Nachweis von Antigenen bei SARS-CoV-2
Quelle: Ärztezeitung
Antigen-Schnelltests
Von Antigen-Schnelltests verspricht man sich, möglichst schnell zu erfahren, ob ein Mensch mit SARS-CoV-2, dem Erreger von CoVID-19, infiziert ist.
Die nötigen Testkriterien hierfür müssen erfüllt sein. Sie sind aus mehreren Studien bekannt.
Fragen der praktischen Umsetzbarkeit und auch viele Fragen zur epidemiologischen wie bevölkerungsmedizinischen Wirksamkeit sind gleichwohl ungeklärt (Hübner et al). Eine zentrale Frage des aktuellen politischen Diskurses betrifft den Einsatz von Antigen-Schnelltests in Schulen.
Etliche Meinungsbildner sagen, dass man den Präsenzunterricht in Schulgebäuden beim Einsatz von Antigen-Schnelltests verantworten kann.
Vorteile von Antigen-Schnelltests
- Vergleichsweise einfache Anwendung (Lindner et al)
- kein Aufwand an spezialisiertem Laborpersonal und Geräten
- Das Ergebnis liegt in 15-30 Minuten vor.
- hohe Wahrscheinlichkeit, herauszufinden ob wirklich Kranke an CoVID-19 leiden
Probleme bei Antigen-Schnelltests
- Die Sensitivität ist deutlich niedriger als die der PCR-basierten Testsysteme (Protzer et al, PEI Schnelltests)
- AST werden nach einem Konformitätsverfahren durch das Paul-Ehrlich-Institut zugelassen, das (Stand 15.03.2021) (PEI Schnelltests) nicht auf den Ergebnissen unabhängig durchgeführter Validierungsstudien, sondern allein auf den Angaben der jeweiligen Hersteller beruht.
- Ein negativer Antigen-Schnelltest schließt eine SARS-CoV-2 Infektion nicht aus und auch nicht, dass die getestete Person den Erreger übertragen kann.
- Negativ im Antigen-Schnelltest bedeutet nicht, dass angemessene Präventionsmaßnahmen überflüssig werden.
- Die Sensitivität ist deutlich niedriger (minimal berichtet: 39%) (Paul et al), wenn es sich bei den getesteten Personen um asymptomatische Menschen handelt.
- Fehler bei der Abstrich-Entnahme (entgegen der Anweisungen der Hersteller) können zusätzlich dazu beitragen, dass die Sensitivität abnimmt.
- Ein negativer Antigen-Schnelltest kann nicht als Argument dafür genutzt werden, dass eine vormals erkrankte, in Quarantäne oder Isolierung befindliche Person früher als in den entsprechenden Quarantäneverordnungen vorgeschrieben aus der Quarantäne (oder Isolierung) entlassen wird.
Für die Zulassung muss ein Hersteller u. a. nachweisen, dass von 100 PCR-positiven Proben nicht selektionierter, symptomatischer Patienten mindestens 80 mit dem AST als positiv erkannt werden (Sensitivität ≥ 80%). Diese Vorgaben des Bundesministeriums für Gesundheit (BMG) und des Paul-Ehrlich-Instituts (PEI) entsprechen den Lenkungsdokumenten der WHO (WHO Schnelltests) und des European Centre for Disease Prävention and Control (ecdc) (ecdc Schnelltests).
Die Spezifität der vom PEI zugelassenen Antigen-Schnelltests ist mit mindestens 97% grundsätzlich hoch. Trotzdem kommen falsch positive Antigen-Schnelltests vor (nach Herstellerangaben bei bis zu 3 von 100 Testungen). Bei niedriger Vortest-Wahrscheinlichkeit (geringe Rate positiver Teste in der untersuchten Population) und einer sehr hohen Anzahl an Tests kann die absolute Zahl der falsch-positiven Ergebnisse deutlich höher sein, als die der richtig positiven. Jedes positive Ergebnis im Antigen-Schnelltest ist meldepflichtig und bedarf (verpflichtend) einer Bestätigung durch einen Nukleinsäure-Suchtest. Ist eine PCR-basierte Testung bei einem Antigen-Schnelltest-positiven Menschen nicht sehr zeitnah möglich, treten weitreichende weiterführende Maßnahmen (Quarantäne, Kontaktnachverfolgung etc.) in Kraft, obwohl der Test falsch positiv ist.
Das Ergebnis eines Antigen-Schnelltests ist nur 24 Stunden valide (eine Momentaufnahme) (Protzer et al). Bei mehrmaliger konsekutiver Testung (zum Beispiel zweimal pro Woche oder an Tag 5 und 6 nach vermuteter oder vermeintlicher Exposition) mit einem Antigen-Schnelltest relativiert sich das Argument der niedrigeren Sensitivität in der frühen Phase einer Infektion (in den ersten 5-7 Tagen) (Mina et al, Sax White House).
Charakteristika von Antigen-Schnelltests
Die Sensitivität - und damit verbunden die Rate von falsch negativen Testergebnissen - eines Tests beschreibt den Anteil infizierter Personen, die bei einer Testung ein positives Testergebnis erhalten. Deren Testergebnis nennt man „richtig positiv“.
Weist ein Test eine Sensitivität von 99% auf, werden von 100 infizierten Personen 99 richtig als positiv erkannt. Eine der hundert Personen erhält fälschlicherweise ein negatives Testergebnis, obwohl sie betroffen ist. Das Testergebnis dieser Person nennt man "falsch-negativ“.
Das Paul Ehrlich-Institut (PEI) und das Robert Koch-Institut (RKI) haben gemeinsam Mindestkriterien festgelegt, die ein Antigentest erfüllen muss.
- Bei einer parallelen Untersuchung von 100 Personen mit CoVID-19-Symptomen müssen innerhalb von sieben Tagen nach Symptombeginn über 80% der unselektierten PCR-positiven Proben auch positiv im SARS-CoV-2 Antigen-Schnelltest ausfallen.
- Die Sensitivität der Tests ist auf den Packungen der Produkte und auf der Test-Datenbank des Bundesinstituts für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM) anzugeben.
- Allein der Hersteller sagt, wie sensitiv der Test ist. Systematisch überprüft wird solch eine Hersteller-Angabe in Deutschland nicht (Stand 2021-03).
Die angegebene Sensitivität der in Deutschland zugelassenen Antigentests reicht von 100,00% bis 80,2%. Unabhängige Untersuchungen zeigen etwas anderes.
Beispielsweise gibt die Abbott Rapid Diagnostics Jena GmbH als Sensitivität des PanbioTM COVID-19 Ag Rapid Test Device für Nasenabstriche mit 98,1% an. Roche sagt, der SARSCoV-2 Rapid Antigen Test Standard Q von SD Biosensor Inc. habe eine Sensitivität von 96,52%.
Goldstandard der Diagnostik ist das RT-PCR-Verfahren. Das ist selbst nicht perfekt. Die Übereinstimmungsraten von Antigen-Schnelltests und PCR-Tests, sind trotzdem der beste Wert zur Schätzung der Sensitivitätswerte von Antigen-Schnelltests
Bei Hersteller-unabhängig durchgeführten Untersuchungen beider Tests ermitteltelte man auf diese Weise Sensitivitätswerte zwischen 70% und 90%, teilweise ohne Überlappung der Konfidenzintervalle, was die Ergebnisse rein rechnerisch noch einmal unsicherer macht (Albert et al, Alemany et al, Berger et al, Bulilete et al, Linares et al, Abdulrahman et al, Cerutti et al, Paul et al, Iglòi et al, Schwob et al, Krüger et al).
Gemäß diesen Studien wird eine aus zehn Personen, welche mittels eines PCR-Tests positiv auf SARS-CoV-2 getestet wurden, und eine aus drei Personen mit jedwedem Testergebnis insgesamt, nicht durch einen Antigen-Schnelltest erfasst.
Die Spezifität - und damit verbunden der Anteil von falsch negativen Testergebnissen - eines Tests beschreibt den Anteil nicht infizierter Personen, die bei Testung ein negatives Testergebnis erhalten.
Weist ein Test eine Spezifität von 98% auf, werden von 100 Gesunden 98 richtig als gesund erkannt. Zwei Personen erhalten fälschlicherweise ein positives Testergebnis, obwohl sie nicht infiziert sind. Die Testergebnisse dieser zwei Personen werden als "falsch-positiv" bezeichnet.
Laut den Mindestkriterien des PEI muss die Spezifität der Antigen-Schnelltests mehr als 97% betragen. Die Herstellerangaben der Tests, welche in der Datenbank des BfArM veröffentlicht sind, erreichen nach eigenen Angaben bei verschiedenen Tests von einer Spezifität zwischen 100% und 96,9%. In unabhängigen Untersuchungen fällt auch dies oft deutlich niedriger aus (Corman et al, Dinnes et al).
Eine besondere Herausforderung bei der Ermittlung der Spezifität ist, dass bereits geringe Unterschiede in den Prozentwerten (99% gegenüber 99,5%) große Unterschiede in der Rate der Betroffenen erzeugen. Studien mit wenigen hundert Teilnehmern haben daher eine vergleichsweise geringe Aussagekraft. Die Angabe von einer Spezifität von 100% aus solchen Studien ist oft nicht verlässlich und nicht übertragbar (Berger et al, Iglòi et al, Schwob et al).
Eine systematische Übersichtsarbeit ermittelte im August 2020 auf Basis von 13 Evaluationen und insgesamt 2255 Proben eine Spezifität von 98,9% (95% KI: 97.3% bis 99.5%) für mehrere verschiedene kommerzielle Antigen-Schnelltests. Zwei weitere Einzelstudien mit einer Studienpopulation von 4183 bzw. 1089 getesteten Personen ermittelten eine Spezifität von 99.1% bzw. 98.9% (Abdulrahman et al, Lu et al).
Während diese Zahlen aus der Sicht einer einzelnen Person relativ hoch erscheinen, können sie beim Testen einer großen Anzahl von Personen zu einem Problem werden, was durch die falsch-negativ Rate (FNR) – dem Gegenstück zum positiv-prädiktivem Wert (PPW) – ausgedrückt wird. Die FNR entspricht der Wahrscheinlichkeit, bei einem positiven Testergebnis nicht infiziert zu sein. Diese Wahrscheinlichkeit hängt primär von drei Faktoren ab:
1) Wie viele Infizierte gibt es in der Population, die ich testen möchte?
2) Wie viele davon wird mein Test erfassen (Sensitivität)?
3) Wie viele der negativen Personen werden falsch positiv klassifiziert?
In Zahlen heißt das: Eine Stadt von 100.000 Personen, in der sich 10 infizierte Personen befinden, wird vollständig getestet. Der Test erfasst 90 % der infizierten korrekt (Sensitivität = 90 %) und klassifiziert 99,9% aller Personen, die nicht infiziert sind als negativ. Dann werden am Ende 109 positive Testergebnisse vorliegen, von denen 100 (92%) falsch positiv sind.
Um die FNR möglichst gering zu halten (und damit den PPV möglichst hoch) ist es entscheidend, den Anteil der infizierten Personen in der Gruppe, die getestet werden soll, zu maximieren. Dies lässt sich in der Praxis z. B. dadurch erreichen, indem v.a. Personen mit vergleichsweiser hoher Infektionslast bzw. einer entsprechend hohen Wahrscheinlichkeit hierfür getestet werden, wie es z. B. bei symptomatischen Personen nach einem Risikokontakt der Fall wäre.
Selbst vergleichsweise gute Antigen-Schnelltests (z. B. mit 90% Sensitivität und 99,5% Spezifität), fallen in den meisten Fällen falsch aus, wenn SARS-CoV-2 in der zu testenden Bevölkerungsgruppe vergleichsweise selten vorkommt. Man spricht in diesem Fall von niedriger Prävalenz.
Bei einer Verbreitung von 10 Infizierten pro 100000 wäre nur eine von insgesamt 55 Personen mit einem positiven Testergebnis wirklich infiziert. Bei asymptomatischen Verläufen fällt der Anteil falsch positiver Testergebnisse noch höher aus, da hier die Sensitivität der Tests niedriger ist und da deren Vor-Test-Wahrscheinlichkeit geringer ist.
Ein weiterer relevanter Faktor für die Wahl der Teststrategie sowie die damit einhergehende Evaluation etwaiger Konsequenzen ist der sogenannte „negative prädiktive Wert“. Er gibt an, wie zuversichtlich eine Person sein kann, dass sie bei einem negativen Testergebnisse auch wirklich nicht infiziert ist. Auch hier spielten die Verbreitung von SARS-CoV-2 in der Bevölkerung und die Sensitivität des Tests eine wichtige Rolle.
Wenn sich in einer Bevölkerung von 100000 Personen 10 unerkannte Infizierte befinden und eine zufällige Person herausgegriffen wird, ist deren Wahrscheinlichkeit, nicht infiziert zu sein, 99,99% (99990/10000). Wenn diese Person mit einem Test mit einer Sensitivität von 80% und einer Spezifität von 99,5% untersucht wird und das Testergebnis negativ ausfällt, kann aus dem Verhältnis von falsch negativen Testergebnissen (2/10) und den korrekt negativen Testergebnissen (99490/99990) berechnet werden, dass die Person bei einem negativen Testergebnis zu 99,998% nicht mit SARS-CoV-2 infiziert ist.
Schwächen selbst bei symptomatischen Patienten
Selbst bei symptomatischen Personen, deren Infektion mit einem PCR-Test bestätigt wurde, fallen die Antigen-Schnelltests laut unabhängigen wissenschaftlichen Untersuchungen teilweise negativ aus: Bei der Testung von 468 Patienten in der Notaufnahme des Katharinenhospitals des Klinikums Stuttgart (102 davon mit CoVID-19 Symptomen) wurde eine Sensitivität von 85,7% ermittelt (n=36 aus 42 PCR-positiven Personen), was einem falsch negativen Testergebnis von 7 Personen entspricht (Paul et al).
An der Universitätsklinik Genf wurden zwei Antigen-Schnelltests untersucht, mit 529 bzw. 525 Personen. Selbst bei infizierten Patienten mit Fieber oder Schüttelfrost, lieferten die Tests bei einer aus 16 PCR-positiven Personen ein falsch negatives Testergebnis (zwischen 1 aus 7 und 1 aus 43 Testresultaten; Berger et al).
Bei einer Testung von 1369 Personen in SARS-CoV-2-Testzentren auf Mallorca, Spanien, wiesen 556 Personen mit CoVID-19 vereinbare Symptome auf. Bei deren Untersuchung lag die Sensitivität bei 83,1%. Das entspricht einem falsch negativen Testergebnis auf sechs Testungen (Bulilete et al).
Sensitivität in Abhängigkeit von der Viruslast
Bei niedriger Sensitivität (bzw. einer geringen Übereinstimmung mit den Ergebnissen eines parallel erfolgenden PCR-Tests) ist zu beachten, dass der Anteil falsch-positiver Testergebnisse bei Proben mit hohen Viruslasten deutlich höher ausfällt.
Exkurs: ct-Wert
Die Sensitivität von Antigen-Schnelltests in Fällen mit niedrigen ct-Werten (<25; hinweisend auf eine hohe Viruslast) fiel in einigen Studien hoch aus. Sie entsprach bei diesen Studien fast der Sensitivität eines PCR-Tests (Übereinstimmungsraten zwischen 98% und 100%; Alemany et al, Berger et al, Singanayagam et al, Van der Mooren et al).
In anderen Studien mit derselben Fragestellung lag die ermittelte Sensitivität deutlich niedriger. Beispielsweise ermittelte eine Studie mit insgesamt 546 PCR-positiven Personen mit einem ct-Wert <25 für den PanbioTM COVID-19 Ag RADT die Sensitivität mit 87,9% (480/546; Abdulrahman et al).
Eine andere Studie mit 315 PCR-positiven Erwachsenen ermittelte beim ct-Wert von ≤26.7 (was einer Virusanzahl von ≤106 SARS-CoV-2-Kopien pro Milliliter entspricht) eine Sensitivität von 95.7% (95% KI: 92,4-97,8%); (Tests: PanbioTM Ag-RDT und Standard Q Ag-RDT; Berger et al). In einer Studie mit 698 PCR-positiven Personen mit einem ct-Wert <30 wurde eine Sensitivität von 85% (95% KI: 81,6% - 87,1%) ermittelt (Test: PanbioTM Ag-RDT; Abdulrahman et al). In einer Studie aus den Niederlanden lag die Sensitivität für ct-Werte <30 bei 92% (92 aus 99 PCR-positiven Personen mit ct-Wert <30; Test: BD Veritor System for Rapid Detection of SARS-CoV-2; Van der Mooren et al).
Antigen-Schnelltests können bei hoher bis sehr hoher Viruslast zu PCR-Tests vergleichbare Ergebnisse liefern. Es zeigen sich jedoch große Unterschiede in den Ergebnissen verschiedener Studien. Durch Zufallsschwankungen erklären sich diese Unterschiede nicht. Hersteller-unabhängige Studienergebnisse deuten darauf hin, dass Antigen-Schnelltests einen relevanten Anteil infektiöser Personen nicht als solche identifizieren (abhängig von der Studie, etwa zwischen einer Person aus sieben und einer Person aus zwanzig der Getesteten).
Wann kann man überhaupt sinnvoll testen?
Wann getestet wird, spielt eine zentrale Rolle für die Aussagekraft der Testergebnisse. In den ersten zwei bis drei Tagen nach einer erfolgten Infektion fallen sowohl PCR-Tests als auch Antigen-Schnelltests nahezu immer falsch negativ aus, da zu diesem Zeitpunkt noch nicht genug virale Kopien in den Atemwegen zu finden sind (Kucirka et al, Mina et al).
Exkurs: Verlauf einer Infektion mit SARS-CoV-2
Eine Ermittlung der Sensitivität der Antigen-Schnelltests durch eine Übereinstimmung mit PCR-Tests überschätzt daher auch systematisch die Sensitivität der Antigen-Schnelltests.
Hinzu kommt, dass der Anstieg der Viruslast vor Beginn der Infektiosität exponentiell erfolgt – in einer Größenordnung eher von Stunden als von Tagen (Smith et al, He et al). Daher besteht praktisch kein bzw. ein nur sehr kurzes Zeitfenster, in dem Antigen-Schnelltests infizierte Personen vor Beginn ihrer Infektiosität identifizieren können („richtig positiv“).
Dauer der Gültigkeit der Testergebnisse
Des Weiteren ist davon auszugehen, dass eine negatives Antigen-Schnelltest-Ergebnis nicht länger als einen Tag gültig ist. Nur eine mindestens tägliche Testung – trotzdem durch die Sensitivität des Tests begrenzter Aussagekraft – bietet die Gewissheit, nicht infektiös zu sein.
Sensitivität und Spezifität von Antigentests bei Kindern
Nur wenige Studien gibt es zur Sensitivität und Spezifität bei der Anwendung von Antigen-Schnelltests bei Kindern. Evaluierte wurde der MSD ® S-PLEX ® CoV-2 N Assay, welcher jedoch nicht in der Test-Datenbank des BfArM gelistet ist (2021-03). In dieser Studie wurden Proben von 35 Erwachsenen und 101 Kindern untersucht, welche mittels PCR-Test positiv auf SARS-CoV-2 getestet wurden. Die Sensitivität des Antigen-Schnelltests fiel bei den Proben der Kinder niedriger aus (79%; 95% KI: 70-87%) als bei den Erwachsenen (91%; 95% KI: 77-98%) (Pollock et al).
Zusammenfassung der Test-Charakteristika
- Antigen-Schnelltests haben keine ausreichende Sensitivität, um einen sicheren Ausschluss einer Infektion zu gewährleisten.
- Es gibt einen diagnostisch blinden Fleck in den Tagen direkt nach einer Infektion.
- Aufgrund der sehr raschen Virusvermehrung kurz vor Beginn der eigentlichen Infektiosität gilt ein Testergebnis nicht länger als einen Tag.
- Beim Einsatz in Populationen mit einer geringen Verbreitung des Virus (niedrige Vortest-Wahrscheinlichkeit) ist davon auszugehen, dass ein positives Testergebnis mittels Antigen-Schnelltest bei der darauf folgenden PCR-Testung in den allermeisten Fällen negativ ausfallen wird. Dies führt für Einzelpersonen dazu, dass sowohl negative als auch positive Testergebnisse nicht verlässlich sind.
- Bei Ausweitung der Antigen-Schnelltests auf Selbstanwendung ist eine professionelle Bewertung des Testergebnisses nicht gewährleistet.
- Viele Laien werden ihr negatives Testergebnis irrtümlich dahingehend interpretieren, dass die getestete Person nicht infiziert und damit auch nicht ansteckend wäre.
- Mit hoher Wahrscheinlichkeit wird diese Fehlbewertung zu Vernachlässigungen der Hygieneschutzmaßnahmen führen, wodurch der erhoffte Nutzen durch Früherkennung hochinfektiöser Personen konterkariert wird.
- Dass ein positives Testergebnis die getestete Person verantwortungsvoll zur Bestätigung durch einen PCR-Test und damit zur eventuellen Einleitung einer mindestens 10-tägigen Isolation veranlasst, kann nur erhofft werden.
Ohne professionelle Durchführung und ohne die keineswegs triviale Testinterpretation in Bezug auf Durchführung, biometrisch fundierte Einordnung des Ergebnisses und ohne eindeutige Konsequenzen, ist ein Antigen-Schnelltest wenig wert.