Введение

Витамин D поддерживает репродукцию у обоих полов. Рецептор витамина D (VDR) и  ферменты метаболизма витамина D представлены в репродуктивных тканях женщин и  мужчин в значительных количествах. У женщин, адекватный уровень витамина D  необходим для поддержания функционирования клеток гранулёзы и ооцитов, зачатия,  развития беременности, а также для профилактики синдрома поликистоза яичников и  эндометриоза [1]. У мужчин обеспеченность витамином D ассоциирована с количеством сперматозоидов, их подвижностью и морфологией [2]. Мужчины с  тестикулопатией отличаются низкими уровнями 25(OH)D и низкой экспрессией  фермента CYP21R. Делеции гена VDR в эксперименте приводят к значительной  гонадной недостаточности, снижению количества сперматозоидов и их подвижности, а  также к гистологическим аномалиям в семенниках [3]. Дефицит витамина D часто сочетается с мужским бесплодием. Например, кросс- секционное исследование мужчин в возрасте 20—40 лет (n=559, 195 — фертильны,  364 с бесплодием) указало на более низкие уровни тестостерона и 25(OH)D у мужчин с  бесплодием. Более низкие значения 25(OH)D были ассоциированы с более низким  качеством спермы, так что уровни 25(OH)D представляют собой независимый фактор,  определяющий подвижность и морфологию сперматозоидов (р<0,05) [4]. Важно отметить, что дефицит витамина D легко поддаётся коррекции посредством  перорального приёма препаратов витамина D, что является эффективной и безопасной  процедурой [5]. Далее, последовательно рассмотрен комплекс  результатов, полученных при проведении клинико-эпидемиологических,  фундаментальных и клинических исследований и указывающих на важность витамина  D для репродуктивной функции и профилактики мужского бесплодия.

Клинико-эпидемиологические исследования взаимосвязи дефицита витамина D и  нарушений репродуктивной функции у мужчин 

В крупномасштабном популяционном  исследовании мужчин (n=3369) недостаточность  витамина D (25(OH)D<20 нг/мл) была ассоциирована со вторичным гипогонадизмом  (О.Р. 1,2; р=0,05) и с компенсированным гипогонадизмом (О.Р. 1,5; р=0,03). Уровни 25(OH)D были прямо пропорциональны уровням общего и свободного  тестостерона и обратно пропорциональны уровням эстрадиола [6]. На рис. 1 представлены данные для пациентов четырёх групп гонадального статуса,  определяемыми пороговыми значениями общего тестостерона (10,5 нмоль/л) и  лютеинизирующего гормона (9,4 Ед/л). Большинство мужчин были нормогонадальны (77%), у 9% установлен компенсированный гипогонадизм, у 2% —  первичный гипогонадизм и у 12% — вторичный гипогонадизм. У 50% мужчин с гипогонадизмом отмечены уровни 25(OH)D менее 20 нг/мл (по сравнению с 39%  мужчин из нормогонадальной группы (p=0,05).

Уровни 25(ОН)D ассоциированы с качеством спермы. Кросс-секционное исследование  популяционной выборки здоровых мужчин (n=170, 29±9 лет, ИМТ 24±3 кг/м2)  показало, что средние уровни 25(OH)D составили 34±15 нг/мл. Концентрация  сперматозоидов, линейная скорость, морфология сперматозоидов были достоверно  ниже у мужчин с 25(OH)D<20 нг/мл и с 25(OH)D>50 нг/мл по сравнению с мужчинами с  25(OH)D в диапазоне 20—50 нг/мл (норма 30—80 нг/мл). Таким образом, как низкие,  так и очень высокие уровни 25(OH)D могут негативно сказаться на параметрах  семенной жидкости [7]. Недостаточность витамина D является фактором риска сниженного качества спермы у  мужчин с бесплодием. Интересно отметить, что в клиническом исследовании [8]  уровни 25(ОН)D в сыворотке крови не показали достоверных ассоциаций с бесплодием  или фертильностью. В то же время, уровни 1,25(ОН)2D3 сыворотки были значительно  ниже при олигоспермии (p<0,05), астеноспермии (p<0,01), олигоастеноспермии  (p<0,05) и азооспермия (p<0,01), чем у фертильных мужчин. Уровни 1,25(ОН)2D3  также положительно коррелировали с подвижностью и общим количеством  сперматозоидов [8]. Это подчеркивает важность определения различных метаболитов  витамина D в сыворотке крови, а не только 25(OH)D [9]. Результаты молекулярно-биологических исследований указывают на важность метаболизма витамина D для поддержания репродуктивной функции Сайты  специфического связывания активной формы витамина D, кальцитриола (1,25(ОН)2D3) повсеместно представлены в мужской репродуктивной системе.  Например, экспериментальный анализ распределения сайтов связывания витамина D3  в репродуктивных органах посредством авторадиографии показал, что аналог  кальцитриола с изотопной меткой ([3Н]-солтриол) присутствует в изобилии в клетках  Сертоли семенников (особенно на стадии спермиоза), эпителии выводных протоков,  окончании придатка, соединительной ткани придатка, пластинке (lamina propria)  слизистой оболочки, мышечной оболочки семявыносящего канальца, эпителии и мышечной оболочки предстательной железы (рис. 2). 

Эта схема маркировки характерна для витамина D и отлична от распределения  рецепторов других стероидов (дигидротестостерона, эстрадиола и др.) [10]. Данные ауторадиографических исследований, проводимых ещё в 1980 годах, были  подтверждены и детализированы более поздними гистологическими и  иммуногистохимическими исследованиями распространённости белков, отвечающих за  гомеостаз витамина D. Так, рецептор VDR и ферменты метаболизма витамина D  найдены в сперматоцитах, сперматидах, клетках Лейдига, в то время, как только VDR,  ферменты CYP27B1 и CYP24A1 экспрессировались в сперматогонии (рис. 3) [11—13].

Анализ экспрессии генов позволил установить по меньшей мере 63 гена, экспрессия  которых достоверно изменяется под воздействием 1,25(OH)2D3 на первичные  тестикулярные клетки взрослого мужчины. Данные гены включают гены метаболизма  андрогенов и другие гены, участвующих в репродуктивной функции [14]. Кальцитриол  способствует сперматогенезу, в частности, за счёт повышения экспрессии регулятора  ABCA1 клеточного гомеостаза холестерина, на основе которого синтезируются  стероидные гормоны. Показано, что экспрессия гена ABCA1 действительно влияет на  мужскую фертильность [15]. В частности, уровни экспрессии ферментов-цитохромов, поддерживающих метаболизм  витамина D, настолько важны для функции сперматозоидов, что могут использоваться  в качестве биомаркеров мужской фертильности. Например, снижение активности/ экспрессии гена CYP2R1 ассоциированы с развитием системного дефицита витамина D,  нарушениями кальциевого гомеостаза, костного метаболизма, тестикулопатии,  гипосперматогенеза (p<0,05) [16]. Уровни экспрессии VDR и CYP24A1 в сперматозоидах  могут быть использованы в качестве положительных  прогностических маркёров качества спермы. Уровни экспрессии VDR, в частности, способствуют негеномному увеличению концентрации внутриклеточного кальция,  который увеличивает подвижность сперматозоидов [17]. 

Экспрессия фермента CYP24A1 (инактивирует витамин D) в кольцевом пространстве  сперматозоида (annulus) является перспективным маркером качества спермы.  Сравнения здоровых (n=53) и субфертильных мужчин (n=77) в возрасте 20—40 лет  показали, что CYP24A1 и VDR были либо одновременно представлены или  отсутствовали у 80% сперматозоидов. Среднее число CYP24A1-экспрессирующих  спермиев составляла 1% у субфертильных мужчин и 25% у здоровых лиц (р<0,0005).  Экспрессия CYP24A1 положительно коррелировала с общим количеством сперматозоидов, их подвижностью и морфологией (р<0,004). Наличие более 3% CYP24A1-положительных сперматозоидов позволило отличить 67%  здоровых мужчин от субфертильных, в то время, как только 22% субфертильных  мужчин имели уровни CYP24A1-положительных сперматозоидов более 3% [18]. 

Экспериментальные исследования эффектов дефицита витамина D на репродуктивную  функцию 

Хронический дефицит витамина D замедляет сперматогенез путём нарушения функций  клеток Сертоли и клеток Лейдига. В эксперименте 30-дневные крысы-самцы в течение  90 сут были помещены на витамин-D-дефицитную диету. Функция яичек этих животных  сравнивали с крысами той же возрастной группы, находившимися на диете с  достаточным содержанием витамина D. У витамин-D-дефицитных животных  наблюдалось значительное снижение общего веса тела, числа сперматозоидов в  яичках и придатках, снижение активности глутамилтранспептидазы (которая является  показателем функционирования клеток Сертоли). Гистологическое исследование  семенников показало значительное снижение числа функциональных клеток Лейди га  при наличии дефицита витамина D [19].В трансгенной модели дефицита активной формы витамина D, 1,25(OH)2D3  (гомозиготная делеция гена 1-гидроксилазы) развивается мужское бесплодие,  характеризующееся снижением количества сперматозоидов и их подвижности,  снижением уровней тестикулярных кальциевых каналов и более низкими уровнями  внутриклеточного кальция, а также гистологическими аномалиями яичек. На фоне  дефицита витамина усиливается апоптоз сперматогенных клеток (увеличение уровней  проапоптотических белков Вах и каспазы-3, снижение противоапоптотического Bcl-XL)  [20].В трансгенной модели хронического дефицита 1,25(OH)2D3 отмечено снижение массы  семенников, отношения массы семенников/тела, а количества сперматозоидов в  придатке по сравнению с интактной группой на обычной диете. Гистологический анализ указал на нарушения в эпителии семенников, нарушение  упорядочения сперматогенных клеток, нарушение формы сперматидов в семенном  эпителии. Очень немногие из зрелых сперматозоидов наблюдались на гистологических  срезах хвостовой части придатка (рис. 4).

Дефицит активной формы витамина, 1,25(OH)2D3, отрицательно сказывался на  морфологии и подвижности сперматозоидов. Электронная микроскопия обнаружила  ультраструктурные нарушения в головках спермиев, в т.ч. деформированные  верхушечные части головок спермиев и набухшие клеточные мембраны. В то же время,  на сагиттальных срезах или на сечениях волокнистых структур оболочки сперматозоидов ультраструктурных аномалий не отмечено (рис. 5). Процент  подвижных сперматозоидов, средняя скорость движения и средняя прямолинейная  скорость сперматозоидов были резко снижены у трансгенных мышей по сравнению с  интактным контролем [20].В семенниках трансгенных мышей, по сравнению с интактными животными, отмечено  достоверное повышение количества апоптотических сперматогенных клеток (рис. 6) и  уровней проапоптических белков Вах и каспазы-3 [20].

Экспериментальные исследования эффектов препаратов витамина D на  репродуктивную функцию Кальцитриол модулирует функционирование клеток Сертоли  и сперматоцитов как за счёт геномных и негеномных механизмов действия. С  помощью геномных механизмов 1,25(ОН)2D3 регулирует экспрессию ферментов  биосинтеза андрогенов в клетках Сертоли, посредством негеномного механизма (в  частности, активация сигнальных каскадов протеинкиназ А и С, MEK-киназы)  1,25(OH)2D3 стимулирует поглощение кальция и увеличивает активность гамма- глутамил транспептидазы. Увеличение потока Са2+ в плазматической мембране  регулирует секреторные процессы в клетках Сертоли [21]. В эксперименте дотации витамина D способствовали восстановлению тестикулярной  функции у крыс, находившихся на витамин-D-дефицитной диете в течение 3 мес. При  дефиците витамина D масса тела и функция яичек значительно снизились, а  сперматогенез был существенно замедлен. Применение витамина D в течение 1 мес.  достоверно улучшило функцию яичек за счёт устранения нарушений в  функционировании клеток Сертоли и Лейдига [22]. 

Физиологические эффекты 1,25-дигидроксивитамина D3 в линии TM4 клеток Сертоли  включают дозозависимое быстрое поглощение Са2+ (p<0,05), опосредованное  взаимодействием с рецептором VDR. Поэтому, данный отклик клеток Сертоли был специфичным строго для 1,25(OH)2D3 и не мог быть вызван 25- гидроксивитамином D3, эстрадиолом, кортизолом, прогестинами или тестостероном. Сочетание тестостерона и 1,25(OH)2D3 ингибировало поглощение кальция (p<0,01)  [23]. В эксперименте, биологически активная форма витамина D, 1,25 (OH)2D3, в дозах 10  нмоль/л и 100 нмоль/л дозозависимо увеличивала выработку тестостерона и уровни  митохондриальной дегидрогеназы при воздействии лютеинизирующего гормона (ЛГ) на  клетки Лейдига в культуре [24]. Дотации витамин D улучшали тестикулярную функцию в стрептозотоциновой модели  диабета. Длительная гипергликемия при диабете стимулирует повышение уровней  провоспалительных цитокинов, снижение уровня тестостерона и нарушения продукции, функционирования и антиоксидантного баланса сперматоцитов.  Пероральные дотации 1,25(OH)2D3 в течение 12 мес нормализовал  эти показатели состояния репродуктивной системы.Кальцитриол тормозил чрезмерное повышение провоспалительных биомаркеров,  нормализовал синтез андрогенов яичками, способствовал снижению апоптоза  тестикулярных клеток в модели диабета (повышалась экспрессия анти-апоптотического  Bcl-2, снижалась экспрессия и активность про-апоптотических Вах,  каспаза-3 и каспаза-8 [25].Создание модели диабета снижало количество и качество сперматозоидов  (подвижность, морфология). Отрицательное воздействие стрептозотоцина значительно  уменьшалось в при пероральном приёме 1,25(OH)2D3  (0,1 мкг/кг или 0,03 мкг/кг) по сравнению с контрольной группой (диабет+плацебо).  Нормализация показателей спермы при приёме витамина D сопровождалась  отстранением гистологических нарушений. При создании модели диабета отмечено обеднение тестикулярной ткани клетками Лейди-га, дегенерация семенных  канальцев, исчезновение центрально расположенных спермиев и сперматид в просветах семенных канальцев. Витамин D частично нивелировал эти изменения  [25]. Электронная микроскопия показала значительные ухудшений в семенниках крыс в  группе диабета по сравнению с интактной группой: крупные вакуоли, набухание  митохондрий и эндоплазматического ретикулума, утолщенная сосудистая базальная  мембрана. В интактных группах, клетки Лейдига были многоугольными или  веретеновидными, ядерный хроматин окрашивался светлее, а эндоплазматическая сеть  и митохондрии имели чёткую структуру. При приёме 1,25(OH)2D наблюдался  промежуточный уровень повреждений, что соответствует частичной компенсации  негативного воздействия стрептозотоцина (рис. 7) [25].

В эксперименте, витамин D приводит к значительному улучшению репродуктивной  функции во фторидной модели бесплодия. В группе животных, получавших фторид  натрия, отмечено значительное снижение количества сперматозоидов (p<0,001), их подвижности (p<0,001), линейной скорости (p<0,01), масса придатка (p<0,05) по  сравнению с интактным контролем. При приёме витамина D наблюдалось значительное  улучшение количества сперматозоидов (p<0,001),  подвижности (p<0,01), линейной скорости (p<0,05) [26] по сравнению с плацебо. Заметим, что в России проблема флюороза весьма актуальна, особенно в центральной  России и восточной Сибири [27]. Гистологический анализ семенников интактной группы показал нормальный  сперматогенез с различными стадиями дифференцировки и созревания, сперматозоидами в просвете семенных канальцев. В модели флюороза  отмечено отсутствие дифференциации и созревания сперматоцитов и инфильтрация в интерстициальной области семенных канальцев. Не найдено зрелых сперматозоидов  в просветах семенных канальцев. При использовании дотаций витамина D обнаружено  улучшение сперматогенной активности: ряд зрелых спермиев обнаружен в просвете канальцев, по сравнению с группой плацебо (рис. 8). 

1,25(OH)2D3 индуцирует быстрое увеличение уровней Ca2+ в 5—10 раз в 80%  подвижных сперматозоидов. Увеличение уровней Ca2+ начиналось в области шейки  сперматозоида и распространялось к головке. Увеличение амплитуды Са2+ при  воздействии 1 нМ 1,25(OH)2D3 составило 40—80% от амплитуды, вызываемой 10 нМ  прогестероном [11] (рис. 9).

Увеличение Са2+, индуцированный 1,25(OH)2D3 был преимущественно наблюдается в  области шейки, с последующим замедленным ростом уровней Са2+ в головке.  Повышение уровней кальция соответствует увеличению подвижности сперматозоидов.

О клинических исследованиях эффектов компенсации дефицита витамина D

Сравнительное исследование пациентов с астенозооспермией (n=107) и контрольной  группы (n=235) показало, что диета, включающая достаточное потребление  антиоксидантных нутриентов, существенснижает риск астенозооспермии. Стиль  питания, включающий высокое потребление витаминов D, Е, С, цинка, фолатов, селена  и полиненасыщенных жирных кислот снижал риск астенозооспермии на 51%  (р=0,004) [28].

Даже в низких дозах (200 МЕ/сут, 3 мес) витамин D в сочетании с кальцием (600 мг/ сут) достоверно улучшал состояние пациентов с идиопатической  олигоастенозооспермией, улучшая, в частности, подвижность сперматозоидов.  Сочетанный приём витамина D и кальция приводил к увеличению количества  подвижных сперматозоидов от 9,8±3,7 млн до 21±7 млн (p<0,05), а долю прогрессивно  подвижных сперматозоидов — от 18±10% до 28±5% (р<0,05) [29]. Как было показано выше, инсулинрезистентность и сахарный диабет 2-го типа (СД2)  способствуют развитию мужского бесплодия. Витамин D является важным фактором в  устранении инсулинрезистентности. Например, мета-анализ 21 проспективного  исследования включил 76 220 участников (4 996 случаев СД2). В квартиле пациентов с самыми высокими уровнями 25(OH)D, относительный риск СД2 составил 0,62 (95%  ДИ 0,54—0,70). Более высокие уровни 25(OH)D были ассоциированы с более низким риском развития  диабета вне зависимости от пола, продолжительности наблюдений, размера выборки,  или метода измерения концентраций 25(OH)D. Увеличение уровней 25(OH)D на каждые  10 нмоль/л соответствовало снижению риска развития СД2 на 4% (95% ДИ 3 —6; p<0,0001) [30] (рис. 10).

В группе 92 обследованных с высоким риском развития СД2 (средний возраст 57 лет,  ИМТ 32 кг/м2, HbA1c — 5,9%), краткосрочное (в течение 16 нед) применение  холекальциферола приводило к достоверному увеличению секреции инсулина (62±39 по сравнению с — 36±37 мЕд/л/мин в контрольной группе, р=0,05) [31]. В  другом исследовании, 80 пациентов с СД1, имевшие уровни 25-гидроксивитамина D  уровне менее 50 нмоль/л, получали 4000 МЕ/сут витамина D3 и 1200 мг/сут кальция в  течение 12 недель. Наблюдалась положительная динамика по снижению уровней  гликированного гемоглобина (p=0,001) [32]. Таким образом, витамин D может успешно  использоваться для профилактики и лечения СД2. В практике  используются водные и маслянные растворы витамина D ориентированные для применения в педиатрии (1 кап. 200 МЕ Бебисан, 1 кап. 500 МЕ Аквадетрим, 1 кап  500 МЕ Вигантол) и таблетированные формы (Ультра-Д в форме жевательных  таблеток, содержащих 1000 МЕ/таб., для использования у пациентов старше 18 лет).  Суточная доза для коррекции у мужчин с репродуктивными проблемами подбирается  индивидуально, начиная с 1000 МЕ и выше до 8000…10000 МЕ/сут. Например, при  назначении витамина в виде таб. Ультра-Д 1000 МЕ оптимальная доза 3000…5000 МЕ/ сут может приниматься за 3 приёма — по 1 таб. 3—5 раз в день. Однако при низкой  приверженности пациентов к терапии рекомендуется суточную дозу давать за 1 приём  — 3000—5000 МЕ/сут утром за завтраком или в обед. 

Заключение

Результаты фундаментальных и клинических исследований показывают важность  обеспеченности организма витамином D для (1) формирования яичек, (2) поддержания  стероид-синтезирующей и других функций яичек, (3) поддержание  функционирования сперматозоидов и, в целом, поддержании фертильности мужского  организма. Совершенно очевидно, что комплексный подход к лечению мужского  бесплодия должен включать коррекцию дефицита витамина D (до достижения уровней  25(OH) D в сыворотке крови, по крайней мере, 30 нг/мл). Коррекция должна быть длительной (6—12 мес), не прерываться в летний период и  ежедневной, включающей приём холекальциферола в дозах 6000—8000 МЕ/сут (при  сочетании с ожирением — до 12000 МЕ/сут в течение 3—6 мес [33]), после чего  используется «поддерживающая» доза (3000—6000 МЕ/сут). Эффектов повышения  качества спермы следует ожидать уже через 2—3 мес. Терапия витамином D должна  проводиться под наблюдением врача-андролога, уролога или эндокринолога. Конечно,  помимо дотаций витамина D, также необходимо нормализовать рацион питания  (особенно по жирам), устранить приём алкоголя, курение и гиподинамию.