Licht-im-Terrarium: Literaturdatenbank

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Morita, D., Nishida, Y., Higuchi, Y., Seki, T., Ikuta, K., & Asano, H., et al. (2016). Short-range ultraviolet irradiation with led device effectively increases serum levels of 25(oh)d. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 164, 256–263. 
Added by: Sarina (2021-08-19 12:24:30)   Last edited by: Sarina (2021-08-22 09:37:03)
Resource type: Journal Article
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2016.09.036
ID no. (ISBN etc.): 1011-1344
BibTeX citation key: Morita2016
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 Categories: Englisch = English
Keywords: Leuchtdiode = Light-emitting Diode, Vitamin D = Vitamin D
Creators: Asano, Higuchi, Ikuta, Ishiguro, Morita, Nishida, Seki
Collection: Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology		 Views: 2/464
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Meine Sichtweise (Keine vollständige Zusammenfassung des Artikels! Meine Meinung muss nicht mit der Meinung der Autoren übereinstimmen! Bitte lesen Sie auch die Originalarbeit!)     

Zusammenfassung

In dieser Arbeit wurde anhand von Mäusen untersucht, wie gut UV-LEDs zur Vitamin-D-Versorgung geeignet sind. Junge Mäuse wurden zunächst mit einem sehr Vitamin-D3-armen Futter versorgt und hatten so zu Beginn der Studie einen starken Vitamin-D3-Mangel. Anschließend wurden die Tiere zwei mal wöchentlich mit je 1kJ/m² (10 cm Abstand, 185s = ca. 3 Minuten) in einem speziellen Behältnis auf rassierter Haut bestrahlt. Nach 1 Woche und insgesamt 4 Wochen wurden Blutwerte überprüft.

LED 25OHD Start [nmol/l] 25OHD nach 1wk [nmol/l] 25OHD nach 4wk [nmol/l] 1,25OHD Start (pg/ml) 1,25OHD nach 1wk (pg/ml) 1,25OHD nach 4wk (pg/ml)
ohne UVB 22,7  < 25  < 25  135,8  105,1  77,6
268 nm (UVC) 13,3 72,8  117,7  112,5  91,1  100,6
282 nm (UVB) 12,8 74,4  98,4  116,9  87,5 108,1
290 nm (UVB) < 25 74,2   76,3  112,6  100,2  99,1
305 nm (UVB) 13,2 85,9  97,7  112,9  100,2  104,2
316 nm (UVA)  < 25 47,1  65,3  101,0  84,8  86,8

Alle LEDs waren demnach gut geeignet, Vitamin D3 zu bilden. Selbst die LED mit Peak 316 nm bildet noch mehr als halb so viel Vitamin D3 wie die anderen LEDs. Die Autoren sind davon überrascht und überlegen, ob (a) ein Fehler im Vitamin-D3-Wirkspektrum, (b) die komplexe Gleichgewichtsreaktion, oder (c) der geringe Anteil bei 300 nm dafür verantwortlich sind.

Meinung

Die 1kJ/m² in 185 Sekunden entsprechen einer Bestrahlungsstärke von 540 µW/cm² (1 kJ/m² = 0,1 J/cm² = 0,1 s W/cm² = 185s * 540 µW/cm²)

Bei dem Spektrum der LEDs entspricht das:

LED UV-Index = effektive erythemale Bestrahlungsstärke = MED/h (1MED=156 J/m²) SM6.5 eff. Bestrahlungsstärke Vitamin D3
268 nm (UVC) 216 = 540 µW/cm² = 125MED/h 71,4 128 µW/cm²
282 nm (UVB) 212 = 530 µW/cm² = 122 MED/h 91,8 320 µW/cm²
290 nm (UVB) 196 = 490 µW/cm² = 123 MED/h 99,0 439 µW/cm²
305 nm (UVB) 66,2 = 165 µW/cm² = 38,2 MED/h 60,4 249 µW/cm²
316 nm (UVA) 19,8 = 49,5 µW/cm² = 11,4 MED/h 21,3 81,7 µW/cm²

Nach dieser Berechnung halte ich die gebildeten Vitamin-D3-Mengen allein aufgrund des Vitamin-D3-Wirkspektrums (selbst ohne Berücksichtigung der Gleichgewichtsreaktionen) für nachvollziehbar und bei der 316 nm LED für nicht überraschend. Diese hat immerhin knapp halb so viel effektive Bestrahlungsstärke im Vitamin-D3-Bereich wie die anderen LEDs.


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Abstract
Impairment of the activities of daily living (ADL) by osteoporosis is an important concern in developed countries with a super-aging population. Vitamin D, which is a crucial molecule in bone metabolism and mainly produced endogenously with ultraviolet (UV) light exposure, is known to be insufficient in the elderly population. We used an UV Light-Emitting Diode (UV-LED) instrument generating a narrow-range wavelength to analyze the efficacy of endogenous vitamin D production. The primary purpose of this study was to examine the effects of UV irradiation at various narrow-range wavelengths using UV-LED on vitamin D supplementation. The second one was to clarify the short-term effects of UV irradiation on bone morphology in mice. Vitamin D-starved C57BL/6 female mice (n=7 per group) were UV-irradiated (268nm, 282nm, 290nm, 305nm, and 316nm) with 1kJ/m2 twice a week for 4weeks. UV irradiation using UV-LED had significant effects on increasing serum 25(OH)D levels in all wavelength groups (P<0.001, all groups) as compared to a control group. Among irradiated groups, wavelength of 316nm had a less marked effect on 25(OH)D production compared with other wavelengths at 1week of UV irradiation (P<0.05). Levels of 1,25(OH)2D were significantly increased after 4weeks irradiation with UV-B or UV-C irradiation (P<0.05). mRNA levels of vitamin D 25-hydroxylase were increased with UV-B or UV-C irradiation (268nm–305nm), significantly. Micro-CT examination revealed that short-term (4weeks) UV-irradiation did not induce morphological change of mice in any group. This study provides essential information that narrow-range UV irradiation with LED can increase the endogenous production of vitamin D, and mRNA levels of the responsible enzyme. Although bone morphology was not altered by short-term UV irradiation in this study, an increase of serum vitamin D might improve bone morphology with long-term irradiation.
Added by: Sarina  
Notes
 

Back reaction from previtamin D3 to 7-DHC or the formation and back reaction of tachysterol or lumisterol, which are the inactive isomers, will have effects on the production of previtamin D3 and 25(OH)D [39–43].

[39] M. Norval, L.O. Björn, F.R. de Gruijl, Is the action spectrum for the UV-induced production of previtamin D3 in human skin correct? Photochem Photobiol Sci. 9 (2010) 11–17.
[40] E. Havinga, Vitamin D, example and challenge, Experientia 29 (1973) 1181–1193.
[41] H.J.C. Jacobs, J.W.J. Gielen, E. Havinga, Effects of wavelength and conformation on the photochemistry of vitamin D and related conjugated trienes, Tetrahedron Lett. 22 (1981) 4013–4016.
[42] W.G. Dauben, B. Disanayaka, J.H. Funhoff, B. Zhou, B.E. Kohler, D.E. Schilke, Polyene21 Ag and 11 Bu states and the photochemistry of previtamin D3, J. Am. Chem. Soc. 113 (1991) 8367–8374.
[43] S. Gliesing, M. Reinbacher, H.D. Ilge, D. Faßler, Wellenlangeneffekte auf die quantenausbuten ten photoisomerisierung von pravitamin D3, Z. Chem. 29 (1989) 21–22

In the case of calcium shortage with high vitamin D levels, bone resorption and decreased bone mineralization are required to maintain normal calcium levels [49,50]

[49] L. Lieben, R. Masuyama, S. Torrekens, R. Van Looveren, J. Schrooten, P. Baatsen, M.H. Lafage-Proust, T. Dresselaers, J.Q. Feng, L.F. Bonewald, M.B. Meyer, J.W. Pike, R. Bouillon, G. Carmeliet, Normocalcemia is maintained in mice under conditions of calcium malabsorption by vitamin D-induced inhibition of bone mineralization, J. Clin. Invest. 122 (2012) 1803–1815.
[50] G. Carmeliet, V. Dermauw, R. Bouillon, Vitamin D signaling in calcium and bone homeostasis: a delicate balance, Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 29 (2015) 621–631.


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