Колір шкіри впливає на ефективність фототерапії при неонатальній жовтяниці

Теоретичне дослідження, опубліковане в журналі Biophotonics Discovery, показує, що колір шкіри та інші оптичні властивості шкіри суттєво змінюють те, скільки терапевтичного світла фактично поглинається білірубіном при лікуванні неонатальної жовтяниці. Згідно з розрахунками авторів, зі збільшенням пігментації шкіри зменшується частка світла, що досягає цілі, а оптимальна довжина хвилі для фототерапії зміщується – від ≈460 нм для світлої шкіри до ≈470 нм для темної шкіри. Висновок простий і незручний: «універсальні» лампи та однакові режими опромінення можуть не працювати однаково ефективно у дітей різних фототипів; спектр і потужність терапії слід підлаштовувати під дитину.

Передумови дослідження

Неонатальна жовтяниця є однією з найпоширеніших причин госпіталізації новонароджених; стандартом лікування є фототерапія синім/синьо-зеленим світлом, яке перетворює некон'югований білірубін на водорозчинні фотоізомери (включаючи люмірубін) і тим самим прискорює його виведення. Тому клінічні рекомендації наголошують на вузькому ефективному діапазоні довжин хвиль (приблизно 460-490 нм) та достатній інтенсивності опромінення; саме в цьому спектральному вікні поглинання білірубіну є максимальним, і світло проникає достатньо глибоко через тканини немовляти.

Однак не вся енергія, що випромінюється лампою, досягає «мішені» (білірубіну в шкірі та поверхневих судинах): частина світла поглинається меланіном і гемоглобіном, а розсіювання в багатошаровій шкірі «розмазує» потік. Коли ці оптичні властивості змінюються, змінюється також ефективна довжина хвилі: низка досліджень вже натякала, що синьо-зелене світло ~478-480 нм може мати сильніший фототерапевтичний ефект, ніж «класичний» синій пік ~460 нм, що пов'язано з кращим балансом «поглинання білірубіну ↔ глибини проникнення».

Окремим питанням є вимірювання білірубіну неінвазивними приладами (TcB): на точність суттєво впливає колір шкіри. У різних дослідженнях у дітей з темнішою шкірою було виявлено як недооцінку, так і переоцінку порівняно з сироватковим білірубіном (TSB); нещодавні контрольовані аналізи та моделі in vitro схильні свідчити про те, що темна шкіра частіше призводить до систематичної упередженості вимірювань, і тому високі або «прикордонні» значення TcB потребують підтвердження за допомогою TSB.

На цьому тлі актуальними є дослідження, які кількісно описують, як саме пігментація шкіри та інші властивості шкіри впливають на поглинену «корисну» дозу під час фототерапії та вибір оптимальної довжини хвилі. Нове дослідження, опубліковане в Biophotonics Discovery, вирішує цю проблему, моделюючи передачу світла в шкірі новонароджених, і показує, що зі збільшенням пігментації частка енергії, яка досягає білірубіну, зменшується, а оптимум спектру зміщується в бік довших хвиль (від ≈460 нм до ≈470 нм). Ці висновки вписуються в ширшу розмову про необхідність врахування кольору шкіри в оптичних медичних технологіях – від фототерапії до пульсоксиметрії.

Як це вивчали

Команда дослідників з Університету Твенте, лікарні Ізала та UMC Groningen створила комп'ютерні моделі проходження світла через багатошарову шкіру новонароджених та розрахувала, як змінюється «корисна» поглинена доза білірубіну за різних умов. Вони варіювалися:

• Пігментація (меланін) – це основний фактор, який «перехоплює» синє світло в епідермісі;
• Вміст гемоглобіну та білірубіну є конкуруючими абсорбентами, що впливають на глибину проникнення;
• Розсіювання та товщина шарів шкіри – це параметри, що визначають, де «розмазується» світловий потік.
  Моделювання проводилося у всьому синьому діапазоні фототерапії (близько 430-500 нм), оцінюючи, на яких довжинах хвиль білірубін поглинає максимально енергію залежно від властивостей шкіри. Результати тісно узгоджуються з тим, що давно помічається в клініці «на практиці», але рідко враховується формально: темна шкіра вимагає іншого спектрального налаштування.

Ключові висновки – простими словами

Автори показують три ключові ефекти: по-перше, чим темніша шкіра, тим менше «корисного» світла досягає білірубіну, а це означає, що фототерапія буде повільнішою при тій самій потужності. По-друге, зміщується пікова ефективність: для світлої шкіри максимальна поглинена доза білірубіну знаходиться приблизно на 460 нм, для темної шкіри – ближче до 470 нм. По-третє, на результат «відіграє» не тільки меланін, але й гемоглобін/білірубін у шкірі та розсіювання світла – це додаткові ручки регулювання, якщо пристрій може перемикати спектр і дозу. Разом це пояснює, чому одні й ті ж лампи та «годинні протоколи» дають різні швидкості зниження TcB/TSB у дітей різних фототипів.

Що це змінює на практиці – ідеї для «персоналізованої фототерапії»

Для клінік та виробників результати логічно призводять до конкретних кроків:

• Спектральна адаптація: використовуйте джерела з перемиканими довжинами хвиль (наприклад, комбінації синіх світлодіодів 455-475 нм) та оберіть робочий пік з урахуванням фототипу.
• Дозиметрія «на шкірі», а не «біля лампи»: зосередьтеся на поглиненій дозі білірубіну, а не лише на опроміненні матраца; в ідеалі використовуйте вбудовані датчики/моделі, що враховують пігментацію.
• Беручи до уваги супутні оптичні фактори: гемоглобін, білірубін у шкірі та розсіювання, також змінюють ефективність, корисними є алгоритми регулювання потужності за допомогою зворотного зв'язку (за динамікою TcB/TSB).
• Правильна інтерпретація TcB при темній шкірі: прилади систематично занижують TcB при високій пігментації – варто частіше перевіряти рівень білірубіну в сироватці крові та оновлювати калібрування.

Чому це не сюрприз для біофотоніки

Фотонна медицина вже стикалася з «ефектом кольору шкіри» в пульсоксиметрії та інших оптичних технологіях: меланін «з'їдає» світло, змінюючи як глибину проникнення, так і співвідношення сигнал/шум. У неонатальній фототерапії цей фактор довго недооцінювали, оскільки «сині» лампи вважалися універсальними. Нова робота заповнює методологічну прогалину: вона якісно підтверджує зниження ефективності в темній шкірі та кількісно показує, як зміщується оптимальна довжина хвилі – що забезпечує інженерні характеристики для пристроїв наступного покоління.

Обмеження та що далі

Це симуляція, а не рандомізоване клінічне дослідження; числові оцінки залежать від прийнятих оптичних параметрів шкіри та геометричних припущень. Але результати добре узгоджуються з незалежними даними: серії досліджень in vitro та клінічні дослідження показують недооцінку TcB та відмінності у реакції на світло у дітей з темною шкірою. Наступним кроком є пілотні клінічні протоколи з налаштовуваними світлодіодними матрицями, де спектр/потужність підбирається за фототипом та порівнюється швидкість зниження білірубіну та тривалість госпіталізації.

Хто в цьому особливо зацікавлений?

• Для неонатологів та медсестер – для правильної інтерпретації TcB та вибору інтенсивності/тривалості фототерапії у дітей з темною шкірою.
• Для інженерів-розробників – для проектування мультиспектральних систем з автоматичним налаштуванням на оптичні властивості шкіри.
• Регуляторним органам та авторам рекомендацій – оновити стандарти фототерапії з урахуванням фототипу (як це вже зроблено для оксиметрії).

Оригінальне джерело: А. Дж. Дам-Вервлоет та ін. Вплив кольору шкіри та інших властивостей шкіри на ефективність фототерапії при неонатальній жовтяниці (Biophotonics Discovery, 2025), doi: 10.1117/1.BIOS.2.3.032508.