Kolor skóry wpływa na skuteczność fototerapii w leczeniu żółtaczki noworodkowej

Badanie teoretyczne opublikowane w czasopiśmie „Biophotonics Discovery” pokazuje, że kolor skóry i inne jej właściwości optyczne znacząco zmieniają ilość światła terapeutycznego pochłanianego przez bilirubinę w leczeniu żółtaczki noworodkowej. Według obliczeń autorów, wraz ze wzrostem pigmentacji skóry zmniejsza się proporcja światła docierającego do celu, a optymalna długość fali dla fototerapii zmienia się – z ≈460 nm dla jasnej skóry do ≈470 nm dla ciemnej skóry. Wniosek jest prosty i niewygodny: „uniwersalne” lampy i te same tryby naświetlania mogą nie działać równie skutecznie u dzieci o różnych fototypach; widmo i moc terapii należy dostosować do dziecka.

Tło badania

Żółtaczka noworodkowa jest jedną z najczęstszych przyczyn hospitalizacji noworodków; standardem leczenia jest fototerapia światłem niebiesko-/niebiesko-zielonym, które przekształca nieskoniugowaną bilirubinę w rozpuszczalne w wodzie fotoizomery (w tym lumirubinę), przyspieszając w ten sposób jej eliminację. Dlatego wytyczne kliniczne podkreślają wąski efektywny zakres długości fal (około 460-490 nm) i odpowiednią intensywność naświetlania; to właśnie w tym oknie spektralnym absorpcja bilirubiny jest maksymalna, a światło przenika dostatecznie głęboko przez tkanki niemowlęcia.

Jednak nie cała energia emitowana przez lampę dociera do „celu” (bilirubiny w skórze i naczyniach krwionośnych): część światła jest absorbowana przez melaninę i hemoglobinę, a rozpraszanie w wielowarstwowej skórze „rozmazuje” przepływ. Zmiana tych właściwości optycznych powoduje również zmianę efektywnej długości fali: liczne badania sugerują już, że niebiesko-zielone światło o długości fali ~478-480 nm może mieć silniejszy efekt fototerapeutyczny niż „klasyczny” niebieski pik ~460 nm, co wiąże się z lepszą równowagą między „absorpcją bilirubiny ↔ głębokością penetracji”.

Osobną kwestią jest pomiar bilirubiny za pomocą urządzeń nieinwazyjnych (TcB): dokładność jest istotnie zależna od koloru skóry. W różnych badaniach stwierdzono zarówno niedoszacowanie, jak i przeszacowanie w porównaniu z bilirubiną w surowicy (TSB) u dzieci o ciemniejszej karnacji; ostatnie analizy kontrolowane i modele in vitro sugerują, że ciemna karnacja częściej prowadzi do systematycznego błędu pomiaru, a zatem wysokie lub „graniczne” wartości TcB wymagają potwierdzenia za pomocą TSB.

W tym kontekście istotne są badania ilościowo opisujące, jak pigmentacja skóry i inne jej właściwości wpływają na pochłoniętą „użyteczną” dawkę promieniowania podczas fototerapii oraz na wybór optymalnej długości fali. Nowe badanie opublikowane w czasopiśmie Biophotonics Discovery rozwiązuje ten problem poprzez modelowanie transferu światła w skórze noworodków i pokazuje, że wraz ze wzrostem pigmentacji zmniejsza się udział energii docierającej do bilirubiny, a optymalne widmo przesuwa się w kierunku fal dłuższych (z ≈460 nm do ≈470 nm). Odkrycia te wpisują się w szerszą dyskusję na temat potrzeby uwzględniania koloru skóry w optycznych technologiach medycznych – od fototerapii po pulsoksymetrię.

Jak to badano

Zespół z Uniwersytetu Twente, Szpitala Izala i UMC Groningen zbudował modele komputerowe ilustrujące, jak światło przechodzi przez wielowarstwową skórę noworodków i obliczył, jak zmienia się „użyteczna” dawka wchłoniętej bilirubiny w różnych warunkach. Wyniki były zróżnicowane:

• Pigmentacja (melanina) jest głównym czynnikiem „przechwytującym” niebieskie światło w naskórku;
• Hemoglobina i bilirubina to konkurencyjne absorbenty, które wpływają na głębokość penetracji;
• Rozproszenie i grubość warstw skóry to parametry decydujące o tym, gdzie strumień światła jest „rozmazany”.
  Modelowanie przeprowadzono w całym niebieskim zakresie światła stosowanym w fototerapii (około 430-500 nm), oceniając, przy jakich długościach fal bilirubina absorbuje maksymalną energię w zależności od właściwości skóry. Wyniki są zgodne z tym, co od dawna obserwuje się w praktyce klinicznej, ale rzadko jest to formalnie uwzględniane: ciemna skóra wymaga innego ustawienia widmowego.

Najważniejsze ustalenia – w prostych słowach

Autorzy przedstawiają trzy kluczowe efekty: po pierwsze, im ciemniejsza skóra, tym mniej „użytecznego” światła dociera do bilirubiny, co oznacza, że fototerapia będzie wolniejsza przy tej samej mocy. Po drugie, zmienia się szczytowa wydajność: dla jasnej skóry maksymalna dawka absorbowanej bilirubiny wynosi około 460 nm, dla ciemnej – bliżej 470 nm. Po trzecie, na wynik „odgrywa” rolę nie tylko melanina, ale także hemoglobina/bilirubina w skórze i rozpraszanie światła – są to dodatkowe pokrętła regulacyjne, jeśli urządzenie może zmieniać widmo i dawkę. To wyjaśnia, dlaczego te same lampy i „protokoły godzinowe” dają różne tempo spadku TcB/TSB u dzieci o różnych fototypach.

Co to zmienia w praktyce – pomysły na „spersonalizowaną fototerapię”

Dla klinik i producentów wyniki logicznie prowadzą do konkretnych kroków:

• Adaptacja widmowa: należy stosować źródła o przełączalnej długości fali (np. kombinacje niebieskich diod LED 455–475 nm) i wybierać pik roboczy, biorąc pod uwagę fototyp.
• Dozymetria „na skórze”, a nie „przy lampie”: koncentracja na dawce pochłoniętej bilirubiny, a nie wyłącznie na napromieniowaniu materaca; najlepiej jest używać wbudowanych czujników/modeli, które uwzględniają pigmentację.
• Biorąc pod uwagę towarzyszące czynniki optyczne: hemoglobinę, bilirubinę w skórze i rozpraszanie, również zmienia się wydajność - przydatne są algorytmy dostosowujące moc poprzez sprzężenie zwrotne (na podstawie dynamiki TcB/TSB).
• Prawidłowa interpretacja TcB w przypadku ciemnej skóry: urządzenia systematycznie zaniżają ocenę TcB w przypadku wysokiej pigmentacji - warto częściej potwierdzać wynik badaniem bilirubiny w surowicy i aktualizować kalibracje.

Dlaczego nie jest to zaskoczeniem dla biofotoniki

Medycyna fotoniczna napotkała już „efekt koloru skóry” w pulsoksymetrii i innych technologiach optycznych: melanina „zjada” światło, zmieniając zarówno głębokość penetracji, jak i stosunek sygnału do szumu. W fototerapii noworodków czynnik ten był przez długi czas niedoceniany, ponieważ „niebieskie” lampy uważano za uniwersalne. Nowa praca wypełnia lukę metodologiczną: jakościowo potwierdza spadek wydajności w przypadku ciemnej skóry i ilościowo pokazuje, jak zmienia się optymalna długość fali – co stanowi specyfikację techniczną dla urządzeń nowej generacji.

Ograniczenia i co dalej

To symulacja, a nie randomizowane badanie kliniczne; szacunki numeryczne zależą od przyjętych parametrów optycznych skóry i założeń geometrycznych. Wyniki są jednak zgodne z niezależnymi danymi: badania in vitro i serie kliniczne wykazują niedoszacowanie TcB i różnice w reakcji na światło u dzieci o ciemnej karnacji. Kolejnym krokiem są pilotażowe protokoły kliniczne z wykorzystaniem matryc LED, w których widmo/moc dobierane są do fototypu, a tempo redukcji bilirubiny i czas trwania hospitalizacji są porównywane.

Kogo to szczególnie interesuje?

• Dla neonatologów i pielęgniarek - w celu prawidłowej interpretacji TcB i doboru intensywności/czasu trwania fototerapii u dzieci o ciemnej karnacji.
• Dla inżynierów rozwoju - do projektowania systemów multispektralnych z automatycznym dostosowywaniem się do właściwości optycznych skóry.
• Do organów regulacyjnych i autorów wytycznych - o uaktualnienie standardów fototerapii, uwzględniających fototyp (tak jak zrobiono to już w przypadku oksymetrii).

Źródło oryginalne: AJ Dam-Vervloet i in. Wpływ koloru skóry i innych jej właściwości na skuteczność fototerapii w leczeniu żółtaczki noworodkowej (Biophotonics Discovery, 2025), doi: 10.1117/1.BIOS.2.3.032508.