Association of blood vitamin D levels with the outcomes of assisted reproductive technology programs

Naimi Z.M.S., Kalinina E.A., Donnikov A.E., Alieva K.U.

Research Center of Obstetrics, Gynecology, and Perinatology, Ministry of Health of Russia, Moscow 117997, Ac. Oparina str. 4, Russia
Objective. To investigate the effect of blood vitamin D levels on embryo implantation and efficiency of assisted reproductive technology (ART) programs.
Subjects and methods. The investigation enrolled 201 patients who met the inclusion criteria. The women were divided into 2 groups according to treatment options: A) 201 patients who had been treated by in vitro fertilization/intracytoplasmic sperm injection (IVF/ICSI) and superovulation and embryo transfer in this cycle; B) 111 patients in whom pregnancy had not occurred in the stimulated cycle and they continued to be treated with cryopreserved/thawed embryo transfer. Serum 25-hydroxyvitamin D (25-OH D) levels were determined in all the patients. According to vitamin D levels, the women were divided into 3 subgroups: 1) blood vitamin D deficiency (< 10 ng/ml); 2) inadequate blood levels of vitamin D (10-29 ng/ml); 3) its normal blood levels (30-100 ng/ml).
Results. In stimulated cycles, embryo implantation and clinical pregnancy occurred in 10 (35.7%) patients in Subgroup 1 with 25-OH D deficiency, in 41 (29.7%) in Subgroup 2, and in 9 (25.7%) in Subgroup 3. In natural-cycle cryopreserved-thawed embryo transfer, pregnancy occurred in 5 (38.5%) patients in Subgroup 1, in 40 (53.3%) in Subgroup 2, and in 17 (73.9%) in Subgroup 3. In unstimulated-cycle cryopreserved-thawed embryo transfer, there was a direct correlation of normal blood vitamin D levels with the higher efficiency in ART programs, i.e. the highest clinical pregnancy rate was observed in the normal vitamin D level group.
Conclusion. In unstimulated-cycle cryopreserved-thawed embryo transfer, the normal blood vitamin D level was associated with successful implantation and higher clinical pregnancy rates.

Keywords

infertility
vitamin D
in vitro fertilization
stimulated cycle
cryopreserved-thawed embryos

Вспомогательные репродуктивные технологии (ВРТ) приобретают все большую значимость в лечении различных форм бесплодия. Согласно определению Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), бесплодие – неспособность к зачатию спустя 12 месяцев регулярной половой жизни без контрацепции [1]. Наиболее успешной и часто используемой методикой ВРТ является экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО), сложный и многоэтапный процесс, каждый «шаг» которого имеет решающее значение для успешного исхода программы в целом [2]. В последние годы отмечается значительный интерес к поиску новых стратегий, позволивших уменьшить число неудач и повысить эффективность в программах ЭКО [3].

Повышение результативности ВРТ невозможно без изучения механизмов регуляции имплантации. Наступление беременности во многом зависит от трех основных составляющих: качества эмбрионов, рецептивности эндометрия и хорошо сбалансированного взаимодействия эмбриона и эндометрия [4]. Достижение оптимальных условий имплантации тем более актуально с внедрением в практику селективного переноса одного эмбриона в полость матки.

Имплантация эмбриона является одной из важных составляющих для наступления беременности, и неудача имплантации остается нерешенной проблемой в программах ВРТ [5]. В двух третях неудач имплантации, основной причиной является нарушение рецептивности эндометрия, в то время как сам эмбрион несет ответственность лишь за одну треть неудач [6, 7]. Поэтому внимание исследователей сконцентрировано на особенностях эндометрия для повышения эффективности ВРТ. Существует две стратегии проведения ВРТ: перенос эмбриона в стимулированном цикле, когда эндометрий испытывает существенные гормональные влияния, связанные со стимуляцией и перенос в естественном цикле, где эндометрий находится в физиологическом состоянии, но требуется криоконсервация и затем размораживание эмбрионов [8, 9].

На сегодняшний день существуют данные о влиянии витамина D на эффективность программ ВРТ. По данным ряда исследований витамин D непосредственно влияет на процессы, участвующие в реализации репродуктивной функции женщины, в частности на имплантацию эмбриона [10]. Витамин D обладает широким диапазоном фундаментальных биологических функций: участвует в поддержании кальциевого гомеостаза, модуляции воспалительных реакций, иммунного ответа, росте и дифференцировке клеток. Метаболиты витамина D осуществляют аутокринную и паракринную функции в контроле пролиферации и дифференцировки клеток. На сегодня активно обсуждаются так называемые «неклассические» эффекты витамина D, среди которых важную роль отводят регуляции фертильности [11].

Хотя важность витамина D в кальций-фосфатном гомеостазе была доказана на раннем этапе его изучения, понимание молекулярной биологии витамина D оставалось нераскрытым до конца 1960-х годов. Важным шагом в разрешении этой проблемы послужило исследование J. Lund, H.F. DeLuca [12], которые изучили этапы метаболизма витамина D и доказали его ядерную локализацию в различных тканях [13, 14]. Последовательность шагов в изучении витамина D способствовала лучшему пониманию многочисленных его ролей в биологических реакциях. В последнее десятилетие не скелетные эффекты витамина D были в центре внимания, и накопленные данные литературы подтверждают идею значимости витамина D для различных органов и систем помимо скелета [15, 16].

Витамин D в результате двух последовательных реакций гидроксилирования при участии ферментов 25- и 1α-гидроксилаз в печени и почках превращается в 1,25-дигидроксивитамин D3. За счет метаболизации в организме витамин D превращается в активную гормональную форму и оказывает многообразные биологические эффекты, взаимодействуя со специфическими рецепторами (VDR), локализованными в ядрах клеток многих тканей и органов [17]. В этом отношении активный метаболит витамина D ведет себя как истинный гормон, в связи с чем и получил название D-гормона.

На женскую фертильность влияние оказывает витамин D3. Рецепторы к витамину D присутствуют во всех репродуктивных тканях, включая эндометрий, миометрий, яичники, цервикальный канал. Оказалось, что витамин в достаточном количестве положительно влияет не только на имплантацию эмбриона, но и на фолликулогенез. При приеме витамина D повышается уровень антимюллерова гормона (АМГ), но не стоит путать этот эффект с увеличением количества антральных фолликулов. Кальцитриол (витамин D3) участвует в выработке 13% прогестерона, 9% эстрадиола и 21% эстрона [18].

Цель исследования: изучить влияние витамина D на имплантацию эмбриона и эффективность программ ВРТ.

Материал и методы исследования

На базе отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия, лаборатории молекулярно-генетических методов и научно-диагностической лаборатории ФБГУ Научный центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова Минздрава России проведено проспективное исследование случай-контроль.

В исследование была включена 201 пациентка, соответствовавшая критериям включения (возраст 18–37 лет, женское бесплодие трубного происхождения, мужской фактор бесплодия с невыраженной патозооспермией, регулярный менструальный цикл, перенос эмбриона на стадии бластоцисты на 5-е сутки после оплодотворения). Критериями исключения были: эндокринный фактор бесплодия, эндометриоз III–IV степени распространения, генетические аномалии, пороки развития половых органов и другие. Женщины были разделены на 2 группы в зависимости от метода лечения: группа А – 201 пациентка, проходившая лечение методом ЭКО/ИКСИ со стимуляцией суперовуляции и переносом эмбриона в этом цикле, группа В – 111 пациенток, у которых беременность не наступила в стимулированном цикле и они продолжили лечение бесплодия методом переноса криоконсервированных/размороженных эмбрионов.

Стимуляция суперовуляции проводилась препаратами гонадотропинов по протоколу с антагонистом гонадотропин-рилизинг гормона со 2–3-го дня менструального цикла. В группе В при проведении переноса криоконсервированных/размороженных эмбрионов всем пациенткам проводилась подготовка эндометрия с назначением эстрогенов и гестагенов.

У пациенток в группе со стимуляцией суперовуляции в день проведения трансвагинальной пункции был определен уровень 25-ОН D в сыворотке крови иммуноферментным методом на иммунохемилюминесцентном анализаторе c использованием набора Vitamin D Total Elecsys, Hoffmann-La Roche. В группе пациенток, проходивших лечение бесплодия методом переноса криоконсервированных/размороженных эмбрионов уровень 25-OH D определялся в день переноса эмбриона. В зависимости от уровня витамина Д в сыворотке крови каждая группа женщин была разделена на 3 подгруппы: I подгруппа – женщины с дефицитом 25-ОН D в крови (<10 ii="" 25-oh="" d="" 10="" 29="" iii="" 25-oh="" d="" 30="" 100="" :="" i="" 28="" ii="" 138="" iii="" 35="" i="" 13="" ii="" 75="" iii="" 23="" p="">

Морфологическая оценка качества эмбрионов была произведена согласно классификации, принятой Istanbul consensus workshop on embryo assessment (ESHRE, 2011) («модифицированная» классификация D. Gardner) [23]. Всем пациенткам переносились эмбрионы только хорошего качества. Количество переносимых эмбрионов не превышало двух.

Исследование было одобрено комитетом по этике ФГБУ НЦАГиП им. В.И. Кулакова Минздрава России. Статистическая обработка данных выполнена с помощью пакета прикладных программ SPSS Statistics 21.0. Для оценки значимости межгрупповых различий применяли тест Стьюдента для 2 независимых выборок. В случае исследования нескольких независимых выборок использовали непараметрический тест Крускала–Уоллиса, при двух выборках – критерий Манна–Уитни для несвязанных совокупностей. Достоверность различий в частоте встречаемости качественных признаков определяли по критерию χ2. Статистически значимыми считались различия при р<0,05. Отношение шансов (ОШ) приведено с 95% доверительным интервалом.

Результаты исследования

Анализ возрастных характеристик пациенток, включенных в исследование, не выявил статистически значимых различий. При анализе весовых характеристик были выявлены достоверные различия в группах.

Пациентки в исследуемых группах были сопоставимы по параметрам овариального резерва (уровень ФСГ, АМГ и количество антральных фолликулов в раннюю фолликулярную фазу по данным ультразвукового исследования органов малого таза) и гормональному профилю. Также не было выявлено статистически значимых различий в частоте распространения гинекологических и экстрагенитальных заболеваний между группами. При оценке репродуктивной функции женщин было выявлено, что случаи первичного и вторичного бесплодия встречались с одинаковой частотой в исследуемых группах. Клинико-анамнестические данные пациенток представлены в табл. 1.

При анализе эмбриологических показателей (табл. 2), таких как количество аспирированных ооцитов, количество зрелых ооцитов, количество незрелых ооцитов, количество бластоцист статистически достоверных различий между группами выявлено не было.

В ходе проведенного исследования не было выявлено значимой корреляции между качеством полученных эмбрионов и уровнем витамина D в крови у женщин в стимулированных циклах. В IА группе с дефицитом 25-OH D эмбрионы хорошего качества (класса А и В по классификации D. Gardner [19]) были получены у 82,6% женщин, во IIА группе – у 84,2% женщин, в IIIА группе – у 83,3% женщин (р>0,05).

В результате исследования были получены данные, свидетельствовавшие о лучшей эффективности программ ВРТ при переносе криоконсервированных/размороженных эмбрионов в сравнении с переносом эмбрионов в стимулированных циклах почти в 3 раза (процент наступления клинической беременности составил 55,9 и 29,9% соответственно, р<0,05, ОШ=2,8).

Наступление клинической беременности в стимулированных циклах, когда эндометрий испытывает существенные гормональные влияния, связанные со стимуляцией (n=201), и в циклах без стимуляции с переносом криоконсервированных/размороженных эмбрионов с гормональной подготовкой эндометрия (n=111) в зависимости от уровня 25-ОН витамина D в сыворотке крови представлено на рисунке.

В IА группе с дефицитом 25-OH D произошла имплантация эмбриона и наступила клиническая беременность у 10 пациенток, что составило 35,7%, во IIА группе – у 41 пациентки (29,7%), в IIIА группе – у 9 пациенток (25,7%), разница статистически не значима (р>0,05).

В IВ группе беременность наступила у 5 пациенток, что составило 38,5%, во IIВ группе – у 40 пациенток, что составило 53,3%, в IIIВ группе – у 17 пациенток, что составило 73,9%, разница статистически значима (р<0,05).

Обсуждение

В настоящем исследовании была выявлена прямая связь между сывороточным уровнем 25-ОН витамина D и индексом массы тела у пациенток в стимулированных циклах, что противоречит литературным данным и требует дальнейших исследований в этом направлении для выявления причинно-следственных связей [20, 21].

Исходя из полученных данных, в циклах без стимуляции при переносе криоконсервированных/размороженных эмбрионов наблюдалась прямая связь между уровнем витамина D в сыворотке крови и увеличением эффективности в программах ВРТ, то есть наибольшая частота успешной имплантации и наступления клинической беременности наблюдалась в группе с нормальным уровнем витамина D. Средний уровень витамина D был достоверно выше в каждой из групп, в которой наступила клиническая беременность, в сравнении с группами, где беременность не наступила.

В стимулированных циклах прослеживалась обратная связь между нормальным уровнем витамина D в крови и эффективностью программ ВРТ, в частности успешной имплантацией и наступлением клинической беременности, но полученные данные не достоверны.

Учитывая лучшую эффективность циклов без стимуляции суперовуляции с переносом криоконсервированных/размороженных эмбрионов у пациенток с нормальным уровнем витамина D, который способствует успешной имплантации эмбриона и реализации репродуктивной функции женщины, возможно, целесообразна нормализация витамина D у женщин с его дефицитом и недостаточностью, в качестве подготовки к программе ВРТ. Более низкая эффективность стимулированных циклов и нарушение связи между наступлением беременности и нормальным уровнем витамина D в крови в таких циклах могут свидетельствовать о негативном влиянии стимуляции на уровень витамина D в крови, и как следствие, уменьшение частоты имплантации эмбриона и в целом эффективности программ ВРТ. Возможно, происходит блокировка рецепторов витамина D (VDR), что опосредовано суперфизиологическими уровнями эстрадиола и прогестерона при стимуляции во время фолликулярной фазы, что приводит к обратной связи частоты наступления клинической беременности и нормального уровня витамина D в крови. В конечном итоге, эти физиологические изменения могут влиять на эффективность лечения бесплодия. Эти колебания уровня гормонов и витамина D могут приводить к асинхронности между готовностью эндометрия и переносом эмбрионов, что может служить причиной неудачи имплантации, и требует дальнейших исследований [6–8].

Заключение

В циклах без стимуляции суперовуляции с переносом криоконсервированных/размороженных эмбрионов нормальный уровень витамина D в сыворотке крови способствует успешной имплантации и повышает частоту наступления клинической беременности. Исходя из этого, назначение витамина D пациенткам с его дефицитом и недостаточностью в качестве предварительной подготовки к переносу криоконсервированных/размороженных эмбрионов может быть целесообразно для успешной имплантации и повышения эффективности в программах ВРТ.

Supplementary Materials

  1. Picture. Efficiency of ART programmes depending on vitamin D level in blood
  2. Table 1. Clinical characteristics of patients under research
  3. Table 2. Embriological parameters of patients under research

References

1. Zegers-Hochschild F., Adamson G. D., de Mouzon J., Ishihara O., Mansour R., Nygren K. et al. The International Committee for Monitoring Assisted Reproductive Technology (ICMART) and the World Health Organization (WHO) Revised Glossary on ART Terminology, 2009. Hum. Reprod. 2009; 24(11): 2683-7.

2. Lledo B., Ortiz J.A., Llacer J., Bernabeu R. Pharmacogenetics of ovarian response. Pharmacogenomics. 2014; 15(6): 885-93.

3. Maslova M.A., Smolnikova V.Yu., Donnikov A.E., Burmenskaya O.V., Demura T.A., Tabolova V.K., Korneeva I.E. Estimation of the importance of endometrial molecular genetic markers in predicting the outcome of in vitro fertilization pregnancy. Akusherstvo i ginekologiya/Obstetrics and Gynecology. 2015; (3): 21-5. (in Russian)

4. Kuzmichev L.N., Smolnikova V.Yu., Kalinina Ye.A., Dyuzheva Ye. V. The principles of complex evaluation and preparation of the endometrium in patients of assisted reproductive technology programs. Akusherstvo i ginekologiya/Obstetrics and Gynecology. 2010; (5): 32-6. (in Russian)

5. Kulakov V.I., Leonov B.V., Kuzmichev L.N. Treatment of female and male infertility. Moscow: MIA; 2005: 125-35. (in Russian)]

6. Evans J., Hannan N.J., Hincks C., Rombauts L.J., Salamonsen L.A. Defective soil for a fertile seed? Altered endometrial development is detrimental to pregnancy success. PLoS One. 2012; 7(12): e53098.

7. Shapiro B.S., Daneshman S.T., Garner F.C., Aguirre M., Hudson C., Thomas S. High ongoing pregnancy rates after deferred transfer through bipronuclear oocyte cryopreservation and post-thaw extended culture. Fertil. Steril. 2009; 92(5): 1594-9.

8. Shapiro B.S., Daneshmand S.T., Garner F.C., Aguirre M., Thomas S. Large blastocyst diameter, early blastulation, and low preovulatory serum progesterone are dominant predictors of clinical pregnancy in fresh autologous cycles. Fertil. Steril. 2008; 90(2): 302-9.

9. Richter K.S., Shipley S.K., McVearry I., Tucker M.J., Widra E.A. Cryopreserved embryo transfers suggest that endometrial receptivity may contribute to reduced success rates of later developing embryos. Fertil. Steril. 2006; 86(4): 862-6.

10. Lerchbaum E., Obermayer-Pietsch B. Vitamin D and fertility: a systematic review. Eur. J. Endocrinol. 2012; 166(5): 765-78.

11. Wagner C.L., Taylor S.N., Dawodu A., Johnson D.D., Hollis B.W. Vitamin D and its role during pregnancy in attaining optimal health of mother and fetus. Nutrients. 2012; 4(3): 208-30.

12. Lund J., DeLuca H.F. Biologically active metabolite of vitamin D3 from bone, liver, and blood serum. J. Lipid Res. 1966; 6(7): 739-44.

13. Rajakumar K. Vitamin D, cod-liver oil, sunlight, and rickets: a historical perspective. Pediatrics. 2003; 112(2): e132-5.

14. Christakos S., Dhawan P., Benn B., Porta A., Hediger M., Oh G.T. et al. Vitamin D: molecular mechanism of action. Ann. N. Y. Acad. Sci. 2007; 1116: 340-8.

15. Kovacs C.S. Vitamin D in pregnancy and lactation: maternal, fetal, and neonatal outcomes from human and animal studies. Am. J. Clin. Nutr. 2008; 88(2): 520S-8S.

16. Merewood A., Mehta S.D., Chen T.C., Bauchner H., Holick M.F. Association between vitamin D deficiency and primary cesarean section. J. Clin. Endocrinol. Metab. 2009; 94(3): 940-5.

17. Christakos S., Ajibade D.V., Dhawan P., Fechner A.J., Mady L.J. Vitamin D: metabolism. Endocrinol. Metab. Clin. North Am. 2010; 39(2): 243-53.

18. Holmes V.A., Barnes M.S., Alexander H.D., McFaul P., Wallace J.M. Vitamin D deficiency and insufficiency in pregnant women: a longitudinal study. Br. J. Nutr. 2009; 102(6): 876-81.

19. Alpha Scientists in Reproductive Medicine and ESHRE Special Interest Group of Embryology. The Istanbul consensus workshop on embryo assessment: proceedings of an expert meeting. Hum. Reprod. 2011; 26(6): 1270-83.

20. Wortsman J., Matsuoka L.Y., Chen T.C., Lu Z., Holick M.F. Decreased bioavailability of vitamin D in obesity. Am. J. Clin. Nutr. 2000; 72(3): 690-3.

21. Foss Y.J. Vitamin D deficiency is the cause of common obesity. Med. Hypotheses. 2009; 72(3): 314-21.

Received 20.05.2016

Accepted 27.05.2016

About the Authors

Naimi Zokhra Mokhamad Sami, graduate student of department of assisted reproductive technology in treating sterility, Research Center of Obstetrics, Gynecology, and Perinatology, Ministry of Health of Russia. 117997, Russia, Moscow, Ac. Oparina str. 4. Tel.: +74954382501. E-mail: naimi-zohra@mail.ru
Kalinina Elena Anatolievna, MD, the chief of department of assisted reproductive technology in treating sterility, Research Center of Obstetrics, Gynecology, and Perinatology, Ministry of Health of Russia. 117997, Russia, Moscow, Ac. Oparina str. 4. Tel.: +74954381341. E-mail: e_kalinina@oparina4.ru
Donnikov Andrew Evgenievich, PhD, Leading Researcher of molecul-genetical laboratory, Research Center of Obstetrics, Gynecology, and Perinatology, Ministry of Health of Russia. 117997, Russia, Moscow, Ac. Oparina str. 4. Tel.: +74954381341. E-mail: a_donnikov@oparina4.ru
Alieva Kamila Ullubievna, PhD, Researcher of department of assisted reproductive technology in treating sterility, Research Center of Obstetrics, Gynecology, and Perinatology, Ministry of Health of Russia. 117997, Russia, Moscow, Ac. Oparina str. 4. Tel.: +74954381341. E-mail: kaya79@mail.ru

For citations: Naimi Z.M.S., Kalinina E.A., Donnikov A.E., Alieva K.U. Association of blood vitamin D levels with the outcomes of assisted reproductive technology programs. Akusherstvo i ginekologiya/Obstetrics and Gynecology. 2016; (8): 93-98. (in Russian)
http://dx.doi.org/10.18565/aig.2016.8.93-98

Similar Articles

By continuing to use our site, you consent to the processing of cookies that ensure the proper functioning of the site.