Farba pokožky ovplyvňuje účinnosť fototerapie pri novorodeneckej žltačke

Teoretická štúdia publikovaná v časopise Biophotonics Discovery ukazuje, že farba pokožky a ďalšie optické vlastnosti pokožky významne menia, koľko terapeutického svetla je v skutočnosti absorbované bilirubínom pri liečbe novorodeneckej žltačky. Podľa výpočtov autorov sa so zvyšujúcou sa pigmentáciou pokožky znižuje podiel svetla dosahujúceho cieľ a optimálna vlnová dĺžka pre fototerapiu sa posúva - z ≈460 nm pre svetlú pokožku na ≈470 nm pre tmavú pokožku. Záver je jednoduchý a nepraktický: „univerzálne“ lampy a rovnaké režimy ožarovania nemusia fungovať rovnako efektívne u detí s rôznymi fototypmi; spektrum a výkon terapie by sa mali prispôsobiť dieťaťu.

Pozadie štúdie

Novorodenecká žltačka je jedným z najčastejších dôvodov hospitalizácie novorodencov; štandardom liečby je fototerapia modrým/modrozeleným svetlom, ktoré premieňa nekonjugovaný bilirubín na vo vode rozpustné fotoizoméry (vrátane lumirubínu) a tým urýchľuje jeho elimináciu. Klinické odporúčania preto zdôrazňujú úzky účinný rozsah vlnových dĺžok (približne 460 – 490 nm) a dostatočnú intenzitu ožiarenia; práve v tomto spektrálnom okne je absorpcia bilirubínu maximálna a svetlo preniká dostatočne hlboko cez tkanivá dieťaťa.

Nie všetka energia vyžarovaná lampou však dosiahne „cieľ“ (bilirubín v koži a povrchových cievach): časť svetla je absorbovaná melanínom a hemoglobínom a rozptyl vo viacvrstvovej koži „rozmazáva“ tok. Keď sa tieto optické vlastnosti zmenia, zmení sa aj efektívna vlnová dĺžka: množstvo štúdií už naznačilo, že modrozelené svetlo ~478 – 480 nm môže mať silnejší fototerapeutický účinok ako „klasický“ modrý vrchol ~460 nm, čo je spojené s lepšou rovnováhou „absorpcie bilirubínu ↔ hĺbky penetrácie“.

Samostatnou otázkou je meranie bilirubínu neinvazívnymi zariadeniami (TcB): presnosť je významne ovplyvnená farbou pokožky. V rôznych štúdiách sa u detí s tmavšou pokožkou zistilo podhodnotenie aj nadhodnotenie v porovnaní so sérovým bilirubínom (TSB); nedávne kontrolované analýzy a modely in vitro naznačujú, že tmavá pokožka častejšie vedie k systematickému skresleniu merania, a preto vysoké alebo „hraničné“ hodnoty TcB vyžadujú potvrdenie pomocou TSB.

V tomto kontexte sú relevantné štúdie, ktoré kvantitatívne opisujú, ako presne pigmentácia kože a ďalšie vlastnosti kože ovplyvňujú absorbovanú „užitočnú“ dávku počas fototerapie a výber optimálnej vlnovej dĺžky. Nová štúdia v Biophotonics Discovery rieši tento problém modelovaním prenosu svetla v koži novorodencov a ukazuje, že so zvyšujúcou sa pigmentáciou sa znižuje podiel energie dosahujúcej bilirubín a spektrálne optimum sa posúva smerom k dlhším vlnám (z ≈460 nm na ≈470 nm). Tieto zistenia zapadajú do širšej diskusie o potrebe zohľadniť farbu pokožky v optických medicínskych technológiách – od fototerapie až po pulznú oxymetriu.

Ako sa to študovalo

Tím z Univerzity Twente, nemocnice Izala a UMC Groningen vytvoril počítačové modely prechodu svetla cez viacvrstvovú kožu novorodencov a vypočítal, ako sa „užitočná“ absorbovaná dávka bilirubínu mení za rôznych podmienok. Tieto modely sa líšili:

• Pigmentácia (melanín) je hlavným faktorom, ktorý „zachytáva“ modré svetlo v epiderme;
• Obsah hemoglobínu a bilirubínu sú konkurenčné absorbenty, ktoré ovplyvňujú hĺbku penetrácie;
• Rozptyl a hrúbka vrstiev kože sú parametre, ktoré určujú, kde je svetelný tok „rozmazaný“.
  Modelovanie sa vykonávalo v celom modrom rozsahu fototerapie (približne 430 – 500 nm), pričom sa hodnotilo, pri akých vlnových dĺžkach bilirubín absorbuje maximum energie v závislosti od vlastností kože. Výsledky sú v úzkom súlade s tým, čo sa už dlho pozoruje v klinickej „praxi“, ale formálne sa to berie do úvahy len zriedka: tmavá pokožka vyžaduje iné spektrálne nastavenie.

Kľúčové zistenia – zjednodušene povedané

Autori ukazujú tri kľúčové účinky: po prvé, čím tmavšia je pokožka, tým menej „užitočného“ svetla dosiahne bilirubín, čo znamená, že fototerapia bude pri rovnakom výkone pomalšia. Po druhé, posúva sa maximálna účinnosť: pre svetlú pokožku je maximálna absorbovaná dávka bilirubínu približne pri 460 nm, pre tmavú pokožku - bližšie k 470 nm. Po tretie, na výsledku „hrá“ nielen melanín, ale aj hemoglobín/bilirubín v koži a rozptyl svetla – to sú ďalšie nastavovacie gombíky, ak zariadenie dokáže prepínať spektrum a dávku. Spoločne to vysvetľuje, prečo tie isté lampy a „hodinové protokoly“ poskytujú rôzne rýchlosti poklesu TcB/TSB u detí s rôznymi fototypmi.

Čo sa tým mení v praxi – nápady na „personalizovanú fototerapiu“

Pre kliniky a výrobcov výsledky logicky vedú ku konkrétnym krokom:

• Spektrálna adaptácia: použite zdroje s prepínateľnými vlnovými dĺžkami (napr. kombinácie modrých LED diód 455 – 475 nm) a vyberte pracovný vrchol s ohľadom na fototyp.
• Dozimetria „na koži“ a nie „pri lampe“: zamerajte sa na absorbovanú dávku bilirubínu, a nie len na ožiarenie matraca; ideálne je použiť vstavané senzory/modely, ktoré zohľadňujú pigmentáciu.
• Ak vezmeme do úvahy sprievodné optické faktory: hemoglobín, bilirubín v koži a rozptyl, tiež sa mení účinnosť - algoritmy na nastavenie výkonu spätnou väzbou (dynamikou TcB/TSB) sú užitočné.
• Správna interpretácia TcB pri tmavej pokožke: zariadenia systematicky podceňujú TcB pri vysokej pigmentácii – oplatí sa častejšie potvrdzovať sérovým bilirubínom a aktualizovať kalibrácie.

Prečo to nie je pre biofotoniku prekvapením

Fotonická medicína sa už stretla s „efektom farby pokožky“ v pulznej oxymetrii a iných optických technológiách: melanín „požiera“ svetlo, čím mení hĺbku prieniku aj pomer signálu k šumu. V neonatálnej fototerapii bol tento faktor dlho podceňovaný, pretože „modré“ lampy sa považovali za univerzálne. Nová práca uzatvára metodologickú medzeru: kvalitatívne potvrdzuje pokles účinnosti v tmavej pokožke a kvantitatívne ukazuje, ako sa posúva optimálna vlnová dĺžka – čo poskytuje technické špecifikácie pre zariadenia novej generácie.

Obmedzenia a čo bude ďalej

Ide o simuláciu, nie o randomizovanú klinickú štúdiu; numerické odhady závisia od prijatých optických parametrov kože a geometrických predpokladov. Výsledky sú však v dobrej zhode s nezávislými údajmi: in vitro a klinické série ukazujú podhodnotenie TcB a rozdiely v reakcii na svetlo u detí s tmavou pokožkou. Ďalším krokom sú pilotné klinické protokoly s ladiacimi LED maticami, kde sa spektrum/výkon vyberá pre fototyp a porovnáva sa rýchlosť redukcie bilirubínu a trvanie hospitalizácie.

Koho to obzvlášť zaujíma?

• Pre neonatológov a zdravotné sestry - pre správnu interpretáciu TcB a výber intenzity/trvania fototerapie u detí s tmavou pokožkou.
• Pre vývojových inžinierov - na navrhovanie multispektrálnych systémov s automatickým prispôsobením optickým vlastnostiam pokožky.
• Regulačným orgánom a autorom smerníc – aktualizovať štandardy fototerapie s ohľadom na fototyp (ako sa to už robí v prípade oxymetrie).

Pôvodný zdroj: AJ Dam-Vervloet a kol. Vplyv farby pokožky a iných vlastností pokožky na účinnosť fototerapie pri novorodeneckej žltačke (Biophotonics Discovery, 2025), doi: 10.1117/1.BIOS.2.3.032508.