Цветът на кожата влияе върху ефективността на фототерапията при неонатална жълтеница

Теоретично проучване, публикувано в списанието Biophotonics Discovery, показва, че цветът на кожата и други оптични свойства на кожата значително променят количеството терапевтична светлина, което реално се абсорбира от билирубина при лечението на неонатална жълтеница. Според изчисленията на авторите, с увеличаване на пигментацията на кожата, делът на светлината, достигаща до целта, намалява, а оптималната дължина на вълната за фототерапия се измества - от ≈460 nm за светла кожа до ≈470 nm за тъмна кожа. Изводът е прост и неудобен: „универсалните“ лампи и едни и същи режими на облъчване може да не работят еднакво ефективно при деца с различни фототипове; спектърът и мощността на терапията трябва да се съобразят с детето.

Предистория на изследването

Неонаталната жълтеница е една от най-честите причини за хоспитализация на новородени; стандартът на лечение е фототерапия със синя/синьо-зелена светлина, която превръща неконюгирания билирубин във водоразтворими фотоизомери (включително лумирубин) и по този начин ускорява елиминирането му. Поради това клиничните насоки наблягат на тесен ефективен диапазон от дължини на вълните (приблизително 460-490 nm) и достатъчна интензивност на облъчване; именно в този спектрален прозорец абсорбцията на билирубин е максимална и светлината прониква достатъчно дълбоко през тъканите на бебето.

Въпреки това, не цялата енергия, излъчвана от лампата, достига „целта“ (билирубин в кожата и повърхностните съдове): част от светлината се абсорбира от меланина и хемоглобина, а разсейването в многослойната кожа „размазва“ потока. Когато тези оптични свойства се променят, се променя и ефективната дължина на вълната: редица изследвания вече намекват, че синьо-зелената светлина ~478-480 nm може да има по-силен фототерапевтичен ефект от „класическия“ син пик ~460 nm, което е свързано с по-добър баланс между „абсорбция на билирубин ↔ дълбочина на проникване“.

Отделен въпрос е измерването на билирубина с неинвазивни устройства (TcB): точността е значително повлияна от цвета на кожата. В различни проучвания са установени както подценяване, така и надценяване в сравнение със серумния билирубин (TSB) при деца с по-тъмна кожа; последните контролирани анализи и in-vitro модели са склонни да предполагат, че тъмната кожа по-често води до систематично отклонение в измерването и следователно високите или „гранични“ стойности на TcB изискват потвърждение от TSB.

На този фон са уместни изследвания, които количествено описват как точно пигментацията на кожата и други свойства на кожата влияят върху абсорбираната „полезна“ доза по време на фототерапия и избора на оптимална дължина на вълната. Ново проучване в Biophotonics Discovery решава този проблем чрез моделиране на преноса на светлина в кожата на новородени и показва, че с увеличаване на пигментацията делът на енергията, достигаща до билирубина, намалява, а оптимумът на спектъра се измества към по-дългите вълни (от ≈460 nm до ≈470 nm). Тези открития се вписват в по-широк разговор за необходимостта от отчитане на цвета на кожата в оптичните медицински технологии - от фототерапия до пулсова оксиметрия.

Как е било проучено

Екип от Университета на Твенте, болницата Изала и UMC Groningen е изградил компютърни модели на това как светлината преминава през многослойната кожа на новородените и е изчислил как се променя „полезната“ абсорбирана доза билирубин при различни условия. Те са варирали:

• Пигментацията (меланин) е основният фактор, който „прехваща“ синята светлина в епидермиса;
• Съдържанието на хемоглобин и билирубин са конкуриращи се абсорбенти, които влияят на дълбочината на проникване;
• Разсейването и дебелината на кожните слоеве са параметрите, които определят къде светлинният поток се „размазва“.
  Моделирането е проведено в целия син диапазон на фототерапията (около 430-500 nm), като се оценява при какви дължини на вълните билирубинът абсорбира максимална енергия в зависимост от свойствата на кожата. Резултатите са в тясно съответствие с това, което отдавна е забелязано в клиниката „на практика“, но рядко се взема предвид формално: тъмната кожа изисква различна спектрална настройка.

Ключови констатации - с прости думи

Авторите показват три ключови ефекта: първо, колкото по-тъмна е кожата, толкова по-малко „полезна“ светлина достига до билирубина, което означава, че фототерапията ще бъде по-бавна при същата мощност. Второ, пиковата ефективност се измества: за светла кожа максималната абсорбирана доза билирубин е приблизително при 460 nm, за тъмна кожа - по-близо до 470 nm. Трето, не само меланинът „възпроизвежда“ резултата, но и хемоглобинът/билирубинът в кожата и разсейването на светлината - това са допълнителни копчета за регулиране, ако устройството може да превключва спектъра и дозата. Заедно това обяснява защо едни и същи лампи и „почасови протоколи“ дават различни скорости на спад на TcB/TSB при деца с различни фототипове.

Какво променя това на практика - идеи за „персонализирана фототерапия“

За клиниките и производителите резултатите логично водят до конкретни стъпки:

• Спектрална адаптация: използвайте източници с превключващи се дължини на вълните (напр. комбинации от сини светодиоди 455-475 nm) и изберете работния пик, като вземете предвид фототипа.
• Дозиметрия „върху кожата“, а не „на лампата“: фокусирайте се върху абсорбираната доза билирубин, а не само върху облъчването на матрака; в идеалния случай използвайте вградени сензори/модели, които отчитат пигментацията.
• Като се вземат предвид съпътстващите оптични фактори: хемоглобин, билирубин в кожата и разсейване, също се променя ефективността - алгоритмите за регулиране на мощността чрез обратна връзка (чрез динамиката на TcB/TSB) са полезни.
• Правилно тълкуване на TcB при тъмна кожа: устройствата систематично подценяват TcB при висока пигментация - струва си да се потвърждава със серумен билирубин по-често и да се актуализират калибровките.

Защо това не е изненада за биофотониката

Фотонната медицина вече се е сблъсквала с „ефекта на цвета на кожата“ в пулсовата оксиметрия и други оптични технологии: меланинът „изяжда“ светлината, променяйки както дълбочината на проникване, така и съотношението сигнал/шум. В неонаталната фототерапия този фактор дълго време беше подценяван, тъй като „сините“ лампи се смятаха за универсални. Новата работа запълва методологичната празнина: тя качествено потвърждава намаляването на ефективността при тъмна кожа и количествено показва как се измества оптималната дължина на вълната - което осигурява инженерни спецификации за устройства от следващо поколение.

Ограничения и какво следва

Това е симулация, а не рандомизирано клинично проучване; числените оценки зависят от приетите оптични параметри на кожата и геометрични допускания. Но резултатите са в добро съответствие с независимите данни: in vitro и клиничните серии показват подценяване на TcB и разлики в отговора на светлина при деца с тъмна кожа. Следващата стъпка са пилотни клинични протоколи с настройващи се LED матрици, където спектърът/мощността се избират според фототипа и се сравняват скоростта на намаляване на билирубина и продължителността на хоспитализацията.

Кой е особено заинтересован от това?

• За неонатолози и медицински сестри - за правилно тълкуване на TcB и избор на интензивност/продължителност на фототерапията при деца с тъмна кожа.
• За инженери-разработчици - за проектиране на мултиспектрални системи с автоматично настройване към оптичните свойства на кожата.
• Към регулаторните органи и авторите на насоки - да актуализират стандартите за фототерапия, като вземат предвид фототипа (както вече е направено за оксиметрията).

Оригинален източник: AJ Dam-Vervloet et al. Влияние на цвета на кожата и други свойства на кожата върху ефикасността на фототерапията при неонатална жълтеница (Biophotonics Discovery, 2025), doi: 10.1117/1.BIOS.2.3.032508.