Massives Testen kann den Ausbruch des Coronavirus stoppen

Chen Shen und Yaneer Bar-Yam. Massives Testen kann den Ausbruch des Coronavirus stoppen. New England Complex Systems Institute (6. März 2020)

Um einen viralen Ausbruch zu stoppen, muss die Übertragung gestoppt werden.Eine Schlüsselstrategie besteht darin, Personen mit der Krankheit zu identifizieren und unter Quarantäne zu stellen, damit andere nicht infiziert werden. Ist der Test zu ungenau, kann es sein, dass auf diese Weise einige Personen isoliert werden, die eigentlich gar nicht infiziert sind - sogenannte falsch-positive Ergebnisse. Dies führt zwar zu einer erhöhten sozialen Belastung, stoppt aber dabei den Ausbruch. Auf der anderen Seite ist es verkraftbar, eine Reihe falsch-negativer Ergebnisse zuzulassen: Solange der Prozentsatz der falsch-negativen Ergebnisse klein genug ist, wird es im Laufe der Zeit weniger neue Fälle geben und der Ausbruch wird exponentiell beendet. Je mehr Personen von einem kranken Individuum infiziert werden (“Infektions-” oder “Reproduktionsrate” ohne Tests), desto kleiner darf die zulässige falsch-negative Rate sein.

Je genauer wir potenzielle Fälle identifizieren können, desto besser, da weniger Menschen isoliert werden müssen. Aber je weniger Fälle wir übersehen, selbst wenn dafür mehr Menschen isoliert werden müssten, desto schneller verschwindet der Ausbruch und weniger Menschen werden krank und sterben.

Wie hängen die verschiedenen Möglichkeiten, den Ausbruch zu stoppen in diesem Rahmen zusammen? Hier einige Beispiele:

  • Selbstberichterstattung und Diagnose: Bei dieser Art des Testens muss eine Person zuerst selbst erkennen, dass sie Symptome zeigt, die medizinisch behandelt werden müssen. Sie muss sich dann bei einem Arzt melden, der eine Diagnose durchführt und wenn die Diagnose ergibt, dass die Krankheit vorliegt (mit einigen falsch-positiven und -negativen Ergebnissen), wird das Individuum isoliert. Diejenigen, die krank sind und sich nicht selbst melden, sind falsch-negativ. Diejenigen, bei denen die Krankheit falsch diagnostiziert wurde, sind falsch-positiv.In der Regel liegt das größte Problem bei den falsch-negativen Fällen in der Selbstmeldung: Menschen, die krank sind, es aber nicht erkennen und sich nicht selbst melden - möglicherweise weil die Symptome generisch / unspezifisch oder nicht sofort lebensbedrohlich sind. Andere Personen haben vielleicht den Verdacht, an der Krankheit zu leiden, entscheiden sich aber aus persönlichen, finanziellen, sozialen oder beruflichen Gründen gegen einen Test oder erhalten nicht die Möglichkeit, diagnostiziert und isoliert zu werden. (Es gibt auch andere Probleme, einschließlich der Frage, inwiefern der Weg zum Test, das Testen selbst und das Isolieren zu neuen Fällen führen kann, z. B. Infektionen während des Transports oder in der Arztpraxis und wie erfolgreich die Isolierung ist.)
  • Kontaktverfolgung: Bei dieser Art des Testens werden Personen identifiziert, die mit einer diagnostizierten Person in Kontakt waren (gemäß der Selbstberichterstattungs- und Diagnosemethode) und kontaktiert, um entweder nach Symptomen Ausschau zu halten oder direkt isoliert zu werden. Ihre Isolation (einschließlich vieler Menschen, die nicht tatsächlich infiziert sind, d.h. falsch-positive Ergebnisse) hilft dabei, den Ausbruch zu stoppen.
  • Abriegelung - Identifizierung der geografischen Gemeinschaft: Bei dieser Testmethode werden alle Mitglieder einer geografischen Gemeinschaft im Bereich infizierter Personen als potenziell infiziert und isoliert betrachtet. Dies schließt viele falsch-positive Fälle ein und kann den Ausbruch stoppen.
  • Generische symptomatische Tests in der Nachbarschaft: Hier werden alle Mitglieder einer Nachbarschaft in der Nähe von infizierten Personen als potenziell infiziert angesehen, isoliert und auf Symptome wie Fieber getestet, die mit dieser oder anderen Krankheiten verbunden sein können. Der Vorteil dieses Ansatzes (gegenüber Abriegelung) besteht darin, dass weniger Personen isoliert sind, was die soziale Belastung senkt. Der Vorteil gegenüber spezifischerer Diagnose besteht darin, dass viel mehr infizierte Personen isoliert werden. Dieser Ansatz wurde effektiv eingesetzt, um den Ebola-Ausbruch in Liberia und Sierra Leone zu stoppen [1].
  • Umfangreiche spezifische Tests: Hier werden DNA- oder andere spezifische Tests in großem Umfang in der Bevölkerung angewendet, möglicherweise auf ein bestimmtes geografisches Gebiet konzentriert, um potenzielle zu isolierende Fälle zu identifizieren. Wenn der Test spezifisch genug ist und weit genug angewendet werden kann, kann dieser Ansatz den Ausbruch stoppen.
  • Gezielte Zufallsstichprobe: Hier werden diagnostische oder DNA-Tests auf Personen mit Bevölkerungsgruppen angewendet, die in hohem Maße miteinander verbunden sind, z. B. in engen Gemeinschaften wie Gefängnissen, Hostels, Wohnheimen, Pflegeheimen, Reha-Einrichtungen, psychiatrischen Stationen, medizinischen Einrichtungen oder Altenheimen. Wenn an diesen Orten eine Person infiziert ist, sind wahrscheinlich viele Personen infiziert, auch wenn sie noch keine Symptome zeigen oder positive Testergebnisse haben würden. In diesem Fall kann die gesamte Gemeinschaft isoliert werden (als Einzelpersonen und nicht als Gruppe), um eine zusätzliche Übertragung zu verhindern.

Im Allgemeinen sehen wir, dass jede Art der Bestimmung der zu isolierenden Personen verwendet werden kann, um den viralen Ausbruch zu stoppen, selbst wenn es falsch-positive Ergebnisse gibt, solange die Anzahl falsch-negativer Fälle gering genug bleibt: die Verwendung verschiedener Tests, einschließlich der Identifizierung von Symptomen, geografische Lage oder molekulare Tests.

Neben der Durchführung der Tests ist eine wichtige Frage, wie früh wir feststellen können, ob jemand Mitglied der Gruppe ist, die isoliert werden soll, und wie sich dies auf die Anzahl der infizierten Personen auswirkt. Wenn sie identifiziert werden, bevor sie ansteckend werden, oder wenn es nur ein kleines Zeitfenster gibt, in dem sie ansteckend sind, kann dies ausreichen, um Infektionen zu verhindern und den Ausbruch wirksam zu stoppen. Die Zeit, in der Individuen ansteckend sind, hat einen ähnlichen Effekt wie falsch-negative Ergebnisse: sie trägt zur Anzahl der infizierten Personen bei und verringert die Wirksamkeit von Tests zum Stoppen des Ausbruchs. Dies macht eine frühzeitige und schnelle Anwendung des Tests, unabhängig von seiner Form, symptomatisch, geografisch oder molekular, zu einem wesentlichen Bestandteil dafür, ob der Test den Ausbruch wirksam stoppt und wie viele Menschen krank werden und sterben.

Im Fall von COVID-19, dem in Wuhan beginnenden Coronavirus-Ausbruch, gibt es einen spezifischen DNA-Test unter Verwendung eines Nasen- oder Rachenabstrichs, mit dem Fälle schnell genug identifiziert werden können, um die Ansteckungsrate drastisch zu verringern, wenn diejenigen, die positiv getestet werden, isoliert werden. Dennoch dauert es mehrere Tage, bis die Tests Ergebnisse liefern. Schnellere Tests sind in Entwicklung.

Zu Beginn des Ausbruchs war die Anzahl der durchführbaren Tests stark begrenzt, und die Notwendigkeit einer Isolation auf Gemeindeebene war unabdingbar. In China wurde ein bemerkenswerter Erfolg erzielt, insbesondere in Wuhan, wo ein enormer Aufwand zur Kontakt-Rückverfolgung stattfand (670.000 Personen) [2]. In Südkorea wurde abgeriegelt [3] und gleichzeitig Tests in großem Maße durchgeführt, einschließlich in leicht zugänglichen Drive-In-Standorten [4]. In jüngster Zeit gibt es Hinweise darauf, dass der Ausbruch in Südkorea unter Kontrolle ist [5].

Derzeit gibt es an vielen Orten der Welt nicht genügend Testkits, um flächendeckend nötige Tests durchzuführen. Dies schränkt unsere Fähigkeit ein, diesen Ansatz zu verwenden. Grundsätzlich ist es möglich, dass Testkits schnell und kostengünstig hergestellt und dann umfassend angewendet werden, um Fälle zu identifizieren. Sobald dies gelingt, sind andere Ansätze wie Abriegelung weniger notwendig. Ist eine große Anzahl von Testkits verfügbar, kann das den viralen Ausbruch stoppen.

Was muss getan werden? Zum Verlangsamen oder Stoppen des Coronavirus-Ausbruchs wird ein mehrstufigen Ansatz verfolgt. Einzelpersonen, Familien und Gemeinschaften sollten Vorkehrungen treffen, um Kontakte zu vermeiden und die Wahrscheinlichkeit einer Infektion durch sie und andere zu verringern. Gleichzeitig sollten die medizinischen Behörden die Entwicklung von Tests beschleunigen, deren Anwendung nur minimale Kenntnisse erfordern und die über geografische Standorte hinweg leicht zugänglich sind. Wo es möglich ist, können Unternehmen oder NGOs auch Testdienste an geeigneten Orten anbieten und möglicherweise sogar von Tür zu Tür gehen, wie dies gegen Ende des Ausbruchs in China getan wurde [6], um Fälle schnell zu identifizieren.

Referenzen

  1. How community response stopped ebola
  2. Report of the WHO-China Joint Mission on Coronavirus Disease 2019 (COVID-19)
  3. Daegu in Lockdown as Coronavirus Infections Soar
  4. South Korea pioneers coronavirus drive-through testing station
  5. BREAKING: Coronavirus Update. Significant decline in daily new cases in South Korea--positive sign of gaining control.
  6. China Goes Door to Door in Wuhan, Seeking Infections

Massives Testen kann den Ausbruch des Coronavirus stoppen

Chen Shen und Yaneer Bar-Yam. Massives Testen kann den Ausbruch des Coronavirus stoppen. New England Complex Systems Institute (6. März 2020)

Um einen viralen Ausbruch zu stoppen, muss die Übertragung gestoppt werden.Eine Schlüsselstrategie besteht darin, Personen mit der Krankheit zu identifizieren und unter Quarantäne zu stellen, damit andere nicht infiziert werden. Ist der Test zu ungenau, kann es sein, dass auf diese Weise einige Personen isoliert werden, die eigentlich gar nicht infiziert sind - sogenannte falsch-positive Ergebnisse. Dies führt zwar zu einer erhöhten sozialen Belastung, stoppt aber dabei den Ausbruch. Auf der anderen Seite ist es verkraftbar, eine Reihe falsch-negativer Ergebnisse zuzulassen: Solange der Prozentsatz der falsch-negativen Ergebnisse klein genug ist, wird es im Laufe der Zeit weniger neue Fälle geben und der Ausbruch wird exponentiell beendet. Je mehr Personen von einem kranken Individuum infiziert werden (“Infektions-” oder “Reproduktionsrate” ohne Tests), desto kleiner darf die zulässige falsch-negative Rate sein.

Je genauer wir potenzielle Fälle identifizieren können, desto besser, da weniger Menschen isoliert werden müssen. Aber je weniger Fälle wir übersehen, selbst wenn dafür mehr Menschen isoliert werden müssten, desto schneller verschwindet der Ausbruch und weniger Menschen werden krank und sterben.

Wie hängen die verschiedenen Möglichkeiten, den Ausbruch zu stoppen in diesem Rahmen zusammen? Hier einige Beispiele:

  • Selbstberichterstattung und Diagnose: Bei dieser Art des Testens muss eine Person zuerst selbst erkennen, dass sie Symptome zeigt, die medizinisch behandelt werden müssen. Sie muss sich dann bei einem Arzt melden, der eine Diagnose durchführt und wenn die Diagnose ergibt, dass die Krankheit vorliegt (mit einigen falsch-positiven und -negativen Ergebnissen), wird das Individuum isoliert. Diejenigen, die krank sind und sich nicht selbst melden, sind falsch-negativ. Diejenigen, bei denen die Krankheit falsch diagnostiziert wurde, sind falsch-positiv.In der Regel liegt das größte Problem bei den falsch-negativen Fällen in der Selbstmeldung: Menschen, die krank sind, es aber nicht erkennen und sich nicht selbst melden - möglicherweise weil die Symptome generisch / unspezifisch oder nicht sofort lebensbedrohlich sind. Andere Personen haben vielleicht den Verdacht, an der Krankheit zu leiden, entscheiden sich aber aus persönlichen, finanziellen, sozialen oder beruflichen Gründen gegen einen Test oder erhalten nicht die Möglichkeit, diagnostiziert und isoliert zu werden. (Es gibt auch andere Probleme, einschließlich der Frage, inwiefern der Weg zum Test, das Testen selbst und das Isolieren zu neuen Fällen führen kann, z. B. Infektionen während des Transports oder in der Arztpraxis und wie erfolgreich die Isolierung ist.)
  • Kontaktverfolgung: Bei dieser Art des Testens werden Personen identifiziert, die mit einer diagnostizierten Person in Kontakt waren (gemäß der Selbstberichterstattungs- und Diagnosemethode) und kontaktiert, um entweder nach Symptomen Ausschau zu halten oder direkt isoliert zu werden. Ihre Isolation (einschließlich vieler Menschen, die nicht tatsächlich infiziert sind, d.h. falsch-positive Ergebnisse) hilft dabei, den Ausbruch zu stoppen.
  • Abriegelung - Identifizierung der geografischen Gemeinschaft: Bei dieser Testmethode werden alle Mitglieder einer geografischen Gemeinschaft im Bereich infizierter Personen als potenziell infiziert und isoliert betrachtet. Dies schließt viele falsch-positive Fälle ein und kann den Ausbruch stoppen.
  • Generische symptomatische Tests in der Nachbarschaft: Hier werden alle Mitglieder einer Nachbarschaft in der Nähe von infizierten Personen als potenziell infiziert angesehen, isoliert und auf Symptome wie Fieber getestet, die mit dieser oder anderen Krankheiten verbunden sein können. Der Vorteil dieses Ansatzes (gegenüber Abriegelung) besteht darin, dass weniger Personen isoliert sind, was die soziale Belastung senkt. Der Vorteil gegenüber spezifischerer Diagnose besteht darin, dass viel mehr infizierte Personen isoliert werden. Dieser Ansatz wurde effektiv eingesetzt, um den Ebola-Ausbruch in Liberia und Sierra Leone zu stoppen [1].
  • Umfangreiche spezifische Tests: Hier werden DNA- oder andere spezifische Tests in großem Umfang in der Bevölkerung angewendet, möglicherweise auf ein bestimmtes geografisches Gebiet konzentriert, um potenzielle zu isolierende Fälle zu identifizieren. Wenn der Test spezifisch genug ist und weit genug angewendet werden kann, kann dieser Ansatz den Ausbruch stoppen.
  • Gezielte Zufallsstichprobe: Hier werden diagnostische oder DNA-Tests auf Personen mit Bevölkerungsgruppen angewendet, die in hohem Maße miteinander verbunden sind, z. B. in engen Gemeinschaften wie Gefängnissen, Hostels, Wohnheimen, Pflegeheimen, Reha-Einrichtungen, psychiatrischen Stationen, medizinischen Einrichtungen oder Altenheimen. Wenn an diesen Orten eine Person infiziert ist, sind wahrscheinlich viele Personen infiziert, auch wenn sie noch keine Symptome zeigen oder positive Testergebnisse haben würden. In diesem Fall kann die gesamte Gemeinschaft isoliert werden (als Einzelpersonen und nicht als Gruppe), um eine zusätzliche Übertragung zu verhindern.

Im Allgemeinen sehen wir, dass jede Art der Bestimmung der zu isolierenden Personen verwendet werden kann, um den viralen Ausbruch zu stoppen, selbst wenn es falsch-positive Ergebnisse gibt, solange die Anzahl falsch-negativer Fälle gering genug bleibt: die Verwendung verschiedener Tests, einschließlich der Identifizierung von Symptomen, geografische Lage oder molekulare Tests.

Neben der Durchführung der Tests ist eine wichtige Frage, wie früh wir feststellen können, ob jemand Mitglied der Gruppe ist, die isoliert werden soll, und wie sich dies auf die Anzahl der infizierten Personen auswirkt. Wenn sie identifiziert werden, bevor sie ansteckend werden, oder wenn es nur ein kleines Zeitfenster gibt, in dem sie ansteckend sind, kann dies ausreichen, um Infektionen zu verhindern und den Ausbruch wirksam zu stoppen. Die Zeit, in der Individuen ansteckend sind, hat einen ähnlichen Effekt wie falsch-negative Ergebnisse: sie trägt zur Anzahl der infizierten Personen bei und verringert die Wirksamkeit von Tests zum Stoppen des Ausbruchs. Dies macht eine frühzeitige und schnelle Anwendung des Tests, unabhängig von seiner Form, symptomatisch, geografisch oder molekular, zu einem wesentlichen Bestandteil dafür, ob der Test den Ausbruch wirksam stoppt und wie viele Menschen krank werden und sterben.

Im Fall von COVID-19, dem in Wuhan beginnenden Coronavirus-Ausbruch, gibt es einen spezifischen DNA-Test unter Verwendung eines Nasen- oder Rachenabstrichs, mit dem Fälle schnell genug identifiziert werden können, um die Ansteckungsrate drastisch zu verringern, wenn diejenigen, die positiv getestet werden, isoliert werden. Dennoch dauert es mehrere Tage, bis die Tests Ergebnisse liefern. Schnellere Tests sind in Entwicklung.

Zu Beginn des Ausbruchs war die Anzahl der durchführbaren Tests stark begrenzt, und die Notwendigkeit einer Isolation auf Gemeindeebene war unabdingbar. In China wurde ein bemerkenswerter Erfolg erzielt, insbesondere in Wuhan, wo ein enormer Aufwand zur Kontakt-Rückverfolgung stattfand (670.000 Personen) [2]. In Südkorea wurde abgeriegelt [3] und gleichzeitig Tests in großem Maße durchgeführt, einschließlich in leicht zugänglichen Drive-In-Standorten [4]. In jüngster Zeit gibt es Hinweise darauf, dass der Ausbruch in Südkorea unter Kontrolle ist [5].

Derzeit gibt es an vielen Orten der Welt nicht genügend Testkits, um flächendeckend nötige Tests durchzuführen. Dies schränkt unsere Fähigkeit ein, diesen Ansatz zu verwenden. Grundsätzlich ist es möglich, dass Testkits schnell und kostengünstig hergestellt und dann umfassend angewendet werden, um Fälle zu identifizieren. Sobald dies gelingt, sind andere Ansätze wie Abriegelung weniger notwendig. Ist eine große Anzahl von Testkits verfügbar, kann das den viralen Ausbruch stoppen.

Was muss getan werden? Zum Verlangsamen oder Stoppen des Coronavirus-Ausbruchs wird ein mehrstufigen Ansatz verfolgt. Einzelpersonen, Familien und Gemeinschaften sollten Vorkehrungen treffen, um Kontakte zu vermeiden und die Wahrscheinlichkeit einer Infektion durch sie und andere zu verringern. Gleichzeitig sollten die medizinischen Behörden die Entwicklung von Tests beschleunigen, deren Anwendung nur minimale Kenntnisse erfordern und die über geografische Standorte hinweg leicht zugänglich sind. Wo es möglich ist, können Unternehmen oder NGOs auch Testdienste an geeigneten Orten anbieten und möglicherweise sogar von Tür zu Tür gehen, wie dies gegen Ende des Ausbruchs in China getan wurde [6], um Fälle schnell zu identifizieren.

Referenzen

  1. How community response stopped ebola
  2. Report of the WHO-China Joint Mission on Coronavirus Disease 2019 (COVID-19)
  3. Daegu in Lockdown as Coronavirus Infections Soar
  4. South Korea pioneers coronavirus drive-through testing station
  5. BREAKING: Coronavirus Update. Significant decline in daily new cases in South Korea--positive sign of gaining control.
  6. China Goes Door to Door in Wuhan, Seeking Infections