Uji diagnostik imunologi: aglutinasi, ELISA, uji cepat antigen dan antibodi, sensitivitas dan spesifisitas, nilai duga positif dan negatif, dan membaca hasil uji pekerja

Menjelang jamuan besar, dapur sebuah hotel meminta 40 penjamah makanan menjalani uji cepat antigen dari usap hidung untuk infeksi saluran napas (angka latihan). Dua hasil positif. Kepala dapur menyimpulkan bahwa keduanya pasti sakit dan 38 orang lainnya bebas infeksi, termasuk seorang juru masak yang demam dan batuk tetapi hasilnya negatif. Kedua kesimpulan terlalu cepat. Bila infeksi jarang di antara pekerja yang sehat, sebagian besar hasil positif dapat palsu (Contoh 7), dan pada orang bergejala hasil negatif tidak menyingkirkan infeksi (Contoh 6). Dokter perusahaan atau fasilitas kesehatan yang menentukan uji lanjutan dan kapan pekerja boleh kembali. Bab ini menjelaskan cara kerja uji imunologi dan cara membaca angka ketepatannya.

Batas pembahasan

Antigen, antibodi, sel B, dan respons primer serta sekunder ada di Bab 25 tentang pertahanan adaptif; komplemen di Bab 24 tentang pertahanan bawaan; faktor virulensi di Bab 23 tentang cara mikroba membuat sakit; dan titer kekebalan serta vaksin di Bab 26 tentang vaksin. Teorema Bayes ada di Bab 10 · Data & Pengukuran tentang peluang dan dipakai di sini tanpa diturunkan ulang. Prinsip PCR ada di Bab 32 tentang uji molekuler. Pengenceran berseri ada di Bab 15 tentang menghitung mikroba, prevalensi di Bab 19 tentang epidemiologi wabah, dan penanganan spesimen serta kewaspadaan standar di Bab 11 tentang rantai penularan. Uji ATP permukaan di Bab 8 bukan uji imunologi.

Sumber utamanya OpenStax Microbiology subbab 20.1 sampai 20.5, 22.2, dan 22.3. Sumber setiap klaim dan angka latihan dicatat di peta sumber. Bab ini tidak memberi diagnosis; pengawas dan teknisi tidak menjalankan uji darah, dan keputusan medis tentang pekerja ada pada dokter dan fasilitas kesehatan.

Antibodi sebagai pereaksi: kekhususan, reaksi silang, poliklonal dan monoklonal

Antibodi dipakai sebagai alat uji karena kekhususannya tinggi, sehingga dapat mendeteksi dan mengukur obat, protein serum, sampai mikroorganisme. Kekhususan itu berasal dari tapak pengikat antigen di daerah variabel antibodi. Batasnya ada. Reaksi silang (cross-reactivity) adalah pengikatan antibodi yang dibentuk terhadap satu antigen pada antigen lain yang mirip secara kimia. Afinitas (affinity) adalah kekuatan ikatan antara satu tapak pengikat antibodi dan satu epitop. Reaksi silang lebih mungkin terjadi pada afinitas atau aviditas rendah, dan menurut OpenStax menjadi penyebab umum hasil positif palsu.

Antibodi poliklonal (polyclonal antibody) adalah campuran antibodi dari banyak klon sel B, masing-masing mengenali epitop berbeda pada antigen yang sama. Antibodi ini dipanen sebagai antiserum dari hewan percobaan, misalnya kelinci atau kambing, lalu dimurnikan dari antibodi lain. Antibodi monoklonal (monoclonal antibody) adalah antibodi dari satu klon sel yang mengenali satu epitop saja. Antibodi ini dibuat dari sel hibridoma, yaitu sel B limpa tikus yang sudah diimunisasi lalu difusikan dengan sel mieloma. Perbandingan menurut OpenStax:

Akibatnya, uji presipitasi dan western blot biasanya memakai antibodi poliklonal karena sinyalnya lebih kuat, sedangkan uji yang menuntut kekhususan tinggi memakai antibodi monoklonal. Karena memuat banyak kekhususan, antiserum poliklonal selalu membawa kemungkinan positif palsu.

Reaksi yang terlihat: presipitasi, aglutinasi, dan titer

Bila antibodi dan antigen larut bertemu pada perbandingan yang tepat, keduanya membentuk kisi yang mengendap, disebut presipitin. Endapan terbesar terjadi di zona ekuivalen; bila antigen terlalu sedikit atau terlalu banyak, endapan berkurang.

Aglutinasi (agglutination) adalah penggumpalan sel atau partikel, misalnya manik lateks berlapis antigen, oleh antibodi. Uji ini cepat dan dikerjakan di kaca objek, kartu, atau pelat mikrotiter. Pada aglutinasi langsung, sel bakteri itu sendiri yang menggumpal; cara ini dipakai menggolongkan serovar bakteri. Pada aglutinasi tidak langsung, manik lateks dilapisi antigen untuk mencari antibodi di serum pasien, terutama IgM, atau dilapisi antibodi, umumnya monoklonal, untuk mencari antigen. Hemaglutinasi, yaitu aglutinasi sel darah merah, dipakai untuk penggolongan darah dan untuk virus influenza.

Titer (titer) adalah kebalikan pengenceran tertinggi yang masih memberi hasil positif, dinyatakan sebagai bilangan bulat. Serum diencerkan berseri dua kali lipat; bila pengenceran 1/16 masih positif dan 1/32 tidak, titernya 16. Titer menyatakan aktivitas biologis, bukan massa antibodi. Pada uji netralisasi, kenaikan titer empat kali lipat pada serum kedua yang diambil dua minggu kemudian menunjukkan infeksi baru. Perbandingan titer fase akut dan fase penyembuhan juga membedakan infeksi yang sedang berjalan dari infeksi lama.

Uji Widal untuk demam tifoid mencari aglutinasi Salmonella enterica subspesies typhi oleh serum pasien. Menurut OpenStax, uji ini cepat dan murah tetapi kurang tepat dibanding biakan: positif palsu sering muncul pada orang yang pernah terinfeksi subspesies Salmonella lain, dan negatif palsu pada pasien dengan protein darah tinggi atau gangguan kekebalan. Patogen pangan ini dibahas di Bab 20.

ELISA dan uji imunoenzim lain

Uji imunoenzim memakai antibodi yang bagian konstannya bertaut enzim, sedangkan bagian variabelnya bebas mengikat antigen. Enzim mengubah substrat tak berwarna, yaitu kromogen, menjadi produk berwarna; bila substratnya fluorogen, produknya berpendar. ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) adalah uji imunoenzim di sumur pelat mikrotiter yang memakai antibodi bertaut enzim untuk mendeteksi atau mengukur antigen atau antibodi.

Sumber tabel ini OpenStax. Pencucian di antara langkah membuang molekul yang tidak terikat khusus, dan protein penghalang seperti albumin atau kasein menutup tempat ikatan tak khusus. Warna dibaca sebagai absorbans dengan spektrofotometer (Contoh 2). Ringkasan subbab OpenStax menyebut ELISA langsung memakai antibodi penangkap dan antibodi kedua; uraian itu cocok untuk ELISA sandwich, dan bab ini mengikuti uraian di badan subbab.

Reaksi silang tetap menjadi masalah. Menurut OpenStax, infeksi HIV tidak dapat didiagnosis dari satu ELISA tidak langsung; hasil positif dipastikan dengan imunoblot atau uji asam nukleat seperti RT-PCR, yang prinsipnya ada di Bab 32.

Uji cepat aliran lateral dan uji fluoresen

Uji aliran lateral (lateral flow test) adalah uji imunokromatografi pada strip yang mengalirkan sampel cair dengan daya kapiler melewati garis-garis antibodi. Menurut OpenStax, cairan membasahi pereaksi kering, manik lateks atau partikel emas berlapis antibodi mengikat antigen, dan kompleksnya ditahan garis uji berisi antibodi terpasang. Garis kontrol menahan manik apa pun dan membuktikan uji bekerja. Warna merah (emas) atau biru (lateks) pada garis uji berarti positif; warna hanya pada garis kontrol berarti negatif. Penalaran editorial: tanpa garis kontrol, hasil tidak sah dan diulang dengan alat baru.

Uji ini cepat, murah, tanpa alat khusus, dan pereaksi keringnya tidak memerlukan pendinginan terus-menerus, tetapi OpenStax mencatat kekhawatiran bila uji dipegang orang yang tidak memahami batasnya, termasuk positif palsu.

Uji antibodi berpendar memakai pewarna fluoresen. Pada uji langsung, antibodi monoklonal berpendar mengikat bakteri di sampel, misalnya streptokokus grup A dari usap tenggorok, atau Legionella pneumophila dan Mycoplasma pneumoniae dari dahak, dan diagnosis siap dalam hitungan menit. Uji tidak langsung mencari antibodi pasien.

Uji cepat tidak sama tepatnya. Uji imunoenzim cepat untuk antigen streptokokus grup A mempunyai angka negatif palsu yang cukup besar, sampai 30 persen, sehingga biakan tetap menjadi baku emas. Uji cepat influenza memberi hasil dalam 15 sampai 20 menit, tetapi sensitivitasnya beragam dan negatif palsu sering terjadi. Pedoman sementara WHO tentang uji cepat antigen SARS-CoV-2 (11 September 2020, diperbarui 6 Oktober 2021) menurut cuplikannya menyatakan uji ini jauh kurang sensitif dibanding uji amplifikasi asam nukleat, tetapi berguna untuk deteksi dini pada keadaan yang tepat. Dokumen lain yang mengutip WHO menyebut kinerja minimum sensitivitas paling sedikit 80 persen dan spesifisitas paling sedikit 97 persen; angka ini belum dibaca di naskah WHO per 22 Oktober 2026 dan di bab ini dipakai sebagai angka latihan.

Uji antigen dan uji antibodi menjawab pertanyaan berbeda

Kolom arti dan sebab adalah ringkasan penyusun dari OpenStax. Serokonversi (seroconversion) adalah keadaan ketika kadar antibodi pasien mencapai ambang deteksi uji. Pasien umumnya belum mempunyai antibodi yang terdeteksi pada minggu pertama infeksi atau lebih; pada HIV, serokonversi umumnya sekitar tiga minggu dan kadang lebih dari dua bulan. Pasien dengan kekebalan lemah mungkin tidak pernah mencapai ambang. Sebaliknya, antibodi dapat bertahan berbulan-bulan sampai seumur hidup, sehingga hasil uji antibodi positif hanya berarti pasien pernah terinfeksi, bukan bahwa infeksinya aktif.

Uji penapisan (screening test) adalah uji pertama yang memilah orang yang perlu diperiksa lebih lanjut. Uji konfirmasi (confirmatory test) adalah uji lanjutan yang lebih mahal dan lebih lama untuk memastikan hasil positif uji penapisan. Contoh OpenStax: uji antibodi hepatitis C sensitivitasnya tinggi tetapi spesifisitasnya rendah, sehingga hasil positif dipastikan dengan uji RNA virus di darah.

Menurut OpenStax, uji titer MMR sering menjadi syarat sebelum bekerja bagi tenaga kesehatan, terutama yang sering kontak dengan anak kecil atau pasien berkekebalan lemah, dan hasilnya menentukan perlu tidaknya vaksinasi ulang. Aturan serupa di Indonesia tidak diperiksa untuk bab ini. Keputusan semacam itu dibahas di Bab 26.

Sensitivitas, spesifisitas, dan tabel 2 kali 2

Sensitivitas (test sensitivity) adalah peluang uji memberi hasil positif bila orang yang diuji memang terinfeksi. Spesifisitas (test specificity) adalah peluang uji memberi hasil negatif bila orang yang diuji tidak terinfeksi. Bab 10 · Data & Pengukuran menyebut keduanya kepekaan dan kekhususan. Uji yang sensitivitasnya tinggi jarang memberi negatif palsu, dan uji yang spesifisitasnya tinggi jarang memberi positif palsu. Positif palsu (false positive) adalah hasil uji yang menyatakan antigen atau antibodi ada padahal tidak ada. Negatif palsu (false negative) adalah hasil uji yang gagal mendeteksi antigen atau antibodi yang sebenarnya ada.

Kedua sifat diukur terhadap uji rujukan, misalnya biakan untuk streptokokus, pada orang yang keadaannya sudah diketahui. Hasilnya disusun dalam tabel 2 kali 2 (pengetahuan umum):

$Se = \frac{a}{a+c} \qquad Sp = \frac{d}{b+d} \qquad NDP = \frac{a}{a+b} \qquad NDN = \frac{d}{c+d}$

dengan $Se$ sensitivitas, $Sp$ spesifisitas, $NDP$ nilai duga positif, $NDN$ nilai duga negatif, dan $a$, $b$, $c$, $d$ jumlah orang di setiap sel; semuanya tanpa satuan dan sering ditulis dalam persen. Prevalensi di kelompok itu $(a+c)/N$ dengan $N = a+b+c+d$.

Nilai duga positif, nilai duga negatif, dan pengaruh prevalensi

Nilai duga positif (positive predictive value) adalah peluang orang yang hasil ujinya positif benar-benar terinfeksi. Nilai duga negatif (negative predictive value) adalah peluang orang yang hasil ujinya negatif benar-benar tidak terinfeksi. Dengan prevalensi $p$ di kelompok yang diuji, teorema Bayes dari Bab 10 · Data & Pengukuran memberi:

$NDP = \frac{Se\,p}{Se\,p + (1-Sp)(1-p)} \qquad NDN = \frac{Sp\,(1-p)}{Sp\,(1-p) + (1-Se)\,p}$

Sensitivitas dan spesifisitas adalah sifat uji, sedangkan nilai duga bergantung pada siapa yang diuji. Untuk uji dengan sensitivitas 0,80 dan spesifisitas 0,97 (angka latihan):

Pada kelompok tanpa gejala, sebagian besar hasil positif palsu tetapi hasil negatif sangat meyakinkan; pada kelompok bergejala, hasil positif hampir pasti benar tetapi sekitar satu dari dua belas hasil negatif sebenarnya terinfeksi (penalaran editorial). Karena itu uji penapisan pada orang sehat diikuti uji konfirmasi, dan hasil negatif pada orang bergejala tidak otomatis membebaskannya.

Membaca hasil uji pekerja

Daftar periksa berikut adalah penalaran editorial dari OpenStax dan bagian sebelumnya, diajukan sebelum hasil dipakai untuk keputusan:

1. Uji apa? Antigen atau antibodi, sampelnya apa (usap hidung, usap tenggorok, darah, urin), dan uji cepat atau laboratorium.
2. Sahkah hasilnya? Garis kontrol muncul, alat belum kedaluwarsa, disimpan dan dibaca menurut petunjuk pembuat alat.
3. Kapan diambil? Uji antibodi pada minggu pertama setelah paparan dapat negatif karena belum serokonversi.
4. Siapa yang diuji? Pekerja sehat yang diuji massal berprevalensi rendah; pekerja bergejala berprevalensi tinggi.
5. Apa langkah berikutnya? Hasil positif penapisan menunggu uji konfirmasi yang ditetapkan dokter; hasil negatif pada orang bergejala tidak menggantikan pemeriksaan dokter.
6. Siapa yang boleh tahu? Hasil uji pekerja adalah data kesehatan pribadi; disampaikan hanya kepada pihak yang berwenang menurut prosedur fasilitas.

Hasil Widal positif pada pemeriksaan kesehatan penjamah makanan belum berarti pekerja pembawa tifoid, karena keterbatasan uji yang dicatat OpenStax; dokter yang menilai dan memilih uji lanjutannya. Aturan pemeriksaan kesehatan penjamah makanan di Indonesia tidak diperiksa untuk bab ini; pengawas mengikuti ketentuan fasilitas dan dinas kesehatan setempat.

Contoh kerja

Contoh 1: titer dan kenaikan empat kali. Serum diencerkan dua kali lipat di deretan sumur: sumur ke-1 1/2, sumur ke-6 $1/2^{6} = 1/64$. Bila hambatan aglutinasi masih terlihat sampai sumur ke-6 dan hilang di sumur ke-7, titernya 64, seperti sampel A di gambar OpenStax. Titer fase akut 16 dan dua minggu kemudian 128 (angka latihan) memberi nisbah $128/16 = 8$, di atas empat kali, sehingga cocok dengan infeksi baru. Titer 32 lalu 64 hanya naik $64/32 = 2$ kali dan tidak memenuhi patokan itu.

Contoh 2: kurva baku ELISA sandwich. Larutan baku 0, 10, 20, dan 40 ng/mL memberi absorbans 0,05; 0,25; 0,45; dan 0,85 (angka latihan), sehingga garisnya $A = 0{,}05 + 0{,}02\,c$ dengan $c$ dalam ng/mL. Sampel yang diencerkan 1:10 terbaca 0,61, jadi $c = (0{,}61 - 0{,}05)/0{,}02 = 28$ ng/mL di sumur dan $28 \times 10 = 280$ ng/mL di sampel asli. Sampel yang terbaca 1,25, di atas baku tertinggi, diencerkan lagi dan diukur ulang, bukan dibaca dengan memperpanjang garis.

Contoh 3: tabel 2 kali 2 dari uji validasi. Uji antigen dicoba pada 1.000 orang; uji rujukan menyatakan 200 terinfeksi (angka latihan). Hasilnya $a = 180$, $c = 20$, $b = 24$, $d = 776$. Maka $Se = 180/200 = 0{,}90$, $Sp = 776/800 = 0{,}97$, $NDP = 180/204 = 0{,}882$, dan $NDN = 776/796 = 0{,}975$, pada prevalensi $200/1.000 = 0{,}20$. Akurasinya $(180 + 776)/1.000 = 0{,}956$, tetapi angka tunggal itu menyembunyikan 20 orang terinfeksi yang terlewat.

Contoh 4: kasus 1.300 pasien di OpenStax. Rumah sakit menguji 1.300 pasien dengan ELISA tidak langsung HIV setelah seorang petugas menukar isi spuit. Dengan laju positif palsu 0,5 persen, yang menurut OpenStax tidak luar biasa, harapannya $1.300 \times 0{,}005 = 6{,}5$ positif palsu. Hasilnya delapan ELISA positif; western blot memastikan satu, lima negatif, dan dua tak tentu yang kemudian negatif dengan PCR. Nilai duga positif ELISA di kasus ini $1/8 = 0{,}125$, dan tujuh positif palsu dari 1.299 orang setara 0,54 persen. Laju western blot tak tentu 10 sampai 49 persen memberi harapan $0{,}10 \times 6{,}5 = 0{,}65$ sampai $0{,}49 \times 6{,}5 = 3{,}2$ hasil tak tentu; yang teramati dua dari tujuh, atau 28,6 persen. Pasien dijadwalkan sekurang-kurangnya tiga minggu setelah kunjungan terakhir supaya negatif palsu berkurang.

Contoh 5: uji cepat antigen pada pekerja sehat. Uji dengan $Se = 0{,}80$ dan $Sp = 0{,}97$ (angka latihan) dipakai pada 10.000 pekerja tanpa gejala dengan prevalensi 1 persen (angka latihan). Dari 100 yang terinfeksi, 80 positif dan 20 negatif palsu; dari 9.900 yang sehat, $9.900 \times 0{,}03 = 297$ positif palsu dan 9.603 negatif benar. $NDP = 80/377 = 0{,}212$: hampir empat dari lima hasil positif palsu. $NDN = 9.603/9.623 = 0{,}9979$.

Contoh 6: uji yang sama pada pekerja bergejala. Di antara 1.000 pekerja yang demam dan batuk, prevalensinya 30 persen (angka latihan). Dari 300 yang terinfeksi, 240 positif dan 60 negatif palsu; dari 700 yang sehat, 21 positif palsu dan 679 negatif benar. $NDP = 240/261 = 0{,}920$ dan $NDN = 679/739 = 0{,}919$. Peluang seorang pekerja bergejala yang hasilnya negatif ternyata terinfeksi $60/739 = 0{,}081$, sekitar satu dari dua belas. Juru masak bergejala di kasus pembuka termasuk kelompok ini.

Contoh 7: kasus pembuka. Untuk 40 penjamah dengan prevalensi 2 persen (angka latihan), harapan orang terinfeksi $40 \times 0{,}02 = 0{,}8$. Harapan positif benar $0{,}8 \times 0{,}80 = 0{,}64$ dan positif palsu $39{,}2 \times 0{,}03 = 1{,}176$, sehingga harapan hasil positif 1,816, sesuai dengan dua positif yang terjadi. $NDP = 0{,}64/1{,}816 = 0{,}352$: setiap hasil positif lebih mungkin palsu (0,648) daripada benar. Kedua pekerja dirujuk ke dokter untuk uji konfirmasi, dan penugasan mereka sementara itu mengikuti prosedur fasilitas.

Contoh 8: uji konfirmasi. Ambil 1.000 hasil antigen positif dari kelompok Contoh 7: sekitar 352 terinfeksi dan 648 tidak. Uji konfirmasi dengan $Se = 0{,}95$ dan $Sp = 0{,}99$ (angka latihan) memberi $0{,}95 \times 352 = 334{,}4$ positif benar dan $0{,}01 \times 648 = 6{,}48$ positif palsu, sehingga $NDP = 334{,}4/340{,}88 = 0{,}981$. Bila konfirmasi negatif, tersisa $0{,}05 \times 352 = 17{,}6$ terinfeksi di antara $17{,}6 + 641{,}52$ hasil negatif, atau 0,027. Dua uji berurutan menolong bila galatnya tidak bersumber sama, misalnya reaksi silang yang sama.

Contoh 9: uji cepat streptokokus. OpenStax mencatat negatif palsu sampai 30 persen, jadi sensitivitasnya dapat serendah 0,70. Dari 200 pasien sakit tenggorok dengan prevalensi 25 persen dan $Sp = 0{,}95$ (angka latihan), 50 benar-benar terinfeksi dan sampai 15 terlewat. Dari 150 yang sehat, 7,5 positif palsu dan 142,5 negatif benar. $NDN = 142{,}5/157{,}5 = 0{,}905$: hampir satu dari sepuluh hasil negatif sebenarnya terinfeksi, alasan biakan tetap menjadi baku emas.

Kondisi berhenti

Hentikan dan serahkan kepada dokter, fasilitas kesehatan, laboratorium, atau penanggung jawab K3 bila:

1. Pengawas atau teknisi diminta menyatakan seorang pekerja sakit, sehat, atau boleh bekerja hanya dari hasil uji.
2. Garis kontrol tidak muncul, alat kedaluwarsa, atau penyimpanannya tidak sesuai petunjuk; hasil tidak dipakai.
3. Ada permintaan mengambil darah, usap, atau spesimen lain tanpa pelatihan dan izin.
4. Spesimen tumpah atau alat uji bekas berserakan; tangani sebagai bahan infeksius menurut Bab 11.
5. Ada tekanan untuk mengubah, menyembunyikan, atau menyebarkan hasil uji pekerja.
6. Penjamah makanan positif pada uji penapisan atau bergejala walaupun negatif; laporkan kepada atasan dan dokter perusahaan menurut prosedur fasilitas.
7. Muncul beberapa pekerja atau tamu sakit dengan gejala serupa; laporkan sebagai dugaan wabah seperti di Bab 19.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 25 memberi dasar antibodi dan respons primer serta sekunder di balik titer, Bab 24 pertahanan bawaan dan komplemen, Bab 23 antigen patogen, dan Bab 26 titer kekebalan setelah vaksinasi. Bab 10 · Data & Pengukuran memberi teorema Bayes, Bab 15 pengenceran berseri, dan Bab 19 prevalensi serta penyelidikan wabah. Bab 32 membahas PCR sebagai uji konfirmasi, Bab 20 Salmonella dan patogen pangan lain, Bab 11 penanganan spesimen, Bab 8 uji ATP permukaan, dan Bab 28 uji antigen Legionella dan uji cepat influenza.

Latihan dan pembahasan

Referensi