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新生儿胆红素代谢是一个复杂的生理过程。当红细胞破坏时，血红蛋白分解产生胆红素。由于新生儿肝脏功能尚未完全成熟，胆红素代谢能力有限，容易导致血液中胆红素浓度升高，出现黄疸现象。
胆红素存在两种主要形式。未结合胆红素是脂溶性的，不能直接通过肾脏排出，需要与白蛋白结合在血液中运输。当未结合胆红素进入肝细胞后，通过结合反应转化为结合胆红素。结合胆红素是水溶性的，可以通过胆汁排出体外，也可以通过肾脏排出。
新生儿肝脏功能的不成熟是导致胆红素代谢异常的主要原因。与成人相比，新生儿肝脏中的胆红素结合酶活性明显降低，只有成人的百分之一到百分之十。这导致未结合胆红素无法有效转化为结合胆红素，在体内蓄积，血液中胆红素浓度升高，出现生理性黄疸。
胆红素的排出主要通过胆汁系统完成。结合胆红素从肝脏分泌到胆汁中，经胆管进入肠道。在肠道中，结合胆红素被肠道细菌分解转化为粪胆原和粪胆素，大部分随粪便排出体外。但是，部分粪胆原可以被重新吸收，形成肠肝循环。新生儿由于肠道菌群尚未建立完善，这一转化过程效率较低，也是导致胆红素蓄积的原因之一。