Experimental justification of laser therapy efficiency of men's infertility

Full Text

Введение

Мужское бесплодие представляет собой многофакторный синдром, включающий широкий спектр нарушений, симптом множества различных патологических состояний, затрагивающих как половую, так и другие системы организма: эндокринную, нервную, кровеносную, иммунную (табл. 1) [1–3].

Согласно рекомендациям ВОЗ (2000) выделяют 16 основных нозологий [4], каждая из которых, в свою очередь, включает до нескольких десятков конкретных патогенетических факторов, 4 из 16 диагнозов являются описательными, без указания на истинную причину: идиопатическая олиго-, астено-, терато- и азооспермия. Причины снижения мужской репродуктивной функции представлены в таблице 1.

 

Таблица 1. Причины снижения мужской репродуктивной функции [1–3, 5–7]

Нарушения эякуляции	• анэякуляция • ретроградная эякуляция • сексуальная дисфункция
Воздействие окружающей среды	• перегревание • психологические стрессы • вибрация • неионизирующее электромагнитное излучение (СВЧ, мобильные телефоны) • вредные привычки ◦ курение ◦ злоупотребление алкоголем ◦ ожирение ◦ сидячий образ жизни ◦ опиаты (героин, морфин, метадон) • химическое загрязнение ◦ тяжелые металлы (свинец, кадмий, ртуть) ◦ синтетические эстрогены (диэтилстильбэстрол, пероральные контрацептивы) ◦ эфиры гликолевой кислоты, входящие в состав лаков и красок (2-метоксиэтанол, 2-этоксиэтанол) ◦ пестициды (дибромхлорпропан, этилендибромид) ◦ растворители (дисульфид углерода) ◦ хлорорганические соединения (диоксины, полихлорированные бифенилы, бифураны) • ятрогенные (вызванные различными методами лечения) ◦ химиотерапия (цитостатики) ◦ ионизирующее облучение ◦ лекарственные средства (циметидин, сульфасалазин, спиронолактон, нитрофурантоин, нирадозол, колхицин) ◦ экзогенные гормоны (кортикостероиды, антиандрогены, агонисты ГнРГ, анаболические стероиды, гестагены) • хирургические вмешательства (простатэктомия, вазорезекция, кисто- и гидроцелэктомия)
Приобретенные	• тестикулярные травмы • инфекции • простатит • эпидидимит • орхит • рак яичка • системные заболевания (диабет, хроническая почечная недостаточность) • гипотиреоз • аутоиммунные реакции против сперматозоидов • злокачественные новообразования • возраст (старше 40 лет)
Анатомические	• варикоцеле • обструктивная азооспермия • недоразвитие семявыносящего протока • недостаточность придатка яичка
Аномалии развития и строения	• специфические генетические синдромы ◦ синдром Клайнфельтера ◦ муковисцидоз ◦ микроделеции Y-хромосомы ◦ транслокации хромосом • крипторхизм • недостаточность половых желез (гипергонадотропный гипогонадизм) • синдром клеток Сертоли • нарушение транспорта спермы (парез семявыносящих путей)
Нарушения качества спермы	• гипосперматогенез (арест сперматогенеза) • аномалии строения сперматозоидов
Гормональные причины и нечувствительность к андрогенам	• гипогонадотропный гипогонадизм • гиперпролактинемия • синдром нечувствительности к андрогенам
Идиопатические причины	• полиморфизм генов и точечные мутации?

 

Сексуально активная пара, не предохраняющаяся в течение года и не имеющая детей, по данным ВОЗ, расценивается как бесплодная. В течение первого года около 25 % супружеских пар не достигают беременности. Из них 15 % обращаются за медицинской помощью, а менее 5 % так и не добиваются успеха. В половине случаев бесплодие пары обусловлено нарушением фертильности мужчины. Причинами мужского бесплодия могут быть врожденные и приобретенные аномалии половых органов, инфекции мочеполовой системы, повышение температуры мошонки (варикоцеле), эндокринные нарушения, генетические аномалии и иммунологические факторы [8].

Высказывается мнение, что большая часть идиопатических форм генетически обусловлена мутациями и полиморфизмом многих генов [1]. Однако на самом деле это всего лишь гипотеза, не имеющая строгих доказательств и требующая детального изучения [9]. Безусловно, какие-то патологии связаны именно с мутацией, то есть повреждением ДНК, но нет сомнений в том, что в подавляющем большинстве случаев это лишь результат эпигенетических изменений генома, носящих обратимый характер [10]. В то же время известно, что низкоинтенсивный лазерный свет не только эффективно защищает клетки от повреждения ДНК различными физическими и химическими патогенными факторами, но и способен активировать «нужные» гены, что используется в селекции [11].

Наиболее вероятно, что такой разброс данных обусловлен различиями в способах оценки состояния пациентов, используемых методов диагностики, наличия или отсутствия той или иной аппаратуры. Безусловно, влияние оказывает и то, в какой стране проводились исследования. Однако вполне уверенно можно говорить о том, что ведущими факторами, которые оказывают наибольшее влияние на мужскую фертильность, являются последствия урогенитальных инфекций, в том числе вирусных [12–14], и связанные с этим нарушения иммунной системы, патологии яичек и предстательной железы (варикоцеле, эпидидимоорхит, простатит) [15–19], а также эндокринные нарушения [20, 21]. Хронический неспецифический простатит (ХНП), по разным данным, вызывает инфертильность в 52–76 % случаев [22–25]. При этом, несмотря на активные споры и обсуждения темы наличия/отсутствия «полноценной» диагностики, факт идиопатических нарушений качества спермы в более чем половине случаев мужского бесплодия не вызывает сомнений. Следовательно, именно неспецифические методы лечения, направленные на «общее оздоровление», запускающие механизмы саногенеза, восстановление нарушенного гомеостаза и нормального физиологического регулирования, в первую очередь должны рассматриваться клиницистами как базовые.

Диагностика мужского бесплодия основана на комплексной оценке состояния мужской репродуктивной системы, проводится в известной последовательности с применением анамнестического, клинического, лабораторных и специальных методов обследования. На сегодня существует большое разнообразие диагностических методов обследования [8], хотя в целом вопросы диагностики нуждаются в более глубокой и всесторонней проработке.

Наиважнейшей составляющей лечения является устранение потенциально вредных факторов окружающей среды, работы и образа жизни. При некоторых аномалиях, например, крипторхизме, травмах, инфекциях, действии токсических веществ и лекарственных препаратов, бесплодие можно предотвратить. Для восстановления фертильности мужчин необходимо:

• наладить нормальный ритм труда и отдыха, полноценное питание, лечение сопутствующих заболеваний, ритм половой жизни;
• исключить перегревание, снизить физические нагрузки при занятиях экстремальными видами спорта;
• устранить факторы, вызывающие депрессию, состояние страха, неврозы.

Выполнение этих условий во многих случаях способствует улучшению показателей спермограммы [1, 2, 8], следовательно, в большинстве случаев причиной заболевания служат неспецифические нарушения физиологических процессов, влияющих на сперматогенез.

К сожалению, этиотропное и патогенетическое лечение, дающее хорошие результаты, в большинстве случаев неприменимо по причине невозможности однозначного установления специфической причины возникновения заболевания и недостаточности знаний в части механизмов развития болезни. В.А. Божедомов и др. (2013) [1], критикуя «эмпирическую», то есть неспецифическую, терапию за неэффективность (правда, не упоминая физиотерапию, в том числе лазерную, а также курортологию), указывают на необходимость проведения «третичной профилактики» с целью уменьшения осложнений после применения других методов лечения.

Обращает на себя внимание то обстоятельство, что практически ни в одном обзоре литературы и монографиях, посвященных мужскому бесплодию, нет упоминания о физиотерапевтических методах лечения. Тем не менее лазерная терапия, активно развивающаяся в последние годы, не только не имеет противопоказаний и побочных эффектов, но и обладает ярко выраженными протекторными свойствами [11] и, самое главное, демонстрирует высочайшую эффективность лечения во многих областях медицины, в том числе в акушерстве и гинекологии [26], андрологии и урологии [27–29], рекомендуется как составная часть комплексного решения проблемы бесплодия [16], то есть успешно применяется именно теми специалистами, которые так или иначе сталкиваются с проблемой бесплодия.

Во многих случаях бездетный брак — проблема именно семейной пары [16], но вполне очевидно, что для изучения вопросов взаимодействия сторон необходимо максимально подробно разобраться в соответствующих нарушениях, присущих каждому полу, а также обосновать возможность использования лазерной терапии. Поэтому в данной статье рассматривается только мужское бесплодие, но с перспективой изучения вопроса возможного влияния низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ) на женскую фертильность, в том числе в рамках решения некоторых вопросов, возникающих при экстракорпоральном оплодотворении (ЭКО).

Понимание биомодулирующих процессов, происходящих в результате поглощения НИЛИ и лежащих в основе методологии лазерной терапии (ЛТ), позволило обосновать многие методики, а также оптимизировать уже известные в разных областях медицины. Первичный механизм биомодулирующего действия НИЛИ заключается в ответной реакции организма на неспецифическое, то есть не связанное с конкретными акцепторами, поглощение лазерного света в различных клетках, в результате чего инициируется кратковременное повышение концентрации ионов кальция в цитозоле, распространение волн повышенной концентрации Ca2+ как в клетках, так и в различных биотканях. Затем развивается ответная реакция организма (вторичные механизмы), которая начинается с активации Ca2+-зависимых процессов [30, 31].

Экспериментальные исследования

Воздействовать лазерным лучом для изучения различных физиологических процессов, определяющих, в частности, подвижность сперматозоидов, начали чуть ли не с момента появления лазеров [32]. Многочисленные исследования подтверждают положительное влияние НИЛИ на сперматозоиды различных животных, увеличивается их подвижность и содержание аденозинтрифосфата (АТФ) [33–41], повышается продолжительность жизни клеток и вероятность оплодотворения. Именно повышение концентрации Ca2+, в том числе вызванное лазерным освечиванием, стимулирует работу митохондрий и синтез АТФ [31], что играет ключевую роль в обеспечении подвижности сперматозоидов. Указывается также на связь между Ca2+-зависимым высвобождением NO в освечиваемых сперматозоидах (оптимальная экспозиция — 5 мин) с повышением их активности, хотя, вероятнее всего, это лишь вторичный эффект.

Большинство экспериментов проводилось in vitro, но есть и исключения. В частности, M.D. Porras et al. (1986) показали увеличение числа сперматогониев и активацию сперматогенеза после воздействия непрерывным ИК НИЛИ на яички. Также сообщается о значительном увеличении производства тестостерона интерстициальными клетками яичек мышей (клеток Лейдига) вследствие лазерного освечивания красным непрерывным НИЛИ с длиной волны 633 нм [42, 43].

В одной из работ [44] лазерное освечивание непрерывным НИЛИ с длиной волны 830 нм в модулированном режиме (мощность — 30 мВт, частота — 300 Гц) осуществляли непосредственно на семенники крыс линии Вистар, продемонстрирован как стимулирующий, так и ингибирующий эффекты сперматогенеза в зависимости от плотности мощности и экспозиции лазерного света. Ошибки предшественников через много лет повторили с непонятной целью другие авторы, уже воздействуя с совершенно неприемлемыми параметрами на яички баранов и получив вполне ожидаемый отрицательный результат [45]. Из этих работ можно сделать два важных вывода: не нужно концентрировать лазерный луч в точку, а также светить более 1,5 мин. Также не трудно понять, что воздействие УФ-светом высокой интенсивности губительно для клеток. Поэтому к выбору параметров лазерного освечивания с целью активизации жизненных процессов требуется подходить с осторожностью и предварительно их обосновывать.

Исследования группы авторов указывают на прямую связь между повышением внутриклеточной концентрации Ca2+ и стимулированием оплодотворяющей способности сперматозоидов как животных, так и человека [39, 46]. Необходимо заметить, что в ряде работ делаются ошибочные выводы о ведущей роли активных форм кислорода (АФК) в стимулировании НИЛИ различных процессов [46], однако это совершенно не так. АФК — это лишь вторичные продукты активированного лазерным светом клеточного метаболизма [31], то есть следствие, а не причина.

Лазерная стимуляция является более эффективной и менее затратной технологией, которая может быть использована на достаточно хорошей научной основе для совершенствования искусственного осеменения и эффективности эмбриональных систем [33]. В результате лазерного освечивания in vitro повышается качество спермы быков, кроликов и птицы, используемой после длительного хранения в замороженном состоянии: увеличивается проникающая способность сперматозоидов (капацитация), индуцируется их акросомная реакция при снижении процента погибших клеток [38, 47–49].

Необходимо обратить внимание на исследование, в котором показано, что лазерное освечивание непрерывным НИЛИ красного спектра (633 нм, 10 мВт, площадь светового пятна — 0,125 см2, экспозиция — 1–5 с) незрелых ооцитов коров in vitro негативно сказывается на процессе их созревания [50], хотя такого не наблюдалось в других аналогичных исследованиях. Возможно, все дело в параметрах методик освечивания и различиях в экспериментальных моделях, и этот вопрос еще нужно изучать. То, что воздействие лазерным светом с высокой энергетической плотностью может навредить, в том числе погубить зародыш, известно давно. Для обеспечения безопасной работы с лазерами необходимо руководствоваться соответствующими нормативными документы, данными многочисленных исследований и здравым смыслом, в конце концов.

Вероятно, имеет значение и тот известный факт, что обязательным условием оплодотворения является возникновение и прохождение по всему объему яйцеклетки десятков (до 50) волн повышенной концентрации ионов кальция, высвобождающегося исключительно из депо эндоплазматического ретикулума [51]. Механизмы реализации и физиологическая необходимость этого процесса неизвестны до сих пор, хотя активно изучаются много лет, но понятно одно, что НИЛИ реализует свои биомодулирующие свойства именно через активацию Ca2+-зависимых внутриклеточных реакций, воздействуя на те же самые депо кальция. Следовательно, лазерное освечивание потенциально может препятствовать оплодотворению. Возможно, такие специфические, характерные только для ооцитов процессы каким-то образом связаны с их созреванием или какими-то отдельными его этапами. Пока это неизвестно, будем придерживаться той точки зрения, что использовать любые технологии лазерного воздействия на ооциты и яйцеклетку преждевременно.

Данные исследований, проводимых для целей животноводства, могут быть применены и в медицине. Более того, есть вполне убедительные доказательства, что низкоинтенсивный, как лазерный, так и некогерентный, свет позволяет существенно повысить выживаемость, подвижность и скорость перемещения сперматозоидов человека [52–55].

Выбор оптимальной длины волны и режима работы лазера для различных способов воздействия

В большинстве исследований на животных освечивание проводилось практически только непрерывным НИЛИ в красном (633–650 нм), значительно реже в других спектральных диапазонах (табл. 2).

 

Таблица 2. Длины волн источников света в экспериментальных исследованиях по изучению свойств сперматозоидов

Длина волны, нм	Ссылки
532	Abdel-Salam Z. et al., 2011 [34]
633–637	Гизингер О.А., Францева О.В., 2016 [52]; Cohen N. et al., 1998 [46]; Dreyer T.R. et al., 2011 [37]; Dobrin N. et al., 2015 [47]; Iaffaldano N. et al., 2013 [38]; Ocaña-Quero J.M. et al., 1995 [50], 1997 [49]; Siqueira A.F.P. et al., 2016 [41]
647	Sato H. et al., 1984 [40]
655–660	Corral-Baqués M.I. et al., 2005 [35], 2009 [36]; Fernandes G.H.C. et al., 2015 [48]
780	Lubart R. et al., 1997 [39]
890–904	Горюнов С.В., 1995 [53], 1996 [54]; Firestone R.S. et al., 2012 [55]

 

Однако лазерный свет с такими параметрами невозможно или почти невозможно достаточно эффективно использовать в клинике в силу чисто биофизических особенностей (небольшая глубина оказываемого влияния). Частично проблема решается применением различного рода световодов для доставки световой энергии в нужное место через полости, например, ректальное освечивание предстательной железы, но полноценное применение ЛТ возможно только при использовании импульсного НИЛИ красного и инфракрасного (ИК) спектра [31, 56]. Важно, что качественно общие закономерности, полученные из экспериментальных исследований, воспроизводятся и в клинике.

Лишь в одной работе использовали импульсный ИК-лазер (длина волны — 905 нм) мощностью 50 Вт (длительность импульса — 200 нс), плотность мощности — 50 Вт/см2, причем даже при далеко неоптимальной (мягко говоря) частоте 10 000 Гц наблюдали повышение подвижности и отсутствие повреждений ДНК. Вероятно, положительный результат был получен вследствие небольшой экспозиции (30 с), причем он отсутствовал при нормо- и астеноспермии, а наблюдался, и весьма значительный (в 8,4 раза), только при олигоастенотератозооспермии через 30 мин после лазерного освечивания [55]. Это подтверждает известное мнение, что степень влияния НИЛИ коррелирует с выраженностью имеющихся нарушений [31]. Негативного влияния на ДНК не могло быть в принципе даже при таких явно завышенных энергетических параметрах.

Отсутствие повреждения ДНК сперматозоидов человека подтверждено также для непрерывного НИЛИ красного спектра (длина волны — 633 нм), даже несмотря на то, что при достаточно высокой плотности мощности (31 мВт/см2) освечивание проводили в течение 30 мин (!). Более того, подвижность сперматозоидов даже незначительно выросла.

С.В. Горюнов (1995, 1996) [53, 54] показал, что оптимальная экспозиция как для длины волны НИЛИ 633 нм (непрерывный режим), так и для 890 нм (импульсный режим), при которой в наибольшей степени возрастает подвижность сперматозоидов, их окислительная активность и клеточный метаболизм, составляет 5 мин, при этом импульсный режим несколько эффективнее даже с учетом того, что лазерный свет в данном ИК-спектральном диапазоне хуже поглощается, чем в красном.

В отношении выбора оптимальной длины волны мнения расходятся. Например, показано, что при освечивании in vitro подвижность сперматозоидов у мужчин с астенозооспермией повышается в среднем в 4–5 раз почти независимо от длины волны источника света (470, 625, 660 и 850 нм), а при изучении интенсивности дыхания сперматозоидов морских червей выявлена выраженная спектральная зависимость в диапазоне длин волн 35–650 нм (максимум эффективности в диапазоне 400–430 нм) (рис. 1). P. Gabel et al. (2009) убеждены, что на результат влияют все параметры воздействия: длина волны, мощность, экспозиция и когерентность [57].

 

Рис. 1. Интенсивность дыхания сперматозоидов морских червей

 

Хотелось бы также обратить внимание на то, что все закономерности показаны при непосредственном воздействии на сперматозоиды in vitro, а при воздействии на организм пациента необходимо учитывать также и анатомические особенности тела человека. Исходя из известных обобщенных соображений, в частности понимания биофизики процессов поглощения и рассеяния лазерного света, для клинической практики чаще всего выбирают длину волны 635 нм (красный спектр) при воздействии на ткани и органы, расположенные на глубине до 5 см, и 890–904 нм (ИК-спектр) при более глубоком их залегании (до 15 см) [31, 51].

Выбор данных спектральных диапазонов определяется также тем, что именно в областях 600–650 и 850–900 нм наиболее выражено поглощение света сперматозоидами [48, 49].

Вывод

Экспериментальные исследования позволяют предположить перспективность применения лазерной терапии для лечения мужчин с различными формами бесплодия.

About the authors

Sergej V. Moskvin

State Scientific Center of Laser Medicine of FMBA of Russia

Author for correspondence.
Email: 7652612@mail.ru

doctor of biological science, candidate of technical science, leading researcher

Russian Federation, Moscow

Sergej Ju. Borovets

I.P. Pavlov First Saint Petersburg State Medical University

Email: sborovets@mail.ru

doctor of medical science, professor, department of urology

Russian Federation, Saint Petersburg

Viktor A. Toropov

I.P. Pavlov First Saint Petersburg State Medical University 

Email: toropov-1990@mail.ru

postgraduate, department of urology

Russian Federation, Saint Petersburg

References

Supplementary files