La finestra di infettività di SARS-CoV-2

Supponiamo che siate risultati positivi ad un tampone per la ricerca di RNA di SARS-CoV-2.

Per quanto tempo rimarrete infettivi, cioè capaci di contagiare altre persone?

Il più lungo periodo di tempo osservato, in cui a partire dall’infezione con un virus, si è in grado di trasmettere il virus ad altre persone è a volte chiamato “finestra infettiva”.

Qual è dunque la finestra infettiva per SARS-CoV-2?

Per determinarla, esistono metodi diversi.

Un primo metodo diretto consiste nel ricostruire con certezza gli eventi di trasmissione da un infettante ad un soggetto successivamente infettato. Se conosciamo con certezza il momento di inizio dell’infettività del primo soggetto ed anche il momento in cui questo secondo ha manifestato sintomi, otteniamo un intervallo di tempo detto “tempo seriale”. Possiamo ripetere la misura su moltissime coppie infettante-infettato, ed ottenere un valore massimo per il tempo seriale; questo valore, per i virus in cui l’infettività comincia al manifestarsi dei sintomi, sarà certamente uguale o più lungo alla durata della finestra di infettività, perché la trasmissione del virus dal primo soggetto al secondo deve essere avvenuta tra la rispettiva manifestazione dei sintomi.

Tuttavia, se, come nel caso di SARS-CoV-2, la trasmissione può avvenire anche prima della manifestazione dei sintomi, allora non otterremo dalla misura del tempo seriale una stima della massima lunghezza della finestra di infettività, ma solo della sua “coda” dopo che i sintomi siano già manifestati, cioè la “finestra di infettività post-sintomo”. In parole povere, dal tempo seriale sapremo il tempo massimo per il quale si resta infettivi, dopo la manifestazione del primo sintomo.

Fatte queste premesse, andiamo a considerare i dati disponibili per il tempo seriale di SARS-CoV-2.

Uno dei primi lavori, fra i più citati perché apparsi inizialmente sotto forma di preprint, è quello di He et al., pubblicato su Nature. Basandosi su 77 coppie infettante-infettato, e facendo diverse assunzioni su quanto prima dei sintomi inizi l’infettività, questi autori trovano che il massimo dell’infettività si ha fra 2 giorni prima e un giorno dopo la manifestazione dei primi sintomi. Riferendosi ai risultati di un altro gruppo, quello di Wolfel et al. di cui discuteremo in seguito, questi autori indicano come 8 giorni dopo il primo sintomo l’infettività diminuisce di molto.

In sintesi, questo primo lavoro piazzava il grosso dell’infettività fra 2 giorni prima dell’emergenza dei sintomi e 8 giorni dopo; ma questo dato, sebbene sia utile, non ci aiuta a capire per esempio in che percentuale i malati siano ancora infettivi in tempi ancora successivi, e, soprattutto, c’è da dire che il lavoro stesso è stato recentemente demolito da un punto di vista metodologico, nonostante una pesante correzione apportata dagli stessi autori.

Ho parlato di questo lavoro per mostrare come, nel caso di COVID-19, sia pericoloso affidarsi ai tempi seriali per ottenere la finestra di infettività, perché le assunzioni necessarie sono troppe e i modelli utilizzati sono ad esse molto sensibili; conviene, dunque, andare a cercare altri dati, che siano più robusti anche se magari meno diretti.

Questi dati derivano da un diverso tipo di misure, e precisamente dalla coltivazione di virus a partire dai campioni ottenuti a vari tempi dai pazienti. Il ragionamento è semplice: se un virus è coltivabile a partire da un tampone, allora esiste la possibilità che il paziente in questione possa trasmettere la malattia, mentre se non ottengo più virus coltivabile da un paziente, il fatto che questo paziente sia ancora positivo (cioè che ancora sia rinvenibile RNA virale) non è rilevante ai fini della trasmissibilità del virus.

Il primo lavoro che vorrei considerare è proprio quello citato dal lavoro di He et al., cioè il lavoro di Wolfel et al. pubblicato anch’esso su Nature.

I dati che più ci interessano sono riportati nelle figure 1f e 1g di questo lavoro, riprodotte di seguito.

Nella figura 1f, si vede come gli autori non siano riusciti a coltivare virus oltre 8 giorni dopo l’inizio dei sintomi (pallini rossi). Tuttavia, in scienza è necessario considerare che ciò che si osserva in un campione rappresenta con una certa incertezza ciò che avviene nell’intera popolazione dei pazienti; spesso si usa per quantificare questa incertezza l’intervallo di confidenza al 95%. L’intervallo di confidenza al 95% nella figura 1f è riportato dalle linee tratteggiate. Si vede, per esempio, che 14 giorni dopo l’inizio dei sintomi, la probabilità di ottenere virus coltivabile da un paziente (al di là di quello che si osserva nel campione in studio) coperta dall’intervallo di confidenza varia tra 0 e 20% circa.

La figura 1g in questo stesso lavoro ci fornisce un altro dato importante: si vede come, all’aumentare della carica virale (copie di RNA) presente nei tamponi, aumenti la probabilità di ottenere virus coltivabile, e di conseguenza aumenti l’infettività dei pazienti. Questo fatto ci fornisce un altro modo per valutare l’estensione dell’infettività di un paziente: correlando la carica virale con la possibilità di coltivare il virus, potremmo infatti ottenere un valore di carica virale, al di sotto del quale la probabilità di ottenere virus coltivabile sia molto piccola, e quindi il paziente sia molto probabilmente non infettivo. In figura 1g, si nota che quando la carica virale è a livelli bassi – 10000 copie per ml – la probabilità di ottenere virus coltivabile può variare, se assumiamo l’intervallo di confidenza al 95%, fra 0 e circa il 30%.

Ricapitoliamo quindi i risultati di questo studio: con il 95% di confidenza, fra 0 e 20% dei pazienti risulta infettivo a 14 giorni dal primo sintomo, e fra 0 e 30% dei pazienti con carica virale pari a 10000 copie per ml risulta infettivo.

Possiamo ottenere delle stime più accurate? Possiamo, cioè, sapere per esempio se a 14 giorni dal primo sintomo la probabilità di ottenere virus coltivabile sia più vicina a 0 o a 20%?

Per farlo, dobbiamo considerare uno studio su un campione più ampio di pazienti e di tamponi. Uno studio come quello realizzato su pazienti inglesi da Singanayagam et al., in cui non solo si è considerato un numero ampio di campioni, ma soprattutto si sono ottenuti molti campioni successivi alla prima settimana dopo lo sviluppo dei sintomi.

Per i campioni con età maggiore di una settimana dopo il primo sintomo, i risultati sono riportati in tabella 1.

Possiamo confrontare questo risultato con quello di Wolfel: innanzitutto si osserva l’effetto del campione più ampio, che permette di ottenere virus coltivabile anche dopo 8 giorni, visto che gli autori trovano campioni che restituiscono virus coltivabile fino al giorno 12 (cosa che non era risucita a Wolfel et al.). Inoltre, si nota che, al giorno 14, la probabilità di ottenere virus coltivabile varia tra 0 e 9.4%, restringendo così di molto la precedente stima (che ricordiamo era tra 0 e 20% per Wolfel).

A 10 giorni, il valore più probabile di ottenere virus coltivabile è compreso in un intervallo fra 0.9% e 31.2%; questo significa che, con il 95% di confidenza, a 10 giorni dall’inizio dei sintomi si otterrà sempre una percentuale di pazienti che fornirà virus coltivabile.

Anche a 15 giorni dopo i sintomi, vi è ancora una probabilità non trascurabile di ottenere virus coltivabili (fino al 6.7%).

Un altro risultato importante di questo lavoro consiste nell’aver trovato che non vi è differenza nella probabilità di ottenere virus coltivabile da soggetti sintomatici o asintomatici: la trasmissibilità del virus non appare quindi legata alla severità della malattia. Allo stesso modo, e a conferma della correlazione fra carica virale e trasmissibilità, non vi è differenza fra la carica virale rilevata nei soggetti sintomatici e asintomatici.
Infine, questo lavoro fornisce dei risultati più accurati del precedente per quel che riguarda la correlazione fra carica virale e infettività, presentati graficamente nella figura 2, qui riprodotta.

Si può notare come, anche in caso di tamponi con carica virale molto bassa (Ct > 35), 5 campioni su 60 hanno fornito virus coltivabile; e, guardando all’intervallo al 95% di confidenza, si nota come fino a circa il 20% dei campioni con Ct = 35 potrebbero ancora fornire virus coltivabile.

Bene: cosa possiamo quindi concludere dall’analisi di tutti questi valori?

1. La finestra di infettività si estende certamente oltre 12 giorni dopo il primo sintomo, con l’infettività che raggiunge un massimo subito prima e subito dopo la comparsa dei sintomi;
2. Se assumiamo che l’ottenimento di virus coltivabile sia sinonimo di trasmissibilità, la frequenza di trasmissione del virus 10 giorni dopo il primo sintomo ha valore stimato più probabile del 6%, ed è comunque compresa al 95% di confidenza fra circa 1% e circa 10%;
3. La probabilità di trasmettere il virus è correlata alla carica virale, ma non alla severità della malattia (che risulta quindi a sua volta non correlata all’infettività);
4. La probabilità di ottenere virus coltivabile, e quindi la trasmissibilità del virus, non è trascurabile nemmeno a cariche virali relativamente basse; in particolare, a Ct pari a 35 è di circa il 10% (con un intervallo di confidenza che arriva fino al 20%), e a Ct circa pari a 37 5 campioni su 60 restituiscono virus coltivabile.

In conseguenza di questi risultati sperimentali, la finestra di infettività si estende al momento oltre il periodo in cui gli anticorpi sono rilevabili con i test serologico (in buon accordo con il fatto che gli anticorpi neutralizzanti si sviluppano dopo la comparsa degli anticorpi rilevabili con gli attuali test) e certamente oltre 10 giorni dopo il primo sintomo, e anche bassi valori di carica virale definiti “debolmente positivi” (Ct=>35) o l’assenza di sintomi non escludono affatto l’infettività in un numero niente affatto trascurabile di casi, soprattutto quando l’epidemia interessa decine di migliaia di soggetti positivi come al momento in Italia.