CoronaGesellschaft

Über falsche Resultate bei PCR-Tests

In letzter Zeit ist in den Medien und den sozialen Netzwerken häufig die Rede von falsch-negativen und falsch-positiven Resultaten bei PCR-Tests.

Leider wird in sehr vielen dieser Berichte und Kommentare munter mit Begriffen um sich geworfen und vieles verwechselt. Dieser Artikel soll daher darüber aufklären, wie es nun eigentlich tatsächlich um die Genauigkeit bei PCR-Tests bestellt ist und was die Begriffe falsch-positiv und falsch-negativ eigentlich aussagen.

Die technische und die effektive Genauigkeit

Zunächst einmal muss man zwischen der technischen und der effektiven Genauigkeit entscheiden. Denn zwischen diesen beiden Begriffen liegen Welten.

Die technische Genauigkeit beschreibt die Fähigkeit einer bestimmten Testumgebung, ein virenbelastetes Material als solches zu erkennen. Die effektive Testgenauigkeit hingegen bezeichnet die Fehleranfälligkeit im tatsächlichen Einsatz, zu möglichen technischen Ungenauigkeiten kommen hier durch den Verlauf der Erkrankung selbst und durch fehlerhaftes Handling entstehende Fehler.

Die technische Genauigkeit

Bei der technischen Genauigkeit geht es um die Genauigkeit des Nachweises der verwendeten Testumgebung bei Material, das tatsächlich virenbelastet ist. Hier kommt es auf zwei Messgrößen an, die als Sensitivität und Spezifität bezeichnet werden.

Die Sensitivität (Falsch-negative Resultate)

Die Sensitivität eines PCR-Tests gibt an, wie viele tatsächlich Infizierte als solche erkannt werden. Sie liegt bei aktuellen Testumgebungen bei rund 99,9 %, was bedeutet, dass von 1.000 Infizierten 999 erkannt werden. Die verbleibende eine nicht korrekt erkannte Person ist ein falsch-negatives Resultat, also ein Infizierter, der bei dem Test nicht als solcher erkannt wird.

Ein falsch-negatives Ergebnis stellt ein erhebliches Problem dar, weil es bedeuten kann, dass eine eigentlich aktiv infizierte Person nicht unter Quarantäne gestellt wird und daher unwissentlich weitere Menschen anstecken kann.

Die Spezifität (Falsch-positive Resultate)

Die Spezifität eines PCR-Tests gibt hingegen an, wie viele nicht infizierte Personen auch tatsächlich als nicht erkrankt erkannt werden. Diese Spezifität wird bei den in Luxemburg verwendeten Geräten der Firma Fast Track Diagnostics mit 100 % angegeben (andere Hersteller geben ähnliche Werte zwischen 99,5 und 100 % an). Ein positives Resultat bei einer tatsächlich nicht mit dem SARS-CoV-2-Virus infizierten Person wird als falsch-positives Resultat bezeichnet.

Im Gegensatz zu einem falsch-negativen Resultat stellt ein falsch-positives ein geringeres Problem dar. Denn es bedeutet letztlich nur, dass eine Person fälschlich unter Quarantäne gesetzt wird. Da aber nach einigen Tagen ein erneuter Test erfolgt, wird dieses falsche Resultat in der Praxis recht schnell bereinigt.

Allerdings ist eine hohe Spezifität enorm wichtig, wenn große Bevölkerungsgruppen ohne Symptome getestet werden, weil dieser Wert einen hohen Einfluss auf die Genauigkeit beim Testen asymptomatischer Personen hat. Mehr dazu lesen Sie im nächsten Absatz.

Die Prävalenz

Mit der Prävalenz wird ausgedrückt, wie hoch der Anteil der tatsächlich infizierten Personen in einer Gruppe von untersuchten Personen ist. Die Prävalenz hat einen Einfluss auf den Anteil an falsch-negativen und falsch-positiven Resultaten.

Mit einer Tabelle lässt sich dieser Einfluss einfach darstellen, hier wurde für die Spezifität und die Sensitivität jeweils ein Wert von 99,9 % angenommen bei einer Gruppengröße von 445.000 Personen. Der sogenannte positive prädiktive Wert (PPV) gibt an, wie viel Prozent der positiv getesteten Personen tatsächlich mit dem SARS-CoV-2-Virus infiziert sind, der negative prädiktive Wert (NPV) gibt an, wie viel Prozent der negativ getesteten Personen wirklich gesund sind.

Die Zahlen in der Tabelle sind übrigens so gewählt worden, um als Beispiel für Luxemburg dienen zu können. Denn hierzulande wurden bislang knapp über 445.000 Personen auf das SARS-CoV-2-Virus getestet, knapp über 7.200 Personen wurden positiv getestet. Die dritte Zeile der Tabelle mit einer Prävalenz von 1,52 % gibt also annähernd die luxemburgische Realität wieder.

Allerdings, und dieser Hinweis zu den Zahlen ist wichtig, werden positiv getestete Personen in Luxemburg mehrfach getestet. Aufgrund dieser Mehrfachtests dürfte es daher in Luxemburg deutlich weniger als die in der Tabelle errechneten 438 falsch-positive Fälle geben, die Mehrfachtestung schließt falsch-positive Befunde nahezu aus.

Die effektive Genauigkeit

Wie wir oben gesehen haben, kommen aufgrund der in Luxemburg verwendeten Testumgebung in technischer Hinsicht kaum irgendwelche Fehler vor. Besonders die Mehrfach-Testung macht falsche Befunde aus technischer Sicht nahezu unmöglich.

Trotzdem ergab eine Studie der Johns Hopkins University vom Mai 2020, dass rund 20 Prozent der PCR-Tests trotz einer Infektion mit dem Corona-Virus falsch-negative Ergebnisse gezeigt haben. Wie also ist das möglich, wenn doch die Tests selbst mit einer sehr hohen Genauigkeit arbeiten?

Diese falschen Ergebnisse (in der überwiegenden Mehrzahl sind es übrigens falsch-negative Resultate) gehen in der Hauptsache auf ein paar Fehlerquellen zurück. Aber auch hier kann eine Mehrfach-Testung die Fehlerquote sehr deutlich verringern.

Die Wirkungsweise des SARS-CoV-2-Virus

Die größte Fehlerquelle für einen PCR-Tests liegt im Verhalten des SARS-CoV-2-Virus begründet. Denn ein Nachweis aus einem Rachenabstrich ist natürlich nur dann möglich, wenn im Rachenraum überhaupt virushaltiges Material vorhanden ist. Dies ist aber nur für einen relativ kurzen Zeitraum der Fall.

Denn zum einen ist während der Inkubationszeit (also die Zeit, die vergeht, bis die Erkrankung nach einer Infektion ausbricht) noch kein Virusmaterial im Rachenraum vorhanden. In dieser Zeit, die bei dem SARS-CoV-2-Virus bis zu 14 Tage betragen kann, trotz einer bereits erfolgten Infektion ein PCR-Test immer negativ ausfallen.

Nach Ausbruch der Covid-19-Erkrankung ist das SARS-CoV-2-Virus für ungefähr 7 bis 10 Tage im Rachenraum nachweisbar, danach repliziert es in den tieferen Atemwegen und im Lungenbereich. Sobald das einmal der Fall ist, lässt sich mit einem Rachen-Abstrich und einem PCR-Test das Virus nur noch in den seltensten Fällen nachweisen. Ein Nachweis der Infektion ist dann aber immer noch möglich, und zwar entweder aus dem Lungensekret, aus dem Stuhlgang oder mithilfe eines Lungenscans (CT-Scan).

Der Moment des Rachenabstrichs entscheidet also darüber, ob ein Virus-Nachweis mittels eines PCR-Tests überhaupt möglich ist. Und weil dieser Moment so entscheidend ist, werden in Luxemburg sehr viele Personen mehrmals getestet, um Restrisiken möglichst weitgehend auszuschließen.

Die Qualität des Rachenabstrichs

Eine mögliche Fehlerquelle liegt in einem falsch durchgeführten Rachen-Abstrich. Denn dieser Abstrich sollte möglichst tief im Rachenraum erfolgen und er sehr sorgfältig vorgenommen werden.

Denn nicht bei allen Menschen ist die Viruslast im Rachenraum sehr hoch, deswegen ist eine möglichst große Menge an entnommenem Material wichtig.

Aufgrund dieser Problematik und aufgrund des riesigen Personalbedarfs für die große Menge der durchzuführenden Tests stellt sich die Durchführung der Rachen-Abstriche, gerade durch schlecht geschultes Personal, immer mehr als eine der Haupt-Fehlerquellen heraus.

Mögliche Fehler im Labor

Eine weitere Fehlerquelle liegt im Labor selber. Denn die entnommenen Proben müssen sachgemäß gelagert und transportiert werden, damit ein zuverlässiger Test möglich ist. Außerdem können durch falsche Handhabung der Proben Verunreinigungen entstehen, die dann möglicherweise zu falschen Ergebnissen führen könnten.

Solche Fehler kommen zwar nur sehr selten vor, ganz auszuschließen sind sie aber nicht.

Das Robert-Koch-Institut listet auf seiner Website unter dem Titel „Hinweise zur Testung von Patienten auf Infektion mit dem neuartigen Coronavirus SARS-CoV-2“ übrigens alle Informationen rund um das Testen auf.

Fake-News rund ums Thema Corona-Tests

Die meisten Themen rund um das neue Corona-Virus sind recht komplex und erfordern zum besseren Verständnis ein gewisses Vorwissen. Einige Spinner machen sich das zunutze und stellen scheinbar einfache und logische Behauptungen auf, die sich nur mit diesem Vorwissen als falsch erkennen lassen. Seien Sie also grundsätzlich vorsichtig, wenn Sie auf Behauptungen stoßen, die weder Fakten noch Quellen enthalten. Die meisten von ihnen beruhen auf grundfalschen Annahmen und dienen letztlich nur der Popularität des jeweiligen Verfassers.

Eine große Zahl von Tests soll falsch positiv sein

In einigen YouTube-Videos taucht immer wieder die Behauptung auf, dass die angewandten PCR-Tests zu 30 bis 50 Prozent (in einem Video ist sogar von 80 % die Rede) falsch positive Resultate liefern würden. Solche Behauptungen finden sich beispielsweise in Videos des Internisten Claus Köhnlein, des Onkologen Heiko Schöning und des Heilpraktikers Andreas Schlecht. Mit diesen Behauptungen ist meistens der Vorwurf verbunden, dass die Corona-Pandemie gar nicht so schlimm sei und dass die Zahl der Infizierten viel niedriger liege als von offizieller Seite angegeben.

Das Kernproblem dieser Videos ist, dass hier von falsch-positiven Tests die Rede ist. Dabei wird auch gerne einmal über eine Kreuzreaktion der verwendeten Tests auf andere Corona- und Nicht-Corona-Viren spekuliert.

Dazu hat Professor Christian Drosten von der Charité in Berlin in seinem Podcast bereits mehrfach Stellung bezogen. Laut seinen Angaben könnte der verwendete Test tatsächlich auf das alte SARS-Corona-Virus reagieren, das allerdings seit 16 Jahren nicht mehr beim Menschen aufgetreten ist. Auch wäre eine Reaktion auf einige Fledermaus-Corona-Viren möglich, die aber (zumindest bisher) nicht auf den Menschen übergesprungen ist. Eine falsch-positive Reaktion auf andere Viren konnte im Rahmen einer großangelegten Validierungsstudie ausgeschlossen werden.

Womit als einzige Möglichkeit eines falsch-positiven Resultats eine Kontamination der Probe (beispielsweise durch die Vermischung verschiedener Proben) oder eine Verwechslung mit einer anderen Probe übrig bleibt. Aber hier befinden wir uns im Bereich extrem seltener menschlicher Fehler, die zwar möglich sind, aber kaum einen dermaßen großen Einfluss haben können.

Falsch-positive Tests kann es also durchaus geben, aber längst nicht so häufig, wie es von den Machern dieser Videos reklamiert wird. In den meisten Ländern werden hauptsächlich symptomatische Personen getestet, die Fehlerquote dürfte hier bei maximal 1 bis 2 % der tatsächlich Infizierten liegen. In Ländern wie Luxemburg, in denen auch sehr viele asymptomatische Personen getestet werden, sinkt die Prävalenz (siehe oben) und dadurch kann sich die Fehlerquote auf Werte zwischen 5 und 6 % erhöhen. Viel höhere Werte dürften kaum jemals auftauchen.

Wir reden hier übrigens von der möglichen Fehlerquote beim ersten Test. Wenn positiv getestete Personen ein- oder mehrmals nachgetestet werden, dann sinkt die Fehlerquote annähernd auf Null. Und genau das passiert in Luxemburg und allen anderen Ländern Europas.

Falls Sie also jemals wieder über die Aussage stolpern, dass die Tests sehr unzuverlässig seien, dann glauben Sie den Fakten, nicht irgendwelchen an den Haaren herbeigezogenen und unbelegten Behauptungen irgendwelcher Spinner.

Eine Anzahl von Tests ist falsch-negativ

Falsch-negative Resultate können hingegen durchaus öfter vorkommen. Denn diese falsch-negativen Ergebnisse werden schon durch fehlendes virenhaltiges Material im oberen Rachentrakt ausgelöst, in verschiedenen Stadien der Erkrankung ist das völlig normal. Hier wäre auch eine Fehlerquote von 30 % oder mehr durchaus vorstellbar.

Nur das es sich hier eben nicht um einen fehlerhafte Testresultate handelt, sondern um ein bekanntes Problem, das aufgrund der Entwicklung der Erkrankung zustande kommt.

Eine völlig verdrehte Rechnung

Mit einem anderen eher abenteuerlichen Argument wird auch gerne einmal darauf hingewiesen, dass es bei einer Falsch-Positiv-Rate von um 1 % und einer Durchseuchung von ebenfalls um 1% der Bevölkerung ja eigentlich überhaupt keine tatsächlich positiven Fälle gäbe.

Dieser an Dummheit kaum zu überbietende Fehlschluss lässt sich recht einfach widerlegen. Sehen wir uns das einmal am Beispiel von Luxemburg an.

Zu einer Bevölkerung von rund 620.000 Personen kommen noch einmal rund 200.000 Pendler, die ja in Luxemburg ebenfalls getestet werden. Bisher (Stand 8. August 2020) wurden in Luxemburg gut 445.000 Personen auf SARS-CoV-2- getestet, das entspricht einem Anteil von knapp über 54 % der Bevölkerung inclusive Grenzgänger. Dabei wurden 7.113 positive Fälle festgestellt, was einem Anteil von rund 1,6 % entspricht.

Bei einer Rate von 1 % an falsch positiven Ergebnissen wären von diesen positiv getesteten Fällen dann 71 Personen fehlerhaft getestet worden. Diese Personen werden allerdings in Luxemburg noch mindestens zwei weitere Male getestet. Bei einer gleichbleibenden Fehlerquote würde davon bereits nach dem zweiten Test nicht einmal mehr eine Person übrigbleiben, spätestens nach einem eventuellen dritten Test sollte es keine weiteren Fehlermöglichkeiten mehr geben.

Bei der Argumentation wird schlicht ein wichtiger Bestandteil der Rechnung ignoriert. Bei einer Fehlerquote von 1% wären von 1.000 Tests ja tatsächlich 10 Resultate falsch. Auf diese falschen Resultate wird auch hingewiesen. Aber die restlichen 990 Resultate, die ja in diesem Beispiel korrekt wären, werden schlicht ignoriert.

Fazit

Grundsätzlich kann man davon ausgehen, dass die heute verwendeten Testumgebungen kaum fehlerhafte Ergebnisse liefern. Gerade falsch-positive Ergebnisse tauchen so gut wie nicht auf, falsch-negative Ergebnisse dürfte es (schon aufgrund der Verbreitungsweise des SARS-CoV-2-Virus) erheblich mehr geben (vermutlich im Bereich von 20 bis 30 Prozent).

Allerdings sind diese Zahlen für sich alleine nicht sonderlich aussagekräftig. Denn letztlich kommt es auf die Strategie hinter diesen Tests an. In Luxemburg wird versucht, möglichst viele Menschen möglichst häufig zu testen. Solche Mehrfach-Testungen senken schon von sich aus die Fehlerquote (einfach durch die Wiederholung) und erlauben das Auffinden einer gewissen Zahl von asymptomatisch Infizierten.

Dazu kommt eine klare Strategie für (mögliche) Covid-19-Erkrankte. Personen mit einem positiven Testergebnis werden automatisch nach wenigen Tagen ein zweites Mal getestet, im Falle eines zweiten positiven Ergebnisses folgt ein weiterer Test.

Die engen Kontaktpersonen einer infizierten Person werden vom Gesundheitsministerium kontaktiert und unter Quarantäne gestellt. Nach fünf Tagen wird ein Covid-19-Test vorgenommen, bei einem negativen Testergebnis wird die Quarantäne beendet.

Symptomatische Personen mit negativem Testergebnis werden unter Quarantäne gestellt und mehrfach getestet, neben PCR-Tests sind auch Antikörper-Tests und CT-Scans zur Diagnose verfügbar.

Damit dürfte Luxemburg in Europa vermutlich einzigartig gut aufgestellt sein (wobei sicherlich die geringe Größe unseres Landes hilfreich ist). Sehr sichtbar wird das daran, dass sich die Lage in Luxemburg (ganz im Gegensatz zu unseren Nachbarn) sehr schnell wieder beruhigt hat, die Test-Strategie hat für sinkende Neu-Infektionen gesorgt. Die Neu-Infektionen sind zwar nach wie vor auf einem recht hohen Niveau, die explosive Entwicklung konnte aber gestoppt werden. Unsere Nachbarländer befinden sich hingegen in einer langsamen Steigerung und bekommen die Lage aufgrund zu weniger Tests eher schlecht in den Griff.

Mehr zu diesem Thema finden Sie übrigens auch in den Artikeln Die Corona-Lage in Luxemburg und bei seinen Nachbarn, Warum Luxemburg kein Risiko für seine Nachbarn ist und Was wir in Luxemburg JETZT tun sollten in diesem Blog.

Wie denken Sie darüber? Haben Sie Anmerkungen oder andere Ideen zu diesem Thema? Oder sehen Sie es ganz anders? Schreiben Sie es mir in den Kommentaren.

Claus Nehring

Der Autor ist freiberuflicher Autor, Texter und Web-Entwickler mit Sitz in Luxemburg. Er ist diplomierter Informatiker und Statistiker und verfügt über jahrelange Erfahrung in der Visualisierung und Modellierung großer Datenmengen. Er publiziert Artikel zu Themen rund um Gesellschaft, Internet und verschiedene Wissenschaftsgebiete in seinem eigenen Blog und in verschiedenen Foren.

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