Zondoorstoofd, column van arts-bioloog drs. Engelbert Valstar over het bereik van licht.

30 oktober 2017:

Valstar Arts-bioloog drs. Engelbert Valstar

Onderstaande column is eerder gepubliceerd december 2008 en gaat over PDT - Photo Dynamische Therapie

Zondoorstoofd

Hoe diep dringt zichtbaar of infrarood licht in weefsels door? Het is logisch dat de hoeveelheid licht (dL) die door levend weefsel voor het bereiken van diepte M geabsorbeerd wordt evenredig is met de hoeveelheid aan het begin aangeboden licht. Wiskundig is dat –dL/dM = A (een constante) keer L (de hoeveelheid licht aan het begin van dM). Integratie van deze differentiaalvergelijking levert op : Lm (de hoeveelheid licht op diepte M) = e (het grondgetal van een natuurlijke logaritme) tot de macht min AM (=A keer diepte M) keer Lbegin (de hoeveelheid licht aan het begin).

De constante A heet de attenuationcoefficient en varieert fors afhankelijk van de golflengte van het licht (= de lichtsnelheid gedeeld door frequentie f) en het type weefsel. Prachtig zo’n formule en interessante leerstof voor Renckens en Van Dam van de VtdK, maar hoe berekenen we een en ander precies? Licht bestaat uit fotonen, die elk een energie Hf (= produkt van de constante van Planck en de frequentie f) hebben.

Hf delen op de hoeveel Joule licht die wordt geappliceerd, levert dan het aantal geappliceerde fotonen, waarvan vervolgens, bij bekende A, het verval met de eerder gegeven formule kan worden berekend. Spierweefsel nu heeft bij een golflengte van ca. 330 nm, een attenuationcoefficient van bijna 1 mm tot de macht -1 ; bij een lokaal dodende dosering van 100 Joule/vierkante cm, zijn dan na 4 tot 5 cm diep alle fotonen op. Met 1 Joule zijn de fotonen dan na krap 4 cm eveneens op. Gezond leverweefsel met een zekere spiegel van een hematoporphyrineafgeleide heeft een A van 0,4 : daar dringt een vergelijkbare dosis fotonen van 330 nm derhalve 2,5 keer zo diep door (zie Whitehurst C et al : Lasers in Medical Science 5(4):395-8 ; 1990). In prostaatweefsel A varieert van 0,22 tot 0,44 ( zie PMID 10532979) en de maximale penetratie diepte onder de gegeven randvoorwaarden van 18 tot 9 cm. Bij longweefsel (dat veel lucht bevat) is de penetratie volgens sommigen wel tot 23 cm. De lezer begrijpt inmiddels hoop ik dat het hoofdthema van deze column is : photodynamische therapie oftewel PDT. Bij PDT is er normaliter sprake van een sensitizer, een stof die in de tumor ophoopt en deze voor het licht gevoeliger maakt. Een voorbeeld van zo’n stof is C-phycocyanine uit Spirulina platensis (tik op Google in phycocyanin accumulation cancer : dan kom je uit bij een proefschrift dat aantoont dat deze stof in tumoren daadwerkelijk ophoopt). C-phycocyanine heeft een halfwaardetijd van slechts 1 tot 2 dagen, terwijl deze bij diverse reguliere sensitizers wel 3 tot 4 weken is. Dit is de reden waarom PDT met C-phycocyanine veel minder bijwerkingen geeft. Zie voor dit alles expliciet ook: Zhang S et al (BBA 1426 (1999) 205-11 ; PMID 9878738).

Bij een voldoend hoog aantal Joule per vierkante cm direkt boven op een tumor wordt met PDT (plus een sensitizer tumorweefsel tot een diepte van 1,1 cm diepte direkt gedood, althans bij alvleeskliertumoren (zie Bown et al ; PMID 11889078). Bown kon door de PDT (met 20-40 Joule licht van in dit geval 652 nm per vierkante cm en een reguliere sensitizer) op verschillende plaatsen toe te passen zelfs 6 cm grote tumoren tot regressie brengen.

Fantastisch zal men zeggen, maar dit bewijst nog niet dat je door externe applicatie van wat lagere doses licht en een sensitizer, zoals de Ier Carmody vroeger deed, een vergelijkbaar effect kunt bereiken. Klopt, maar er is meer interessant onderzoek. Zie PMID 18551894 (Thong S et al ; Pathol Toxicol Oncol 27(1) : 35-42 ; 2008) : behandeling van een sarcoommetastase van de huid met PDT met licht (golflengte 652 nm) in een lokaal tumordodende dosering (bij gebruik uiteraard van een sensitizer), bracht niet alleen deze metastase tot regressie, maar ook haarden elders in het lichaam ; bij een later recidief bleek een lokaal toegediende lagere dosering licht als onderdeel van PDT zelfs over het geheel effectiever ; de auteurs kwamen tot de conclusie dat de lagere dosis licht voor PDT het immuunsysteem efficienter stimuleerde. Kortom zichtbaar licht, maar ook infrarood licht dringt veel dieper door voordat het totaal is geabsorbeerd, dan eerst werd gedacht. Ook is duidelijk dat bij PDT de primaire vraag is : bij welke dosis heb je bij een daaraan gekoppelde diepte nog een direkt relevant biologisch effect ; duidelijk is dat er door immunostimulatie ook nog eens systemische effecten op kunnen treden : verder onderzoek hiernaar is nodig. Het is derhalve zo dat de PDT zoals voorheen door de Ier Carmody is toegepast (naast lokale applicatie bij huidmestastasen bijvoorbeeld, juist ook behandeling met licht van buitenaf van dieper gelegen haarden) best wel eens zou kunnen werken. Enkele jaren geleden werd Carmody o.a. verweten dat hij met deze PDT een behandeling toepaste, die voor wat betreft dieper gelegen tumorhaarden onmogelijk zou kunnen werken (echt een VtdK-standpunt, waarbij gelijk de bewijslast stiekem werd omgedraaid). Het kwam zelfs tot een jaren durende criminal investigation, culminerend in een strafproces. Zijn zeer goede advocaat kon met de artikelen in deze column genoemd (met name met dat van Zhang et al en PMID 18551894 ; beide door mij aangereikt) een hoogleraar radiotherapie laten we maar zeggen neutraliseren. Mede door mijn eigen getuigenis, waarbij ik zowel de prosecutor (officier van Justitie) als de rechter op een gegeven moment de gordijnen injoeg, werd, ook omdat de jury slim genoeg was, zo het pleit in het voordeel van Carmody beslecht. Nee, Eire is prachtig, maar erg conservatief (er zijn in Ierland minder dan 5 complementair werkende artsen ; in Nederland zijn er toch honderden, die dat op z’n minst part-time doen). Ik snap ook niet waarom prosecutors en rechters aldaar in navolging van de Engelse rechterlijke macht een pruik dragen. Waarom doen ze dat ?, terwijl diezelfde Engelsen in de 19^e eeuw na het mislukken van ettelijke aardappeloogsten, met hongersnood als gevolg Ierland om het eufemistisch uit te drukken goed lieten barsten.

We hebben gezien dat zichtbaar en infrarood licht diep doordringen, voordat alle fotonen geresorbeerd zijn. We weten weinig van fotoreceptoren en hun eventuele functie. Duidelijk is dat het lichaam, juist bij kinderen niet alleen bruin wordt door het onzichtbare UV, maar ook doortrokken wordt van allerlei typen zichtbaar licht en infrarood licht. Wat hiervan allemaal de implicatie is weet ik niet, wel weet ik dat bij vogels de epifyse of pijnappelklier direkt door natuurlijk licht wordt beinvloed met een effect op o.a. het paringsgedrag als gevolg. De pijnappelklier wordt daarom bij vogels en reptielen ook wel het derde oog genoemd. Is bij ons de epifyse, behalve via de ogen, ook direkt via de epifyse te beinvloeden?

Op een fles rode wijn uit Zuid-Afrika zag ik staan dat deze wijn gemaakt was van zondoorstoofde druiven. Ik dacht : zondoorstoofd is de term om aan te geven dat zichtbaar licht en infrarood licht diep in levende weefsels doordringen.

arts-bioloog drs. Engelbert Valstar, columns, zondoorstoofd, PDT, zonlicht, vitamine D