Kuinka tarkka PCR-koronatesti on?

Tässä artikkelissa käydään läpi koronan mittaamisen laajalti käytettyä PCR-testiä M.D. Sebastian Rushworthin 6.11.2020 julkaiseman artikkelin perusteella. Sebastian Rushworth, M.D. on Tukholmassa vastaanottoa pitävä lääkäri. Hänen pääasialliset mielenkiinnon kohteensa ovat näyttöön perustuva lääketiede, lääketieteen etiikka ja lääketieteen historia.

Alkuperäisessä kirjoituksessa on käsitelty myös vasta-ainetestiä, ja sen osalta kannattaa perehtyä alkuperäiseen kirjoitukseen:
https://sebastianrushworth.com/2020/11/06/how-accurate-are-the-covid-tests/

Joitakin huomioita on myös otettu mukaan David Jarromin et el. tekemästä tutkimuksesta (tiivistelmä ja linkki lopussa).

PCR periaate

PCR (Polymerase Chain Reaction) testi on kehitetty nukleiinihappojen tehokkaaseen monistamiseen. Testin avulla pienen pienet mikrobit ja niiden osat saadaan kemiallisissa reaktioissa monistettua niin isoksi massaksi, että sitä pystytään tutkimaan esim. mikroskoopilla. Menetelmää voidaan käyttää myös rokotteiden ainesosien tuottamiseen. Jokaisella monistuskierroksella näytteen määrä tuplaantuu, ja tietyillä molekyyleillä ja fluorisoivalla valolla voidaan tutkia esiintyykö näytteessä etsittyä ainesta. Esim. 40 monistuskierrosta tuottaa yhdestä nukleiinihappojaksosta yli tuhat miljardia kopiota.

Nukleiinihapot ovat geenien rakennuspalikoita. Ajatuksena on monistaa näytettä ja tutkia löytyykö siitä tietylle mikrobille, tässä tapauksessa SARS-Cov-2 virukselle ominaisia nukleiinihappojaksoja. Tämän ja muiden havaintojen perusteella oletetaan jotakin kyseisen mikrobin mahdollisesta olemassaolosta näytteessä. Yleensä näitä referenssijaksoja on useampia (vähintään kolme), koska koehenkilössä voi olla jäänteitä jo hajonneista mikrobeista esim. aiemman infektion seurauksena ja jollakin toisella mikrobilla saattaa myös olla vastaavia tai lähes vastaavia nukleiinihapon emäsjaksoja. Erilaisia mikrobeja on lukematon määrä ja niiden tutkimus on määrään nähden kuitenkin vielä rajallista.

Testin tulos ei siis ole suoraan kyllä tai ei, vaan jotakin siltä väliltä ja testin ohjeistuksessa pitää määritellä, missä vaiheessa tulos hyväksytään positiiviseksi (kääntäjän huom).

Aktiivisen infektion tutkimista varten näyte otetaan yleensä nenänielusta tai nielusta.

Testin monistuskierrosmäärä on tärkeä, koska mitä pienemmällä kierrosmäärällä saadaan positiivinen tulos, sitä varmemmin näytteessä on etsitty nukleiinihappojakso. Korkeammilla kierrosmäärillä kasvaa riski, että näyte monistaa jotakin ei-aktiivista viruksen jäännettä tai näytteen kontaminaatiota. Testi ei siis mittaa kokonaisia viruksia. Se ei siis pysty kertomaan onko näytteessä toimintakykyistä virusta vai vain viruksen jäänteitä. Jos halua varmistua asiasta, näytteestä on tehtävä virusviljely petrimaljassa testataksesi kykeneekö se tuottamaan uusia viruksia. Vasta silloin sinulla on todellinen positiivinen tulos. Tällöinkin sinun tulee ensin varmistua, että kasvatettava virus on todellakin se, mitä etsit eli eristää se: suodattaa ja erottaa sentrifuugilla eri ominaispainon omaavat hiukkaset. Tämä olisi kultainen standardi virusinfektion diagnosoinille. Kliinisessä käytössä tätä kuitenkin harvoin tehdään, jolloin on selvitettävä myös potilaan oireet ja tarvittaessa CT-keuhkokuva (tietokonetomografia skannaus).

Diagnosoivalle lääkärille harvoin kerrotaan montako kierrosta PCR testissä käytettiin tai montako referenssiä ja mitä ne olivat. Tämä on usein ongelmallista, koska 40 kierroksen jälkeen on melkein varmaa, että kyseessä on väärä positiivinen tulos, kun taas 20 kierroksella on melkein varmasti oikea positiivinen tulos. Muut ovat siltä väliltä. PCR-testi ei siis ole binäärinen kyllä tai ei -testi.

Herkkyys ja spesifisyys

David Jarromin et al (BMJ) meta-analyysissä PCR testin herkkyys vaihteli eri tutkimuksilla 75-100 % välissä ja spesifisyys 88-100% välillä (ks. artikkelin lopusta tiivistys). Tietylle joukolle saatiin määriteltyä tarkemmin sensitiivisyys 88 %. Spesifisyydelle ei ollut mahdollista määrittää kohdejoukosta tarkkaa arvoa. Spesifisyydelle käytetään tutkimuksen keskiarvoa 94 %.

Herkkyys kertoo millä todennäköisyydellä sairaus löydetään sairaasta henkilöstä. Herkkyys (sensitiivisyys) on testin kyky löytää oikeat positiiviset.

Spesifisyys on sensitiivisyyden vastakohta; se on todennäköisyys millä sairaalle kerrotaan että hän on sairas vaikka onkin terve. Spesifisyys on testin kyky välttää vääriä positiivisia tuloksia.

Esimerkkejä

Esimerkki (1) Infektoituneita 10 %

Oletetaan, että 1 000 ihmisestä 10 % eli 100 on infektoituneita, niin testi löytää heistä 88. Lopuille 900 terveelle henkilölle testi kertoo oikein 846:lle, että heillä ei ole koronavirusta (tai sen osia), mutta se kertoo myös 54 ihmiselle, että heillä on koronavirus. Kaikkiaan 142 ihmiselle 1000:sta kerrotaan, että heillä on korona. Näistä 142:sta 62 % todellisuudessa on korona ja 38 %:lla ei ole.

Näin neljä kymmenestä saa positiivisen tuloksen, vaikka heillä ei ole koronaa.

Esimerkki (2) Infektoituneita 1 %

10 % infektoituneita on jo todella paljon, joten oletetaan, että heitä on 1 % eli jos testaamme 1000 ihmistä, niin 10 on ja 990 ei ole koronaa. Yhdeksälle kymmenestä kerrotaan oikein, että heillä on korona. Jäljelle jääneistä 990, joilla ei ole, 931:lle kerrotaan oikein, että heillä ei ole koronaa, kun taas 59:lle kerrotaan virheellisesti, että heillä on korona. Kaikkiaan 68 ihmiselle kerrotaan, että heillä on korona, mutta vain 9 / 68 henkilöllä on oikeasti korona.

Eli jos vain 1 %:lla testatuista on oikeasti korona, niin 87 % positiivista on vääriä positiivisia.

Silloin kun infektion esiintyvyys väestössä on pieni, niin PCR testi antaa suuren määrän vääriä positiivisia tuloksia. Myös muissa tutkimuksissa tai asiantuntijoiden arvioissa on väärien positiivisten tulosten määräksi arvioitu 88-94 %. PCR testiä ei siis tule käyttää kun infektioiden määrä on pieni. Testin käyttäminen terveille henkilöille on ylipäätään hyvin arveluttavaa varsinkin ainoana arviointimenetelmänä. PCR testi ei ole diagnosointilaite, vaan laboratorion apuväline.

Toinen huomioitava seikka: kun 1/10:stä on korona, niin saat 142 positiivista testatessasi 1000 ihmistä. Mutta kun vain yhdellä sadasta on korona, niin saat edelleen vielä 68 positiivista tulosta. Joten vaikka todellinen sairastuvuus on laskenut yhteen kymmenesosaan, niin PCR testin antama positiivisten määrä on vasta puolittunut. Joten jos katsot vain PCR testin tuloksia, sinua huijataan, koska sairaus näyttää olevan paljon yleisempi kuin on.

Esimerkki (3) Sairaus on nyt jo hyvin harvinainen (0,1 %) eli vain 1/1000:llä on se.

Testattuasi 1000 ihmistä saat tulokseksi 61 positiivista tulosta. Näistä yhdellä on oikeasti korona ja loput 60 ovat vääriä positiivisia. Joten vaikka taudin esiintyvyys on edelleen laskenut kymmenesosan, niin positiivisten tulosten määrä on pudonnut vasta 68 -> 61:een. (joista siis 60 on vääriä positiivisia). Joten jos tutkit vain PCR tuloksia, niin sinut voidaan helposti vakuuttaa, että taudin esiintyvyys jatkuu suurin piirtein entisellä tasolla, vaikka esiintyvyys on pudonnut tasolta 1/100:sta -> 1/1000:een. Mitä harvinaisemmaksi tauti todellisuudessa käy, sitä epätodennäköisempää on, että huomaat mitään eroa positiivisena palaavien testien määrässä.

Otetaan vielä kerran. Kun taudin esiintyvyys laskee valtavasti, kertoimella 100, infektoiden ensin joka kymmenennen ja pudoten sitten arvoon yksi tuhannesta testausta, niin PCR tuloksissa positiivisten määrä vain hiukan yli puolittuu, arvosta 142 -> 61. Eli valtava lasku todellisissa infektioissa aiheuttaa vain pienen pudotuksen PCR testillä ”vahvistetuissa” tapauksissa. Tauti voisi itse asiassa kadota maapalolta ja silti saat vielä 60 positiivista tulosta 1000 testattua kohden. Miten pitkään haluatte jatkaa tällä tavalla?

Entä jos testin tarkkuus on 99 %

Sama trendi tapahtuu myös vaikka PCR testillä olisi paljon parempi spesifisyys kuin edellä arvioitiin, sanotaan vaikka 99 %. Jos 1/10 on sairaita ja testaat 1000 ihmistä, saat tulokseksi 97 positiivista, joista 88 on oikeita ja 9 virheellisiä positiivisia. Jos 1/100 on sairaita, saat takaisin 19 positiivista, joista 9 on oikeita ja 10 on virheellisiä positiivisia. Jos 1/1000 on sairaita, niin saat tulokseksi 12 positiivista, joista 11 on virheellisiä positiivisia.

Joten vaikka testillä olisi hyvin korkea spesifisyys 99 % (tarkkuus), niin kun viruksen esiintyvyys ei enää ole pandemiatasolla väestössä ja alkaa laskea epidemian tasolle, ajaudut nopeasti pisteeseen, jossa suurin osa tuloksista on vääriä positiivisia ja tauti näyttä olevan yleisempi kuin todella on.

Johtopäätökset

Mitä harvinaisempi sairaus todellisuudessa on, sitä todennäköisemmin testi antaa vääriä positiivisia tuloksia ja sitä hyödyttömämpi testi on määrittämään kenellä on korona. Jos koronapäätöksien tekemistä jatketaan laajalti perustuen PCR-testien tuloksiin, emme ehkä koskaan pääse eroon pandemiasta!

Tästä syystä PCR-testien positiiviset ”tapaukset” ovat huono indikaattori sille, kuinka yleinen korona on väestössä. Sen sijaan meidän täytyy perustaa päätökset sairaanhoitoa tarvitseviin, tehohoitoa tarvitseviin ja kuolemiin. Jos katsomme vain PCR tuloksia, uskomme ikuisesti, että sairaus on laajalle levinnyt väestössä, vaikka se todellisuudessa tulee entistä harvinaisemmaksi. Ja tämä olettaen, että testausmäärät eivät nouse. Jos jatkamme tämän sisäänrakennetun tarkkuusongelman kanssa massiivisella testimäärien nostolla (kuten on tapahtunut suurimmassa osassa maita pandemian edetessä) voimme luoda vaikutelman sairaudesta, joka jatkaa leviämistään villisti väestössä, vaikka se ei sitä tee.

__________________

David Jarrom et al. kävivät BMJ Journals’ssa julkaistussa meta-analyysissään läpi kaikki 4.5.2020 mennessä julkaistut tutkimukset; 38 PCR tutkimusta ja 25 vasta-ainetutkimusta etsien vastausta testien kliiniseen tehokkuuteen löytää SARS-CoV-2 virus tai sen vasta-aineita.

Suurimmassa osassa testejä havaittiin korkea tai epäselvä virheriski, johtuen usein epäselvästä tavasta valita testihenkilöitä ja testin suorittamisesta tai sellaisen referenssistandardin käytöstä, joka ei lopullisesti (definitively) diagnosoi Covid-19:ta.

Todellisen referenssistandardin puute SARS-CoV-2 diagnosoinnille tekee haastavaksi määrittää todellista tarkkuutta näille testeille. Enemmän näyttöä tarvitaan sairaalan ulkopuolella testaamisesta ja lievissä tai asymptoottisissa (eli oireettomissa) tapauksissa. Tutkijat eivät myöskään löytäneet mitään todisteita, miten testit olisivat vaikuttaneet potilaan hoitamiseen. (Voi siis kysyä, mitä varten testejä tehdään! – kääntäjän huomautus)

Effectiveness of tests to detect the presence of SARS-CoV-2 virus, and antibodies to SARS-CoV-2, to inform COVID-19 diagnosis: a rapid systematic review, David Jarrom et al.
https://ebm.bmj.com/content/early/2020/09/30/bmjebm-2020-111511?utm_source=alert&utm_medium=email&utm_campaign=ebm&utm_content=latest&utm_term=19102020