皮膚の色は新生児黄疸の光線療法の効果に影響を与える

バイオフォトニクス・ディスカバリー誌に掲載された理論研究によると、新生児黄疸の治療において、皮膚の色やその他の光学特性が、ビリルビンに実際に吸収される治療光の量を大きく変化させることが示されています。著者らの計算によると、皮膚の色素が増加すると、標的に到達する光の割合が減少し、光線療法の最適な波長は、色白の皮膚の場合の約460nmから、色黒の皮膚の場合の約470nmへと変化します。結論は単純でありながら不便です。「汎用」ランプと同じ照射モードであっても、光線タイプの異なる小児では同等の効果が得られない可能性があります。治療のスペクトルと出力は、小児に合わせて調整する必要があります。

研究の背景

新生児黄疸は新生児の入院理由として最も多く挙げられます。標準的な治療法は青色光／青緑色光を用いた光線療法です。この光線療法は非抱合型ビリルビンを水溶性光異性体（ルミルビンを含む）に変換し、排泄を促進します。そのため、臨床ガイドラインでは、有効波長範囲を狭く（約460～490 nm）し、十分な照射強度を確保することが推奨されています。この波長範囲においてビリルビンの吸収が最大となり、光が乳児の組織に十分に深く浸透するためです。

しかし、ランプから放出されるエネルギーのすべてが「標的」（皮膚および表在血管内のビリルビン）に到達するわけではありません。光の一部はメラニンとヘモグロビンに吸収され、多層構造の皮膚における散乱によって血流が「スミッシング」されます。これらの光学特性が変化すると、有効波長も変化します。既に多くの研究で、478～480 nmの青緑色光は、「ビリルビン吸収↔浸透深度」のバランスが優れている「典型的な」青色ピークである460 nm付近の光よりも、より強い光線療法効果を持つ可能性があることが示唆されています。

非侵襲性機器によるビリルビン測定（TcB）は別の問題であり、その精度は皮膚の色によって大きく左右されます。様々な研究において、皮膚の色が濃い小児では血清ビリルビン（TSB）と比較して過小評価と過大評価の両方が認められています。近年の比較解析やin vitroモデルでは、皮膚の色が濃いほど系統的測定バイアスが生じやすい傾向があり、そのためTcB値が高値または「境界値」の場合はTSBによる確認が必要です。

このような背景から、皮膚の色素沈着やその他の皮膚特性が光線療法における吸収される「有効」線量と最適な波長の選択にどのような影響を与えるかを定量的に記述する研究が重要となっています。Biophotonics Discovery誌に掲載された新たな研究では、新生児の皮膚における光伝達をモデル化することでこの問題を解決し、色素沈着が増加するとビリルビンに到達するエネルギーの割合が減少し、最適なスペクトルが長波長側（約460 nmから約470 nm）にシフトすることを示しています。これらの知見は、光線療法からパルスオキシメトリーに至るまで、光医療技術において皮膚の色を考慮する必要性に関する幅広い議論に合致するものです。

どのように研究されたか

トゥエンテ大学、イザラ病院、フローニンゲン大学メディカルカレッジのチームは、新生児の多層構造の皮膚を光がどのように透過するかを示すコンピュータモデルを構築し、様々な条件下でのビリルビンの「有用」吸収量がどのように変化するかを計算しました。

• 色素沈着（メラニン）は、表皮で青色光を「遮断する」主な要因です。
• ヘモグロビンとビリルビンの含有量は競合する吸収剤であり、浸透の深さに影響します。
• 散乱と皮膚層の厚さは、光束が「不均一」になる場所を決定するパラメータです。
  光線療法の青色領域（約430～500 nm）全体にわたってモデリングを行い、皮膚の特性に応じてビリルビンがどの波長で最大エネルギーを吸収するかを評価しました。結果は、臨床現場で長年観察されてきたものの、正式にはほとんど考慮されていない事実とほぼ一致しています。つまり、肌の色が濃い場合は、異なるスペクトル設定が必要となるのです。

主な調査結果 - 簡単に言うと

著者らは3つの重要な効果を挙げています。第一に、肌の色が濃いほど、ビリルビンに届く「有用な」光が少なくなり、同じ出力でも光線療法の効果が遅くなるということです。第二に、ピーク効率は変化します。肌の色が薄い場合、ビリルビンの最大吸収線量は約460nmですが、肌の色が濃い場合は470nmに近くなります。第三に、メラニンだけでなく、皮膚中のヘモグロビン／ビリルビンや光散乱も効果に影響します。機器がスペクトルと線量を切り替えることができる場合、これらは追加の調整要素となります。これらを合わせると、同じランプと「時間別プロトコル」を用いても、光線型の異なる小児でTcB/TSBの減少率が異なる理由が説明できます。

実際に何が変わるのか - 「パーソナライズされた光線療法」のアイデア

クリニックやメーカーにとって、この結果は論理的に具体的なステップにつながります。

• スペクトル適応: 切り替え可能な波長を持つ光源 (例: 455 ～ 475 nm の青色 LED の組み合わせ) を使用し、フォトタイプを考慮して作業ピークを選択します。
• 「ランプ」ではなく「皮膚」での線量測定: マットレスへの照射だけでなく、ビリルビンの吸収線量に焦点を当てます。理想的には、色素沈着を考慮した内蔵センサー/モデルを使用します。
• 付随する光学的要因（皮膚のヘモグロビン、ビリルビン、散乱）も効率を変えるため、フィードバック（TcB/TSB ダイナミクスによる）によって電力を調整するアルゴリズムが役立ちます。
• 黒い肌における TcB の正しい解釈: デバイスは、色素沈着が強い場合、TcB を体系的に過小評価します。血清ビリルビンをより頻繁に確認し、キャリブレーションを更新する価値があります。

バイオフォトニクスにとってこれが驚くべきことではない理由

光子医学は、パルスオキシメトリーなどの光学技術において既に「皮膚色効果」に直面しています。メラニンが光を「吸収」し、透過深度と信号対雑音比の両方を変化させるのです。新生児光線療法では、「青色」ランプが普遍的と考えられていたため、この要因は長らく過小評価されてきました。今回の新たな研究は、この方法論的ギャップを埋めるものです。つまり、肌の色が濃い場合の効率低下を定性的に確認し、最適な波長がどのように変化するかを定量的に示し、次世代デバイスの技術仕様を提供します。

限界と今後の展望

これはシミュレーションであり、無作為化臨床試験ではありません。数値推定値は、皮膚の光学パラメータと幾何学的仮定に依存します。しかし、結果は独立したデータとよく一致しています。in vitroおよび臨床シリーズでは、TcBの過小評価と、肌の色が濃い小児における光に対する反応の違いが示されています。次のステップは、調整LEDマトリックスを用いたパイロット臨床プロトコルです。ここでは、光の種類に応じてスペクトル／出力を選択し、ビリルビン減少率と入院期間を比較します。

これに特に興味を持っているのは誰ですか?

• 新生児科医と看護師向け - TcB を正しく解釈し、肌の黒い子どもの光線療法の強度と期間を選択するため。
• 開発エンジニア向け - 皮膚の光学特性を自動調整するマルチスペクトル システムを設計します。
• 規制当局およびガイドライン作成者 - 光線タイプを考慮して光線療法の基準を更新する（酸素測定法については既に行われている）。

出典: AJ Dam-Vervloet et al.新生児黄疸に対する光線療法の有効性に対する皮膚の色とその他の皮膚特性の影響(Biophotonics Discovery, 2025)、doi: 10.1117/1.BIOS.2.3.032508。