第二节　实验设计的科学性

科学性是医学论文的生命，是衡量和评价论文质量的重要标准之一。不论是基础医学还是临床医学的论文，其目的都是揭示人类疾病这一研究客体的发生、发展和防治规律，因此必须具备科学性。如果失去了科学性，不论其逻辑多么严谨，文笔多么流畅，也没有任何意义。医学论文的科学性，主要体现在尊重客观事实，数据可靠，论点准确有据，不能有半点“艺术虚构”，依据实验数据进行科学推理，得出严谨而可靠的结论。

医学论文是否具有科学性，主要从科学研究的一般原则和方法来判断，而这些原则和方法包括实验设计、统计学处理和逻辑推理等，其中实验设计十分重要，应当保证实验结果和结论的可重复性、样本的代表性、样本组之间的可比性以及实验结果的精确性。医学论文中许多常见的错误都是因为实验设计不够科学造成的，如新建立的诊断方法缺少客观评价，新治疗方法的评价未设同期对照组，验证新的诊断，治疗方法的样本数过小，对研究结果的评价缺乏实事求是。

实验设计的基本要求：①进行科研设计时要有周密的考虑，排除一切可能干扰结果的不利因素；②要设立必要的对照组，甚至双盲对照研究；③对实验和观察的数据，要进行统计学处理；④无论是理论研究还是实验研究，对其结果的分析要从实际资料出发，得出恰当的结论，切忌空谈设想和抽象推理。

一、实验设计的“三要素”

（一）受试对象

一般医学科研常用动物、离体标本、细胞或人体内取得的某些样本作为受试对象；新药的临床前试验一般用动物作为受试对象；新药的临床试验阶段一般用人作为受试对象。新药临床试验一般分为4期，在1期临床试验阶段，通常用健康志愿者作为受试对象；而在其他各期临床试验阶段，常用患特定疾病的患者作为受试对象，选择什么样的患者，应有严格的规定。

在医学科研中，受试对象必须同时满足两个基本条件：①必须对处理因素敏感；②反应必须稳定。因此，在观察新药的临床疗效试验中，应当选择中等程度中青年患者，只有这样才能显示治疗效率高低的差别。受试对象的疾病应诊断明确，且表现具有典型性。根据研究目的不同，对实验动物的选择要求也不同。动物的选择应有针对性地注意种类、品系、年龄（月龄）、性别、体重、窝别和营养状况等因素。为保证实验效应的精确性，动物的生活环境、饮水、摄食也有严格要求。

（二）实验因素

实验因素通常指由外界施加于受试对象的因素，包括生物的、化学的、物理的或内外环境的因素。生物本身的某些特征，如性别、年龄、民族、遗传特性、心理因素等，也可作为实验因素来进行观察。若在整个实验过程中影响观察结果的因素很多，就必须结合专业知识，对众多的因素做全面分析，必要时做一些预实验，区分哪些是重要的实验因素，哪些是重要的非实验因素，以便选用合适的实验设计方法妥善处理这些因素。

首先，要抓住实验研究中的主要因素。研究中的主要因素是由以往研究中提出的某些假设和要求来决定的。一次实验涉及的处理因素不宜太多，否则会使分组增多，受试对象的例数增多，在实施中难以控制误差。然而，处理因素过少，又难以提高实验的广度和深度。因此，需根据研究目的的需要与实施的可能来确定带有关键性的因素。

其次，找出非处理因素。除了确定的处理因素之外，凡是影响实验结果的其他因素都称为非处理因素，所产生的混杂效应也影响了处理因素产生的效应对比和分析，这些非处理因素又称混杂因素。例如两种不同药物治疗缺铁性贫血病人的实验，非处理因素可能有年龄、性别、营养状况等。如果两组病人的年龄、性别、营养状况等构成不一，则可能影响药物疗效的比较。因此设计时便设法控制这些非处理因素，只有这样才能消除它们的干扰作用，减小实验误差。

最后，处理因素必须标准化。处理因素的强度、频率、持续时间与施加方法等，都要通过查阅文献和预备实验找出各自的最适条件，并使之相对固定，否则会影响实验结果的评价。如处理因素是药物，必须正确选择批号，给药途径和时间也应标准化和相对固定化。

（三）实验效应

实验效应是反映实验因素作用强弱的标志，必须通过具体的指标来体现。指标的选择有以下要求：①指标的关联性，选用的指标必须与所研究的题目具有本质性联系，且能确切反映被试因素的效应。②指标的客观性，指标数据来源决定它的主、客观性质。主观性指标来自观察者或受试对象，易受心理状态与暗示作用的影响，在科研中一般尽量少用。客观性指标是指通过精密设备或仪器测定的数据，能真实显示实验效应的大小或性质，排除了人为因素的干扰。要结合专业知识，尽可能多地选用客观性强的指标，在仪器和试剂允许的条件下，应尽可能多选用特异性强、灵敏度高的客观指标。对一些半客观指标如读取病理切片或X线片上所获得的结果，或主观指标如给某些定性实验结果人为打分或赋值，一定要事先规定读取数值的严格标准，必要时还应进行统一的技术培训。③指标的灵敏度，通常是由该指标所能正确反映的最小数量级或水平来确定。一般要求其灵敏度能正确反映处理因素对受试对象所引起的反应就够了，并非灵敏度越高越好。④测定值的精确性，精确性具有指标的精密度与准确度双重含义。准确度是测定值与真实值接近的程度。精密度是重复测定值的集中程度。从设计角度来分析，第一强调准确，第二要求精密。既准确又精密最好，指标的精确性除与检测指标的方法、仪器、试剂及实验条件有关外，还取决于研究者的技术水平及操作情况。⑤指标的有效性，指标的有效性是由该指标的敏感性与特异性决定的。

二、实验设计的“四原则”

（一）随机原则

随机原则即在实验设计抽样或分组时，必须做到使总体中任何一个个体都有同等的机会被抽取进入样本，以及样本中任何一个个体都有同等的机会被分入任何一个组中去。

随机原则的作用是使样本具有极好的代表性，使各组受试对象在重要的非实验因素方面具有极好的均衡性，提高组间实验资料的可比性。因此，在受试对象的选取和分组时，必须严格按这一原则实施。

实现随机化的方法有多种，可以采用“抽签”法，查“随机数字表”“随机排列表”“用计算机产生的伪随机数字表”或直接由计算机程序来实现。

（二）对照原则

（1）空白对照组的设立。此种对照一般用于动物实验中，在临床上只适用于慢性病的对比研究中，而且必须慎用。

（2）相互对照组的设立。有时要考察的某因素不能取零水平，如考察某化学实验中反应温度对实验结果的影响，此时，各实验组分别在不同的温度条件下做实验，各组在实验中起到了相互对照的作用。

（3）标准对照组的设立。为了比较某新药的疗效，往往以当前社会上公认的、疗效比较好、药理机制明确且比较稳定的同类药物作为标准对照（或称为阳性对照）。

（4）实验对照组的设立。当某些处理本身夹杂着重要的非处理因素时，还需设立仅含该非处理因素的实验组为实验对照组。

（5）历史或中外对照组的设立。这种对照形式应慎用，其对比的结果仅供参考，不能作为推理的依据。应注意多种对照形式同时并存。

（三）单一变量原则

控制其他因素不变，只改变其中一个因素，观察其对实验结果的影响。如探索温度对酶活性的影响时，只能改变反应的温度，其他如pH、酶浓度等因素就要完全相同且适宜。

（四）平行重复原则

所谓平行重复原则，就是在相同实验条件下，必须进行多次独立重复实验，不能进行1～2次实验便轻易下结论。任何一项生物学实验，要有科学性，都必须经得起重复。

对于医药科研工作者来说，实验设计好比是建造高楼大厦的“地基”，它是科学性与严谨性的“见证”。在进行科学研究之前，需要制订完善的研究设计方案。完善的设计方案应具备以下条件：人力、物力和时间满足设计要求；实验设计的“三要素”和“四原则”均符合专业和统计学要求；重要的实验因素和观测指标没有遗漏，并做了合理安排；重要的非实验因素（包括可能产生的各种偏性）都得到了很有效的预防和控制；研究过程中可能出现的各种情况都已考虑在内，并有相应的对策和严格的质量控制，对操作方法，实验数据的收集、整理、分析等均有一套规范的规定和正确的方法。只有这样才能保证科研结果的真实性、科学性。