Màu da ảnh hưởng đến hiệu quả của liệu pháp quang trị vàng da ở trẻ sơ sinh

Một nghiên cứu lý thuyết được công bố trên tạp chí Biophotonics Discovery cho thấy màu da và các đặc tính quang học khác của da làm thay đổi đáng kể lượng ánh sáng trị liệu thực sự được bilirubin hấp thụ trong điều trị vàng da sơ sinh. Theo tính toán của các tác giả, khi sắc tố da tăng lên, tỷ lệ ánh sáng đến đích giảm xuống, và bước sóng tối ưu cho liệu pháp quang học thay đổi - từ ≈460 nm đối với da sáng màu sang ≈470 nm đối với da tối màu. Kết luận này đơn giản và bất tiện: đèn "phổ thông" và cùng chế độ chiếu xạ có thể không hiệu quả như nhau ở trẻ em có các loại ánh sáng khác nhau; quang phổ và công suất chiếu xạ cần được điều chỉnh cho phù hợp với từng trẻ.

Bối cảnh của nghiên cứu

Vàng da sơ sinh là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất khiến trẻ sơ sinh phải nhập viện; phương pháp điều trị tiêu chuẩn là liệu pháp quang trị liệu bằng ánh sáng xanh lam/xanh lam-xanh lục, giúp chuyển đổi bilirubin tự do thành các đồng phân quang tan trong nước (bao gồm cả lumirubin) và do đó đẩy nhanh quá trình đào thải. Do đó, các hướng dẫn lâm sàng nhấn mạnh phạm vi bước sóng hiệu dụng hẹp (khoảng 460-490 nm) và cường độ chiếu xạ đủ mạnh; chính trong khoảng quang phổ này, sự hấp thụ bilirubin đạt mức tối đa, và ánh sáng xuyên qua các mô của trẻ đủ sâu.

Tuy nhiên, không phải tất cả năng lượng phát ra từ đèn đều đến được "mục tiêu" (bilirubin trong da và các mạch máu nông): một phần ánh sáng bị hấp thụ bởi melanin và hemoglobin, và sự tán xạ trong lớp da nhiều lớp làm "làm nhòe" dòng chảy. Khi các đặc tính quang học này thay đổi, bước sóng hiệu dụng cũng thay đổi: một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng ánh sáng xanh lam-xanh lục ~478-480 nm có thể có tác dụng quang trị liệu mạnh hơn so với đỉnh xanh lam "cổ điển" ~460 nm, điều này liên quan đến sự cân bằng tốt hơn giữa "sự hấp thụ bilirubin ↔ độ sâu thâm nhập".

Một vấn đề riêng biệt là việc đo bilirubin bằng các thiết bị không xâm lấn (TcB): độ chính xác bị ảnh hưởng đáng kể bởi màu da. Trong các nghiên cứu khác nhau, cả tình trạng đánh giá thấp và đánh giá cao so với bilirubin huyết thanh (TSB) đều được phát hiện ở trẻ em có làn da sẫm màu; các phân tích có đối chứng gần đây và các mô hình in vitro có xu hướng cho thấy rằng da sẫm màu thường dẫn đến sai số đo lường có hệ thống, và do đó, giá trị TcB cao hoặc "ranh giới" cần được xác nhận bằng TSB.

Trong bối cảnh này, các nghiên cứu mô tả định lượng chính xác cách sắc tố da và các đặc tính khác của da ảnh hưởng đến liều lượng "hữu ích" được hấp thụ trong quá trình quang trị liệu và lựa chọn bước sóng tối ưu là rất quan trọng. Một nghiên cứu mới trên tạp chí Biophotonics Discovery đã giải quyết vấn đề này bằng cách mô hình hóa sự truyền ánh sáng qua da trẻ sơ sinh và cho thấy khi sắc tố da tăng lên, tỷ lệ năng lượng tiếp cận bilirubin giảm xuống, và quang phổ tối ưu dịch chuyển về phía sóng dài hơn (từ ≈460 nm đến ≈470 nm). Những phát hiện này phù hợp với một cuộc thảo luận rộng hơn về nhu cầu xem xét màu da trong các công nghệ y học quang học - từ quang trị liệu đến đo oxy xung.

Nó đã được nghiên cứu như thế nào

Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Twente, Bệnh viện Izala và UMC Groningen đã xây dựng các mô hình máy tính về cách ánh sáng đi qua lớp da nhiều lớp của trẻ sơ sinh và tính toán liều bilirubin hấp thụ "hữu ích" thay đổi như thế nào trong các điều kiện khác nhau. Các mô hình này khác nhau:

• Sắc tố (melanin) là yếu tố chính “chặn” ánh sáng xanh trong lớp biểu bì;
• Hàm lượng hemoglobin và bilirubin là những chất hấp thụ cạnh tranh nhau ảnh hưởng đến độ sâu thâm nhập;
• Độ tán xạ và độ dày của các lớp da là các thông số quyết định vị trí "phủ" của luồng ánh sáng.
  Mô hình hóa được thực hiện trong toàn bộ dải quang trị liệu màu xanh lam (khoảng 430-500 nm), đánh giá bước sóng nào bilirubin hấp thụ năng lượng tối đa tùy thuộc vào đặc tính của da. Kết quả gần như trùng khớp với những gì đã được ghi nhận từ lâu trong thực tế lâm sàng, nhưng hiếm khi được xem xét một cách chính thức: da sẫm màu đòi hỏi một thiết lập quang phổ khác.

Những phát hiện chính - theo cách đơn giản

Các tác giả chỉ ra ba tác động chính: thứ nhất, da càng sẫm màu, ánh sáng "hữu ích" càng kém hiệu quả trong việc tiếp cận bilirubin, nghĩa là liệu pháp quang trị liệu sẽ chậm hơn ở cùng một công suất. Thứ hai, hiệu suất đỉnh thay đổi: đối với da sáng, liều bilirubin hấp thụ tối đa xấp xỉ 460 nm, đối với da sẫm màu - gần 470 nm. Thứ ba, không chỉ melanin "đóng vai trò" trong kết quả, mà cả hemoglobin/bilirubin trong da và sự tán xạ ánh sáng - đây là những nút điều chỉnh bổ sung nếu thiết bị có thể chuyển đổi quang phổ và liều lượng. Điều này giải thích tại sao cùng một loại đèn và "giao thức hàng giờ" lại cho tốc độ suy giảm TcB/TSB khác nhau ở trẻ em có các kiểu hình quang khác nhau.

Điều này thay đổi gì trong thực tế - ý tưởng cho "liệu pháp quang học cá nhân hóa"

Đối với các phòng khám và nhà sản xuất, kết quả sẽ dẫn đến các bước cụ thể sau:

• Thích ứng quang phổ: sử dụng các nguồn có bước sóng có thể chuyển đổi (ví dụ như kết hợp đèn LED xanh 455-475 nm) và chọn đỉnh làm việc có tính đến kiểu quang.
• Đo liều lượng "trên da" chứ không phải "tại đèn": tập trung vào liều lượng bilirubin được hấp thụ, chứ không chỉ vào lượng chiếu xạ trên nệm; lý tưởng nhất là sử dụng các cảm biến/mô hình tích hợp có tính đến sắc tố.
• Khi tính đến các yếu tố quang học đi kèm: hemoglobin, bilirubin trong da và sự tán xạ cũng làm thay đổi hiệu quả - các thuật toán để điều chỉnh công suất bằng phản hồi (theo động lực TcB/TSB) rất hữu ích.
• Giải thích chính xác TcB ở da sẫm màu: các thiết bị đánh giá thấp TcB một cách có hệ thống ở tình trạng tăng sắc tố - cần xác nhận lại bằng bilirubin huyết thanh thường xuyên hơn và cập nhật hiệu chuẩn.

Tại sao điều này không phải là điều bất ngờ đối với Biophotonics

Y học quang tử đã gặp phải "hiệu ứng màu da" trong đo oxy xung và các công nghệ quang học khác: melanin "ăn" ánh sáng, làm thay đổi cả độ sâu thâm nhập và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu. Trong liệu pháp quang trị liệu sơ sinh, yếu tố này từ lâu đã bị đánh giá thấp vì đèn "xanh" được coi là phổ biến. Nghiên cứu mới đã thu hẹp khoảng cách về mặt phương pháp: nó xác nhận về mặt định tính sự suy giảm hiệu quả ở vùng da sẫm màu và cho thấy về mặt định lượng sự thay đổi bước sóng tối ưu - từ đó cung cấp thông số kỹ thuật cho các thiết bị thế hệ tiếp theo.

Những hạn chế và bước tiếp theo

Đây là mô phỏng, không phải thử nghiệm lâm sàng ngẫu nhiên; ước tính số liệu phụ thuộc vào các thông số quang học được áp dụng của da và các giả định hình học. Tuy nhiên, kết quả khá phù hợp với dữ liệu độc lập: các loạt nghiên cứu in vitro và lâm sàng cho thấy TcB bị đánh giá thấp và có sự khác biệt trong đáp ứng với ánh sáng ở trẻ em có làn da sẫm màu. Bước tiếp theo là các phác đồ lâm sàng thí điểm với ma trận đèn LED điều chỉnh, trong đó quang phổ/công suất được lựa chọn cho kiểu hình quang học và tốc độ giảm bilirubin cũng như thời gian nằm viện được so sánh.

Ai đặc biệt quan tâm đến điều này?

• Dành cho bác sĩ sơ sinh và y tá - để giải thích chính xác TcB và lựa chọn cường độ/thời gian trị liệu bằng đèn ở trẻ em có làn da sẫm màu.
• Dành cho các kỹ sư phát triển - để thiết kế các hệ thống đa quang phổ có khả năng tự động điều chỉnh theo các đặc tính quang học của da.
• Gửi đến các cơ quan quản lý và tác giả hướng dẫn - để cập nhật các tiêu chuẩn về liệu pháp quang học có tính đến kiểu hình quang học (như đã thực hiện đối với phép đo oxy).

Nguồn gốc: AJ Dam-Vervloet và cộng sự. Ảnh hưởng của màu da và các đặc tính khác của da đến hiệu quả của liệu pháp quang trị liệu đối với bệnh vàng da ở trẻ sơ sinh (Biophotonics Discovery, 2025), doi: 10.1117/1.BIOS.2.3.032508.