UV-abhängige Vitamin D Synthese - Bilanzierung der Expositionszeit durch UV zur Produktion des optimalen Vitamin D3-Bedarfs im menschlichen Körper : Vorhaben 3607S04538

Abstract

Die gesundheitsschädigenden Wirkungen auf die Haut und die Augen des Menschen durch UV-Strahlung sind seit Jahren nachgewiesen und weiten Teilen der Bevölkerung bekannt. Der UV-B-Anteil der Sonnenstrahlung zieht bei Überdosierung als Akutreaktion den Sonnenbrand oder als chronischen Effekt eine Erhöhung des Hautkrebsrisikos nach sich. Derselbe UV-B-Bereich bewirkt aber auch die Einleitung der essentiellen Vitamin-D-Bildung. Die UV-induzierte Vitamin-D-Synthese in der Haut deckt zu mehr als 90 % den Vitamin-D-Bedarf ab, unsere typische Ernährung nur 10 %. Aufgrund dieser gegensätzlichen Wirkungen liegen widersprüchliche Empfehlungen in Bezug auf gesundheitsfördernde UV-Bestrahlung vor. Ziel des Vorhabens ist es, das quantitative sowie qualitative Verhältnis von UV-Exposition und Vitamin-D-Status im Körper unter verschiedenen Randbedingungen und in verschiedenen Bevölkerungsgruppen zu bestimmen. Hierauf basierend sollen Empfehlungen zur optimalen UV-Exposition differenziert nach Bevölkerungsgruppen erarbeitet werden, um den Ansprüchen an einen gesundheitsfördernden Strahlenschutz gerecht zu werden. Eine eingangs erstellte und abschließend aktualisierte Literaturstudie stellt den derzeitigen Kenntnisstand zum Vitamin-D-Stoffwechsel, zu den regulierenden Prozessen durch das Hormon Vitamin D3 und zum momentanen Diskussionsstand über den optimalen Vitamin-D-Status für den Menschen zusammen. In einer Serie von Studien wurde der Anstieg des Vitamin-D-Status (25OH-Vitamin D3 und 1,25OHVitamin D3) in Abhängigkeit von der UV-Exposition der Haut ermittelt. Expositionsparameter waren die biologisch wirksame UV-Dosis (bezogen auf die minimale Erythemdosis MED = persönliche Sonnenbrandschwellendosis der Probanden) und die Größe der bestrahlten Hautareale (zum einen alltagstypisch: Gesicht und Hände, zum anderen: der ganze Körper). Die seriellen UV-Expositionen erfolgten mit natürlicher solarer UV-Strahlung oder mit künstlicher simulierter Solarstrahlung oder mit Solarienstrahlung. Die insgesamt 240 Probanden wurden für die einzelnen Studien des Projektes bezüglich UV-Hauttyp II bzw. III, Alter und Geschlecht strukturiert rekrutiert. Erfasst wurden auch Daten bezüglich des Eigenschutzverhaltens der Haut gegenüber UV-Strahlung, um zu analysieren, inwieweit diese Faktoren einen Einfluss auf die Vitamin-D-Bildungseffizienz haben. FAZIT: In den Wintermonaten, vor Beginn der jeweiligen Untersuchungen, lag der Mittelwert für das 25OHVitamin D3 mit 18 ng/ml unterhalb des Normbereiches (20-60 ng/ml). Zweimal wöchentliche UV-Expositionen mit 10 % der MED senkrecht auf Gesicht und Hände bewirkten einen signifikanten Anstieg des Vitamin-D-Status. Der Zuwachs stieg mit der UV-Dosis und/oder mit der bestrahlten Körperfläche bei UV-Strahlung, die der Mittagssommersonne entspricht. Die Expositionen mit simulierter Solarstrahlung führten unter identischen Bedingungen (auch klimatisch) zu gleichen 25OHD-Anstiegen unabhängig von Ausgangsstatus. Bei den Solarexpositionen traten deutliche individuelle Variationen zwischen den Untersuchten auf. Aber es gab auch Variationen für den gesamten Gruppenmittelwert, die mit sehr niedrigen Außentemperaturen während der Solarexpositionen in Verbindung gebracht werden könnten. Bei Solarienstrahlerexpositionen analoger Dosierungen ging die Vitamin-D-Bildungseffizienz mit steigender UV-Dosis und/oder Körperfläche auf 30 % zurück, verglichen mit dem simulierten Sommersonnenspektrum. Konstante, vergleichbare Expositions- und Synthesebedingungen für die Haut in einem UV-Bestrahlungsgerät führen zu definierten Bedingungen, die sich in fast deckungsgleichem Vitamin-D-Zuwachs bei allen Probanden eines Expositionsschemas widerspiegeln. Auf analoge solare UV-Expositionen unter freiem Himmel sind diese Bedingungen nicht in jedem Fall übertragbar. Wir konnten unsere Vermutung bestätigen, dass verschiedene anatomische Hautareale sich in ihrer Vitamin-D-Bildungseffizienz stark voneinander unterscheiden. Diese variiert um bis zu 400 % und korreliert in hohem Grade signifikant mit der UV-Erythemempfindlichkeit des jeweiligen Hautareals. Die Konzentration des Provitamin D (7-Dehydrocholesterol), des Ausgangsstoffs für die Vitamin-D-Bildung in der Haut, zeigte keine Altersabhängigkeit. Mit steigender aktinischer UV-Exposition und signifikant bei 1 MED ist nach 24 h eine Erhöhung der 7-DHC-Konzentration nachzuweisen. Im Alltag haben globale Faktoren auf die UV-Personendosis (meteorologische Faktoren, solare Globalstrahlung) und persönliche Verhaltensfaktoren, die die Hautexposition beeinflussen (u.a. auch durch externer Sonnenschutzmittel), stärkeren Einfluss auf den individuellen Vitamin-D-Status im Jahresverlauf als Alter, UV-Hauttyp oder Geschlecht. Das weist die Studie in einer Personengruppe aus, deren Vitamin-D-Status dreimal jährlich über zwei Jahre verfolgt wurde. Simultan erfolgte dabei ein UV-Personenmonitoring, durch das auch die o.g. Einflussfaktoren kontinuierlich erfasst wurden. //ABSTRACT// UV-dependent vitamin D3 synthesis – balancing of UV exposure time and the production of an optimal vitamin D3 status in men The adverse health effects on human skin and eyes by UV radiation have been well known for years. They are known to the public, too. Increased exposures by the UV-B fraction of solar radiation cause e.g. sun burn as an acute skin reaction or an increased risk on skin cancer as a chronic effect. Radiation of the same spectral UV-B range is necessary to induce the essential vitamin D metabolism in men. The UV-induced vitamin D synthesis in the skin supplies the body with more than 90 % while our typical nutrition contributes no more than 10 %. These photobiological effects are diametrically opposed. Therefore, up to now there are contradictory recommendations to the public concerning the health effects of solar UV exposure. The aim of this research project was to evaluate the quantitative and qualitative relations of UV exposure and the vitamin D status in men taking into account different conditions in the population. IN RESULT, well-balanced recommendations on optimal UV exposures for the different fractions of the population should be elaborated, realizing health protection aspects against detrimental UV effects. A literature survey (updated in 2011) summarizes the current knowledge on the vitamin D metabolism, on the effects of the hormone vitamin D and on the stage of the current discussion on the optimal vitamin D status. In a number of studies of this project the effects of UV exposure on the vitamin D status (25OH-vitamin D3 und 1,25OH-vitamin D3) were investigated. Exposure parameters were the photobiologically effective UV dose (with respect to the minimal erythema dose MED = individual sun burn dose in each investigated volunteer) and the extent of the exposed skin area: face and hands (like everyday conditions) or whole body respectively. Serial UV exposures were applied by natural solar UV radiation or by simulated solar radiation or by sunbed UV lamps. All studies of the project (240 volunteers) were structured concerning UV skin type II and III, age and sex. In addition, data on the natural skin protection of the volunteers against UV radiation were measured in order to evaluate possible correlations between individual UV sensitivity and the efficiency of vitamin D synthesis. In result: In winter time, before starting the studies, the mean 25OH-vitamin D serum level of 18 ng/ml of the volunteers was in the deficiency range (< 20 ng/ml). UV exposures of 10 % MED applied twice a week vertically to face and hands caused significant increases of the 25OH-vitamin D serum level. The increase raised with higher UV doses and/or larger skin area exposed to UV radiation of the solar summer spectrum. While the increase of the 25OHvitamin D serum level in the UV cabinet was roughly independent from the basic level, under solar exposure conditions there were distinct variations between subjects as well as different outcomes for the whole group, which possibly depended on low outdoor temperatures during the solar exposures. Exposures by sunbed UV lamps lead to decreasing efficiencies in vitamin D production. An increase of the biologically effective UV dose and/or of the UV-exposed skin area decreased the vitamin D efficiency down to 30 % compared to simulated solar radiation. Because of strong differences in UV erythema sensitivity of the skin of different anatomical locations, we hypothesized similar relations in the efficiency of UV-induced vitamin D synthesis. The efficiency of UV-induced vitamin D synthesis varies up to 400 % between the anatomical locations of the body. The investigation of the content of provitamin D (7-Dehydrocholesterol), the source of the vitamin D synthesis in the skin, and of the influence of UV exposure on the level of this content results in new findings, too. Suberythemal UV exposures do not influence the 7-DHC-concentration in the skin. 1 MED leads to a significant increase of 7-DHC after 24 h. Under every day life conditions, global influences on the personal UV dose (solar global radiation, meteorological effects, outdoor temperature) and individual behaviour concerning UV exposure of the skin (among other things the use of topical sunscreens) have distinctly stronger effects on the individual vitamin D status around the year than age, UV skin type, or sex. This is suggested by the data of one of our studies, in which the vitamin D status of the volunteers was measured three times a year over two years. Simultaneously, in a personal UV monitoring the personal UV dose and the above mentioned factors were captured continuously. The results provide a large base for recommendations to the public concerning a careful use of solar UV exposures in summer in order to realize vitamin D serum levels in the optimal range. But, the results also raise a lot of questions. Answers to these questions will be essential for establishing recommendations on UV exposure and the realization of an optimal vitamin D status around the year – without an increasing risk on skin cancer due to long-term effects.