background image

 

1

 

 The Normal Menstrual cycle   L1&2   

 

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 

gonadotrophn-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  giving  in  a  constant 

high dose , it desensitizes the GnRH receptor and reduces LH and FSH 

release .  

 

Clinical view :  

    Drugs  that  are  GnRH  agonists  (  e.g.  buserelin  and  goserelin  )  . 

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 . These preparations 

are  used  as  treatments  for  endometriosis  and  to  shrink  fibroids  prior 

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  (  see  Figure  1  )  .  Low  levels  of  oestrogen 


background image

 

2

 

have  an  inhibitory  effect  on  LH  production  (  negative  feedback  )  , 

whereas 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 .  

    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 gonadotriphin hormone release .  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure (1) Hyothalamo-pituitary-ovarian axis . 

 

     Unlike  oestrogen  ,  low  levels  of  progresterone  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  preogesterone  occur  via 

increasing  sensitivity  to  GnRH  in  the  pituitary  .  Negative  feedback 

effects are generated through both decreased GnRH production from the 


background image

 

3

 

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 ( Figure 2 ) .  

     There  are  other  hormones  which  are  involved  in  pituitary 

gonadotrophin  secretion  .  Inhibin  inhibits  pituitary  FSH  secretion  , 

whereas activin stimulates it .  

 

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 occytes has reached a maximum and they arrest at 

the first prophase step in meiotic division . No new occytes 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 .  

 

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 , These are the theca and the granulosa cells , 

which  respond  to  LH  and  FSH  stimulation  ,  respectively  .  LH 

stimulation production of androgens from cholesterol within theca cells . 


background image

 

4

 

These  androgens  are  converted  into  oestrogens  by  the  process  of 

aromatization in granulose 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 , as 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 .  

   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 .  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure (2) Changes in hormone levels , endometrium and follicle development 

during the menstrual cycle . 

 

 

 


background image

 

5

 

Clinical view :  

    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  occytes  can  be  harvested  from  ovaries 

which have been stimulated as described above .  

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

follicular phase of the menstrual cycle .  

These include : Inhibin and activin . Inhibin 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  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    ,  IGT  –  II  )  act  as  paracrine 

regulators .  

1.  In the follicular phase , IGF-I is produced by theca cells under the 

action of LH. IGF-I receptors are present on both theca granulosa 

cells . Within 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 .  

2.  In  the  preovulatory  follicle  ,  IGF-I  enhances  LH-induced 

progesterone production from granulosa cells .  

3.  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 


background image

 

6

 

with  delayed  or  absent  puberty  ,  probably  due  to  a  reduction  in  leptin-

liked 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 :  

1.  FSH  induces  LH  receptors  on  the  granulosa  cells  to  compensate  for 

lower FSH levels and prepare for the signal ovulation .  

2.  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 .  

3.  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 .  

4.  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 .  

 

Clinical view :  

1.  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 .  

2.  The  LH  surge  has  another  function  in  stimulating  the  resumption  of 

meiosis in the occyte just prior to its release . The physical ovulation of 

the  oocyte  occurs  after  breakdown  of  the  follicular  was  occurs  under 

the  influence  of  LH  ,  FSH  and  progesterone-controlled  proteolytic 

enzymes  ,  such  as  plasminogen  activators  and  protaglandins  .  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 .  

Thus  ,  women  wishing  to  become  pregnant  should  be  advised  to  avoid 

taking prostaglandin synthetase inhibitors .  

 


background image

 

7

 

Luteal phase :  

    After  the  release  of  the  oocyte  ,  the  remaining  granulosa  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 ' )  

    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  ganadotrophin 

(  BHCG  )  being  produced  from  an  implanting  embryo  ,  the  corpus 

luteum will regress in a process known as luteolysis .  

    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  hormone  , 

particularly FSH . New preantral follicles begin to be stimulated and the 

cycle begins anew .  

 

Endometrium : 

      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 .  

     During  the  ovarian  follicular  phase  ,  the  endometrium  undergoes 

profileration  (  the  '  proliferative  phase  '  )  ;  during  the  ovarian  luteal 

phase , it has its ' secretory phase ' , Decidualization , the formation of a 

specialized  glandular  endometrim  ,  is  an  irreversible  process  and 

apoptosis  occurs  if  there  is  no  embryo  implantation  .  Menstruation     


background image

 

8

 

(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 .  

 

Clinical view :  

1.  The effects of oestrogen and progesterone on the endometrium can 

be  reproduced  artificially  ,  for  example  in  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 vasconstrict and the endometrium begins to regenerate .  

2.  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 there is also 

paracrine mediators influence  in menstruation ,include : prostaglandin 

F2  a  ,  endothelin-1  and  platelet  activating  factor  (  PAF  )  are 

vasoconstrictors  which  are  produced  within  the  endometrium  .  They 

may  be  balanced  by  the  effect  of  vasodilator  agents  ,  such  as 

prostaglandin  E

2

  ,  prostacyclin  (  PGI  )  and  nitric  oxide  (NO)  ,  which 

are also produced by the endometrium .  

3.  Recent  research  has  shown  that  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

 

9

 

The proliferative phase :  

      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 .  

    Endometrial thickness increases  rapidly , from 0.5 mm  at menstruation  to 

3.5 – 5 mm at the end of the proliferative phase .  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure (3) Tissue sections of normal endometrium during proilferative and 

secretory phases of the menstrual cycle . 

 

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  .  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 


background image

 

11

 

stage  in  making  the  endmetrium  receptive  for  embryo  implantation 

( Figure 4 ) .  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure (4) photomicrograph of endometrial pinopodes from the implantation 

window . 

 

     Immediately  prior  to  menstruation  ,  three  distinct  layers  of 

endometrium can be seen .  

1.  The basalis is the lower 25 per cent of the endomtrium , which will 

remain throughout menstruation and shows few changes during the 

menstrual cycle .  

2.  The  mid-portion  is  the  stratum  spongiosum  with  oedematous 

stroma and exhausted glands .  

3.  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 endometrium .  

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

11

 

New developments :  

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 .  

      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 :  

1.  Altrasound  markers  has  looked  at  measurements  of  ovarian 

volume  ,  mean  ovarian  diameter  and  antral  follicle  count  to 

calculate ovarian reserve .  

2.  Biochemical  markers  include  FSH  .  oestrodiol  ,  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 .  

 

Harvesting ovarian tissue :  

     Harvesting  and  cryopreservation  of  ovarian  tissue  is  an  emerging 

technique  in  reproductive  biology  .  At  present  ,  its  use  is  experimental  and 

offered  to  nulliparious  women  or  young  females  undergoing  gonadotrophic 

therapy  ,  for  example  to  treat  cancer  .  The  theory  is  that  strips  of  ovarian 

cortex  can  be  removed  at  laparoscopy  or  laparotomy  and  preserved  by 

freezing , in the hope that future technology will allow them to be thawed and 

used to generate occytes for IVF treatment .  

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

12

 

Objective 

 

      It  is  important  to  have  an  understanding  of  the  physiology  of  the 

normal menstrual  cycle  to understand  the  causes of  any  abnormalities  , 

and  also  to  tackle  problems  ,  such  as  infertility  and  the  prevention  of 

unwanted  pregnancy  .  This  lecture  aims  to  describe  the  mechanisms 

involved  in  the  normal  menstrual  cycle  ,  with  emphasis  on  the  clinical 

relevance of each phase .  

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 183 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