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北京使用核酸混检,结果靠谱吗?

中小学、大学和大型公司可以定期使用混合核酸检测来确保学校和公司的安全开放。任何检测手段都要和有效的隔离手段结合才能控制疾病的传播。

北京使用核酸混检,结果靠谱吗?

中小学、大学和大型公司可以定期使用混合核酸检测来确保学校和公司的安全开放。

任何检测手段都要和有效的隔离手段结合才能控制疾病的传播。

往期疫情观察,请前往“返朴”阅读。

美国确诊人数 ?2877238

全球确诊人数 11500302

(截至发稿时的最新数据)

北京使用核酸混检,结果靠谱吗?

新发地新冠疫情暴发以后,北京开始进行大规模的核酸检测,很多时候采取了和武汉做全民检测时相同的混合测试 (pooled test) 的策略:混合来自于好几个人的样品在一个测试中进行检查。

混检策略并不是一个新的想法,二战时期,哈佛大学经济学家罗伯特·多夫曼(Robert Dorfman)就开发了混合测试的方法来检测美军的梅毒感染情况。数十年后,混合测试又用于筛查血液样本中的艾滋病毒 (HIV) 和肝炎病毒。

世界上新冠疫情暴发以后,卢旺达等感染率比较低、检测能力又有限的国家,也大多采用混合检查。最近,美国的公共卫生官员也越来越多地提出,应考虑使用混合测试的方法,来提高发现和隔离新冠感染病例——特别是无症状/轻症状感染者——的能力。虽然美国FDA尚未批准任何实验室或测试中心使用混合测试,但是它在6月中旬对新冠核酸试剂盒生产商发布了指南,希望生产商能够首先证明混合样品不会降低准确率。

混合测试的基本原理

简单地说,混合测试是这么进行的:

假设检测实验室从五个人那里收集了样本,例如鼻咽拭子样本。实验室从每个样本中取出一部分混合在一起,做成一个混合样品。随后,检测人员对这个混合样本执行一项诊断测试,而不是对五个样本分别做诊断测试。

如果混合样本的核酸检测结果:

1) 是阴性,则可以推断出所有患者均为核酸阴性。

2) 是阳性,则需要回去对五个样本分别进行单独测试,找出哪(几)个是阳性的。

混合测试的优点

相对于单一样本的核酸检测,混合测试的优势和局限性是什么呢?

混合测试最大的优势就是,在同样的时间内,可以用更少的人力和耗材检测更多的人。正是因为采用了混检策略,武汉仅用9天就完成了650万人的核酸检测[1]。

在一个人口众多的国家(地区)进行大规模检测时,持续测试每个人是不可行的,因为根本没有足够的资源来支持。检测的人力是一个方面,核酸检测所需要的试剂是另一个方面。3月初,欧美大规模暴发新冠疫情的时候,核酸检测要用到的化学试剂、提纯RNA的试剂盒、甚至鼻咽拭子取样用的棉签等等,一度全世界短缺。当时,美国学术界和工业界的很多实验室都把自己的库存捐献出来做新冠病毒检测。冰岛一直推行的全民无条件新冠核酸检测也在那时候被迫暂停了一段时间。

然而,只有进行大规模的检测——而非只局限于有症状的疑似患者——找出无症状/轻症状患者,将他们隔离,才能有效地控制传播,使学校等公众场所能够安全开放。

美国经过了3个多月的努力,检测能力目前是每天50多万样本,如果采用混合测试法,检测量可以增加到每天500万。

北京使用核酸混检,结果靠谱吗?

图:美国全国新冠统计数据(来自于The COVID Tracking Project)。

混合核酸测试的局限性

既然混合测试法有这么大的优势,为什么各国不从一开始就采取这个策略呢?

这是因为混合测试法有一个最大的缺点:假阴性率会增加,准确度下降。

举两个假设的情况给大家解释为什么假阴性率会增加:

情况1:

假设使用的是饱受争议的美国CDC的核酸RT-PCR检测试剂盒。这个试剂盒一共测三个新冠基因片段,其中两个是新冠特异的基因片段,第三个是所有类似于SARS的冠状病毒都有的基因片段。除此以外,还包括一个控制探针 (control probe)针对人的RNase P基因。这个探针的目的是用来保障取样足够和RNA提纯过程没有出错。如果取样不够,或者RNA纯化出错导致RNA降解,探针就读不出数值,检测结果就是“无效(invalid)”,还需要重新再测。

如果有位阳性感染者,在鼻咽拭子取样的时候,样本量取得不够。如果对这个样本用美国CDC的核酸试剂盒进行单独的核酸检测,虽然新冠基因是阴性,RNase P控制探针的结果也是阴性,最终结果就显示“无效(invalid)”,还需要重新再测。

然而,如果把这个人的样本和其他4个人混合在一起,进行混合核酸测试——其他4位都是核酸阴性,且取到了足够的样本。这时,用美国CDC的核酸试剂盒去检测5个人的混合样本,测出新冠基因是阴性,RNase P的控制探针是阳性 (表明样本取样提纯没有出错),因此得出结论:这5位都是核酸阴性。那位阳性感染者得到的就是一个“假阴性”结果。

情况2:

不同核酸检测的设计不同,导致试剂盒的敏感度和特异性也不同。假设所用核酸试剂盒的敏感度是500个新冠RNA/毫升。有一位阳性感染者取样,提纯样本里面的RNA以后,用1?g总RNA量来做RT-PCR,里面包含了500个新冠RNA/毫升,那么检测结果是阳性。

可是如果他的样本和其他4个人混在一起检测,还是用1?g总RNA量来做RT-PCR,假设是等量混合,那么他的RNA实际只占~20%。1?g总混合RNA里面大约只有100个新冠RNA/毫升。受试剂盒敏感度的限制,结果会是假阴性。

因此,混合测试对于病毒含量高的样本比较合适,因其被稀释以后仍然能够超过试剂盒的敏感度。

混合测试的适用环境

混合核酸检测应该使用在特定的环境下:

? 最近一项以色列的研究表明,新冠病毒的核酸检测可以用到多达32个样本的混合,而不会降低测试的敏感度[2]。然而,美国的卫生官员通常说的是5个左右的样本混合。一般的规律是,被检测人群的感染率越高,能够混合的样本数量就越小。

?混合测试适用于感染率低 (<10%) 的地区。当一个社区刚开始发现新冠感染的时候,采用混合核酸检测,可以有效地节省时间和资源,快速识别出阳性病例,进行隔离和流调,防止疾病在社区中的进一步传播。这个时候检测的目的是尽可能找到感染者——尤其是那些可能传播疾病而没有出现症状的人——在传播进一步恶化之前隔离他们。

然而,当检测阳性率增加到10%以上时,就会有很多混合样本是阳性结果,需要进一步分开测试大量的单个样本,反而更费时费力。目前在美国,这意味着,在亚利桑那州,当前的检测阳性率超过22%,不适合使用混合核酸检测;而在马萨诸塞州,检测阳性率低于2%,这种方法可能有意义。

?中小学、大学和大型公司可以定期使用混合核酸检测来确保学校和公司的安全开放。学校的一个教室或者宿舍,公司的一个办公区域可以合并成一个混合样本进行测试,从而快速确定这个人群组是否有感染。因为只要有一个感染,整个组都需要隔离来以防万一。

? 混合样本可以通过测试两次来提高置信度。甚至可以采用更严格的拆分池测试法 (split-pool test)来提高准确率[3]。拆分池测试法的基本操作是:

1) 对一个混合样本 (假设是8个样本的混合) 测试两次。如果两次结果都是阴性,那么认为8个人都是阴性。

2) 如果混合样本的两次测试中有任何一次测试结果是阳性,就将这个混合样本分成两半 (每一半包括4个样本),每一半再测试两次。

3) 继续将两次结果都是阴性的混合样本 (注意这时候已经是4个样本的混合)筛除。

4) 如果这些4个混合的样本有任何一个测试结果为阳性,就再继续对半分为2个样本的混合。依此重复,直到单个样本为止。

在感染率低的条件下,拆分池测试法与单独测试相比,总测试量还是会少一些。而且,拆分池测试法也减少了最终所需要的单个测试的数量,比起简单的将混合样本直接拆开,它用了相对更少的测试,算是两种测试方法之间的折中手段。

总 结

最后要强调,任何检测手段都要和有效的隔离手段结合才能控制疾病的传播。光有检测,却不能好好的隔离阳性患者,是导致美国疫情始终不能得到很好的控制的根本原因。(见《张文宏、史隽、颜宁等探讨科学抗疫:北京为何需要大规模核酸检测》一文中的讨论)

理想的测试是能够在几分钟(而不是几天)内出结果。如果需要几天才能知道结果,又没有很好的隔离,感染者就有机会在等待结果的过程中把病毒传给他人。

混合核酸检测在得到阳性结果以后,还要进行单个样品检测,最后才能确认具体哪个样本是阳性。因此,确认阳性样本所花的时间几乎是一开始就进行单样本检测的两倍。这意味着被检测者在等待结果的时候,就需要未雨绸缪的隔离。测试结果是阳性的人更需要隔离,直到病毒被彻底清除。

不管采用什么检测策略,如果隔离不到位,任何检测策略都不可能成功。

参考文献

[1] http://www.chinanews.com/gn/2020/05-25/9194183.shtml .

[2] I. Yelin et al., Evaluation of COVID-19 RT-qPCR test in multi-sample pools. Clinical Infectious Diseases, (2020).

[3] https://www.cnn.com/2020/07/06/health/coronavirus-pool-testing-wellness/index.html .

撰文 | 史隽

撰文 | 史隽

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