Effects of narrow-band ultraviolet B and solar radiation on vitamin D synthesis and of empowering heliotherapy on quality of life in dermatological patients

Abstract

Kapeakaistaista ultravioletti B (narrow-band ultraviolet B, NB-UVB) –valohoitoa käytetään useiden ihosairauksien, kuten psoriasiksen ja atooppisen dermatiitin hoitamiseen. Näillä sairauksilla on negatiivinen elämänlaatuvaikutus. NB-UVB-valotus nostaa myös seerumin 25-hydroksivitamiini D [S-25(OH)D] –pitoisuutta. Koska auringon ultravioletti(UV)-säteilyn voimakkuus ei riitä käynnistämään ihon D-vitamiinisynteesiä talvella, tutkimme, kykeneekö NB-UVB-valotus nostamaan S-25(OH)D-tasoa kolekalsiferolilisää käyttävillä henkilöillä, ja voidaanko NB-UVB-valotuksilla ylläpitää kesänjälkeistä S-25(OH)D-tasoa talvella. Tutkimme myös, nostaako kevätauringon UV-säteily S-25(OH)D-tasoa lumisilla alueilla ulkoiltaessa. Lisäksi tutkimme aurinkopainotteisen sopeutumisvalmennuskurssin vaikutusta psoriasista tai atooppista dermatiittia sairastavien potilaiden elämänlaatuun ja iho-oireisiin.

Osatyössä I psoriasispotilaat ja terveet verrokit käyttivät 20 µg kolekalsiferolilisää ennen tutkimusta ja sen aikana. Psoriasispotilaat saivat 18 ja verrokit 9 NB-UVB-valotusta. Keskimääräiset S-25(OH)D-tasot nousivat 9. valotuksen jälkeen 13 ja 17 nmol L-1 (p < 0.001), vastaavasti. S-25(OH)D-taso nousi 18. valotuksen jälkeen psoriasispotilailla 49 nmol L-1. Kuukauden kuluttua taso oli psoriasispotilailla edelleen 30 nmol L-1 ja verrokeilla 18 nmol L-1 korkeampi kuin alkutaso. CYP27A1- ja CYP27B1-entsyymien tasot olivat alhaisemmat psoriasisleesioissa kuin verrokkien iholla (p < 0.001). Katelisidiinitasot olivat yhtä korkeat, mutta human β-defensiini 2:n taso oli korkeampi psoriasisleesioissa (p < 0.001). NB-UVB-valotukset eivät muuttaneet CYP27A1-, CYP27B1- tai katelisidiinitasoja psoriasispotilailla, mutta human β-defensiini 2:n taso laski merkitsevästi (p = 0.002). Verrokeilla NB-UVB valotukset laskivat CYP27A1-, CYP27B1- ja katelisidiinitasoja. Yhteenvetona, NB-UVB-valotukset nostavat S-25(OH)D tasoa kolekalsiferolilisää käyttävillä henkilöillä. Terveessä ihossa D-vitamiinihydroksylaatioon osallistuvat entsyymit reagoivat NB-UVB-valotuksiin aktiivisemmin kuin psoriasisleesioissa, ja human β-defensiini 2:lla näyttäisi olevan rooli psoriasiksen patogeneesissä. D-vitamiinihydroksylaatioon osallistuvien entsyymien erilainen ilmentyminen terveessä ihossa ja psoriasisleesiossa, ja iholla syntetisoidun D-vitamiinin rooli psoriasiksen paranemisessa, ovat aiheita joiden merkitys jää toistaiseksi epäselväksi ja jotka vaativat jatkotutkimuksia.

Osatyössä II terveitä vapaaehtoisia satunnaistettiin interventioryhmään saamaan NB-UVB-valotuksia joka toinen viikko lokakuusta huhtikuuhun, tai kontrolliryhmään. Ensimmäinen valoannos oli 1 standardieryteemayksikkö (SED) ja jatkoannokset 2 SED. Kaksi viikkoa viimeisen valotuksen jälkeen S-25(OH)D-taso oli noussut 12 nmol L-1 (p = 0.029) interventioryhmässä ja laskenut 11 nmol L-1 (p = 0.022) kontrolliryhmässä. Yhteenvetona, punekynnyksen alittavat NB-UVB-valotukset ylläpitävät ja jopa nostavat S-25(OH)D-tasoa talvella. Tällaista valotusprotokollaa voisi käyttää S-25(OH)D-tason ylläpitoon hemodialyysipotilailla, joilla vaste kolekalsiferolilisään on usein heikko.

Osatyössä III terveet vapaaehtoiset ulkoilivat maalis-huhtikuussa talvilomallaan tai työpäivän aikana. Kumulatiivinen ultravioletti B (UVB) –säteilyannos oli 12 SED ja se saavutettiin 12 ulkoilutunnin aikana, jolloin kasvot ja kädet eli 7% koko ihon pinta-alasta olivat aurinkoalttiina. Alle 90 nmol L-1 S-25(OH)D-tasot nousivat merkitsevästi 6 nmol L-1 (p < 0.001) ja yli 90 nmol L-1 tasot laskivat 7 nmol L-1 (p < 0.01). Yhteenvetona, Suomen ’D-vitamiinitalvi’ kestää vain maaliskuuhun, mikä voi motivoida ihmisiä lisäämään keväistä ulkoilua.

Osatöissä IV ja V arvioitiin 2-viikon aurinkopainotteisten sopeutumisvalmen-nuskurssien (empowering heliotherapy, EHT) vaikutus psoriasista tai atooppista dermatiittia sairastavien potilaiden elämänlaatuun ja iho-oireisiin. EHT:n jälkeen elämänlaatumittarin Dermatology Life Quality Index (DLQI) tulos laski merkitsevästi, psoriaatikoilla 5 ja atoopikoilla 8 yksikköä (p < 0.001). Kolme kuukautta EHT:n jälkeen DLQI oli 3 ja 5 yksikköä alkutasoa matalampi (p < 0.001), vastaavasti. Psoriasispotilailla iho-oireet lievittyivät Self-Administered Psoriasis Area and Severity Index (SAPASI) –mittarilla 5.0 yksikköä arvosta 7.4, ja pysyivät 3 kuukautta EHT:n jälkeen 2.6 yksikköä alempina (p < 0.001). Atoopikoilla iho-oireet lievittyivät Patient-Oriented Scoring of Atopic Dermatitis (PO-SCORAD) –mittarilla 24.0 yksikköä arvosta 36.7, ja pysyivät 3 kuukautta EHT:n jälkeen 14.6 yksikköä alempina (p < 0.001). RAND-36-elämänlaatumittarin fyysisen ja henkisen komponentin yhteispisteet laskivat merkitsevästi EHT:n aikana, ja pysyivät parantuneina 3 kuukautta EHT:n jälkeen molemmilla potilasryhmillä.

Yhteenvetona, NB-UVB-valotukset nostavat ja ylläpitävät S-25(OH)D-tasoa tehokkaasti psoriasispotilailla ja terveillä henkilöillä. Kevätauringon UV-säteily kykenee nostamaan S-25(OH)D-tasoa henkilöillä, joilla lähtötaso on alle 90 nmol L-1. Kahden viikon EHT parantaa psoriasispotilaiden ja atoopikkojen elämänlaatua ja ihottumaoireita ainakin 3 kuukauden ajan.

Narrow-band ultraviolet B (NB-UVB) phototherapy is used to treat dermatoses such as psoriasis and atopic dermatitis (AD), diseases having a negative impact on the health-related quality of life (HRQoL). NB-UVB can also raise serum 25-hydroxyvitamin D [S-25(OH)D] levels. Since solar ultraviolet radiation (UVR) is not capable of inducing cutaneous vitamin D synthesis in winter, we set out to determine whether NB-UVB exposure can enhance S-25(OH)D levels in subjects receiving cholecalciferol supplementation, and whether NB-UVB can be used to sustain post-summer S-25(OH)D levels during the winter. We also studied whether vernal solar UVR can raise S-25(OH)D levels during outdoor activities in a snow-covered landscape, and what would be the effects of empowering heliotherapy (EHT) on HRQoL and disease severity in psoriasis and AD patients.

The psoriasis patients and healthy subjects described in paper I were receiving daily oral cholecalciferol supplements of 20 µg prior to the study and during it. Psoriasis patients received 18 NB-UVB exposures and the healthy subjects 9. After 9 exposures each, their average S-25(OH)D levels had increased by 13 and 17 nmol L-1 (p < 0.001), respectively, while after the 18th exposure S-25(OH)D in the psoriasis patients had increased by 49 nmol L-1. One month later the S-25(OH)D level was still 30 nmol L-1 above the baseline in the psoriasis patients and 18 nmol L-1 above in the healthy subjects. Baseline CYP27A1 and CYP27B1 levels were significantly lower in the psoriasis lesions than in the skin of the healthy subjects (p < 0.001). Cathelicidin levels were similar in both, whereas human beta defensin 2 levels were significantly higher in the psoriasis lesions (p < 0.001). NB-UVB did not alter the CYP27A1, CYP27B1 and cathelicidin levels in the psoriasis patients, but their average human beta defensin 2 level decreased significantly (p = 0.002). The NB-UVB exposures significantly reduced CYP27A1, CYP27B1 and cathelicidin levels in the healthy subjects. To conclude, NB-UVB radiation is effective in raising S-25(OH)D levels even in subjects receiving supplementations. The vitamin D hydroxylating enzymes in healthy skin react more actively to NB-UVB than those in psoriasis lesions. Human beta defensin 2 seems to have a role in the pathogenesis of psoriasis. The difference in the expression of vitamin D-hydroxylating enzymes between psoriasis lesions and healthy skin, and the role of cutaneously synthesized vitamin D in the healing of psoriasis, are subjects which require further investigation since the roles of these effects remain unclear.

The healthy subjects studied in paper II were randomized into an intervention group receiving NB-UVB exposures every other week from October to April, or a control group. One standard erythema dose (SED) was administered on the first occasion and 2 SED on all subsequent occasions. Two weeks after the last irradiation the S-25(OH)D in the intervention group had increased by 12 nmol L-1 (p = 0.029) whereas that in the control group had decreased by 11 nmol L-1 (p = 0.022). In summary, suberythemal NB-UVB exposures maintained and even increased the S-25(OH)D levels in winter. These could be used to maintain S-25(OH)D levels in haemodialysis patients, who typically respond slowly to oral cholecalciferol.

The healthy subjects in paper III were exposed to vernal solar UVR in March and April either during their late winter holiday, or at noon on working days. They received a mean cumulative ultraviolet B (UVB) radiation dose of 12 SED on the face and hands, i.e. 7% of the total body surface area, over a mean period of 12 hours spent out of doors. Those whose baseline S-25(OH)D concentrations were below 90 nmol L-1 showed significant increases of 6 nmol L-1 (p < 0.001), while those with a baseline over 90 nmol L-1 showed a decrease of 7 nmol L-1 (p < 0.01). In summary, the ‘vitamin D winter’ in Finland lasts only until March, encouraging people to engage in vernal outdoor activities.

Papers IV and V assess the effects of two-week EHT courses on the HRQoL and disease severity in psoriasis and AD patients. The mean Dermatology Life Quality Index (DLQI) decreased significantly by 5 and 8 units (p < 0.001) in these two groups, respectively, after EHT, and remained decreased by 3 and 5 units (p < 0.001), respectively, after three months. The Self-Administered Psoriasis Area and Severity Index (SAPASI) decreased by 5.0 units from an initial 7.4 units and was still 2.6 units below the initial level 3 months after EHT (p < 0.001). The Patient-Oriented Scoring of Atopic Dermatitis (PO-SCORAD) index decreased by 24.0 units from an initial figure of 36.7, and was still 14.6 units below the initial figure (p < 0.001) 3 months after EHT. The RAND-36 physical and mental component summary scores decreased significantly during EHT and remained decreased 3 months after EHT in both groups. In summary, EHT improves the HRQoL and alleviates disease severity in psoriasis and AD patients.

To conclude, NB-UVB exposures are effective in raising and maintaining S-25(OH)D levels in psoriasis patients and healthy subjects. Vernal solar UVR can elevate S-25(OH)D in subjects with a baseline level below 90 nmol L-1. Two-week EHT courses improve the HRQoL and alleviate disease severity in psoriasis and AD patients for at least 3 months.