ตรวจไวรัสโคโรนาแบบกลุ่มด้วยหลักการวิทยาศาสตร์

ทางเลือกในการตรวจเชื้อในลักษณะเป็นกลุ่มดูจะสามารถระบุต้นตอของเชื้อได้ดีกว่าในระดับจังหวัดและระดับประเทศ รวมทั้งยังลดทรัพยากรที่ต้องใช้ในการระบุแหล่งที่มาของโรค

ในสถานการณ์ที่จำนวนผู้ติดเชื้อไวรัสโคโรนา หรือ โควิด-19 ลดลงเรื่อย ๆ หรือในกรณีที่จำนวนผู้ติดเชื้อในปัจจุบันยังน้อย แต่อาจมีความเสี่ยงจากการระบาดในคลื่นลูกที่สอง (second wave) ดังที่กำลังเกิดขึ้นในหลาย ๆ ประเทศทั่วโลก ทั้งสหรัฐอเมริกา, เยอรมัน, จีน, และเกาหลี รวมถึงประเทศไทย เราจะมีวิธีใดบ้างที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการตรวจหาเชื้อโคโรนาไวรัส เพื่อช่วยในการติดตามและออกมาตรการหยุดการแพร่เชื้อได้อย่างทันท่วงที?

ท่านรู้หรือไม่ว่าเทคนิคปัจจุบันที่เราใช้ตรวจหาผู้ป่วยติดเชื้อคือเทคนิค RT-PCR  ที่ทำการเก็บสารคัดหลั่งของผู้ป่วย (เช่น น้ำมูก หรือน้ำลาย) เพื่อจะระบุว่าผู้เข้ารับการตรวจมีเชื้อหรือไม่ผ่านการหาสารพันธุกรรมของไวรัสชนิดนี้ วิธีการนี้ใช้เพื่อค้นหาผู้ติดเชื้อในลักษณะรายบุคคลและใช้เวลาอย่างน้อย 5 ชั่วโมงในการทราบผล ด้วยเหตุนี้เราต้องใช้แรงงานบุคลากรทางการแพทย์มหาศาลในการตรวจหาเชื้อด้วยวิธีการดั้งเดิม ณ ขณะนี้ ทางเลือกในการตรวจเชื้อในลักษณะเป็นกลุ่มดูจะสามารถระบุต้นตอของเชื้อได้ดีกว่าในระดับจังหวัดและระดับประเทศ รวมทั้งยังลดทรัพยากรที่ต้องใช้ในการระบุแหล่งที่มาของโรค ในบทความนี้เราจะมาสำรวจแนวทางต่าง ๆ ที่ใช้ทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพในการตรวจหาเชื้อในผู้ป่วยกันครับ

การตรวจหาเชื้อโรคในระดับมหภาคจากสิ่งปฏิกูล

เชื่อหรือไม่ว่าเราสามารถตรวจหาเชื้อโรคนี้จากสิ่งที่ใกล้ตัวกว่าที่เราคิด นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจหาเชื้อไวรัสโคโรนาได้ในอุจจาระของผู้ติดเชื้อ โดยความรู้ข้างต้นได้นำมาขยายผลและตรวจสอบผ่านงานวิจัยจากประเทศฝรั่งเศส งานวิจัยชิ้นนี้เป็นผลงานของรัฐวิสาหกิจระบบชลประทานแห่งปารีส (Eau de Paris) หน่วยงานนี้ได้เก็บตัวอย่างของของเสียตามพื้นที่ต่าง ๆ ในเมืองปารีสตอนช่วงกักตัว ผลการสำรวจค้นพบความสัมพันธ์ระหว่างความหนาแน่นของไวรัสกับจำนวนผู้ป่วยเชื้อไวรัสโคโรนาตามแต่ละพื้นที่ หลักการของวิธีนี้คือจำนวนผู้ป่วยที่อยู่ในพื้นที่ต่าง ๆ จะสัมพันธ์กับปริมาณของไวรัสที่ค้นพบจากสิ่งปฏิกูลของพื้นที่นั้น ๆ วิธีนี้เมื่อเทียบกับการตรวจเชื้อรายบุคคลจะมีเพิ่มประสิทธิภาพมากขึ้นมาก เนื่องจากสามารถตรวจสถานะของการติดต่อของทั้งเมืองเพียงครั้งเดียว ลดค่าใช้จ่ายในการตรวจรายบุคคล และยังสามารถตรวจพบเชื้อไวรัสที่อาจมาจากผู้ติดเชื้อที่ไม่มีอาการ (asymptomatic infected patients) ได้อีกด้วย นอกจากนี้ วิธีนี้ได้นำมาใช้เพื่อช่วยในการกวาดล้างโรคโปลิโอในทวีปแอฟริกา

หลายคนอาจสงสัยว่า เชื้อไวรัสโคโรนานี้สามารถติดผ่านอุจจาระได้หรือไม่ เรื่องนี้นักวิทยาศาสตร์ออกมายืนยันว่าไวรัสที่พบในอุจจาระไร้สภาพความเป็นเชื้อโรคแล้ว (deactivated) เพราะฉะนั้นจึงสรุปได้ว่าการติดต่อโรค COVID-19 นั้นจะไม่พบผ่านการติดต่อทางอุจจาระ

การตรวจหาเชื้อโรคที่รวดเร็วยิ่งขึ้น ด้วยหลักการคณิตศาสตร์

หากต้องการระบุผู้ป่วยเป็นรายบุคคลแต่ต้องการลดจำนวนการตรวจลง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและความรวดเร็วในการตรวจหาเชื้อ เราจะทำได้หรือไม่? คณิตศาสตร์มีคำตอบให้กับปัญหานี้ โดยถ้าเรารู้ว่ากลุ่มตัวอย่างที่เรากำลังจะตรวจนั้นมีจำนวนผู้ป่วยน้อยมากเมื่อเทียบกับจำนวนผู้ที่มาตรวจ แทนที่เราจะเสียชุดตรวจจำนวนมากไปกับผู้ที่ไม่ป่วยจริง ๆ เราสามารถ “จับกลุ่ม” ผู้รับการตรวจเพื่อที่ตรวจเชื้อไวรัสโคโรนาของทุกคนรวมกัน ถ้าหากผลตรวจของกลุ่มนี้มีผลเป็นบวก นั่นหมายความว่ามีมากกว่าหนึ่งคนในกลุ่มนี้ติดเชื้อไวรัสชนิดนี้เข้าไป หลังจากนั้นเราจึงจะทำการตรวจรายบุคคลในกลุ่มที่เราพบว่ามีผลเป็นบวก เทคนิคการตรวจนี้เรียกว่า เทคนิคการตรวจแบบรวมกลุ่ม (Pooled Sample Testing) ที่นำเสนอโดยสสวท. ทั้งนี้เราสามารถคำนวนสมการทางคณิตศาสตร์เพื่อกำหนดจำนวนคนในแต่ละกลุ่มตามเปอร์เซนต์ของผู้ติดเชื้อ โดยสสวท.ได้วางแบบแผนคร่าว ๆ ว่าหากความเสี่ยงของผู้ติดเชื้อประมาณ 1-2 % แต่ละกลุ่มควรจะมีจำนวนเท่ากับ 10 คน แต่ถ้าหากความเสี่ยงของผู้ติดเชื้อมากกว่านี้ไปจนถึง 10 % แต่ละกลุ่มควรจะลดลงเป็น 4 คน

อย่างไรก็ดี ยังมีอีกวิธีที่น่าสนใจไม่แพ้กัน เราเรียกวิธีการนี้ว่า Poisoned Wine Approach ที่ยืมชื่อมาจากปัญหาคณิตศาสตร์ชื่อดัง วิธีการนี้จะเก็บตัวอย่างเชื้อจากผู้เข้ารับการตรวจเชื้อมาจำนวนหนึ่ง และกระจายสู่ชุดตรวจต่าง ๆ ร่วมกับตัวอย่างเชื้อคนอื่น ๆ ชุดตรวจแต่ละชุดจึงไม่ได้ใช้เพื่อตรวจแค่ตัวอย่างเดียวแต่เป็นผลรวมของตัวอย่างทั้งหมด

เพื่อให้เข้าใจวิธีการนี้ได้ง่าย ลองสมมติให้มีผู้เข้ารับการตรวจเชื้ออยู่ 20 คน เราสามารถใช้เพียง 6 ชุดการทดลองเท่านั้น ในการตรวจสอบว่าใครบ้างที่ติดเชื้อ กระบวนการเริ่มต้นที่เราทำการเก็บตัวอย่างเชื้อของผู้เข้ารับการตรวจเชื้อมาคนละสามตัวอย่าง เรากำหนดให้ผู้ตรวจเชื้อคนแรกนำชุดทดลองนี้กระจายไปสู่หลอดทดลองหมายเลข 1, 2 และ 3  หลังจากนั้น เรากำหนดให้ผู้ตรวจเชื้อคนที่สองเลือกวางตัวอย่างเชื้อในตำแหน่งที่ 1, 2, และ 4 จากนั้นก็ทำการกระจายตัวอย่างเชื้อของทุก ๆ คนให้วิธีการเลือกหลอดทดลองไม่ซ้ำกันเลยในแต่ละคน การจัดเรียงตัวอย่างเชื้อจะเป็นไปดังตามตารางที่ 1

ผู้ตรวจเชื้อที่ 1	1,2,3	ผู้ตรวจเชื้อที่ 11	2,3,4
ผู้ตรวจเชื้อที่ 2	1,2,4	ผู้ตรวจเชื้อที่ 12	2,3,5
ผู้ตรวจเชื้อที่ 3	1,2,5	ผู้ตรวจเชื้อที่ 13	2,3,6
ผู้ตรวจเชื้อที่ 4	1,2,6	ผู้ตรวจเชื้อที่ 14	2,4,5
ผู้ตรวจเชื้อที่ 5	1,3,4	ผู้ตรวจเชื้อที่ 15	2,4,6
ผู้ตรวจเชื้อที่ 6	1,3,5	ผู้ตรวจเชื้อที่ 16	2,5,6
ผู้ตรวจเชื้อที่ 7	1,3,6	ผู้ตรวจเชื้อที่ 17	3,4,5
ผู้ตรวจเชื้อที่ 8	1,4,5	ผู้ตรวจเชื้อที่ 18	3,4,6
ผู้ตรวจเชื้อที่ 9	1,4,6	ผู้ตรวจเชื้อที่ 19	3,5,6
ผู้ตรวจเชื้อที่ 10	1,5,6	ผู้ตรวจเชื้อที่ 20	4,5,6

ด้วยวิธีการนี้ เราสามารถใช้เพียงแค่ 6 ชุดการทดลอง เพื่อตรวจผู้รับการตรวจเชื้อทั้งหมด 20 คนได้ โดยที่ ถ้าเราพบว่า มีชุดทดลองที่ 1, 3, 4 ที่พบว่าเจอผลเป็นบวก เราสามารถสรุปได้ว่า ผู้ตรวจเชื้อหมายเลข 5 ที่มีเชื้ออยู่นั่นเอง

ข้อดีที่ของวิธีนี้คือมันสามารถรับตรวจผู้ต้องสงสัยในการติดโรคได้เพิ่มขึ้นแบบก้าวกระโดดเมื่อเพิ่มจำนวนหลอดทดลองเพียงเล็กน้อยเท่านั้น เพื่อยกตัวอย่างให้เห็นภาพ เราสามารถรับตรวจได้กว่า 900 คน จากเพียงหลอดทดลองเพียงแค่ 12 หลอดเท่านั้น นอกจากนี้มันสามารถ ”ประมาณ” จำนวนผู้ป่วยคร่าว ๆ ได้ จากจำนวนของหลอดทดลองที่พบเชื้อไวรัสนี้อยู่ ข้อจำกัดของวิธีนี้ก็เหมือนกับวิธีก่อนหน้า นั่นคือ เหมาะสำหรับกลุ่มตัวอย่างที่มีผู้ป่วยในจำนวนที่น้อยกว่ามาก ๆ เมื่อเทียบกับผู้เข้ารับการตรวจ

บทสรุป

แนวคิดการตรวจหาเชื้อแบบกลุ่มบางวิธี อาจสามารถประหยัดทรัพยากรการตรวจได้หลายเท่าตัว เช่น เทคนิคการตรวจแบบรวมกลุ่ม (Pooled Sample Testing) หากเปอร์เซนต์ผู้ติดเชื้อเท่ากับ 1 ในประชากร 100 คน ด้วยวิธีนี้จะทำให้พบผู้ติดเชื้อได้โดยใช้ชุดตรวจเพียงแค่ 20 ชุดเท่านั้น

ท้ายที่สุดแล้ว ถ้าเราต้องการทราบสถานะของผู้ได้รับเชื้อจริง ๆ ก็คงไม่มีทางเลือกอื่นนอกจากต้องตรวจให้ครบทุกคน แต่ถ้าเราเตรียมพร้อมกับการรับมือการระบาดในครั้งถัดไป ด้วยเทคนิควิธีการตรวจที่หลากหลายมากขึ้น เพื่อเพิ่มความรวดเร็วในการตรวจหาเชื้อในระดับกลุ่มคน จังหวัด หรือประเทศ การระบาดรอบที่สองอาจเป็นสถานการณ์ที่สามารถควบคุมได้ไม่ยากนัก