background image

 
 
 
 

Physiology of normal menstrual cycle 

  external manifestation of a normal menstrual cycle 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). 

 

The 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. 

 

  Drugs that are GnRH agonists (e.g. buserelin and goserelin) can be used as 

treatments for endometriosis and other gynaecological problems. Although they 
mimic the GnRH hormone, when administered continuously, they will 
downregulate the pituitary and consequently decrease LH and FSH secretion. 

 

  This has effects on ovarian function such that oestrogen and progesterone levels 

also fall, and most women using these analogues become amenorrhoeic. These 
preparations are used as treatments for endometriosis and to shrink fibroids prior 
to surgery. 

 

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), high levels of oestrogen will increase LH production (positive 
feedback).   

  The mechanism of action for the positive feedback effect of oestrogen involves an 

increase in GnRH receptor concentrations, while the mechanism of the negative 
feedback effect is uncertain. 

 

 

 

Fifth stage                                                                                                              Lec- 

Dr.                                                                   

gynaecology         

                                  14/11/2016   

 


background image

  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. 

  The clinical relevance of these mechanisms is seen in the use of the combined 

oral contraceptive pill, which artificially creates a constant serum oestrogen 
level in the negative feedback range, inducing a correspondingly low level of 
gonadotrophin hormone release. 

 

  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 

 

  In addition to these well-known hormones, there are other hormones which are 

involved in pituitary gonadotrophin secretion. 

  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. 

 

Ovaries

 

  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: 

1 Follicular phase 
2 Ovulation 
3 Luteal phase. 
 

 

 

 


background image

Follicular phase 

  The initial stages of follicular development are independent of hormone 

stimulation. However, follicular development will fail at the preantral stage and 
follicular atresia will ensue if pituitary hormones LH and FSH are absent. 

  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. 

 

  The roles of FSH and LH in follicular development are demonstrated by studies 

on women undergoing ovulation induction in whom endogenous gonadotrophin   
production has been suppressed. If pure FSH alone is used for ovulation induction, 
an ovulatory follicle can be    produced, but oestrogen production is markedly 
reduced.   

  Both FSH and LH are required to generate a normal cycle With adequate amounts 

of oestrogen. 

 


background image

  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. 

 

  Ovarian stimulation beyond the control of the normal 

hypothalamo–pituitary–ovarian axis will not progress in the manner described 
above ,as it is dependent on appropriate gonadotrophic hormone response from the 
pituitary controlling the follicular development.   

  Administration of exogenous gonadotrophins is likely to stimulate growth of 

multiple follicles which continue to develop and are released at ovulation (and can 
lead to Multiple gestations at a rate of around 30 per cent). 

 

  This situation is used to advantage in patients requiring in vitro fertilization (IVF), 

as many oocytes can be harvested from ovaries which have been stimulated as 
described above. They can then undergo fertilization in vitro, and surviving 
embryos can be chosen for transfer back to the uterus. 

 

  There are other autocrine and paracrine mediators playing a role in the follicular 

phase of the menstrualcycle. These include inhibin and activin. Inhibin is 
produced in men in the testicles to inhibit pituitary FSH production. In women, it 
is secreted by the granulose cells within the ovaries. It participates in feedback to 
the pituitary to downregulate FSH release, and also appears to enhance ongoing 
androgen synthesis. Activin is structurally similar to inhibin, but has an opposite 
action.It is produced in granulosa cells and in the pituitary, and acts to increase 
FSH binding on the follicles. 

 

  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. The actions of IGF-I and -II are modified by their binding   
Proteins:insulin-like growth factor binding proteins (IGFBPs). 

  In the follicular phase, IGF-I is produced by theca cells under the action of LH. 

IGF-I receptors are present on both theca and granulosa cells. 

 

  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. 


background image

  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, gpr-54, are associated with delayed or absent puberty, 
probably due to a reduction in leptin-linked triggers for gonadotrophin release. 

 

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 granulosa cells to compensate for lower FSH 
levels 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 

and this is thought to have an Important role in stimulating libido, ensuring that 
sexual activity is likely to occur at the time of    greatest fertility. 

  The LH surge is one of the best predictors of imminent ovulation, and this is the 

hormone detected in urine by most over-the-counter ‘ovulation predictor’ tests. 

 

  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. 

  Studies have shown that 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. 

 

 

 

 


background image

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 extensive vascularization in order to supply 
granulosa cells with a rich blood supply for continued steroidogenesis. This is 
aided by local production of vascular endothelial growth factor (VEGF). 

 

  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 (bHCG) 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.   


background image

 

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 secretory endometrium has 3 distinct zones: 
1.  basal layer(25%),which is retained during    menstruation and shows few changes 

during the cycle(stratum basalis). 

2.  Stratum spongiosum(mid portion 50%),have oedematous stroma and exhausted 

glands. 

3.  Stratum compactum(upper portion 25%),have prominent decidualized stromal 

cells. 

 

  The endometrium is composed of two layers, the Uppermost(2 zones) 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. 

 

  In the same way patients taking the combined Oral Contraceptive    pill or 

hormone replacement Therapy who experience a withdrawal bleed during their 
pill free week each month. 

  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. 

  In rare cases, the tissue breakdown and vasoconstriction does not occur correctly 

and the endometrium may develop scarring which goes on to inhibit its function. 
This is known as ‘Asherman’s syndrome’. 

 

  The endocrine influences in menstruation are clear. However, the paracrine 

mediators less so. Prostaglandin F2a, endothelin-1 and plateletactivating 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, 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. 

 


background image

  Endometrial repair involves both glandular and stromal regeneration and 

angiogenesis. 

  VEGF and fibroblast growth factor (FGF) are found within The endometrium and 

both are powerful angiogenic agents. Epidermal growth factor (EGF) appears tobe 
responsible for mediation of oestrogen-induced glandular and stromal 
regeneration. Other growth factors, such as transforming growth factors (TGFs) 
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, 


background image

with vasoconstriction and relaxation of spiral arteries and shedding of the outer 
layers of the endometrium. 

 

 

 

Measurement of ovarian reserve 

  Female reproductive potential is directly proportionate to the    remaining    number 

of oocytes in the ovaries. 

  This number decreases from birth onwards, and the rate of loss Accelerates after 

the age of 37 in an average    healthy woman, or at an earlier age following 
longterm gonadotrophin deficit or exposure to toxins, e.g.chemotherapy. It is 
desirable to be able to quantify the residual ovarian capacity of women of older 
age or after undergoing treatment in order to give Prognostic information and 
management advice to patients,and also to compare different forms of treatment. 

  Research using ultrasound markers has looked at measurements Of ovarian 

volume, mean ovarian diameter and antral follicle count to calculate ovarian 
reserve.   

 

  Biochemical markers include FSH,oestradiol, inhibin B, anti-Mullerian hormone 

(AMH). AMH is produced in the granulosa cells of ovarian    Follicles and does 
not change in response to gonadotrophins during    the menstrual cycle. As a result, 
it can be measured and compared    from any point in the cycle. 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdulrhman_ Aiobaidy
المشاهدات: لقد قام 7 أعضاء و 129 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