background image

 

Page

1

                                                                                                                                       

                                                           Dr. HANAN AL-TAEE 

                                                                Department of physiology 

 

     

                      

PHYSIOLOGY OF

   

THE        

                                        

 

              FEMALE REPRODUCTIVE SYSTEM  

At the end of these lectures you must be able to: 

  Outline  the  role  of  chromosomes,  hormones,  and  related  factors  in  sex 

determination and development.  

  Describe the roles of the pituitary and the hypothalamus in the regulation 

of ovarian function, and the role of feedback loops in this process. 

  Name the key hormones secreted by graafian follicles and corpora lutea of 

the ovaries.  

  Know the general structures of 17‐estradiol and progesterone, and describe 

their biosynthesis, transport, metabolism, and actions. 

  Describe  the  physiologic  changes  that  occur  in  the  female  reproductive 

organs during the menstrual cycle. 

  Describe the hormonal changes that accompany pregnancy and parturition. 
  Outline the processes involved in lactation. 

 

 

 

 

 

 


background image

 

Page

2

Lecture 1: 

The Sex Chromosomes 

Sex is determined genetically by two chromosomes, called the sex chromosomes, 
to distinguish them from the somatic chromosomes (autosomes). In humans and 
many  other  mammals,  the  sex  chromosomes  are  called  X  and  Y  chromosomes. 
The  Y  chromosome  is  necessary  and  sufficient  for  the  production  of  testes,  and 
the  testis‐determining  gene  product  is  called  SRY  (for  sex‐determining  region  of 
the  Y  chromosome).  SRY  is  a  DNA‐binding  regulatory  protein;  it  binds  the  DNA 
and acts as a transcription factor that initiates transcription of a cascade of genes 
necessary for testicular differentiation, including the gene for müllerian inhibiting 
substance (MIS). The gene for SRY is located near the tip of the short arm of the 
human  Y  chromosome.  Male  cells  with  the  diploid  number  of  chromosomes 
contain an X and a Y chromosome (XY pattern), whereas female cells contain two 
X chromosomes (XX pattern). As a consequence of meiosis during gametogenesis 
(i.e.  oogenesis  &  spermatogenesis),  each  normal  ovum  contains  a  single  X 
chromosome,  but  half  of  the  normal  sperm  contain  an  X  chromosome  and  the 
other  contains  a  Y  chromosome.  When  a  sperm  containing  a  Y  chromosome 
fertilizes  an  ovum,  an  XY  pattern  results  and  the  zygote  develops  into  a  genetic 
male. When fertilization occurs with an X‐containing sperm, an XX pattern and a 
genetic female result.  

Embryology of the Human Reproductive System  

Development of the Gonads 

On  each  side  of  the  embryo,  a  primitive  gonad  arises  from  the  genital  ridge,  a 
condensation of tissue near the adrenal gland. The gonad develops a cortex and a 
medulla.  Until  the  sixth  week  of  development,  these  structures  are  identical  in 
both sexes. In genetic males, the medulla develops during the seventh and eighth 
weeks into a testis, and the cortex regresses. Leydig and Sertoli cells appear, and 
testosterone  and  Mullerian  Inhibiting  Substances  (MIS)  are  secreted.  In  genetic 
females,  the  cortex  develops  into  an  ovary  and  the  medulla  regresses.  The 
embryonic ovary does not secrete hormones. 


background image

 

Page

3

 Embryology of the Genitalia 

 In  the  seventh  week  of  gestation,  the  embryo  has  both  male  and  female 
primordial genital ducts. In a normal female fetus, the müllerian duct system then 
develops into uterine tubes (oviducts) and a uterus. In the normal male fetus, the 
wolffian duct system on each side develops into the epididymis and vas deferens. 
The external genitalia are similarly bipotential until the eighth week. Thereafter, 
the urogenital slit disappears and male genitalia form, or, alternatively, it remains 
open and female genitalia form. 

Abnormal sexual differentiation 

1‐ Genetic                                                  

 44 xx    Abnormal meiosis 

 1.Gonadal dysgenesis / Turners  syndrom: 

      22 o +  22 x             44 xo               rudimentary ovareis , female external 
genetalia, no pubertal changes , short stature and web neck. 

2. Super female(44 xxx):  Relatively common, no detectable abnormality. 

3. Seminiferous tubule dysgenesis/Klinefelters syndrom(44xxy): 

Quit  common,  normal  male  external  genitalia,  variation  in  secondary  sex 
characteristics,  abnormal  seminiferous  tubules  (azoospermia),  incidence  of 
mental retardation is higher than normal and they are of tall stature.   

4. Mosaicsim (xx/xy): has both ovaries and testis they are phenotype called true 
hermaphrodite  (mosaic,  an  individual  with  two  or  more  population  of  cells  with 
different chromosome complements). 

5.  Downs  syndrome:  is  an  example  of  non‐  disjunction  of  chromosome  21 
produces trisomy 21. This is the chromosomal abnormality associated with Down 
syndrome  and  it  is  a  pure  case  of  gene  excess.  In  most  cases  nondisjunction 
occurs  in  the  ovaries  and  the  incidence  of  Down  syndrome  increase  with 
advanced maternal age. 


background image

 

Page

4

2‐Hormonal factors

1.  Female  expose  to  excessive  androgen  (8‐13  w)  pseudohermaphrodite, 
genetically  female  with  male  genitalia.  (pseudohermaphrodite  is  an  individual 
with  the  genetic  constitution  and  gonads  of  one  sex  and  the  genitalia  of  the 
other.) 

2.Defective  embryonic  testis  (  low  testosterone  &  MIF),  female  external  and 
internal genetalia ,phenotype is male,  called male psudohermaphrodite. 

3.  Androgen  resistance  (  eg.  Congenital    5‐  alpha  reductase  deficiency) 
Testosterone  is  normal  ,  DHT  is  low,  so  male  internal  genitalia  and    female 
external genitalia with blind vagina because no female internal genitalia.Individual 
with this syndrome develop enlarged breast at puberty and usually considered to 
be normal women untill are diagnosed when they seek medical advice because of 
lack of mensturation .   

3‐Environmental factors  

1.  Endocrine  disrupting  chemical  eg.  bisphenol  A(  plastic  tubes),  pesticide 

phytoestrogen(soy  products)  they  have  estrogenic  effect  causing 
feminization  of  the  male,  low  sperm  count  and  increase  prevalence  of 
breast cancer . 

2.  Radiation (genetic defect). 

Puberty 

Puberty,  strictly  defined,  is  the  period  when  the  endocrine  and  gametogenic 
functions of the gonads have first developed to the point where reproduction is 
possible.  In  girls,  the  first  event  is  thelarche,  the  development  of  breasts, 
followed  by  pubarche,  the  development  of  axillary  and  pubic  hair,  and  then  by 
menarche, the first menstrual period.  

Initial menstrual periods are generally anovulatory, and regular ovulation appears 
about a  year later. In children between  the ages of 7 and 10, a slow increase in 
estrogen and androgen secretion precedes the more rapid rise in the early teens. 


background image

 

Page

5

  The  age  at  the  time  of  puberty  in  female  is  variable.  Puberty  generally  occurs 
between the ages of 10 and 13 in girls and 9 and 14 in boys.  

Control of the Onset of Puberty 

During  the  period  from  birth  to  puberty,  a  neural  mechanism  is  operating  to 
prevent the normal pulsatile release of Gonadotropin Releasing Hormone (GnRH). 
The nature of this mechanism is unknown. However, one or more genes produce 
products  that  stimulate  secretion  of  GnRH,  and  inhibition  of  these  genes  before 
puberty is an interesting possibility. 

Female reproductive functions can be divided into two major phases:  

(1) Preparation of the female body for conception and pregnancy,  
(2) The period of pregnancy itself. 

 Physiologic Anatomy of the Female Sexual Organs: 

The ovary is the gonad or primary sex organ in females. A woman has 2 ovaries 
which have dual function: gametogenic function, i.e. the production and release 
of ovum or egg, and endocrine function, which is the secretion of sex hormone. 
Ovaries are flattened ovoid bodies with dimension of 4 cm length, 2 cm width and 
1  cm  thickness.  The  ovary  has  cortex  and  medulla.  The  cortex  is  glandular 
structure  which  represents  ovarian  follicles  at  different  stages.  During  fetal  life, 
the  outer  surface  of  the  ovary  is  covered  by  a  germinal  epithelium,  which 
embryologically  is  derived  from  the  epithelium  of  the  germinal  ridges.

 

As  the 

female fetus develops, primordial ova differentiate from the germinal epithelium 
and  migrate  into  the  substance  of  the  ovarian  cortex.  Each  ovum  then  collects 
around it a layer of  granulosa cells called  a primordial follicle .At this time, the 
ovum  is  called  a  primary  oocyte,  immature  (prophase  I).  Seventh  month  of 
development there are about 7 million germ cells most of them become atretic.  

 The total number of primary oocytes at birth vary between literatures and is 
estimated to be approximately two million, and recent review stated number  
1000,000‐600,000.  


background image

 

Page

6

During  childhood  most  of  them  become  atretic  by  apoptosis  and  approximately 
only  400,000  are  present  by  the  beginning  of  puberty      fewer  than  500  will  be 
ovulated. 

The  normal  reproductive  years  of  the  female  are  characterized  by  monthly 
rhythmical  changes  in  the  rates  of  secretion  of  the  female  hormones  and 
corresponding physical changes in the ovaries and other sexual organs.  

This  rhythmical  pattern  is  called  the  female  monthly  sexual  cycle  (or,  less 
accurately,  the  menstrual  cycle).  The  duration  of  the  cycle  averages  28  days. 
There  are  two  significant  results  of  the  female  sexual  cycle.  First,  only  a  single 
ovum  is  normally  released.  Second,  the  uterine  endometrium  is  prepared  in 
advance  for  implantation  of  the  fertilized  ovum  at  the  required  time  of  the 
month. 

Female Hormonal System: 

 The  female  hormonal  system,  like  that  of  the  male,  consists  of  three  main 
hierarchies of hormones, HYPOTHALAMIC PITUTARY GONADAL AXIS (HPG): 

1. A hypothalamic releasing hormone, gonadotropin‐releasing hormone(GnRH) is 
a  decapeptide

 

Secreted

 

from  the

 

arcuate  nucleus  of  the  hypothalamus    in  a 

pulsatile  manner  the  intensity  and  frequency  of  it  is  under  the  control  of  the 
limbic system( 5‐ 25 minutes every 1‐2 hours this cause luteinizing hormone (LH) 
specially to be secreted from the anterior pituitary every 90 minutes.    

2.  The  anterior  pituitary  sex  hormones,  follicle‐stimulating  hormone  (FSH)  and 
LH,  both  of  which  are  secreted  in  response  to  the  release  of  GnRH  from  the 
hypothalamus. 

3. The ovarian hormones, estrogen and progesterone, which are secreted by the 
ovaries in response to hormones from the anterior pituitary gland.  

Gonadotropic Hormones and their effects on the ovaries: 

Both  FSH  and  LH  stimulate  their  ovarian  target  cells  by  combining  with  highly 
specific  FSH  and  LH  receptors  in  the  cell  membranes.  In  turn,  the  activated 


background image

 

Page

7

receptors  increase  the  cells’  rates  of  secretion  and  usually  the  growth  and 
proliferation.  Almost  all  these  stimulatory  effects  result  from  activation  of  the 
cyclic adenosine monophosphate second messenger system in the cell cytoplasm, 
which  causes  the  formation  of  protein  kinase  and  multiple  phosphorylations  of 
key enzymes that stimulate sex hormone synthesis. 

Functions of the Ovarian Hormones:

  

Estrogens.

   

Are a C18 steroids synthesize from cholesterol mainly in the ovaries and secreted 
by  the  ovarian  theca  interna  cell,  corpus  luteum  ,  fetoplacental  unit,  although 
minute  amounts  are  also  secreted  by  the  adrenal  cortices  and  the  testis.  Only 
three estrogens are present in significant quantities in the plasma of the human 
female: b‐estradiolestrone, and estriol

 

The  principal  estrogen  secreted  by  the  ovaries  is  b‐estradiol  with  highest 
estrogenic potency. Their biosynthesis depends on the enzyme aromatase, which 
converts  testosterone  to  estradiol  and  androstenedione  to  estrone.  The  latter 
reaction also occurs in fat, liver, muscle, and the brain. 


background image

 

Page

8

 

Interaction of theca & granulosa cells in estradiol synthesis &secretion. 

According  to  the  "two  cells,  two  gonadotropins"  theory,  both  FSH  and  LH  are 
necessary  for  ovarian  follicular  maturation  and  the  syntheses  of  ovarian  steroid 
hormones.  LH  promotes  the  production  of  androgens  (dehydroepiandrosterone, 
androstenedione,  and  testosterone)  from  cholesterol  and  pregnenolone,  by 
stimulating  17α‐hydroxylase  activity  in  the  thecal  cells.  The  androgens  then 
diffuse  to  the  granulosa  cells  where  FSH  stimulates  the  expression  of  the 
cytochrome P450 aromatase, which converts the androgens to estrogens.  

Functions of the Estrogens (E): 

A primary function of E is to cause cellular proliferation and growth of the tissues 
of the sex organs and tissues related to reproduction. 

Effect of Estrogens on the Uterus and External Female Sex Organs.  

The external genitalia enlarge, with deposition of fat in the mons pubis and labia 
majora and enlargement of the labia minora. 

 In  addition,  estrogens  change  the  vaginal  epithelium  from  a  cuboidal  into  a 
stratified  type.  During  the  first  few  years  after  puberty,  the  size  of  the  uterus 
increases  twofold  to  three  fold  and  the  excitability  of  its  muscle  will  increase  as 
well;  E  cause  marked  proliferation  of  the  endometrial  stroma  and  greatly 
increased development of the endometrial glands. 

Effect of Estrogens on the Fallopian Tubes. 

 The estrogens’ cause; the number of ciliated epithelial cells that line the fallopian 
tubes to increase and the glandular tissues of this lining to proliferate.  


background image

 

Page

9

 Effect  of  Estrogens  on  the  Breasts.  E  cause  (1)  development  of  the  stromal 
tissues  of  the  breasts,  (2)  growth  of  an  extensive  ductile  system,  and  (3) 
deposition of fat in the breasts.  

Effect  of  Estrogens  on  the  Skeleton.  E  stimulates  bone  growth  and  inhibit 
osteoclastic activity.  E cause uniting of the epiphyses with the shafts of the long 
bones. Women have narrow shoulders and broad hips, thighs that converge, and 
arms that diverge (wide carrying angle). This body configuration, plus the female 
distribution of fat in the breasts and buttocks, is seen also in castrate males. 

After menopause, almost no estrogens are secreted by the ovaries. This estrogen 
deficiency leads to (1) increased osteoclastic activity in the bones, (2) decreased 
bone  matrix,  and  (3)  decreased  deposition  of  bone  calcium  and  phosphate.  In 
some  women,  this  effect  is  extremely  severe,  and  the  resulting  condition  is 
osteoporosis.  

Effect of Estrogens on Protein Deposition. 

 E cause a slight increase in total body protein. 

Effect  of  Estrogens  on  Body  Metabolism  and  Fat  Deposition.  E  increase  the 
whole‐body  metabolic  rate  slightly.  They  also  cause  deposition  of  increased 
quantities of fat in the subcutaneous tissues. E cause the deposition of fat in the 
buttocks  and  thighs,  which  is  characteristic  of  the  feminine  figure.  E  have  a 
significant  plasma  cholesterol‐lowering  action,  and  they  rapidly  produce 
vasodilation by increasing the local production of NO. 

Effect of Estrogens on the Skin & Hair Distribution 

 E cause the skin to develop a texture that is soft and usually smooth. Also E cause 
the skin to become more vascular. It makes sebaceous gland secretion more fluid 
and thus inhibits formation of blackheads and acne. Women have less body hair 
and more scalp hair, and the pubic hair generally has a characteristic flat‐topped 
pattern (female escutcheon).  

In women, the larynx retains its prepubertal proportions and the voice stays high‐
pitched.  


background image

 

Page

10

Effect of Estrogens on Electrolyte Balance.  

 E, like aldosterone and some other adrenocortical hormones, cause sodium and 
water retention by the kidney tubules. This effect of E is normally slight and rarely 
of significance, but during pregnancy, may the tremendous formation of E by the 
placenta contribute to body fluid retention. 

 Effect  on  CNS:  E  increases  the  proliferation  of  dendrites  on  neurons  and  the 
number of synaptic knobs on certain neurons in the hypothalamus. 

PROGESTINS: C21 

 

 

 By  far  the  most  important  of  the  progestins  is  progesterone.  However,  small 
amounts  of  another  progestin,  17‐a‐hydroxyprogesterone,  are  secreted  along 
with  progesterone  and  have  essentially  the  same  effects.  Large  amounts  of 
progesterone  are  secreted  by  the  corpus  luteum  during  the  secretory  phase  of 
the menstrual cycle, also secreted by the   placenta during pregnancy, especially 
after the fourth month of gestation. Small amount secreted by the adrenal cortex 
and the testis. 

Transport and metabolism: Both estrogens and progesterone are transported in 
the blood bound mainly with plasma albumin and globulins. The liver conjugates 
the estrogens to form glucuronides and sulfates, and about one fifth of these 


background image

 

Page

11

conjugated products are excreted in the bile; most of the remainder is excreted in 
the urine 

Functions of Progesterone: 

Effect of Progesterone on the Uterus.  

 Progesterone (P) promotes secretory changes in the uterine endometrium during 
the  latter  half  of  the  monthly  female  sexual  cycle,  thus  preparing  the  uterus  for 
implantation of the fertilized ovum it also decreases the frequency and intensity 
of uterine contractions.  

Effect of Progesterone on the Fallopian Tubes

 P promotes increased secretion by the mucosal lining of the fallopian tubes.  

 Effect of Progesterone on the Breasts.  

P  promotes  development  of  the  lobules  and  alveoli  of  the  breasts,  causing  the 
alveolar cells to proliferate, enlarge, and become secretory in nature.  

P  is  a  thermogenic  hormone  responsible  for  rising  temperature  at  the  time  of 
ovulation; this may be by a direct effect on the temperature regulatory center in 
the hypothalamus.  

E makes the cervical mucosa thinner and more alkaline, and when spread on slide 
they  give  rise  to  an  arborizing  fern  like  pattern  these  changes  promote  survival 
and  transport  of  sperm  around  the  time  of  ovulation  ;  while  P  makes  the 
secretion thick and the mucosa cellular. 

Other hormones secreted by the ovary: 

Relaxin  and  number  of  peptide  hormones  of  the  transforming  growth  factor 
(TGF)‐β superfamily; they may include: Anti mullerian hormone (AMH), inhibin A, 
inhibin B, activing and follistatin. 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Ahmed monther Aljial
المشاهدات: لقد قام 7 أعضاء و 158 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