Barva kůže ovlivňuje účinnost fototerapie u novorozenecké žloutenky

Teoretická studie publikovaná v časopise Biophotonics Discovery ukazuje, že barva kůže a další optické vlastnosti kůže významně ovlivňují, kolik terapeutického světla je bilirubinem skutečně absorbováno při léčbě novorozenecké žloutenky. Podle výpočtů autorů se s rostoucí pigmentací kůže snižuje podíl světla dosahujícího cíle a optimální vlnová délka pro fototerapii se posouvá - z ≈460 nm pro světlou pleť na ≈470 nm pro tmavou pleť. Závěr je jednoduchý a nepraktický: „univerzální“ lampy a stejné režimy ozařování nemusí fungovat stejně efektivně u dětí s různými fototypy; spektrum a výkon terapie by měly být přizpůsobeny dítěti.

Pozadí studie

Novorozenecká žloutenka je jedním z nejčastějších důvodů hospitalizace novorozenců; standardem léčby je fototerapie modrým/modrozeleným světlem, které přeměňuje nekonjugovaný bilirubin na ve vodě rozpustné fotoizomery (včetně lumirubinu) a tím urychluje jeho eliminaci. Klinické směrnice proto zdůrazňují úzký účinný rozsah vlnových délek (přibližně 460–490 nm) a dostatečnou intenzitu ozáření; právě v tomto spektrálním okně je absorpce bilirubinu maximální a světlo proniká dostatečně hluboko skrz tkáně kojence.

Ne veškerá energie vyzařovaná lampou však dosáhne „cíle“ (bilirubinu v kůži a povrchových cévách): část světla je absorbována melaninem a hemoglobinem a rozptyl ve vícevrstvé kůži „rozmazává“ tok. Když se tyto optické vlastnosti změní, změní se i efektivní vlnová délka: řada studií již naznačila, že modrozelené světlo ~478-480 nm může mít silnější fototerapeutický účinek než „klasický“ modrý vrchol ~460 nm, což je spojeno s lepší rovnováhou „absorpce bilirubinu ↔ hloubka průniku“.

Samostatnou otázkou je měření bilirubinu neinvazivními přístroji (TcB): přesnost je významně ovlivněna barvou pleti. V různých studiích bylo u dětí s tmavší pletí zjištěno jak podhodnocení, tak nadhodnocení ve srovnání se sérovým bilirubinem (TSB); nedávné kontrolované analýzy a modely in vitro naznačují, že tmavá pleť častěji vede k systematickému zkreslení měření, a proto vysoké nebo „hraniční“ hodnoty TcB vyžadují potvrzení pomocí TSB.

V tomto kontextu jsou relevantní studie, které kvantitativně popisují, jak přesně pigmentace kůže a další vlastnosti kůže ovlivňují absorbovanou „užitečnou“ dávku během fototerapie a volbu optimální vlnové délky. Nová studie v Biophotonics Discovery řeší tento problém modelováním přenosu světla v kůži novorozenců a ukazuje, že s rostoucí pigmentací se snižuje podíl energie dosahující bilirubinu a optimum spektra se posouvá směrem k delším vlnám (z ≈460 nm na ≈470 nm). Tato zjištění zapadají do širší diskuse o potřebě zohledňovat barvu kůže v optických lékařských technologiích – od fototerapie po pulzní oxymetrii.

Jak to bylo studováno

Tým z Univerzity Twente, nemocnice Izala a UMC Groningen vytvořil počítačové modely propouštění světla vícevrstvou kůží novorozenců a vypočítal, jak se „užitečná“ absorbovaná dávka bilirubinu mění za různých podmínek. Ty se lišily:

• Pigmentace (melanin) je hlavním faktorem, který „zachycuje“ modré světlo v epidermis;
• Obsah hemoglobinu a bilirubinu jsou soupeřící absorbenty, které ovlivňují hloubku průniku;
• Rozptyl a tloušťka kožních vrstev jsou parametry, které určují, kde je světelný tok „rozmazaný“.
  Modelování bylo provedeno v celém modrém rozsahu fototerapie (asi 430–500 nm), přičemž se hodnotilo, na jakých vlnových délkách bilirubin absorbuje maximum energie v závislosti na vlastnostech kůže. Výsledky jsou v dobré shodě s tím, co je již dlouho pozorováno v klinické „praxi“, ale formálně se to zřídka bere v úvahu: tmavá kůže vyžaduje jiné spektrální nastavení.

Klíčová zjištění – jednoduše řečeno

Autoři ukazují tři klíčové efekty: zaprvé, čím tmavší kůže, tím méně „užitečného“ světla dosáhne bilirubinu, což znamená, že fototerapie bude při stejném výkonu pomalejší. Zadruhé, posouvá se maximální účinnost: u světlou pleti je maximální absorbovaná dávka bilirubinu přibližně na 460 nm, u tmavé pleti - blíže k 470 nm. Zatřetí, na výsledku „hraje“ nejen melanin, ale také hemoglobin/bilirubin v kůži a rozptyl světla - to jsou další nastavovací knoflíky, pokud zařízení dokáže přepínat spektrum a dávku. To společně vysvětluje, proč stejné lampy a „hodinové protokoly“ udávají různé rychlosti poklesu TcB/TSB u dětí s různými fototypy.

Co se tím mění v praxi – nápady na „personalizovanou fototerapii“

Pro kliniky a výrobce výsledky logicky vedou ke konkrétním krokům:

• Spektrální adaptace: použijte zdroje s přepínatelnými vlnovými délkami (např. kombinace modrých LED 455-475 nm) a vyberte pracovní vrchol s ohledem na fototyp.
• Dozimetrie „na kůži“ a ne „u lampy“: zaměřte se na absorbovanou dávku bilirubinu, a ne pouze na ozáření matrace; ideálně používejte vestavěné senzory/modely, které zohledňují pigmentaci.
• S přihlédnutím k doprovodným optickým faktorům: hemoglobinu, bilirubinu v kůži a rozptylu, se mění i účinnost - užitečné jsou algoritmy pro úpravu výkonu zpětnou vazbou (dynamikou TcB/TSB).
• Správná interpretace TcB u tmavé pleti: přístroje systematicky podhodnocují TcB u vysoce pigmentovaných osob – je vhodné častěji kontrolovat hladinu sérového bilirubinu a aktualizovat kalibrace.

Proč to pro biofotoniku není překvapením

Fotonická medicína se s „efektem barvy kůže“ již setkala v pulzní oxymetrii a dalších optických technologiích: melanin „požírá“ světlo, čímž mění jak hloubku průniku, tak poměr signálu k šumu. V neonatální fototerapii byl tento faktor dlouho podceňován, protože „modré“ lampy byly považovány za univerzální. Nová práce uzavírá metodologickou mezeru: kvalitativně potvrzuje pokles účinnosti u tmavé kůže a kvantitativně ukazuje, jak se posouvá optimální vlnová délka – což poskytuje technické specifikace pro zařízení nové generace.

Omezení a co bude dál

Jedná se o simulaci, nikoli o randomizovanou klinickou studii; numerické odhady závisí na přijatých optických parametrech kůže a geometrických předpokladech. Výsledky jsou však v dobré shodě s nezávislými daty: in vitro a klinické série ukazují podhodnocení TcB a rozdíly v reakci na světlo u dětí s tmavou pletí. Dalším krokem jsou pilotní klinické protokoly s ladicími LED maticemi, kde se spektrum/výkon vybere pro fototyp a porovná se rychlost redukce bilirubinu a délka hospitalizace.

Koho to obzvlášť zajímá?

• Pro neonatology a zdravotní sestry - pro správnou interpretaci TcB a výběr intenzity/délky trvání fototerapie u dětí s tmavou pletí.
• Pro vývojové inženýry - pro navrhování multispektrálních systémů s automatickým přizpůsobením optickým vlastnostem kůže.
• Regulačním orgánům a autorům směrnic – aktualizovat standardy fototerapie s ohledem na fototyp (jak je již provedeno u oxymetrie).

Původní zdroj: AJ Dam-Vervloet a kol. Vliv barvy kůže a dalších vlastností kůže na účinnost fototerapie u novorozenecké žloutenky (Biophotonics Discovery, 2025), doi: 10.1117/1.BIOS.2.3.032508.