REPORT: la vera percentuale di falsi negativi nei test diagnostici COVID-19

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Uno degli strumenti diagnostici più comunemente usati, in particolare durante questa pandemia, è il test di reazione a catena della polimerasi della trascrittasi inversa ( RT-PCR ), che utilizza un campione respiratorio di una persona per rilevare particelle virali e determinare se la persona potrebbe essere stata esposta a un virus .

Professionisti di laboratorio negli Stati Uniti e nel mondo hanno utilizzato RT-PCR per scoprire se una persona è stata infettata da SARS-CoV-2, il virus che causa COVID-19.

Questi test hanno svolto un ruolo fondamentale nella risposta della nostra nazione alla pandemia. Ma, sebbene siano importanti, i ricercatori di Johns Hopkins hanno scoperto che la possibilità di un risultato falso negativo – quando un virus non viene rilevato in una persona che è effettivamente, o è stata recentemente infettata – è maggiore di 1 su 5 e, a volte, molto più in alto.

I ricercatori avvertono che il valore predittivo di questi test potrebbe non sempre dare risultati accurati e che la tempistica del test sembra avere molta importanza nella precisione.

Nel rapporto sui risultati pubblicati il ​​13 maggio sulla rivista  Annals of Internal Medicine , i ricercatori hanno scoperto che la probabilità di un risultato falso negativo diminuisce dal 100% il primo giorno di infezione al 67% il giorno 4.

Il tasso di falsi negativi è sceso al 20% il giorno 8 (tre giorni dopo che una persona ha iniziato a manifestare sintomi).

Hanno anche scoperto che il giorno in cui una persona ha iniziato a manifestare sintomi reali di malattia, il tasso medio di falsi negativi era del 38%.

Inoltre, il tasso di falsi negativi ha ripreso ad aumentare dal 21% del giorno 9 al 66% il giorno 21.

Lo studio, che ha analizzato sette studi precedentemente pubblicati sulle prestazioni di RT-PCR, aggiunge all’evidenza che si dovrebbe usare cautela nell’interpretazione dei risultati negativi del test, in particolare per le persone che potrebbero essere state esposte o che hanno sintomi coerenti con COVID-19.


Risultati

Probabilità di un risultato falso negativo tra i pazienti SARS-CoV-2 – positivi, per giorno dall’esposizione

Nei 4 giorni di infezione prima dell’orario tipico di insorgenza dei sintomi (giorno 5), la probabilità di un risultato falso negativo in una persona infetta diminuisce dal 100% (IC al 95%, dal 100% al 100%) dal giorno 1 al 67 % (CI, dal 27% al 94%) al 4 ° giorno, sebbene vi sia una considerevole incertezza in questi numeri. Nel giorno di insorgenza dei sintomi, la percentuale mediana di falsi negativi era del 38% (CI, dal 18% al 65%) (Figura 2, in  alto ).

Questo è diminuito al 20% (IC, dal 12% al 30%) l’8 ° giorno (3 giorni dopo l’insorgenza dei sintomi), quindi ha ripreso ad aumentare, dal 21% (IC, dal 13% al 31%) dal 9 al 66% (IC , Dal 54% al 77%) il giorno 21.

Figura 2. Probabilità di avere un risultato negativo del test RT-PCR a causa dell’infezione SARS-CoV-2 (in alto ) e di essere infettati con SARS-CoV-2 dopo un risultato negativo del test RT-PCR (in basso ), entro giorni dall’esposizione. RT-PCR = reazione a catena della polimerasi della trascrittasi inversa; SARS-CoV-2 = sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2.

Probabilità di infezione post-test se il risultato RT-PCR è negativo (1 meno valore predittivo negativo)

Traducendo questi risultati in una probabilità post-test di infezione, un risultato negativo al terzo giorno ridurrebbe la nostra stima della probabilità relativa che un paziente sia stato infettato solo del 3% (IC, dallo 0% al 47%) (ad esempio, dall’11,2% , il tasso visto in un ampio studio di contatti familiari, al 10,9%) (Figura 2, in  basso ). I test effettuati il ​​primo giorno di insorgenza dei sintomi sono più istruttivi, riducendo la probabilità dedotta che un paziente sia stato infettato dal 60% (IC, dal 33% all’80%).

Variazione della probabilità di infezione post-test se il risultato RT-PCR è negativo, secondo la probabilità pretest

La probabilità post-test di infezione in un paziente con un risultato RT-PCR negativo varia con la probabilità pretestiva di infezione, ovvero la probabilità che l’infezione sia sulla base dell’entità dell’esposizione o della presentazione clinica.

Quando abbiamo assunto un’alta probabilità pretest di infezione (4 volte la percentuale di attacco osservata in uno studio di coorte di grandi dimensioni), la probabilità post-test di infezione era di almeno il 14% (CI, dal 9% al 20%) 8 giorni dopo l’esposizione (Figura 3) . 

Quando abbiamo ipotizzato una probabilità pretest inferiore del 5,5% (metà del tasso di attacco osservato), la probabilità post-test negativa di infezione è stata ancora minimizzata 8 giorni dopo l’esposizione (1,2% [IC, 0,7% – 2,0%]).

Figura 3. Probabilità post-test di infezione da SARS-CoV-2 dopo un risultato RT-PCR negativo, con probabilità pretest di infezione. RT-PCR = reazione a catena della polimerasi della trascrittasi inversa; SARS-CoV-2 = sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2.

Analisi di sensibilità

Quando abbiamo ripetuto la nostra analisi ipotizzando una specificità di RT-PCR del 90% anziché del 100%, i risultati erano molto simili ( Figura 1 del supplemento ). Abbiamo trovato una maggiore probabilità di infezione nell’impostazione di un risultato RT-PCR negativo, con la maggiore differenza che si verifica il giorno 2 (12,4% contro 11,3% [1,1 punti percentuali in più]).

Quando abbiamo ripetuto le nostre analisi variando il periodo di incubazione, abbiamo scoperto che un tempo di insorgenza precoce dei sintomi ha portato a una riduzione più rapida del tasso di falsa omissione e un tempo di insorgenza successivo ha portato a una diminuzione più lenta; tuttavia, le curve erano complessivamente simili e le nostre inferenze primarie sono rimaste invariate rispetto alla data di inizio ( Figura 2 del supplemento ). 

Quando abbiamo ripetuto la nostra analisi della probabilità post-test di infezione escludendo ogni volta uno studio diverso, le nostre inferenze erano invariate ( Figura 3 del supplemento ).

Discussione

Nei 4 giorni di infezione prima dell’orario tipico di insorgenza dei sintomi (giorno 5), la probabilità di un risultato falso negativo in una persona infetta è diminuita dal 100% il giorno 1 al 68% il giorno 4.

Il giorno dell’insorgenza dei sintomi , il tasso mediano di falsi negativi era del 38%. Questo è diminuito al 20% il giorno 8 (3 giorni dopo l’insorgenza dei sintomi), quindi ha ripreso ad aumentare, dal 21% il giorno 9 al 66% il giorno 21.

Il tasso di falsi negativi è stato ridotto al minimo 8 giorni dopo l’esposizione, ovvero in media 3 giorni dopo l’insorgenza dei sintomi. Pertanto, questo potrebbe essere il momento ottimale per il test se l’obiettivo è ridurre al minimo i risultati falsi negativi. Quando la probabilità pretest di infezione è alta, la probabilità post-test rimane alta anche con un risultato negativo.

Inoltre, se il test viene eseguito immediatamente dopo l’esposizione, la probabilità pretest è uguale alla probabilità post-test negativa, il che significa che il test non fornisce ulteriori informazioni sulla probabilità di infezione.

Dall’inizio dell’epidemia, sono state sollevate preoccupazioni in merito alla scarsa sensibilità dei test basati su RT-PCR (18); 1 studio ha suggerito che questo potrebbe essere inferiore al 59% (19). 

Abbiamo progettato un modello disponibile al pubblico che fornisce un quadro per la stima delle prestazioni di questi test nel tempo dall’esposizione e può essere aggiornato non appena saranno disponibili ulteriori dati.

I test per SARS-CoV-2 basati su RT-PCR hanno aggiunto scarso valore diagnostico nei giorni immediatamente successivi all’esposizione. Ciò è coerente con un periodo di tempo tra l’acquisizione dell’infezione e la rilevabilità da parte della RT-PCR osservata in altre infezioni virali, come l’HIV e l’epatite C (20, 21).

Il nostro studio suggerisce un periodo di tempo compreso tra 3 e 5 giorni e non consigliamo di prendere decisioni in merito alla rimozione delle precauzioni di contatto o alla conclusione della quarantena sulla base dei risultati ottenuti in questo periodo in assenza di sintomi.

Sebbene il tasso di falsi negativi sia ridotto al minimo 1 settimana dopo l’esposizione, rimane elevato al 21%. 

I possibili meccanismi per l’alto tasso di falsi negativi includono la variabilità nella quantità individuale di diffusione virale e tecniche di raccolta dei campioni.

Una considerazione è se il test seriale offrirebbe qualche vantaggio nelle prestazioni del test rispetto a un singolo test. Se assumiamo l’indipendenza dei risultati dei test, i test seriali ridurrebbero quasi sicuramente il tasso di falsi negativi; tuttavia, senza ulteriori dati sul meccanismo sottostante per l’alto tasso di falsi negativi, questa ipotesi potrebbe non essere giustificata.

Ad esempio, se il tasso fosse dovuto alla variabilità individuale nella diffusione virale, le prestazioni non verrebbero probabilmente migliorate dai test seriali. Sebbene non siamo a conoscenza di studi su larga scala, alcune relazioni preliminari suggeriscono una mancanza di indipendenza; ad esempio, in 1 caso clinico di una persona con infezione confermata sulla base sia dei risultati radiologici sia della positività RT-PCR degli aspirati endotracheali, i risultati RT-PCR dei tamponi rinofaringei sono risultati negativi nel corso del decorso clinico (6).

Sono necessari ulteriori studi per caratterizzare meglio il meccanismo sottostante per scarse prestazioni diagnostiche della SARS-CoV-2 RT-PCR per informare le strategie di test.

La relazione tra un risultato falso negativo e l’infettività non è chiara e i pazienti che risultano negativi su campioni prelevati da tamponi rinofaringei possono avere meno probabilità di trasmettere il virus indipendentemente dallo stato reale del caso.

Abbiamo riscontrato un aumento del tasso di falsi negativi a partire da 9 giorni dopo l’esposizione; tuttavia, è possibile che alcuni dei risultati successivi non fossero veri falsi negativi, ma rappresentassero piuttosto la clearance dell’infezione.

Pertanto, l’interpretazione più avanti nel corso clinico dipende dallo scopo del test: se l’obiettivo è di isolare un paziente dall’isolamento, questi risultati negativi possono essere corretti, anche se sono necessari ulteriori dati dati studi che mostrano la replicazione virale in altri siti.

Tuttavia, se l’obiettivo del test è valutare se è necessario un follow-up aggiuntivo o se il paziente deve essere trattato come SARS-CoV-2-positivo ai fini della traccia del contatto, il test potrebbe non fornire le informazioni desiderate e si dovrebbe usare cautela nel processo decisionale.

Poiché gli anticorpi compaiono più tardi nel corso dell’infezione, una combinazione di test anticorpali e RT-PCR potrebbe essere più utile per i pazienti più lontani dai sintomi o dall’esposizione.

Il nostro studio ha diversi limiti. C’era una significativa eterogeneità nella progettazione e nella conduzione degli studi sottostanti da cui sono stati estratti i dati utilizzati nelle nostre analisi.

Tuttavia, quando abbiamo fatto un’analisi di sensibilità escludendo ogni studio a turno, abbiamo scoperto che nessuno studio era particolarmente influente e le inferenze erano sostanzialmente invariate. 

Le tecniche di raccolta dei campioni variavano attraverso gli studi (tamponi orofaringei vs. tamponi rinofaringei) e diversi studi affermavano che i campioni provenivano dal tratto respiratorio superiore senza fornire ulteriori dettagli.

Pertanto, non abbiamo potuto spiegare completamente le differenze nelle tecniche di raccolta dei campioni. La maggior parte degli studi ha testato campioni al momento dell’insorgenza dei sintomi piuttosto che al momento dell’esposizione, portando a una varianza elevata nelle stime nei primi giorni dopo l’esposizione.

Il nostro modello è applicabile solo nel contesto di un’esposizione nota, una tantum, non nel contesto di esposizione continua, come negli operatori sanitari che possono essere esposti quotidianamente a pazienti positivi per SARS-CoV-2.

Infine, la maggior parte degli studi ha definito casi veri positivi come quelli con almeno 1 risultato RT-PCR positivo, il che significa che i pazienti che non sono mai risultati positivi non sarebbero stati inclusi; questo potrebbe portare alla sottovalutazione del vero tasso di falsi negativi.

Due studi includevano casi probabili basati su caratteristiche cliniche ed epidemiologiche anche se i pazienti non avevano mai avuto un risultato RT-PCR positivo o sierologia. Poiché criteri quali febbre, sintomi respiratori e reperti di imaging non sono specifici, è probabile che si verifichino errori di classificazione, in cui una parte dei casi probabili sono in realtà veri negativi anziché falsi negativi. Riteniamo che questo effetto sia stato limitato perché escludere questi studi dalla nostra analisi non ha modificato le nostre inferenze primarie.

In sintesi, occorre prestare attenzione quando si interpretano i test RT-PCR per l’infezione da SARS-CoV-2, in particolare all’inizio del decorso dell’infezione e soprattutto quando si utilizzano questi risultati come base per rimuovere le precauzioni intese a prevenire la trasmissione successiva.

Se il sospetto clinico è elevato, l’infezione non deve essere esclusa sulla base della sola RT-PCR e la situazione clinica ed epidemiologica deve essere attentamente valutata. In molti casi, il tempo di esposizione è sconosciuto e il test viene eseguito sulla base del tempo di insorgenza dei sintomi.

Il tasso di falsi negativi è il più basso 3 giorni dopo l’insorgenza dei sintomi o circa 8 giorni dopo l’esposizione. I medici devono considerare l’attesa da 1 a 3 giorni dopo l’insorgenza dei sintomi per ridurre al minimo la probabilità di un risultato falso negativo. Ulteriori studi per caratterizzare le prestazioni dei test e la ricerca di approcci ad alta sensibilità sono fondamentali.


Ulteriori informazioni:  Lauren M. Kucirka et al. Variazione del tasso di falsi negativi di trascrittasi inversa Test della SARS-CoV-2 basati sulla reazione a catena della polimerasi inversa in base al tempo trascorso dall’esposizione,  Annals of Internal Medicine  (2020). DOI: 10.7326 / M20-1495

Disponibilità di codice e dati

I dati e il codice utilizzati per eseguire questa analisi sono disponibili pubblicamente su  https://github.com/HopkinsIDD/covidRTPCR  ( 17 ).

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