Die Hautfarbe beeinflusst die Wirksamkeit der Phototherapie bei Neugeborenengelbsucht

Eine in der Fachzeitschrift Biophotonics Discovery veröffentlichte theoretische Studie zeigt, dass die Hautfarbe und andere optische Eigenschaften der Haut die tatsächliche Absorptionsmenge des therapeutischen Lichts durch Bilirubin bei der Behandlung von Neugeborenengelbsucht erheblich beeinflussen. Den Berechnungen der Autoren zufolge sinkt mit zunehmender Hautpigmentierung der Anteil des Lichts, der das Ziel erreicht, und die optimale Wellenlänge für die Phototherapie verschiebt sich – von ≈460 nm für helle Haut auf ≈470 nm für dunkle Haut. Die Schlussfolgerung ist einfach und unbequem: „Universelle“ Lampen und dieselben Bestrahlungsmodi wirken bei Kindern unterschiedlicher Phototypen möglicherweise nicht gleich effektiv; Spektrum und Stärke der Therapie sollten an das Kind angepasst werden.

Hintergrund der Studie

Neugeborenengelbsucht ist einer der häufigsten Gründe für Krankenhausaufenthalte von Neugeborenen. Die Standardbehandlung ist eine Phototherapie mit blauem/blaugrünem Licht, die unkonjugiertes Bilirubin in wasserlösliche Photoisomere (einschließlich Lumirubin) umwandelt und so dessen Ausscheidung beschleunigt. Klinische Leitlinien legen daher Wert auf einen engen effektiven Wellenlängenbereich (ca. 460–490 nm) und eine ausreichende Bestrahlungsintensität. In diesem Spektralfenster ist die Bilirubinabsorption maximal und das Licht dringt ausreichend tief in das Gewebe des Säuglings ein.

Allerdings erreicht nicht die gesamte von der Lampe abgegebene Energie das „Ziel“ (Bilirubin in der Haut und den oberflächlichen Gefäßen): Ein Teil des Lichts wird von Melanin und Hämoglobin absorbiert, und die Streuung in der mehrschichtigen Haut „verschmiert“ den Fluss. Wenn sich diese optischen Eigenschaften ändern, ändert sich auch die effektive Wellenlänge: Eine Reihe von Studien hat bereits angedeutet, dass blaugrünes Licht ~478–480 nm eine stärkere phototherapeutische Wirkung haben kann als der „klassische“ blaue Peak ~460 nm, was mit einem besseren Gleichgewicht zwischen „Bilirubinabsorption ↔ Eindringtiefe“ einhergeht.

Ein weiteres Problem ist die Messung von Bilirubin mit nicht-invasiven Geräten (TcB): Die Genauigkeit wird erheblich von der Hautfarbe beeinflusst. In verschiedenen Studien wurden bei Kindern mit dunklerer Haut sowohl Unter- als auch Überschätzungen im Vergleich zum Serumbilirubin (TSB) festgestellt; aktuelle kontrollierte Analysen und In-vitro-Modelle deuten darauf hin, dass dunkle Haut häufiger zu systematischen Messfehlern führt und daher hohe oder „grenzwertige“ TcB-Werte durch TSB bestätigt werden müssen.

Vor diesem Hintergrund sind Studien relevant, die quantitativ beschreiben, wie sich Hautpigmentierung und andere Hauteigenschaften auf die absorbierte „nützliche“ Dosis während der Phototherapie und die Wahl der optimalen Wellenlänge auswirken. Eine neue Studie in Biophotonics Discovery löst dieses Problem, indem sie die Lichtübertragung in der Haut von Neugeborenen modelliert. Sie zeigt, dass mit zunehmender Pigmentierung der Anteil der Energie, die Bilirubin erreicht, abnimmt und sich das Spektrumsoptimum in Richtung längerer Wellen (von ≈460 nm auf ≈470 nm) verschiebt. Diese Ergebnisse fügen sich in eine breitere Diskussion über die Notwendigkeit ein, die Hautfarbe in optischen Medizintechnologien zu berücksichtigen – von der Phototherapie bis zur Pulsoximetrie.

Wie es untersucht wurde

Ein Team der Universität Twente, des Izala-Krankenhauses und des UMC Groningen erstellte Computermodelle zur Lichtdurchlässigkeit der mehrschichtigen Haut von Neugeborenen und berechnete, wie sich die „nützliche“ absorbierte Bilirubindosis unter verschiedenen Bedingungen verändert. Sie variierten:

• Die Pigmentierung (Melanin) ist der Hauptfaktor, der blaues Licht in der Epidermis „abfängt“.
• Hämoglobin- und Bilirubingehalt sind konkurrierende Absorptionsmittel, die die Eindringtiefe beeinflussen.
• Streuung und Dicke der Hautschichten sind die Parameter, die bestimmen, wo der Lichtstrom „verschmiert“ wird.
  Die Modellierung wurde im gesamten blauen Bereich der Phototherapie (ca. 430–500 nm) durchgeführt, um zu untersuchen, bei welchen Wellenlängen Bilirubin je nach Hauteigenschaften maximale Energie absorbiert. Die Ergebnisse stimmen weitgehend mit dem überein, was in der Klinik „in der Praxis“ schon lange beobachtet, aber formal selten berücksichtigt wird: Dunkle Haut erfordert eine andere spektrale Einstellung.

Die wichtigsten Erkenntnisse – einfach erklärt

Die Autoren zeigen drei Haupteffekte auf: Erstens erreicht weniger „nützliches“ Licht das Bilirubin, je dunkler die Haut ist. Das bedeutet, dass die Phototherapie bei gleicher Leistung langsamer abläuft. Zweitens verschiebt sich die Spitzeneffizienz: Bei heller Haut liegt die maximal absorbierte Bilirubindosis bei etwa 460 nm, bei dunkler Haut näher bei 470 nm. Drittens beeinflusst nicht nur Melanin das Ergebnis, sondern auch Hämoglobin/Bilirubin in der Haut und die Lichtstreuung – dies sind zusätzliche Einstellknöpfe, wenn das Gerät Spektrum und Dosis umschalten kann. Zusammen erklärt dies, warum dieselben Lampen und „Stundenprotokolle“ bei Kindern mit unterschiedlichen Phototypen unterschiedliche TcB/TSB-Abnahmeraten ergeben.

Was sich dadurch in der Praxis ändert – Ideen zur „personalisierten Phototherapie“

Für Kliniken und Hersteller ergeben sich aus den Ergebnissen logischerweise konkrete Schritte:

• Spektrale Anpassung: Verwenden Sie Quellen mit umschaltbaren Wellenlängen (z. B. Kombinationen aus blauen LEDs 455–475 nm) und wählen Sie den Arbeitspeak unter Berücksichtigung des Fototyps.
• Dosimetrie „auf der Haut“ und nicht „an der Lampe“: Fokus auf die absorbierte Bilirubindosis und nicht nur auf die Bestrahlung auf der Matratze; idealerweise Verwendung von eingebauten Sensoren/Modellen, die die Pigmentierung berücksichtigen.
• Unter Berücksichtigung begleitender optischer Faktoren: Hämoglobin, Bilirubin in der Haut und Streuung verändern ebenfalls die Effizienz – Algorithmen zur Anpassung der Leistung durch Rückkopplung (durch die TcB/TSB-Dynamik) sind nützlich.
• Richtige Interpretation von TcB bei dunkler Haut: Geräte unterschätzen TcB bei hoher Pigmentierung systematisch – es lohnt sich, häufiger mit Serumbilirubin zu bestätigen und die Kalibrierungen zu aktualisieren.

Warum dies für die Biophotonik keine Überraschung ist

Die photonische Medizin ist dem „Hautfarbeneffekt“ bereits in der Pulsoximetrie und anderen optischen Technologien begegnet: Melanin „frisst“ Licht und verändert sowohl die Eindringtiefe als auch das Signal-Rausch-Verhältnis. In der neonatalen Phototherapie wurde dieser Faktor lange unterschätzt, da „blaue“ Lampen als universell galten. Die neue Arbeit schließt die methodische Lücke: Sie bestätigt qualitativ den Effizienzverlust bei dunkler Haut und zeigt quantitativ, wie sich die optimale Wellenlänge verschiebt – und liefert damit technische Spezifikationen für Geräte der nächsten Generation.

Einschränkungen und was als nächstes kommt

Dies ist eine Simulation, keine randomisierte klinische Studie; numerische Schätzungen hängen von den angenommenen optischen Parametern der Haut und geometrischen Annahmen ab. Die Ergebnisse stimmen jedoch gut mit unabhängigen Daten überein: In-vitro- und klinische Reihen zeigen eine Unterschätzung von TcB und Unterschiede in der Lichtreaktion bei Kindern mit dunkler Haut. Der nächste Schritt sind klinische Pilotprotokolle mit abgestimmten LED-Matrizen, bei denen das Spektrum/die Leistung für den Fototyp ausgewählt und die Bilirubin-Reduktionsrate sowie die Dauer des Krankenhausaufenthalts verglichen werden.

Wen interessiert das besonders?

• Für Neonatologen und Pflegepersonal – zur korrekten Interpretation von TcB und Auswahl der Intensität/Dauer der Phototherapie bei Kindern mit dunkler Haut.
• Für Entwicklungsingenieure – zum Entwurf multispektraler Systeme mit automatischer Anpassung an die optischen Eigenschaften der Haut.
• An die Regulierungsbehörden und Leitlinienautoren: Aktualisierung der Phototherapiestandards unter Berücksichtigung des Phototyps (wie dies bereits für die Oximetrie geschieht).

Originalquelle: AJ Dam-Vervloet et al. Einfluss der Hautfarbe und anderer Hauteigenschaften auf die Wirksamkeit der Phototherapie bei Neugeborenengelbsucht (Biophotonics Discovery, 2025), doi: 10.1117/1.BIOS.2.3.032508.