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技术角度分析武汉全员新冠病毒核酸筛查可行性

作者:荧光定量PCR仪   发布时间:2020-05-25

    5月11日,武汉市新冠肺炎疫情防控指挥部涉疫大数据与流行病学调查组下发《关于开展全市新冠病毒核酸筛查的紧急通知》(下称“紧急通知”),其中通知武汉各区新冠肺炎疫情防控指挥部:经研究决定,在武汉全市范围内开展全员新冠病毒核酸筛查“十天大会战”。各区按10天期限,做好本辖区全员核酸筛查计划安排。

    想法很好,但是可行性高吗?暂且不说费用、动员能力,就武汉目前的核酸检测能力而言,几乎不可能在10天完成千万人次的核酸检测!

    一、现有的检测能力

    4月19日,武汉市人民政府副市长李强表示,武汉市现有53家核酸检测技术机构,211个核酸检测点,日均检测能力4.6万人次。而湖北省有189家核酸检测实验室,3月30日以来的日均检测量达到5.4万人次,4月17日的检测量达到8.9万人次。
    核酸检测

    而在2月21日左右,武汉日均核酸检测力仅为2万次,那个时候刚刚完成四类人员核酸检测的清零,封城已过4周!现在已经5月中旬,就算动员全省的检测能力,就算日均核酸检测达到20万次,也得一个多月测完1000万人,经过一个月的人员流动,这十天采样检测的意义不大。更何况,核酸检测只有50%的准确率,确切说,可能有一半的病毒携带者的检测结果为阴性!

    那么,是否可以将武汉现有核酸检测能力再提高数倍?不是没有这个可能,但是很难在10天内完成。经过三个多月的努力,湖北省4月17日的检测量达到8.9万人次。4月25日,广东省日平均核酸检测6到8万份;5月11日,北京每天检测量达到约4.8万。

    从这些数据看,全国没有一个省市可以达到每天100万次的核酸检测。今天刚刚出了一个数据:我国每天核酸检测能力为150万份!各省市都有自己的检测需求,不可能都援助武汉完成十天会战。

    二、为什么提高核酸检测能力比较难?这涉及多方面的原因。

    首先,核酸检测的原理决定了检测效率不太高。核酸检测的目的是检测病毒的基因(DNA或RNA)序列。然而,病人样本的病毒含量比较低,所以,需要通过聚合酶链式反应(PCR)对病毒的基因进行扩增放大。如此,病毒序列可以被放大成千上万倍,进而通过核酸荧光探针检测出来。如果样本中没有病毒基因序列,则不会有核酸被扩增,最终的荧光信号很弱。以上就是PCR检测病毒的大致过程。

    PCR技术发展于上个世纪80年代,1993年获得诺贝尔化学奖,现在是基因检测的主要手段,差多不也是唯一手段。所不同的是目前的PCR反应实现了批量自动化,检测效率比过去提高了很多。即便如此,相对于免疫检测技术,PCR检测速度仍然很慢。一个PCR检测需要几十轮扩增循环,即便是自动化,至少得半小时以上,还不包括采样、前处理的时间。所以,一般情况下,至少等2个小时才能获得PCR结果。

    另外一个硬伤是,PCR的检出率不到50%。由于样本的核酸含量很低、核酸的不稳定性,一些样本中的病毒基因在保存、运输、前处理过程中就降解了;而且冠状病毒是RNA病毒,比DNA更容易降解,这些原因都可能导致假阴性的结果。所以,疑似病例至少要经过两次核酸检测才能够确诊。

    前段时间,一些国外媒体报道国内的一些检测试剂的准确率低,可能真的不是因为国内厂家卖不合格的试剂。受PCR反应原理的限制,欧美国家的检测试剂的准确率也不会高到哪儿去。

    另外,要强调一点,这些检测试剂的成本是很低的,检测过程的消耗量小,规模化生产没有问题,所以,试剂盒从来不缺。检测能力提不上去,缺的是检测人员,检测设备,超规模的检测方法。

    为什么很难短期内提高核酸检测能力,这不仅仅是技术问题,还有法律,监管问题。法律规定了向公众发布检测结果必须要取得检测资质。尤其是传染病的检测,事关重大,不可能让个人自行检测,只能由具备资质的机构来检测。而核酸检测需要P2实验室,也就是二级生物安全的实验室,对于室内质评、时间质控等等都有比较高的要求。然而,此次疫情爆发以前,核酸检测实验室没有那么多,检测人员和设备也不够,甚至湖北很多小县城没有核酸检测机构。一时之间,要召集这么多专业人员,建立这么多检测机构,并取得资质,确实是一件很难的事情。人类历史上,从来没有出现过这么大范围的核酸检测,也从来没有哪一个国家部署过这么多检测机构。

    三、到底需要什么样的检测能力?

    虽然有非典的经验,禽流感的经验,但是这次新病毒的潜伏期长、传染力强,远远超过此前的估计。从传染病预防的角度看,我们确实需要可以及时检测所有人的技术和相应的实验室部署。中国按14亿人口算,要在2周隔离期内完成全员核酸检测,意味着每天至少要测1亿人!不一定真的去测这么多人,但是规划并部署这么大规模的检测能力,是对未来新传染病的战略性防控。我们并不知道下一次传染病的潜伏期是否只有14天,也不知道下次病原体在空气中存活的时间有多长。只有及时检测,才能隔离病患、切断传染链。同时,为了尽快恢复生产生活,必须在尽可能短的时间内完成四类、八类人群的检测。而四类、八类人群的数量上限就是总人口数,如果是十天隔离期,每天就得检测十分之一的人口数!而我国现有的检测力为每天150万份,还远远做不到大规模及时筛查。

    四、注重多种检测技术的发展,推广更可靠的检测方法

    前面已经说过了,用PCR检测核酸的一个硬伤:速度慢。即便采用高度自动化的车间去检测,将大量的样本并行检测,一个循环也得4个小时。一些检测机构还专门配备了样本低温运输的物流网,单日检测量达到7万次!核酸检测的自动化确实还有提升空间。但是,这克服不了PCR检测的另外一个硬伤:准确率低!

    所以,还需要大力发展其它检测方法,以弥补核酸检测的不足。病毒不止有核酸,还有蛋白质构成的衣壳,其它的病原体也含有各自特有的蛋白质。蛋白质比核酸要稳定得多。而且检测蛋白质的方法比检测核酸要多,检测原理也截然不同。其中一些免疫学检测(抗体抗原检测)方法速度快,灵敏度也很高,准确率可以达到90%以上!

    虽然抗体抗原检测有上述优势,但是在新传染病发现的前期,要获得抗体抗原并用于检测试剂的开发是比较难的,至少比获得病毒的基因序列要难!知道了病毒的基因序列,用计算机就可以设计检测试剂。然而,要获得病毒的抗体,就得用病毒样本进行动物实验,这个时间至少得一周,研发检测试剂又得花一周时间,等到试验审批,可能是一个月后了!

    如果是在新传染病发现的前期,没有抗体抗原的检测试剂可用,确实只能用多次核酸检测来确诊。然而,现在已经过去了几个月,病毒抗体的检测的试纸条已经出来了很多家,抗原的检测试剂也出来了几家。一些试纸条的检测原理类似于早早孕试纸,以胶体金为显色剂,成本比核酸检测还低很多,操作比核酸检测简单太多,15分钟内可以出结果。

    不过,抗体检测也有其不足,抗体是人体免疫系统产生的,用于中和病毒。病人感染的前一周,体内免疫反应不足,可能不产生抗体;康复的病人中,病毒已经清除,但是体内还保留大量抗体。所以,抗体检测只是一个间接检测。

    抗原检测是直接检测病毒蛋白的方法,虽然检测技术更难研发,但是现在也出来了,不过好像还没有通过审批。无论是从准确率、灵敏度,抗原检测都可能高于核酸检测。

    五、武汉的疫情已经得到控制,花费那么多检测费用值不值?

    写这篇文章的时候,没想到一篇参考新闻居然404了:“十天大会战”武汉拟全民筛查花费超10亿,专家希望“冷静下来”。用百度快照,也许还可以看。中国医学科学院院长王辰院士表示,“并不是所有患病的人都能够检测出核酸呈阳性,而且核酸对于真实病例的检测率不过30%至50%。”也就是说,超过50%的被感染者的核酸检测呈现假阴性。《健康报》在题为《全民筛查,武汉再次拼了》的报道中称,根据湖北省相关部门测算,武汉全员完成核酸检测所需费用超过10亿元。这些费用很可能由武汉市、区两级财政承担。

    如此说来,用10亿元也不能排除50%的病毒携带者,而且也没有能力完成这种规模的检测,就算一次筛查准确率100%,也不代表以后不会感染。

    个人认为,在武汉疫情已经得到控制的情况下,这10亿还不如用于研发推广一些更加可靠的检测方法!或者用于发展本地的检测机构。

    2月22日,当湖北省费力地将核酸检测能力提高到每日2万例时,广东省一个机构的日均检测样本能力达了7万例!国内的疫情重灾区的检测能力还比不上一个单位,确实让人吃惊!

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