Inferência Causal: o santo graal da evidência do mundo real

Da correlação ao efeito: DAGs, confundimento, propensity scores e emulação de ensaios-alvo

Aprendizado de Máquina para Saúde — Pós-graduação

Abertura: o mistério do “bom” colesterol

Paradoxo do HDL: associação observacional protetora e ensaios de elevação do HDL sem benefício clínico

Mensagem central: uma variável pode predizer saúde sem ser uma alavanca terapêutica eficaz.

Durante décadas, HDL alto esteve associado a menor risco cardiovascular. Mas elevar HDL artificialmente com algumas terapias não reduziu mortalidade ou eventos como se esperava. O marcador parecia “bom”; a intervenção não entregou o efeito causal.

Exemplo aplicado: HDL pode sinalizar estilo de vida, metabolismo e risco basal. Aumentar o número no exame não necessariamente muda o mecanismo que protege o paciente.

Sugestão visual: duas trilhas: “HDL como marcador” e “HDL como alvo terapêutico”, mostrando onde a correlação quebra.

Se uma variável prediz bem um desfecho, o que ainda falta para tratá-la como alvo de intervenção?

Referências: Barter et al. (2007); Schwartz et al. (2012); Voight et al. (2012).

A aula em uma pergunta

Como sair de “pacientes que receberam X tiveram melhor desfecho” para “se eu der X a pacientes semelhantes, o desfecho melhora”?

1 Separar

predição de efeito causal.

2 Desenhar

DAGs e confundidores.

3 Balancear

grupos com propensity score.

4 Emular

ensaios-alvo com dados reais.

IA observa muito bem — mas intervir é outra coisa

Mensagem central: modelos preditivos respondem “quem tem risco?”; inferência causal pergunta “o que acontece se eu agir?”.

Um modelo pode identificar pacientes que receberam UTI e morreram mais. Isso não significa que a UTI causa morte. Pacientes mais graves vão para UTI: a indicação do tratamento carrega informação sobre o risco.

Exemplo aplicado: antibiótico de amplo espectro aparece associado a mortalidade maior porque é prescrito para pacientes mais graves.

Comparação entre observar associação e intervir causalmente com operador do

Em que situações da prática clínica a predição sozinha pode induzir uma conclusão causal errada?

Referências: Pearl (2009); Hernán & Robins (2020).

P(Y|X) versus P(Y|do(X))

Ver: P(Y|X)

“Qual é a chance de Y dado que observo X?”

  • Diagnóstico a partir de sintomas.
  • Estratificação de risco.
  • Associação em dados históricos.

Pergunta: o que normalmente acontece com quem tem X?

Fazer: P(Y|do(X))

“Qual é a chance de Y se eu intervenho e defino X?”

  • Escolher tratamento.
  • Mudar dose.
  • Implantar protocolo.

Pergunta: o que aconteceria se eu mudasse X?

Exemplo aplicado: observar que pacientes em ventilação mecânica morrem mais não responde o efeito causal de ventilar; responde que esses pacientes estavam muito mais graves.

Qual pergunta do seu projeto é observacional e qual é, de fato, causal?

Confundimento: a variável escondida que muda tudo

DAG com severidade causando tratamento e desfecho, gerando associação espúria entre tratamento e desfecho

Mensagem central: confundimento acontece quando uma causa comum influencia tratamento e desfecho.

Em dados reais, o tratamento não cai do céu. Ele é escolhido por médicos, pacientes e sistemas. Essa escolha depende de gravidade, acesso, preferências, exames e contraindicações.

Exemplo aplicado: pacientes mais graves recebem corticoide; depois parecem ter pior desfecho. Sem ajustar gravidade, podemos culpar o tratamento pelo risco que já existia.

Qual confundidor você suspeita que quase sempre está ausente nos bancos administrativos?

DAGs: o mapa da mina causal

Mensagem central: DAG não é enfeite metodológico; é uma declaração explícita do que acreditamos sobre o mundo.

Em um DAG, nós são variáveis e setas representam relações causais diretas. O desenho ajuda a decidir o que ajustar, o que não ajustar e onde uma associação pode ser aberta artificialmente.

Exemplo aplicado: ajustar por um mediador — por exemplo, pressão arterial após tratamento — pode remover parte do efeito que queríamos estimar.

DAG conceitual com tratamento, desfecho, confundidor, mediador e collider

Que variável no seu estudo parece tentadora para ajustar, mas talvez esteja no caminho causal?

Referências: Greenland et al. (1999); Pearl (2009).

O que ajustar — e o que não ajustar

Três padrões causais: confundidor, mediador e collider com recomendações de ajuste

Mensagem central: ajustar mais variáveis nem sempre melhora; às vezes cria viés.

Confundidor

Causa tratamento e desfecho. Geralmente precisa ser ajustado.

Mediador

Está no caminho do efeito. Ajustar pode apagar parte do efeito total.

Collider

É consequência de duas causas. Ajustar pode criar associação artificial.

Qual erro é mais comum: deixar confundidor de fora ou ajustar variável demais?

Propensity score: criar comparabilidade em dados reais

Pacientes tratados e controles sendo pareados por escore de propensão

Mensagem central: propensity score tenta equilibrar características basais que influenciaram a escolha do tratamento.

O escore de propensão é a probabilidade de receber o tratamento dadas as características antes da intervenção. Pode ser usado para pareamento, estratificação, ponderação ou ajuste.

Exemplo aplicado: comparar pacientes com pneumonia que receberam vitamina D com controles de gravidade, idade, comorbidades e acesso semelhantes.

Quais variáveis precisam existir antes da decisão terapêutica para entrar no propensity score?

Referências: Rosenbaum & Rubin (1983); Austin (2011).

Confundimento por indicação

Mensagem central: na medicina, a indicação do tratamento frequentemente denuncia o risco do paciente.

Sem causalidade

Tratamento parece perigoso porque é dado aos mais graves.

Exemplo: vasopressor associado a mortalidade.

Pergunta causal

Entre pacientes com gravidade comparável, receber o tratamento muda o desfecho?

Exemplo: efeito de iniciar antibiótico em até 1 hora.

Exemplo aplicado: se só pacientes graves fazem tomografia, “fazer tomografia” pode aparecer associado a pior prognóstico — mas a causa é a suspeita clínica que levou ao exame.

Como você distinguiria “tratamento de alto risco” de “tratamento dado a pacientes de alto risco”?

Emulação de ensaio-alvo

Mensagem central: antes de analisar dados reais, escreva o ensaio randomizado que você gostaria de ter feito.

Target trial emulation define elegibilidade, tempo zero, estratégias de tratamento, desfechos, seguimento, estimando e plano analítico. Isso reduz vieses clássicos como immortal time bias e escolhas pós-desfecho.

Exemplo aplicado: para avaliar vitamina D em pneumonia, tempo zero pode ser admissão; tratamento deve ser iniciado em janela definida; desfecho é tempo de internação ou alta viva em 7 dias.

Checklist de emulação de ensaio-alvo a partir de dados observacionais

Qual detalhe do protocolo, se mal definido, destruiria a validade do seu estudo?

Referências: Hernán & Robins (2016); Hernán & Robins (2020).

Mendelian randomization: experimentos da natureza

Variantes genéticas como instrumento causal entre exposição e desfecho

Mensagem central: variantes genéticas podem funcionar como instrumentos quando afetam uma exposição de interesse e são alocadas antes da doença.

A ideia é usar a “loteria genética” como uma aproximação de randomização natural. Ela é poderosa, mas depende de hipóteses fortes: o instrumento precisa afetar o desfecho apenas pela exposição.

Exemplo aplicado: estudos genéticos ajudaram a questionar HDL como causa direta de proteção contra infarto, apesar de sua associação observacional.

Qual hipótese da randomização mendeliana parece mais vulnerável na prática?

Referências: Davey Smith & Ebrahim (2003); Voight et al. (2012).

Farmacovigilância causal: interações invisíveis

Mensagem central: dados reais podem revelar efeitos adversos combinados que ensaios de droga única não enxergam.

Redes causais e mineração de registros podem levantar hipóteses sobre interações medicamentosas. Mas o achado observacional precisa ser tratado como sinal a investigar, não prova automática.

Exemplo aplicado: a combinação paroxetina + pravastatina foi associada a aumento de glicose, um sinal difícil de detectar estudando cada droga isoladamente.

Rede causal de interação medicamentosa entre paroxetina, pravastatina e glicose

Como separar um sinal útil de farmacovigilância de ruído gerado por múltiplas comparações?

Referência: Tatonetti et al. (2011).

Practice-Based Evidence e RWE

Mensagem central: evidência do mundo real ganha força quando o cuidado rotineiro é medido com granularidade suficiente para comparar pacientes comparáveis.

População real

Inclui pacientes mais diversos que muitos RCTs.

Granularidade

Captura trajetórias, comorbidades, doses e adesão.

Confundimento

Exige estratégia explícita para variáveis que guiam decisões.

Reprodutibilidade

Protocolo, código, sensibilidade e validação são essenciais.

Exemplo aplicado: grandes coortes podem comparar estratégias de reabilitação, mas só se medirem gravidade funcional, adesão e indicação terapêutica.

Que variável clínica “óbvia” raramente é bem registrada no prontuário?

Atividade: o detetive de causalidade

Cenário: o hospital observa que pacientes com pneumonia que tomavam vitamina D tiveram alta 2 dias antes. A direção quer transformar isso em protocolo. A turma precisa decidir se há indício causal suficiente.

1

Medicina

Listar confundidores: gravidade, nutrição, fragilidade, acesso, hábitos e comorbidades.

2

Computação

Desenhar o DAG e indicar quais variáveis precisam ser medidas antes do tratamento.

3

Epidemiologia

Propor target trial: elegibilidade, tempo zero, estratégia e desfecho.

4

Gestão

Decidir se o achado vira hipótese, estudo prospectivo ou mudança de protocolo.

10 min · DAG 10 min · pareamento/ponderação 10 min · decisão institucional

Material da atividade: DAG da vitamina D

DAG para vitamina D, estilo de vida, gravidade da pneumonia e tempo de internação

Pergunta causal: Vitamina D reduz tempo de internação por pneumonia?

Possíveis confundidores: - idade e fragilidade - gravidade na admissão - comorbidades - estado nutricional - nível socioeconômico - exposição solar / estilo de vida - acesso a cuidado ambulatorial

Possíveis problemas: - tratamento iniciado antes da admissão - dose e adesão desconhecidas - alta influenciada por suporte domiciliar

Quais setas do DAG vocês defenderiam — e quais seriam controversas?

O continuum da evidência causal

Continuum da evidência causal da associação observacional até ensaio randomizado e triangulação

Mensagem central: causalidade raramente é um botão “sim/não”; é um acúmulo de desenho, hipótese, análise, sensibilidade e triangulação.

Em qual ponto do continuum você exigiria estar antes de mudar uma diretriz clínica?

Sistema de Saúde que Aprende

Mensagem central: um Learning Health System transforma cuidado rotineiro em aprendizado contínuo — com ética, governança e método causal.

O ciclo ideal não é “coletar tudo e ajustar um modelo”. É formular pergunta relevante, medir bem, analisar com desenho causal, devolver conhecimento ao fluxo e monitorar consequências.

Exemplo aplicado: após implantar um protocolo de sepse, o hospital monitora efeito em mortalidade, antibiótico excessivo, resistência e eventos adversos.

Ciclo de Learning Health System com dados, inferência causal, decisão, implementação e monitoramento

Que pergunta causal o seu serviço poderia responder usando dados que já coleta hoje?

O que levar da aula

Predição não é intervenção

Saber quem tem risco não diz automaticamente o que fazer.

DAGs forçam clareza

Eles expõem hipóteses, confundidores, mediadores e armadilhas.

RWE exige desenho

Dados reais só viram evidência quando emulam uma pergunta causal bem formulada.

Inferência causal é a disciplina de perguntar “e se?” sem fingir que dados observacionais são randomização.

Referências essenciais

  • Austin, P. C. (2011). An Introduction to Propensity Score Methods for Reducing the Effects of Confounding in Observational Studies. Multivariate Behavioral Research.
  • Barter, P. J. et al. (2007). Effects of Torcetrapib in Patients at High Risk for Coronary Events. New England Journal of Medicine.
  • Davey Smith, G., & Ebrahim, S. (2003). Mendelian randomization: can genetic epidemiology contribute to understanding environmental determinants of disease? International Journal of Epidemiology.
  • Greenland, S., Pearl, J., & Robins, J. M. (1999). Causal diagrams for epidemiologic research. Epidemiology.
  • Hernán, M. A., & Robins, J. M. (2016). Using Big Data to Emulate a Target Trial When a Randomized Trial Is Not Available. American Journal of Epidemiology.
  • Hernán, M. A., & Robins, J. M. (2020). Causal Inference: What If. Chapman & Hall/CRC.
  • Pearl, J. (2009). Causality: Models, Reasoning, and Inference. Cambridge University Press.
  • Rosenbaum, P. R., & Rubin, D. B. (1983). The central role of the propensity score in observational studies for causal effects. Biometrika.
  • Schwartz, G. G. et al. (2012). Effects of Dalcetrapib in Patients with a Recent Acute Coronary Syndrome. New England Journal of Medicine.
  • Tatonetti, N. P. et al. (2011). Detecting drug interactions from adverse-event reports: interaction between paroxetine and pravastatin increases blood glucose levels. Clinical Pharmacology & Therapeutics.
  • Voight, B. F. et al. (2012). Plasma HDL cholesterol and risk of myocardial infarction: a mendelian randomisation study. The Lancet.

Próximo encontro

Agora que perguntamos por que algo funciona, vem o desafio operacional: como levar essa inteligência ao fluxo clínico sem gerar fadiga de alertas?