Heliotherapy and Narrow-band UVB Improve Vitamin D Balance

Abstract

Pienikin ultravioletti-B -säteilyn annos riittää ihon D-vitamiinituotannon käynnistymiseen

Väitöskirjatyössäni tutkimme auringon ultravioletti-B-säteilyyn (UV-B-säteilyyn) perustuvan ilmastokuntoutuksen sekä ihotautien hoidossa käytettävän kapeakaistaisen UV-B valohoidon vaikutusta elimistön D-vitamiinitasapainoon. Talviaikainen D-vitamiinin vajaus osoittautui yleiseksi suomalaisessa väestössä. Kaikista 127 tutkimushenkilöstämme 83 %:lla oli D-vitamiinin vajaus tutkimuksen alkaessa. Kanarian saarilla atopia-potilaille järjestetty kahden viikon ilmastokuntoutuskurssi paransi elimistön D-vitamiinitasoa sekä atooppista ihottumaa merkitsevästi. Auringosta saatu UV-B -annos mitattiin kahdella eri menetelmällä ja niiden antamat mittaustulokset olivat hyvin lähellä toisiaan. Maaliskuussa järjestetyllä ilmastokuntoutuskurssilla saatu UV-B-annos oli kaksinkertainen verrattuna tammikuun kurssilla saatuun annokseen. Ihottumat paranivat molempina ajankohtina yhtä hyvin.

Atooppisen ihottuman ja psoriaasin hoidossa yleisesti käytetty kapeakaistainen UV-B valohoitokuuri osoittautui tehokkaaksi ihon D-vitamiinituotannon käynnistäjäksi. Viisitoista kertaa annettu valotus nosti elimistön D-vitamiinitasoa merkittävästi ja ihottumat paranivat hyvin. Riippuvuutta ihottuman paranemisen ja D-vitamiinitason nousun välillä ei voitu havaita. Mielenkiintoista oli, että seitsemän kertaa vain käsivarsille ja pään alueelle suunnattu kapeakaistainen UV-B-altistus tuotti yhtä paljon D-vitamiinia kuin koko vartalon vastaava altistus. Valotus auringon UV-spektriä muistuttavalla hoitolaitteella lisäsi D-vitamiinia selvästi vähemmän. Sitä tarvittaisiin neljä kertaa suurempi annos kuin kapeakaistaista UV-B säteilyä saman D-vitamiinitason nousun aikaansaamiseksi. Ihonäytepaloja tutkimalla totesimme, että tiettyjen D-vitamiinista riippuvaisten tulehdusta estävien aineiden tuotanto lisääntyi valohoidon aikana.

Aikaisemmin on vain vähän tietoa siitä, kuinka paljon UV-säteilyä tarvitaan ihon D-vitamiinisynteesin käynnistämiseksi. D-vitamiiniahan syntyy ihossa auringon UV-B-säteilyn vaikutuksesta. Ihossa muodostunut tai ravinnon kautta saatu D-vitamiini kulkeutuu verenkierron mukana maksaan ja munuaisiin muuntuakseen hormoniksi, joka säätelee solujen eri toimintoja, kuten niiden kasvua. Luuston aineenvaihdunnasta huolehtimisen lisäksi D-vitamiinilla saattaa olla huomattavasti laajemmat vaikutukset terveyteen kuin mitä aikaisemmin on ajateltu. Riittämätön D-vitamiinitaso on yhdistetty mm. useisiin eri syöpäsairauksiin, autoimmuunitauteihin ja infektiotauteihin. D-vitamiinin vajauksen on todettu olevan yleinen ilmiö maailmanlaajuisesti. Pohjoismaissa tämä on ongelma etenkin pimeään talviaikaan, kuten omakin tutkimuksemme osoitti. Tutkimuksemme vahvistavat käsitystä siitä, että ihon D-vitamiinituotanto käynnistyy jo selvästi ihon punehtumista pienemmillä UV-annoksilla. Ihon ruskettuminen merkitsee, että auringonvaloa on saatu D-vitamiinin tuotantoa ajatellen liiankin paljon. Kapeakaistainen UV-B-valohoito osoittautui tehokkaaksi ihon D-vitamiinituotantoa ajatellen. Vain kasvojen, kaulan ja käsivarsien altistaminen nosti D-vitamiinitasoa yhtä hyvin kuin koko iholle saatu valotus. D-vitamiinitason nousuna saatu hyöty säilyi vähintään 1 - 2 kuukautta. Pienet annokset kapeakaistaista UV-B säteilyä voisivat olla tehokas ja turvallinen vaihtoehto D-vitamiinin puutoksen korjaamiseen.

At present vitamin D insufficiency is common worldwide. In the Nordic countries and Britain this condition affects people especially during winter, when vitamin D synthesis induced by sunligt is zero. Solar UV exposure is crucial for vitamin D synthesis and as much as 90 % of all requisite vitamin D is formed in the skin. The desirable concentration of serum calcidiol (25(OH)D, 25-hydroxyvitamin D), which is the best indicator of vitamin D status, is still under debate but a concentration of 50 - 80 nmol/L is considered to be optimal for the skeleton. Calcitriol (1,25(OH)D, 1,25-dihydroxyvitamin D), the active form of vitamin D produced in the liver and kidney, but also in other tissues, such as the skin or prostate, is considered to be an autocrine or paracrine hormone, which regulates various cellular functions including cell growth. Due to this, vitamin D insufficiency seems to have far more extensive consequences for health than previously thought, ranging from well-known bone disease to prostate and other cancers and even to autoimmune diseases.

The amount of UVB exposure needed to induce vitamin D synthesis has been poorly studied. The present studies aim to examine the effects of natural sunlight during heliotherapy and artificial narrow-band UVB (NB-UVB) on vitamin D balance in winter.

Heliotherapy (HT) has long been used in the treatment of psoriasis (PS) and atopic dermatitis (AD), but its effect on vitamin D balance has not been previously examined. In the first study (I) we examined serum calcidiol concentrations in 23 patients with AD during a two-week HT course in the Canary Islands. At onset, 74 % of the AD patients had vitamin D insufficiency (serum calcidiol In the second study (II) we compared two methods, individual Bacillus subtilis spore film UV dosimeters and a Robertson Berger meter (RB meter) combined with personal diary records, in measurement of UVB doses received during a two-week HT course in the Canary Islands. The mean personal UVB dose measured in a total of 21 AD patients with dosimeters was 75 SED in the January and 131 SED in the March group. The respective results from the RB meter combined with diary records were 63 SED and 119 SED. Serum calcidiol concentration increased by 9.7 nmol/L in the January and by 26.0 nmol/L in the March group. The increase in serum calcidiol correlated significantly with the UVB dose received. The results of the personal dosimeters and the RB meter combined with diary records showed a strong concordance correlation (r = 0.63), indicating that spore film dosimetry is a reliable and easy way to measure personal UVB doses during heliotherapy.

In the third study (III) we examined whether NB-UVB exposures, used widely in the treatment of PS and AD and emitting UVB near the range of vitamin D synthesis (311-313 nm), improves vitamin D balance. Fifty-three healthy women received NB-UVB exposures either on the whole body (n = 19), on the head and arms (n = 9) or on the abdomen (n = 14). The exposures were given on seven consecutive days. Similarly, seven solar simulator exposures were given on the face and arms (n = 11). The cumulative UVB dose was 13 standard erythemal units (SED) in all regimens. At onset 77 % of the women suffered from vitamin D insufficiency and, in addition, six subjects from vitamin D deficiency (serum calcidiol In the fourth study (IV) we measured the changes in serum calcidiol after six (12.3 SED) and 15 NB-UVB (71.5 SED) treatments given during winter in 18 patients with psoriasis, 18 patients with AD and 15 healthy subjects. In addition, using skin biopsies we studied the effects of exposures on antimicrobial peptides, cytokines and chemokines by PCR techniques. The NB-UVB exposures were given three times a week for a total of 15 times on the whole body. Skin biopsies were taken before the treatment and after six exposures. Before treatment 89 % of the patients with PS, 94 % of the patients with AD and 53 % of the healthy subjects had vitamin D insufficiency. NB-UVB treatment produced a statistically significant (p To conclude, the present studies in healthy subjects and patients with AD and PS show that vitamin D insufficiency is still prevalent in Finland in winter. Sunlight during heliotherapy or small doses of NB-UVB, which are clearly below the skin?s erythemal threshold, effectively induced vitamin D synthesis, and, at the same time, improved the clinical course of AD and PS. NB-UVB exposures given on the whole body or on the head and arms were equally effective in increasing serum calcidiol. The NB-UVB exposures, given three times a week for a total of 15 times on the whole body, effectively corrected vitamin D insufficiency. Serum calcidiol increased up to 59.9 - 90.7 nmol/L and this high level persisted for at least one month. Suberythemal NB-UVB exposures seem to be a good alternative to correct vitamin D deficiency or insufficiency quickly and safely, but further studies are warranted to compare the effects and costs with dietary vitamin D supplementation.