Huidskleur beïnvloedt de effectiviteit van fototherapie bij neonatale geelzucht

Een theoretische studie gepubliceerd in het tijdschrift Biophotonics Discovery toont aan dat huidskleur en andere optische eigenschappen van de huid een significante invloed hebben op de hoeveelheid therapeutisch licht die daadwerkelijk door bilirubine wordt geabsorbeerd bij de behandeling van neonatale geelzucht. Volgens de berekeningen van de auteurs neemt het percentage licht dat het doel bereikt af naarmate de huidpigmentatie toeneemt, en verschuift de optimale golflengte voor fototherapie – van ≈460 nm voor een lichte huid naar ≈470 nm voor een donkere huid. De conclusie is simpel en lastig: "universele" lampen en dezelfde bestralingsmodi werken mogelijk niet even effectief bij kinderen met verschillende fototypen; het spectrum en de sterkte van de therapie moeten worden aangepast aan het kind.

Achtergrond van de studie

Neonatale geelzucht is een van de meest voorkomende redenen voor ziekenhuisopname van pasgeborenen; de standaardbehandeling is fototherapie met blauw/blauwgroen licht, dat ongeconjugeerd bilirubine omzet in wateroplosbare foto-isomeren (waaronder lumirubine) en zo de eliminatie ervan versnelt. Daarom benadrukken klinische richtlijnen een smal effectief golflengtebereik (ongeveer 460-490 nm) en voldoende bestralingsintensiteit; in dit spectrale venster is de bilirubine-absorptie maximaal en dringt het licht voldoende diep door in de weefsels van de baby.

Niet alle door de lamp uitgezonden energie bereikt echter het "doel" (bilirubine in de huid en oppervlakkige bloedvaten): een deel van het licht wordt geabsorbeerd door melanine en hemoglobine, en verstrooiing in de meerlagige huid "vervuilt" de lichtstroom. Wanneer deze optische eigenschappen veranderen, verandert ook de effectieve golflengte: een aantal studies heeft al laten zien dat blauwgroen licht van ~478-480 nm een sterker fototherapeutisch effect kan hebben dan de "klassieke" blauwe piek van ~460 nm, wat gepaard gaat met een betere balans tussen "bilirubine-absorptie ↔ penetratiediepte".

Een apart probleem is de meting van bilirubine met behulp van niet-invasieve instrumenten (TcB): de nauwkeurigheid wordt aanzienlijk beïnvloed door de huidskleur. In verschillende studies werd zowel onderschatting als overschatting ten opzichte van serumbilirubine (TSB) gevonden bij kinderen met een donkere huidskleur; recente gecontroleerde analyses en in-vitromodellen suggereren dat een donkere huidskleur vaker leidt tot systematische meetbias, en daarom vereisen hoge of "grensgevallen" TcB-waarden bevestiging met TSB.

Tegen deze achtergrond zijn studies relevant die kwantitatief beschrijven hoe huidpigmentatie en andere huideigenschappen de geabsorbeerde 'nuttige' dosis tijdens fototherapie en de keuze van de optimale golflengte precies beïnvloeden. Een nieuwe studie in Biophotonics Discovery lost dit probleem op door lichtoverdracht in de huid van pasgeborenen te modelleren en toont aan dat naarmate de pigmentatie toeneemt, het aandeel energie dat bilirubine bereikt afneemt en het spectrumoptimum verschuift naar langere golven (van ≈460 nm naar ≈470 nm). Deze bevindingen passen in een bredere discussie over de noodzaak om rekening te houden met huidskleur in optische medische technologieën - van fototherapie tot pulsoximetrie.

Hoe het werd bestudeerd

Een team van de Universiteit Twente, het Izala Ziekenhuis en het UMC Groningen bouwde computermodellen van hoe licht door de meerlaagse huid van pasgeborenen gaat en berekende hoe de 'nuttige' opgenomen dosis bilirubine verandert onder verschillende omstandigheden. Ze varieerden:

• Pigmentatie (melanine) is de belangrijkste factor die blauw licht in de opperhuid ‘onderschept’;
• Hemoglobine en bilirubine zijn concurrerende absorbentia die de penetratiediepte beïnvloeden;
• Verstrooiing en de dikte van de huidlagen zijn de parameters die bepalen waar de lichtstroom wordt "uitgesmeerd".
  De modellering werd uitgevoerd in het volledige blauwe bereik van de fototherapie (ongeveer 430-500 nm), waarbij werd beoordeeld bij welke golflengtes bilirubine de meeste energie absorbeert, afhankelijk van de huideigenschappen. De resultaten komen sterk overeen met wat al lang in de kliniek "in de praktijk" wordt waargenomen, maar waar zelden formeel rekening mee wordt gehouden: een donkere huid vereist een andere spectrale instelling.

Belangrijkste bevindingen - in eenvoudige bewoordingen

De auteurs tonen drie belangrijke effecten aan: ten eerste, hoe donkerder de huid, hoe minder "nuttig" licht bilirubine bereikt, wat betekent dat fototherapie langzamer zal zijn bij hetzelfde vermogen. Ten tweede verschuift de piekefficiëntie: voor een lichte huid ligt de maximaal geabsorbeerde dosis bilirubine ongeveer bij 460 nm, voor een donkere huid dichter bij 470 nm. Ten derde speelt niet alleen melanine een rol bij het resultaat, maar ook hemoglobine/bilirubine in de huid en lichtverstrooiing - dit zijn extra aanpassingsmogelijkheden als het apparaat het spectrum en de dosis kan wijzigen. Dit verklaart waarom dezelfde lampen en "uurprotocollen" verschillende snelheden van TcB/TSB-afname opleveren bij kinderen met verschillende fototypen.

Wat dit in de praktijk verandert - ideeën voor 'gepersonaliseerde fototherapie'

Voor klinieken en fabrikanten leiden de resultaten logischerwijs tot specifieke stappen:

• Spectrale aanpassing: gebruik bronnen met omschakelbare golflengten (bijv. combinaties van blauwe LED's 455-475 nm) en selecteer de werkpiek rekening houdend met het fototype.
• Dosimetrie ‘op de huid’ en niet ‘bij de lamp’: focus op de opgenomen dosis bilirubine, en niet alleen op de straling op de matras. Gebruik bij voorkeur ingebouwde sensoren/modellen die rekening houden met de pigmentatie.
• Als rekening wordt gehouden met bijkomende optische factoren, zoals hemoglobine, bilirubine in de huid en verstrooiing, verandert ook de efficiëntie. Hiervoor zijn algoritmen nodig om het vermogen aan te passen door middel van feedback (via de TcB/TSB-dynamiek).
• Correcte interpretatie van TcB bij een donkere huid: apparaten onderschatten systematisch TcB bij hoge pigmentatie - het loont de moeite om vaker te bevestigen met serumbilirubine en de kalibraties bij te werken.

Waarom dit geen verrassing is voor de biofotonica

De fotonische geneeskunde is het "huidskleureffect" al tegengekomen in pulsoximetrie en andere optische technologieën: melanine "eet" licht op en verandert zo zowel de penetratiediepte als de signaal-ruisverhouding. Bij neonatale fototherapie werd deze factor lange tijd onderschat, omdat "blauwe" lampen als universeel werden beschouwd. Het nieuwe werk dicht de methodologische kloof: het bevestigt kwalitatief de afname in efficiëntie bij een donkere huid en toont kwantitatief hoe de optimale golflengte verschuift - wat technische specificaties oplevert voor apparaten van de volgende generatie.

Beperkingen en wat nu?

Dit is een simulatie, geen gerandomiseerde klinische studie; numerieke schattingen zijn afhankelijk van de gebruikte optische parameters van de huid en geometrische aannames. De resultaten komen echter goed overeen met onafhankelijke gegevens: in-vitro- en klinische series laten een onderschatting van TcB zien en verschillen in de respons op licht bij kinderen met een donkere huid. De volgende stap is een pilot-klinisch protocol met tuning-ledmatrices, waarbij het spectrum/de sterkte wordt geselecteerd op basis van het fototype en de snelheid van de bilirubinedaling en de duur van de ziekenhuisopname worden vergeleken.

Wie is hier vooral in geïnteresseerd?

• Voor neonatologen en verpleegkundigen - voor de juiste interpretatie van TcB en de selectie van de intensiteit/duur van lichttherapie bij kinderen met een donkere huid.
• Voor ontwikkelingsingenieurs - voor het ontwerpen van multispectrale systemen met automatische aanpassing aan de optische eigenschappen van de huid.
• Aan toezichthouders en richtlijnauteurs: om de normen voor fototherapie bij te werken en daarbij rekening te houden met het fototype (zoals dat al gebeurt voor oximetrie).

Oorspronkelijke bron: AJ Dam-Vervloet et al. Effect van huidskleur en andere huideigenschappen op de werkzaamheid van fototherapie bij neonatale geelzucht (Biophotonics Discovery, 2025), doi: 10.1117/1.BIOS.2.3.032508.