background image

 

Normal menstrual cycle 

 

Introduction 
The  external  manifestation  of  a  normal  menstrual

  cycle  is  the  presence  of  regular 

vaginal  bleeding.  This

  occurs  as  a  result  of  the  shedding  of  the  endometrial  lining 

following  failure  of  fertilization  of  the  oocyte  or  failure  of  implantation.  The  cycle 
depends  on  changes  occurring  within the ovaries and fluctuation  in  ovarian hormone 
levels,  that  are  themselves  controlled  by  the  pituitary  and  hypothalamus,  the 
hypothalamo

–pituitary–ovarian axis (HPO) 

 

Hypothalamus 

The  hypothalamus  in  the  forebrain  secretes  the  peptide  hormone  gonadotrophin-
releasing  hormone  (GnRH),  which  in  turn  controls  pituitary  hormone  secretion. 
GnRH  must  be  released  in  a  pulsatile  fashion  to  stimulate  pituitary  secretion  of 
luteinizing hormone (LH) and follicle stimulating hormone (FSH). If GnRH is given 
in a constant high dose, it desensitizes the GnRH receptor and reduces  LH and  FSH 
release. 
 

Pituitary gland 

GnRH stimulation of the basophil cells in the anterior pituitary gland causes synthesis 
and release of the gonadotrophic hormones, FSH and LH. This process is modulated 
by  the  ovarian  sex  steroid  hormones  oestrogen  and  progesterone.  Low  levels  of 
oestrogen  have  an  inhibitory  effect  on  LH  production  (negative  feedback),  whereas 
high  levels  of  oestrogen  will  increase  LH  production  (positive  feedback).  The  high 
levels  of  circulating  oestrogen  in  the  late  follicular  phase  of  the  ovary  act  via  the 
positive feedback mechanism to generate a periovulatory LH surge from the pituitary. 
Unlike  oestrogen,  low  levels  of  progesterone  have  a  positive  feedback  effect  on 
pituitary  LH  and  FSH  secretion  (as  seen  immediately  prior  to  ovulation)  and 
contribute to the FSH surge. High levels of progesterone, as seen in the luteal phase, 
inhibit  pituitary  LH  and  FSH  production.  Positive  feedback  effects  of  progesterone 
occur  via  increasing  sensitivity  to  GnRH  in  the  pituitary.  Negative  feedback  effects 
are  generated  through  both  decreased  GnRH  production  from  the  hypothalamus  and 
decreased sensitivity to GnRH in the pituitary. It is known that progesterone can only 
have these effects on gonadotropic hormone release after priming by oestrogen.  
Inhibin and activin are peptide hormones produced by granulosa cells in the ovaries, 
with  opposing  effects  on  gonadotrophin  production.  Inhibin  inhibits  pituitary  FSH 
secretion, whereas activin stimulates it. 
          


background image

                                         

 

 

Ovary 

Ovaries with developing oocytes are present in the female fetus from an early stage of 
development. By the end of the second trimester 

in utero, the number of oocytes has 

reached a maximum and they arrest at the first prophase step in meiotic division. No 
new oocytes are formed during the female lifetime.
 
With the onset of menarche, the primordial follicles containing oocytes will  activate 
and grow in a cyclical fashion, causing ovulation and subsequent menstruation in the 
event of non-fertilization. In the course of a normal menstrual cycle, the ovary will go 
through three phases: 

Follicular phase 

Ovulation 

Luteal phase. 

 

Follicular phase 

The initial stages of follicular development are independent of hormone stimulation. 
FSH levels rise in the first days of the menstrual cycle, when oestrogen, progesterone 
and  inhibin  levels  are  low.  This  stimulates  a  cohort  of  small  antral  follicles  on  the 
ovaries to grow. 
Within the follicles, there are two cell types which are involved in the processing of 
steroids,  including  oestrogen  and  progesterone.  These  are  the  theca  and  the 
granulosa  cells,  which  respond  to  LH  and  FSH  stimulation,  respectively.  LH 
stimulates  production  of  androgens  from  cholesterol  within  theca  cells.  These 
androgens are converted into oestrogens by the process of aromatization in granulosa 
cells, under the influence of FSH. 
Both FSH and LH are required to generate a normal cycle with adequate amounts of 
oestrogen. 
As the follicles grow and oestrogen secretion increases, there is negative feedback on 
the pituitary

  to decrease FSH secretion. This assists in the selection of one follicle to 

continue in its development towards ovulation 

– the dominant follicle. In the ovary, 

the follicle which has the most efficient aromatase

 activity and highest concentration 

of FSH-induced  LH receptors will be the most likely to  survive as FSH levels  drop, 
while smaller follicles will undergo atresia
The  dominant  follicle  will  go  on  producing  oestrogen  and  also  inhibin,  which 
enhances androgen synthesis under LH control. 


background image

There  are  other  autocrine  and  paracrine  mediators  playing  a  role  in  the  follicular 
phase of the menstrual cycle. These include inhibin and activin.  
Insulin-like  growth  factors  (IGF-I,  IGF-II)  act  as  paracrine  regulators.  Circulating 
levels  do  not  change  during  the  menstrual  cycle,  but  follicular  fluid  levels  increase 
towards ovulation, with the highest level found in the dominant follicle. 
In  the  follicular  phase,  IGF-I  is  produced  by  theca  cells  under  the  action  of  LH.

 

Within the theca, IGF-I augments LH-induced steroidogenesis. 
In  granulosa  cells,  IGF-I  augments  the  stimulatory  effects  of  FSH  on  mitosis, 
aromatase activity and inhibin production. In the preovulatory follicle, 
IGF-I enhances LH-induced progesterone production from granulosa cells. Following 
ovulation, IGF-II is produced from luteinized granulosa cells, and acts in an autocrine 
manner to augment LH-induced proliferation of granulosa cells. 
Kisspeptins  are  proteins  which  have  more  recently  been  found  to  play  a  role  in 
regulation of the HPO axis, via the mediation of the metabolic hormone leptin

’s effect 

on the hypothalamus. Leptin is thought to be key in the relationship between energy 
production, weight and reproductive health. Mutations in the kisspeptin receptor, are 
associated with delayed or absent puberty,  
 

Ovulation 

By  the  end  of  the  follicular  phase,  which  lasts  an  average  of  14  days,  the  dominant 
follicle has grown to approximately 20 mm in diameter. As the follicle matures, FSH 
induces LH receptors on the granulose cells and prepare for the signal for ovulation. 
Production of oestrogen  increases  until  they reach the necessary threshold to exert a 
positive  feedback  effort  on  the  hypothalamus  and  pituitary  to  cause  the  LH  surge
This  occurs  over  24

–36  hours,  during  which  time  the  LH-induced  luteinization  of 

granulosa  cells  in  the  dominant  follicle  causes  progesterone  to  be  produced,  adding 
further  to  the  positive  feedback  for  LH  secretion  and  causing  a  small  periovulatory 
rise  in  FSH.  Androgens,  synthesized  in  the  theca  cells,  also  rise  around  the  time  of 
ovulation . 
The LH surge is one of the best predictors of imminent ovulation, 
The  LH  surge  has  another  function  in  stimulating  the  resumption  of  meiosis  in  the 
oocyte just prior to its release. 
The  physical  ovulation  of  the  oocyte  occurs  after  breakdown  of  the  follicular  wall 
occurs under the influence of LH, FSH and progesterone controlled 
proteolytic  enzymes,  such  as  plasminogen  activators  and  prostaglandins.  There 
appears to be an inflammatory-type response within the follicle wall which may assist 
in  extrusion  of  the  oocyte  by  stimulating  smooth  muscle  activity.  So  inhibition  of 
prostaglandin production may result in failure of ovulation. Thus, women wishing to 
become  pregnant  should  be  advised  to  avoid  taking  prostaglandin  synthetase 
inhibitors, such as aspirin and ibuprofen, which may inhibit oocyte release. 

 
 

Luteal phase 

After the release of the oocyte, the remaining  granulose and theca cells on the ovary 
form the corpus luteum. 
The granulosa cells have a vacuolated appearance with accumulated yellow pigment, 
hence  the  name  corpus  luteum  (

‘yellow  body’).  The  corpus  luteum  undergoes 


background image

extensive vascularization in order to supply  granulosa cells with  a rich blood supply 
for continued steroidogenesis.  
Ongoing  pituitary  LH  secretion  and  granulosa  cell  activity  ensures  a  supply  of 
progesterone  which  stabilizes  the  endometrium  in  preparation  for  pregnancy. 
Progesterone levels are at their highest in the cycle during the luteal phase. This also 
has  the  effect  of  suppressing  FSH  and  LH  secretion  to  a  level  that  will  not  produce 
further follicular growth in the ovary during that cycle. 
The luteal phase lasts 14 days in most women, without great variation. In the absence 
of beta human chorionic gonadotrophin (

HCG) being produced from an implanting 

embryo, the corpus luteum will regress in a process known as luteolysis. The mature 
corpus luteum is less sensitive to LH, produces less progesterone, and will gradually 
disappear from the ovary. The withdrawal of progesterone has the effect on the uterus 
of causing shedding of the endometrium and thus menstruation. Reduction in levels of 
progesterone,  oestrogen  and  inhibin  feeding  back  to  the  pituitary  cause  increased 
secretion of gonadotrophic hormones, particularly FSH. New preantral follicles begin 
to be stimulated and the cycle begins anew. 
  

Endometrium 

The hormone changes effected by the HPO axis during the menstrual cycle will occur 
whether the uterus is present or not. However, the specific secondary

 changes in the 

uterine endometrium give the most

 obvious external sign of regular cycles. 

 
Menstruation 
The  endometrium  is  under  the  influence  of  sex  steroids  that  circulate  in  females  of 
reproductive  age.  Sequential  exposure  to  oestrogen  and  progesterone  will  result  in 
cellular  proliferation  and  differentiation,  in  preparation  for  the  implantation  of  an 
embryo  in  the  event  of  pregnancy,  followed  by  regular  bleeding  in  response  to 
progesterone withdrawal if the corpus luteum regresses. During the ovarian follicular 
phase,  the  endometrium  undergoes  proliferation  (the 

proliferative  phase’);  during 

the ovarian luteal phase, it has its 

secretory phase’. Decidualization, the formation 

of  a  specialized  glandular  endometrium,  is  an  irreversible  process  and  apoptosis 
occurs  if  there  is  no  embryo  implantation.  Menstruation  (day  1)  is  the  shedding  of 
the 

‘dead’ endometrium and ceases as the endometrium regenerates (which normally 

happens by day 5

–6 of the cycle). 

The endometrium is composed of two layers, the uppermost of which is shed during 
menstruation. A fall in circulating levels of oestrogen and progesterone approximately 
14  days  after  ovulation  leads  to  loss  of  tissue  fluid,  vasoconstriction  of  spiral 
arterioles and distal ischaemia. This results in tissue breakdown, and loss of the upper 
layer  along  with  bleeding  from  fragments  of  the  remaining  arterioles  is  seen  as 
menstrual bleeding. Enhanced fibrinolysis reduces clotting. 
Vaginal  bleeding  will  cease  after  5

–10  days  as  arterioles  vasoconstrict  and  the 

endometrium  begins  to  regenerate.  Haemostasis  in  the  uterine  endometrium  is 
different from haemostasis elsewhere in the body as it does not involve the processes 
of clot formation and fibrosis. 
Prostaglandin  F2

,  endothelin-1  and  plateletmactivating  factor  (PAF)  are 

vasoconstrictors which are produced within the endometrium and are thought likely to 
be involved in vessel constriction, both initiating and controlling menstruation. They 
may  be  balanced  by  the  effect  of  vasodilator  agents,  such  as  prostaglandin  E2, 


background image

prostacyclin  (PGI)  and  nitric  oxide  (NO),  which  are  also  produced  by  the 
endometrium.  Progesterone  withdrawal  increases  endometrial  prostaglandin  (PG) 
synthesis  and  decreases  PG  metabolism.  The  COX-2  enzyme  and  chemokines  are 
involved  in  PG  synthesis  and  this  is  likely  to  be  the  target  of  non-steroidal  anti-
inflammatory agents used for the treatment of heavy and painful periods. 
Endometrial  repair  involves  both  glandular  and  stromal  regeneration  and 
angiogenesis to reconstitute the endometrial vasculature. VEGF and fibroblast growth 
factor  (FGF)  are  found  within  the  endometrium  and  both  are  powerful  angiogenic 
agents. Other growth factors, such as transforming growth factors (TGFs), epidermal 
growth factor (EGF)   and IGFs, and the interleukins may also be important. 
 
The proliferative phase 
Menstruation will normally cease after 5

–7 days, once endometrial repair is complete. 

After  this  time,  the  endometrium  enters  the  proliferative  phase,  when  glandular  and 
stromal  growth  occur.  The  epithelium  lining  the  endometrial  glands  changes  from  a 
single layer of columnar cells to a pseudostratified epithelium with frequent mitoses. 
The  stroma  is  infiltrated  by  cells  derived  from  the  bone  marrow  .  Endometrial 
thickness increases rapidly, from 0.5 mm at menstruation to 3.5

–5 mm at the end of 

the proliferative phase. 
The secretory phase 
After ovulation (generally around day 14), there is a period of endometrial glandular 
secretory  activity.  Following  the  progesterone  surge,  the  oestrogen  induced  cellular 
proliferation is inhibited and the endometrial thickness does not increase any further. 
However, the endometrial glands will become more tortuous, spiral arteries will grow, 
and  fluid  is  secreted  into  glandular  cells  and  into  the  uterine  lumen.  Later  in  the 
secretory  phase,  progesterone  induces  the  formation  of  a  temporary  layer,  known  as 
the  decidua,  in  the  endometrial  stroma.  Histologically,  this  is  seen  as  occurring 
around  blood  vessels.  Stromal  cells  show  increased  mitotic  activity,  nuclear 
enlargement and generation of a basement membrane  
Recent  research  into  infertility  has  identified  apical  membrane  projections  of  the 
endometrial  epithelial  cells  known  as  pinopodes,  which  appear  after  day  21

–22 and 

appear to be a progesterone-dependent stage in making the endometrium receptive for 
embryo implantation . 
      Immediately  prior  to  menstruation,  three  distinct  layers  of  endometrium  can  be 
seen.  The  basalis  is  the  lower  25  per  cent  of  the  endometrium,  which  will

  remain 

throughout menstruation and shows few

 changes during the menstrual cycle. The mid-

portion  is  the  stratum  spongiosum  with  oedematous  stroma  and  exhausted  glands. 
The  superficial  portion  (upper  25  per  cent)  is  the  stratum  compactum  with 
prominent  decidualized  stromal  cells.  On  the  withdrawal  of  both  oestrogen  and  
progesterone, the decidua will collapse, with vasoconstriction and relaxation of spiral 
arteries and shedding of the outer layers of the endometriu

 

 


background image

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Ahmed monther Aljial
المشاهدات: لقد قام عضوان و 103 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل