Warna kulit menjejaskan keberkesanan fototerapi untuk jaundis neonatal

Kajian teori yang diterbitkan dalam jurnal Biophotonics Discovery menunjukkan bahawa warna kulit dan sifat optik kulit yang lain dengan ketara mengubah jumlah cahaya terapeutik yang sebenarnya diserap oleh bilirubin dalam rawatan jaundis neonatal. Mengikut pengiraan pengarang, apabila pigmentasi kulit meningkat, bahagian cahaya yang mencapai sasaran berkurangan, dan panjang gelombang optimum untuk fototerapi beralih - daripada ≈460 nm untuk kulit cerah kepada ≈470 nm untuk kulit gelap. Kesimpulannya adalah mudah dan menyusahkan: lampu "universal" dan mod penyinaran yang sama mungkin tidak berfungsi dengan berkesan pada kanak-kanak yang mempunyai fototip yang berbeza; spektrum dan kuasa terapi harus disesuaikan dengan kanak-kanak.

Latar belakang kajian

Jaundis neonatal adalah salah satu sebab yang paling biasa untuk dimasukkan ke hospital bayi baru lahir; standard rawatan adalah fototerapi dengan cahaya biru/biru-hijau, yang menukar bilirubin tak terkonjugasi kepada fotoisomer larut air (termasuk lumirubin) dan dengan itu mempercepatkan penyingkirannya. Oleh itu, garis panduan klinikal menekankan julat panjang gelombang berkesan yang sempit (kira-kira 460-490 nm) dan keamatan penyinaran yang mencukupi; dalam tingkap spektrum inilah penyerapan bilirubin adalah maksimum, dan cahaya menembusi dengan cukup dalam melalui tisu bayi.

Walau bagaimanapun, tidak semua tenaga yang dipancarkan oleh lampu mencapai "sasaran" (bilirubin dalam kulit dan saluran cetek): sebahagian daripada cahaya diserap oleh melanin dan hemoglobin, dan penyebaran dalam kulit berbilang lapisan "menyapu" aliran. Apabila sifat optik ini berubah, panjang gelombang berkesan juga berubah: beberapa kajian telah membayangkan bahawa cahaya biru-hijau ~478-480 nm boleh mempunyai kesan fototerapeutik yang lebih kuat daripada puncak biru "klasik" ~460 nm, yang dikaitkan dengan keseimbangan "penyerapan bilirubin ↔ kedalaman penembusan" yang lebih baik.

Isu berasingan ialah pengukuran bilirubin oleh peranti bukan invasif (TcB): ketepatan dipengaruhi dengan ketara oleh warna kulit. Dalam kajian yang berbeza, kedua-dua underestimation dan overestimation berbanding serum bilirubin (TSB) ditemui pada kanak-kanak dengan kulit yang lebih gelap; analisis terkawal dan model in-vitro baru-baru ini cenderung mencadangkan bahawa kulit gelap lebih kerap membawa kepada berat sebelah pengukuran yang sistematik, dan oleh itu nilai TcB yang tinggi atau "garis sempadan" memerlukan pengesahan oleh TSB.

Berdasarkan latar belakang ini, kajian yang secara kuantitatif menerangkan bagaimana sebenarnya pigmentasi kulit dan sifat kulit lain mempengaruhi dos "berguna" yang diserap semasa fototerapi dan pilihan panjang gelombang optimum adalah relevan. Satu kajian baru dalam Biophotonics Discovery menyelesaikan masalah ini dengan memodelkan pemindahan cahaya pada kulit bayi baru lahir dan menunjukkan bahawa apabila pigmentasi meningkat, perkadaran tenaga yang mencapai bilirubin berkurangan, dan spektrum optimum beralih ke arah gelombang yang lebih panjang (dari ≈460 nm kepada ≈470 nm). Penemuan ini sesuai dengan perbualan yang lebih luas tentang keperluan untuk mengambil kira warna kulit dalam teknologi perubatan optik - daripada fototerapi hingga oksimetri nadi.

Bagaimana ia dikaji

Pasukan dari Universiti Twente, Hospital Izala dan UMC Groningen membina model komputer tentang cara cahaya menembusi kulit bayi baru lahir dan mengira bagaimana dos bilirubin yang diserap "berguna" berubah dalam keadaan berbeza. Mereka berbeza-beza:

• Pigmentasi (melanin) adalah faktor utama yang "memintas" cahaya biru dalam epidermis;
• Kandungan hemoglobin dan bilirubin adalah penyerap bersaing yang mempengaruhi kedalaman penembusan;
• Penyebaran dan ketebalan lapisan kulit adalah parameter yang menentukan di mana fluks cahaya "berlumur".
  Pemodelan dilakukan dalam julat biru keseluruhan fototerapi (kira-kira 430-500 nm), menilai berapa panjang gelombang bilirubin menyerap tenaga maksimum bergantung pada sifat kulit. Hasilnya adalah dalam persetujuan rapat dengan apa yang telah lama diperhatikan di klinik "dalam amalan", tetapi jarang diambil kira secara rasmi: kulit gelap memerlukan tetapan spektrum yang berbeza.

Penemuan utama - secara ringkas

Penulis menunjukkan tiga kesan utama: pertama, semakin gelap kulit, semakin kurang "berguna" cahaya mencapai bilirubin, yang bermaksud bahawa fototerapi akan menjadi lebih perlahan pada kuasa yang sama. Kedua, kecekapan puncak berubah: untuk kulit cerah, dos maksimum bilirubin yang diserap adalah lebih kurang pada 460 nm, untuk kulit gelap - lebih hampir kepada 470 nm. Ketiga, bukan sahaja melanin "memainkan" hasilnya, tetapi juga hemoglobin/bilirubin dalam kulit dan penyebaran cahaya - ini adalah tombol pelarasan tambahan jika peranti boleh menukar spektrum dan dos. Bersama-sama, ini menerangkan sebab lampu dan "protokol setiap jam" yang sama memberikan kadar penurunan TcB/TSB yang berbeza pada kanak-kanak yang mempunyai fototaip yang berbeza.

Perkara ini berubah dalam amalan - idea untuk "fototerapi diperibadikan"

Untuk klinik dan pengilang, hasilnya secara logik membawa kepada langkah-langkah tertentu:

• Penyesuaian spektrum: gunakan sumber dengan panjang gelombang boleh tukar (cth gabungan LED biru 455-475 nm) dan pilih puncak kerja dengan mengambil kira jenis foto.
• Dosimetri "pada kulit" dan bukan "pada lampu": fokus pada dos bilirubin yang diserap, dan bukan sahaja pada penyinaran pada tilam; sebaiknya, gunakan penderia/model terbina dalam yang mengambil kira pigmentasi.
• Mengambil kira faktor optik yang disertakan: hemoglobin, bilirubin dalam kulit dan serakan juga mengubah kecekapan - algoritma untuk melaraskan kuasa melalui maklum balas (oleh dinamik TcB/TSB) adalah berguna.
• Tafsiran TcB yang betul dalam kulit gelap: peranti secara sistematik meremehkan TcB dalam pigmentasi tinggi - ia patut disahkan dengan bilirubin serum lebih kerap dan mengemas kini penentukuran.

Mengapa Ini Bukan Kejutan untuk Biofotonik

Perubatan fotonik telah pun menemui "kesan warna kulit" dalam oksimetri nadi dan teknologi optik lain: melanin "makan" cahaya, mengubah kedua-dua kedalaman penembusan dan nisbah isyarat-ke-bunyi. Dalam fototerapi neonatal, faktor ini telah lama dipandang remeh kerana lampu "biru" dianggap universal. Kerja baharu ini menutup jurang metodologi: ia secara kualitatif mengesahkan penurunan kecekapan dalam kulit gelap dan secara kuantitatif menunjukkan bagaimana panjang gelombang optimum berubah - yang menyediakan spesifikasi kejuruteraan untuk peranti generasi akan datang.

Had dan apa yang seterusnya

Ini adalah simulasi, bukan percubaan klinikal rawak; anggaran berangka bergantung pada parameter optik yang diterima pakai bagi kulit dan andaian geometri. Tetapi keputusannya adalah dalam persetujuan yang baik dengan data bebas: siri in-vitro dan klinikal menunjukkan meremehkan TcB dan perbezaan dalam tindak balas kepada cahaya pada kanak-kanak dengan kulit gelap. Langkah seterusnya ialah protokol klinikal perintis dengan penalaan matriks LED, di mana spektrum/kuasa dipilih untuk fototaip dan kadar pengurangan bilirubin dan tempoh kemasukan ke hospital dibandingkan.

Siapa yang berminat terutamanya dalam hal ini?

• Untuk pakar neonatologi dan jururawat - untuk tafsiran TcB yang betul dan pemilihan intensiti/tempoh fototerapi pada kanak-kanak dengan kulit gelap.
• Untuk jurutera pembangunan - untuk mereka bentuk sistem multispektral dengan pelarasan automatik kepada sifat optik kulit.
• Kepada pengawal selia dan pengarang garis panduan - untuk mengemas kini piawaian fototerapi dengan mengambil kira fototaip (seperti yang telah dilakukan untuk oksimetri).

Sumber asal: AJ Dam-Vervloet et al. Kesan warna kulit dan sifat kulit lain ke atas keberkesanan fototerapi untuk jaundis neonatal (Biophotonics Discovery, 2025), doi: 10.1117/1.BIOS.2.3.032508.