Culoarea pielii afectează eficacitatea fototerapiei pentru icterul neonatal

Un studiu teoretic publicat în revista Biophotonics Discovery arată că culoarea pielii și alte proprietăți optice ale pielii modifică semnificativ cantitatea de lumină terapeutică absorbită efectiv de bilirubină în tratamentul icterului neonatal. Conform calculelor autorilor, pe măsură ce pigmentarea pielii crește, proporția de lumină care ajunge la țintă scade, iar lungimea de undă optimă pentru fototerapie se schimbă - de la ≈460 nm pentru pielea deschisă la ≈470 nm pentru pielea închisă la culoare. Concluzia este simplă și incomodă: lămpile „universale” și aceleași moduri de iradiere pot să nu funcționeze la fel de eficient la copiii cu fototipuri diferite; spectrul și puterea terapiei trebuie adaptate la copil.

Contextul studiului

Icterul neonatal este unul dintre cele mai frecvente motive de spitalizare a nou-născuților; standardul de tratament este fototerapia cu lumină albastră/albastru-verde, care transformă bilirubina neconjugată în fotoizomeri solubili în apă (inclusiv lumirubină) și, prin urmare, accelerează eliminarea acesteia. Prin urmare, ghidurile clinice pun accent pe un interval eficient îngust de lungimi de undă (aproximativ 460-490 nm) și o intensitate suficientă a iradierii; în această fereastră spectrală absorbția bilirubinei este maximă, iar lumina pătrunde suficient de adânc prin țesuturile sugarului.

Totuși, nu toată energia emisă de lampă ajunge la „țintă” (bilirubina din piele și vasele superficiale): o parte din lumină este absorbită de melanină și hemoglobină, iar împrăștierea în pielea multistratificată „întinde” fluxul. Atunci când aceste proprietăți optice se schimbă, se schimbă și lungimea de undă efectivă: o serie de studii au sugerat deja că lumina albastru-verde ~478-480 nm poate avea un efect fototerapeutic mai puternic decât vârful albastru „clasic” ~460 nm, care este asociat cu un echilibru mai bun între „absorbția bilirubinei ↔ adâncimea de penetrare”.

O problemă separată este măsurarea bilirubinei prin dispozitive neinvazive (TcB): precizia este afectată semnificativ de culoarea pielii. În diferite studii, atât subestimarea, cât și supraestimarea în comparație cu bilirubina serică (TSB) au fost constatate la copiii cu pielea mai închisă la culoare; analize controlate recente și modele in vitro tind să sugereze că pielea mai închisă la culoare duce mai des la o eroare sistematică de măsurare și, prin urmare, valori ridicate sau „la limită” ale TcB necesită confirmare de către TSB.

În acest context, sunt relevante studiile care descriu cantitativ modul în care pigmentarea pielii și alte proprietăți ale pielii afectează doza „utilă” absorbită în timpul fototerapiei și alegerea lungimii de undă optime. Un nou studiu publicat în Biophotonics Discovery rezolvă această problemă prin modelarea transferului de lumină în pielea nou-născuților și arată că, pe măsură ce pigmentarea crește, proporția de energie care ajunge la bilirubină scade, iar optimul spectrului se deplasează spre unde mai lungi (de la ≈460 nm la ≈470 nm). Aceste descoperiri se încadrează într-o discuție mai amplă despre necesitatea de a lua în considerare culoarea pielii în tehnologiile medicale optice - de la fototerapie la pulsoximetrie.

Cum a fost studiat

O echipă de la Universitatea Twente, Spitalul Izala și UMC Groningen a construit modele computerizate ale modului în care lumina trece prin pielea multistratificată a nou-născuților și a calculat cum se modifică doza „utilă” de bilirubină absorbită în diferite condiții. Acestea au variat:

• Pigmentarea (melanina) este principalul factor care „interceptează” lumina albastră în epidermă;
• Conținutul de hemoglobină și bilirubină sunt absorbanți concurenți care afectează adâncimea de penetrare;
• Împrăștierea și grosimea straturilor pielii sunt parametrii care determină unde este „împrăștiat” fluxul luminos.
  Modelarea a fost efectuată în întregul interval albastru al fototerapiei (aproximativ 430-500 nm), evaluând la ce lungimi de undă bilirubina absoarbe energia maximă, în funcție de proprietățile pielii. Rezultatele sunt în strânsă concordanță cu ceea ce s-a observat de mult timp în clinică „în practică”, dar este rareori luat în considerare formal: pielea închisă la culoare necesită o setare spectrală diferită.

Constatări cheie - în termeni simpli

Autorii arată trei efecte cheie: în primul rând, cu cât pielea este mai închisă la culoare, cu atât mai puțină lumină „utilă” ajunge la bilirubină, ceea ce înseamnă că fototerapia va fi mai lentă la aceeași putere. În al doilea rând, eficiența maximă se schimbă: pentru pielea deschisă la culoare, doza maximă absorbită de bilirubină este de aproximativ 460 nm, pentru pielea închisă la culoare - mai aproape de 470 nm. În al treilea rând, nu doar melanina „intervine” asupra rezultatului, ci și hemoglobina/bilirubina din piele și împrăștierea luminii - acestea sunt butoane de reglare suplimentare dacă dispozitivul poate comuta spectrul și doza. Împreună, acestea explică de ce aceleași lămpi și „protocoale orare” dau rate diferite de scădere a TcB/TSB la copiii cu fototipuri diferite.

Ce schimbă acest lucru în practică - idei pentru „fototerapie personalizată”

Pentru clinici și producători, rezultatele duc în mod logic la pași specifici:

• Adaptare spectrală: se utilizează surse cu lungimi de undă comutabile (de exemplu, combinații de LED-uri albastre 455-475 nm) și se selectează vârful de lucru ținând cont de fototip.
• Dozimetrie „pe piele” și nu „la lampă”: concentrați-vă pe doza de bilirubină absorbită și nu doar pe iradierea pe saltea; în mod ideal, utilizați senzori/modele încorporate care iau în considerare pigmentarea.
• Luarea în considerare a factorilor optici însoțitori: hemoglobina, bilirubina din piele și împrăștierea modifică, de asemenea, eficiența - algoritmii pentru ajustarea puterii prin feedback (prin dinamica TcB/TSB) sunt utili.
• Interpretarea corectă a TcB la pielea închisă la culoare: dispozitivele subestimează sistematic TcB la pigmentarea ridicată - merită confirmarea mai des cu bilirubina serică și actualizarea calibrărilor.

De ce aceasta nu este o surpriză pentru biofotonică

Medicina fotonică a întâlnit deja „efectul culorii pielii” în pulsoximetrie și alte tehnologii optice: melanina „mănâncă” lumina, modificând atât adâncimea de penetrare, cât și raportul semnal-zgomot. În fototerapia neonatală, acest factor a fost mult timp subestimat, deoarece lămpile „albastre” erau considerate universale. Noua lucrare elimină decalajul metodologic: confirmă calitativ scăderea eficienței la pielea închisă la culoare și arată cantitativ cum se schimbă lungimea de undă optimă - ceea ce oferă specificații inginerești pentru dispozitivele de generație următoare.

Limitări și ce urmează

Aceasta este o simulare, nu un studiu clinic randomizat; estimările numerice depind de parametrii optici adoptați ai pielii și de ipotezele geometrice. Însă rezultatele sunt în bună concordanță cu datele independente: seriile in vitro și clinice arată o subestimare a TcB și diferențe în răspunsul la lumină la copiii cu pielea închisă la culoare. Următorul pas îl reprezintă protocoalele clinice pilot cu matrici LED de reglare, unde spectrul/puterea este selectată pentru fototip și se compară rata de reducere a bilirubinei și durata spitalizării.

Cine este interesat în mod special de asta?

• Pentru neonatologi și asistente medicale - pentru interpretarea corectă a TcB și selectarea intensității/duratei fototerapiei la copiii cu pielea închisă la culoare.
• Pentru inginerii de dezvoltare - pentru proiectarea sistemelor multispectrale cu ajustare automată la proprietățile optice ale pielii.
• Către autoritățile de reglementare și autorii ghidurilor - pentru actualizarea standardelor de fototerapie ținând cont de fototipul (așa cum se face deja pentru oximetrie).

Sursă originală: AJ Dam-Vervloet și colab. Efectul culorii pielii și al altor proprietăți ale pielii asupra eficacității fototerapiei pentru icterul neonatal (Biophotonics Discovery, 2025), doi: 10.1117/1.BIOS.2.3.032508.