo de cigarrillos mostraban que éste causaba cáncer en estos animales (para mayor información vea nuestro módulo Experimentación).
• Los modelos fisiológicos ayudarían a demostrar los mecanismos por el cual el humo de los cigarrillos causa cáncer.

A medida que aumentaba la evidencia que asociaba el humo de cigarrillos, el cáncer de pulmón y otras enfermedades, el público, la comunidad legal y los reguladores empezaron a reaccionar lentamente. En 1957 por primera vez el Cirujano General (U.S. Surgeon General) reconoció una asociación entre fumar y el cáncer pulmonar cuando un informe declaró que "Es claro que hay un creciente y consistente conjunto de evidencias de que fumar excesivamente es uno de los factores causales del cáncer de pulmón". En 1965, a pesar de las objeciones de la industria del tabaco y de la Asociación Americana Médica (American Medical Association) que recientemente había aceptado un subsidio de las compañías de tabaco, el Congreso Americano aprobó el Acta Federal de las Etiquetas y Publicidad de los Cigarrillos (Federal Cigarette Labeling and Advertising Act) obligando a que los paquetes de cigarrillos tengan una advertencia: "Cuidado: fumar puede ser dañino para su salud". En 1967, la oficina del Cirujano General (U.S. Surgeon General) sacó un segundo informe declarando que fumar cigarrillos es la causa principal del cáncer pulmonar en los Estados Unidos. Mientras que las compañías de tabaco encontraron medios legales para protegerse durante décadas después de estos requerimientos, en 1996, la compañía de tabaco Brown and Williamson tuvo que pagar $750,000 en un juicio de responsabilidades. Así, se convirtió en la primera recompensa de responsabilidad, pagada a un individuo por una compañía de tabaco.

La comparación a través de las disciplinas

Los estudios comparativos se usan en varias disciplinas científicas, desde la antropología a la arqueología, la biología comparativa, la epidemiologia, sicología y hasta la ciencia forense. Las huellas digitales con ADN, una técnica usada para exonerar o incriminar a un sospechoso usando evidencia biológica, está basada en la ciencia comparativa. En las huellas con ADN, se aíslan los segmentos de ADN y evidencias biológicas como sangre, semen y otros tejidos de un sospechoso en la escena del crimen. Se comparan hasta 20 segmentos diferentes de ADN entre el del sospechoso y el ADN encontrado en la escena del crimen. Si todos los segmentos corresponden, los investigadores pueden calcular la probabilidad estadística de que el ADN proviene del sospechoso y no de otra persona. Por consiguiente, las correspondencias de ADN se describen como probabilidad de error de "1 en 1 millón" o "1 en 1 billón".

Los métodos comparativos también son comúnmente usados en estudios de humanos debido a los límites éticos del tratamiento experimental. Por ejemplo, en 2007, Petter Kristensen y Tor Bjerkedal publicaron un estudio en el que compararon el CI de más de 250,000 militares noruegos (Kristensen & Bjerkedal, 2007). Los investigadores encontraron una relación significativa entre el orden de nacimiento y el CI, a partir de la cual, el promedio del CI del primogénito era aproximadamente tres veces superior que el promedio del CI del niño nacido en segundo lugar en la misma familia. Los investigadores, además, demostraron que la relación estaba correlacionada con factores sociales y no biológicos, ya que los niños nacidos en segundo lugar que crecen en familias donde el primogénito muere, tienen un promedio de CI similar al de los primogénitos. Uno podría imaginar un escenario donde este tipo de estudio podía llevarse a cabo experimentalmente, por ejemplo retirando a propósito el primogénito de ciertas familias, sin embargo, la ética impide que alguna vez se realice semejante experimento.

Las limitaciones de los métodos comparativos

Una de las limitaciones primordiales de los métodos comparativos es el control de otras variables que podrían influenciar un estudio. Por ejemplo, como Doll y Hill notaron en 1950, la asociación entre fumar y la muerte por cáncer podía significar que: a) fumar causa cáncer pulmonar, b) el cáncer pulmonar es la causa por la que la gente fume, o c) una tercera variable desconocida, causa el cáncer pulmonar y causa que la gente fume (Doll & Hill, 1950). Como consecuencia, los investigadores comparativos frecuentemente harán cualquier cosa para elegir dos grupos de estudio diferentes que son similares en casi todos los aspectos, excepto en el tratamiento en cuestión. De hecho, muchos estudios comparativos en los humanos se realizan en mellizos idénticos por esta misma razón. Por ejemplo, en el campo de la investigación sobre el tabaco, se han usado una docena de estudios comparativos de mellizos para examinar todo, desde los efectos sobres la salud de fumar hasta la base genética de los adictos.

Comparación en la práctica moderna

A pesar de las lecciones aprendidas durante el debate sobre los posibles efectos del humo de los cigarrillos, todavía hay errores alrededor de la ciencia comparativa. Por ejemplo, al final de los años 1950, Charles Keeling, un oceanógrafo en el Instituto de Oceanografía Scripps (Scripps Institute of Oceanography) empezó a publicar los datos que había recopilado de un estudio descriptivo a largo plazo sobre los niveles de dióxido de carbón (CO₂) en el observatorio de Mauna Loa en Hawai (Keeling, 1958). Keeling observó que los niveles atmosféricos de CO₂ estaban aumentando a un índice alto (Figura 6). Él y otros investigadores empezaron a sospechar que los niveles crecientes de CO₂ estaban asociados con las crecientes medias de la temperatura global, y varios estudios comparativos, desde entonces, han correlacionado los niveles crecientes de CO₂ con las crecientes temperaturas globales (Keeling, 1970). Junto con la investigación de los estudios de modelado (vea nuestro módulo Métodos de Investigación: Modelaje), esta investigación ha ofrecido evidencia para una asociación entre el cambio del clima global y la quema de combustibles de fósiles (que emite el CO₂).

Sin embargo, en un movimiento que recuerda a la pelea de las compañías de tabaco, las industrias del petróleo y de los combustibles fósiles lanzaron una gran campaña de relaciones públicas en contra de la investigación sobre el cambio climático. Incluso hasta 1989, los científicos patrocinados por la industria del petróleo estaban produciendo informes que denominaban la investigación sobre el cambio climático como "ciencia basura ruidosa" (Roberts, 1989). Al igual que con la cuestión del tabaco, los desafíos a los primeros estudios comparativos trataron de describir este método como menos confiable que los métodos experimentales. Sin embargo, los desafíos en realidad reforzaron la ciencia al incitar a más científicos a emprender investigaciones, proveyendo así, múltiples líneas de evidencia, respaldando una asociación entre las concentraciones atmosféricas de CO₂ y el cambio climático. Como consecuencia, la culminación de las múltiples líneas de evidencia provocaron que el Panel sobre el cambio climático intergubernamental organizado por las Naciones Unidas, sacara un informe declarando que "El calentamiento del sistema climático es inequívoco" y que "El dióxido de carbón es el gas de invernadero antropogénico más importante" (IPCC, 2007).

Los estudios comparativos son una parte clave del espectro de los métodos de investigación actualmente usados en la ciencia. Les permite a los científicos aplicar diseños de tratamiento de control en escenarios que excluyen la experimentación y pueden proveer información invaluable sobre la relación entre las variables. El escudriñamiento intenso que ha recibido la comparación en el ruedo público, debido a los casos que tratan cigarrillos y el cambio climático, en realidad, han reforzado el método al aclarar su papel en la ciencia y enfatizado en la confiabilidad de los datos obtenidos de estos estudios.