background image

1

 

 

 

Physiology                   Dr Hanan Luay 

Objectives : 

1-  Discuss the differentiation of gonads. 
2-  Identify the disturbance of gonads development. 
3-  List the effects of estrogen on female body. 

 

The Reproductive system 

 

There  are  46  chromosomes:  in  males,  22  pairs  of  autosomes  plus  an  X 
chromosome and a Y chromosome; in females, 22 pairs of autosomes plus two 
X  chromosomes.  As  a  consequence  of  meiosis  during  gametogenesis,  each 
normal  ovum  contains  a  single  X  chromosome,  but  half  the  normal  sperms 
contain  an  X  chromosome  and  half  contain  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 (so the sex of the 
resulting zygot is determined by the fertilizing sperm). 

The  differentiation  of  the  primitive  gonads  into  testes  or  ovaries  in  utero  is 
genetically  determined  in  humans,  but  the  formation  of  male  genitalia  depends 
upon  the  presence  of  a  functional,  secreting  testis;  in  the  absence  of  testicular 
tissue, development is female. There is evidence that male sexual behavior and, 
in some species, the male pattern of gonadotropin secretion are due to the action 
of male hormones on the brain in early development. 

Development of the Gonads 

 

On each side of the embryo, a primitive gonad arises from the genital ridge. The 

gonad  develops  a  cortex  and  a  medulla.  Until  the  sixth  week  of  development, 


background image

2

 

 

these structures are identical in both sexes i.e undifferentiated called bipotential 
gonads  which  contains  primitive  germ  cells  and  has  both  male  and  female 
primordial genital ducts. After the 6

th

 week the differentiation started. 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  substance  are  secreted.  In  genetic  females,  the  cortex 
develops  into  an  ovary  and  the  medulla  regresses.  It  will  not  secret  estrogen 
inutero,  so  the  secondary  sex  organs  will  develop  without  any  hormonal 
influence.    

In  a  normal  female  fetus,  the  mullerian  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. 

 

When  there  are  functional  testes  in  the  embryo,  male  internal  and  external 
genitalia  develop.  The  Leydig  cells  of  the  fetal  testis  secrete  testosterone 
(androgens), and the Sertoli cells secrete mullerian inhibiting substance (MIS; 
also  called  mullerian  regression  factor,  or  MRF).  MIS  causes  regression  of  the 
mullerian ducts, and testosterone fosters the development of the vas deferens and 
related  structures  from  the  wolffian  ducts.  Also  induces  the  formation  of  male 
external 

genitalia 

and 

male 

secondary 

sex 

characteristics. 

Note that the determination of the internal sex organs is not under the influence 
of  androgens,  that’s  why  if  we  introduce  androgen  into  a  genetically  female 
fetus, this does not influence the female pattern of the internal sex organ, but it 
will affect the external sex organ and it will show a male pattern.  

ABERRANT SEXUAL DIFFERENTIATION  
 

Chromosomal Abnormalities 

Abnormalities  of  sexual  development  could  be  caused  by  genetic 
(chromosomal)
 or hormonal abnormalities or 

other teratogenic causes. 

An  established  defect  in  gametogenesis  is  nondisjunction,  a  phenomenon  in 
which  a  pair  of  chromosomes  fails  to  separate,  so  that  both  go  to  one  of  the 
daughter cells during meiosis.

  

Examples  of  these  abnormalities:  1-  a  syndrome  called  gonadal  dysgenesis  (or 
agenesis)  or,  alternatively,  ovarian  agenesis  or  Turner's  syndrome.  In  these 


background image

3

 

 

individuals there is an XO chromosomal pattern, the gonads are rudimentary or 
absent,  but  there  is  female  external  genitalia.  Stature  is  short,  webbing  of  the 
neck, other congenital abnormalities are often present, and no maturation occurs 
at puberty.  

 2-  A  syndrome  known  as  seminiferous  tubule  dysgenesis  or  Klinefelter's 
syndrome.  
Individuals  with  the  XXY  pattern,  the  most  common  sex 
chromosome  disorder,  have  the  genitalia  of  a  normal  male.  Testosterone 
secretion  at  puberty  is  often  great  enough  for  the  development  of  male  sex 
characteristics.  However, the  seminiferous  tubules  are  abnormal,  and  there  is  a 
higher than normal incidence of mental retardation and usually these patients are 
long. 

3- The XXX ("superfemale") pattern, it is more common in general population, 
since it does not seem to be associated with any characteristic abnormalities. 

4- The YO combination is probably lethal and incompatible with life. 

Nondisjunction or simple loss of a sex chromosome can occur during the early 
mitotic  divisions  after  fertilization.  The  result  of  faulty  mitoses  in  the  early 
zygote is the production of a mosaic, an individual with two or more populations 
of cells with different chromosome complements. 

 True hermaphroditism, the condition in which the individual has both ovaries 
and  testes,  is  probably  due  to  XX/XY  mosaicism  and  related  mosaic  patterns, 
although 

other 

genetic 

aberrations 

are 

possible.  

 
Chromosomal abnormalities also include transposition of parts of chromosomes 
to  other  chromosomes.  Sex  chromosome  abnormalities  are,  of  course,  not  the 
only  abnormalities  associated  with  disease  states;  nondisjunction  of  several 
different  autosomal  chromosomes  is  known  to  occur.  For  example, 
nondisjunction  of  chromosome  21  produces  trisomy  21,  the  chromosomal 
abnormality  associated  with  Down's  syndrome  (mongolism).  The  additional 
chromosome  21  is  normal,  so  Down's  syndrome  is  a  pure  case  of  gene  excess 
causing  abnormalities.  In  most  instances,  nondisjunction  occurs  in  the  ovary 
rather  than  the  testis  and  the  incidence  of  Down's  syndrome  increases  with 
advancing age of the mother. 


background image

4

 

 

  
 
Hormonal Abnormalities 

Development of the male external genitalia occurs normally in genetic males in 
response to androgen secreted by the embryonic testes. 

 Genetic females exposed to androgens from some other source during the eighth 
to the thirteenth weeks of gestation, may develop male genetalia. The syndrome 
that  results  is  female  pseudohermaphroditism.  A  pseudohermaphrodite  is  an 
individual with the genetic constitution and gonads of one sex and the genitalia 
of  the  other.  After  the  thirteenth  week,  the  genitalia  are  fully  formed,  but 
exposure to androgens can cause hypertrophy of the clitoris. Its causes either due 
to  congenital  adrenal  hyperplasia  ,  or  it  may  be  caused  by  androgens 
administered to the mother. 

Male  pseudohermaphroditism:  development  of  female  external  genitalia  in 
genetic males. It occurs when the embryonic testes are defective. Because the 
testes  also  secrete  MIS  (mullerian  inhibiting  substance  or  mullerian 
regression  factor)
,  genetic  males  with  defective  testes  have  female  internal 
genitalia.  

Another  cause  of  male  pseudohermaphroditism  is  androgen  resistance,  in 
which, male hormones cannot exert their full effects on the tissues. One form of 
androgen resistance is , in which the enzyme responsible for the formation of the 
active form of testosterone is decreased.  

   

This  androgen  resistance  may  also  due  to  mutations  in  the  androgen 

receptor gene and the resulting defects in receptor function ranges from minor 
to severe. Mild defects cause infertility with or without gynecomastia , but when 
the loss of receptor function is complete, the testicular feminizing syndrome, 
now  known  as  complete  androgen  resistance  syndrome,  results.  In  this 
condition, MIS is present and testosterone is secreted at normal or even elevated 
rates.  The  external  genitalia  are  female,  but  the  vagina  ends  blindly  because 
there  are  no  female  internal  genitalia.  Individuals  with  this  syndrome  develop 
enlarged breasts at puberty and usually are considered to be normal women until 
they  are  diagnosed  when  they  seek  medical  advice  because  of  lack  of 
menstruation .i.e female external genetalia, male internal genetalia. 


background image

5

 

 

 

Female reproductive system 

Female  reproductive  functions  can  be  divided  into  two  major  phases:  (1) 
preparation  of  the  female  body  for  pregnancy,  and  (2)  the  period  of  pregnancy 
itself. 
Ovaries: 
From  the  sixth  week  of  intrauterine  life  the  embryonic  ovaries  develop  which 
contain  the  primordial  follicles  which  are  about  7000000  follicles,  then  the 
number  regress  during  the  next  stages  of  life  (leaving  about  1  to  2  million 
present  at  birth.  At  puberty,  there  is  only  about  300,000.  About  400  eggs  are 
released during a woman's reproductive life. Only a small percentage of oocytes 
mature into eggs. The many thousands of oocytes that do not mature degenerate. 
.The female needs only one ovum in each menstrual cycle. 

Functions of the ovarian hormones

the ovary secrets 3 hormones: 

-Estrogens 
-Progestins 
-Relaxin 

 ESTROGENS: 
 It is a steroid synthesized in the ovaries mainly from cholesterol and secreted 
by the ovarian theca interna cells, corpus luteum, fetoplacental units and small 
amounts by the adrenal cortices and the testes,breast a,liver and fat cells.  
There  are  three  estrogens  present  in  significant quantities in  the  plasma  of  the 
human  female:  b-estradiol,  estrone,  and  estriol, but The  estrogenic  potency  of 
b-estradiol is more than the others, it is considered the major estrogen. 
They are transported in the blood bound mainly with plasma albumin and with 
specific estrogen binding globulins. 
The  actions  of  estrogen  are  mediated  by  the estrogen  receptor (which is 
expressed in specific tissues including the ovary, uterus and breast. 

Functions of the Estrogens: 
A primary function of the estrogens is to cause cellular proliferation and growth 
of the tissues of the sex organs and other tissues related to reproduction. 
1-Effect of Estrogens on the Uterus and External Female Sex Organs. 
Estrogens change the type of cervical mucosa and change the vaginal epithelium 
from a cuboidal into a stratified type (more resistant to infection) and it lubricate 
the internal wall of it, the external genitalia enlarge. The size of the uterus will 
increase  and  the  excitability  of  its  muscle  will  increase  also.  It  also  causes 
marked proliferation of the endometrial stroma (especially in the first half of the 
menstrual cycle). 
Estrogen  makes  the  cervical  mucosa  thinner  and  more  alkaline,  these 
changes promotes survival and transport of sperms 
2-Effect  of  Estrogens  on  the  Fallopian  Tubes:  
it  causes  increase  in  the 
mobility  of  the  fallopian  tubes  (increase  in  the  mobility  and  number  of  cilia 


background image

6

 

 

which  beat  toward  the  uterus),  and  helps  propel  the  fertilized  ovum  in  that 
direction.  
3-Effect of Estrogens on the Breasts. 
 It  causes  development  of  the  stroma  and  the  ductile  tissue  of  the  breast  in 
addition to that it causes breast growth and gives the external appearance of the 
mature female breast. But its effect on the alveoli of the breast is to lesser extent 
because their final growth is under the effect of progesterone and prolactin. 
4-Effect of Estrogens on the Skeleton.

 

 It  stimulates  bone  growth  (and  causes  a  slight  increase  in  total  body  protein). 
Also  it  causes  uniting  of  the  epiphyses  with  the  shafts  of  the  long  bones.  This 
effect  of  estrogen  in  the  female  is  much  stronger  than  the  similar  effect  of 
testosterone in the male. As a result, growth of the female usually ceases several 
years  earlier  than  growth  of  the  male.  A  female  who  is  devoid  of  estrogen 
production  usually  grows  several  inches  taller  than  a  normal  mature  female 
because her epiphyses do not unite at the normal time

After  menopause  and  because  of  estrogen  deficiency  there  will  be  decrease  of 
the  bone  matrix  (increase  in  osteoclastic  activity)  and  osteoporosis  usually 
occurs. 
 
5-Female sexual characteristics: estrogen causes deposition of fat in the breasts 
and  subcutaneous  tissues,  also  in  the  buttocks  and  thighs  (broad  hip),  which  is 
characteristic of the feminine figure. 
6-Effect  of  Estrogens  on  the  Skin.  Estrogens  cause  the  skin  to  develop  a 
texture that is soft and usually smooth, also it causes high ratio of scalp hair  to 
the body hair.  
7-Effect  of  Estrogens  on  Electrolyte  Balance.    It  Causes  sodium  and  water 
retention  by  the  kidney  tubules,  that’s  why  the  female  has  increase  in  body 
weight just before the menstrual cycle, also during pregnancy there is retention 
of fluids because of the high estrogen. 
 

8-Estrogen  also  causes  decrease  in  the  plasma  cholesterol  level, 
Increase 

HDL

,  Decrease 

LDL

,that’s  why  the  incidence  of  ischemic  heart 

disease in female is higher after menopause.

 

9-Estrogen also Accelerate 

metabolism

 and Increase fat stores 

 
10-Mental health 

 

Estrogen  is  considered  to  play  a  significant  role  in  women’s mental  health. 
Sudden  estrogen  withdrawal, fluctuating  estrogen,  and  periods of  sustained 
estrogen low levels correlate with significant mood lowering..  

 


background image

7

 

 

Physiology 

 

Objectives: 

1- List the effects of progesterone on female body. 
2- Describe  the  hormonal  changes  during  the  normal 

menstrual cycle. 

3- Discuss  the  uterine  phases  of  the  normal  menstrual 

cycle.  

 
 

 

PROGESTINS: 

The most important of the progestins is progesterone. In the normal nonpregnant 
female, progesterone is secreted in significant amounts only during the latter half 
of  each  ovarian  cycle  (secretory  phase),  when  it  is  secreted  by  the  corpus 
luteum
.  Progesterone  is  also  secreted  by  the  placenta  during  pregnancy, 
especially after the fourth month of gestation. Small amounts of progesterone are 
excreted by the adrenal cortex and testes. 
Within a few minutes after secretion,   it binds to plasma proteins then almost all 
the  progesterone  is  degraded  by  the  liver  to  other  steroids  that  have  no 
progestational  effect.  The  major  end  product  of  progesterone  degradation  is 
pregnanediol which is excreted in urin after conversion to glucoronide. One can 
estimate  the  rate  of  progesterone  formation  in  the  body  from  the  rate  of  this 
excretion. 
 
Functions of Progesterone 
1-Effect of Progesterone on the Uterus.

 

 It 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.  Also  it  decreases  the  frequency  and  intensity  of  uterine 
contractions, thereby  helping  to prevent  expulsion of  the implanted ovum. (  i.e 
decrease  the  excitability  of  the  uterine  cells  and  their  sensitivity  to  oxytocin. 
Therefore  females  with  low  progesterone  are  liable  for  abortion  so  we  have  to 
give them progestertone. 
2-Effect of Progesterone on the Fallopian Tubes. 
 It promotes increased secretion by the mucosal lining of the fallopian tubes. 
 
3-Effect of Progesterone on the Breasts. 
Progesterone  promotes  development  of  the  lobules  and  alveoli  of  the  breasts, 


background image

8

 

 

causing the alveolar cells to proliferate, enlarge, and become secretory in nature 
i.e causes the breasts to swell (but milk secretions will not occur until stimulated 
by prolactin).  
4-Progesterone  is  a  thermogenic  hormone  responsible  for  rising 
temperature at time of ovulation

.  

 

 Note: as we said Estrogen makes the cervical mucosa thinner and more alkaline, 
these  changes  promotes  survival  and  transport  of  sperms,  while  progesterone 
makes the  secretion thick and the  mucosa  cellular, so  the  mucosa  is thinnest  at 
time  of  ovulation  and  rise  in  an  arborizing  fern  like  pattern  when  a  thin  layer 
spread on the slide while after ovulation and during pregnancy, it become thick 
and fail to form the fern like pattern. 
 
3-Relaxin: 
It  is  the  third  hormone  secreted  by  from  the  corpus  luteum  of  pregnancy  .It 
relaxes  the  symphysis  pubis  and  causes  softening  and  relaxation  of  the  cervix 
during pregnancy .It may also be secreted by the placenta and the uterus

.

 

 

Menstrual cycle: 

Puberty and Menarche 
Puberty means the onset of adult sexual life. 
Menarche means the beginning of the cycle of menstruation.  
The period of puberty is caused by a gradual increase in gonadotropic hormone 
secretion by the pituitary, the onset of puberty and menstruation between ages 11 
and 16 years in girls (average, 13 years). 
Menstrual  cycle  is  the  regular  cyclic  changes  which  occur  from  puberty  till 
menopause .The cycle extends from the first day of the period to the first day of 
the next. 
The primordial follicles which were in the ovary from birth begin to ripe under 
the  effect  of  FSH.  some  12-20  primary  follicles  begin  to  develop  under  the 
influence of elevated levels (FSH) to form secondary follicles. After a week or 
more  of  growth—  but  before  ovulation  occurs—one  of  the  follicles  begins  to 
outgrow  all  the  others;  the  remaining  5  to  11  will  be  atretic  (regression  of 
growth). The single follicle reaches a diameter of 1 to 1.5 centimeters at the time 
of ovulation and is called the mature follicle. 
As the follicle grows there will be increase in ovarian secretion of estrogen ,and 
when  the  level  of  estrogen increases, it  feeds back  to  the  anterior pituitary  and 
stimulate the release of FSH and LH (positive feedback effect) .By the day 13 of 
the cycle, the circulating level of LH increases sharply(it increases 2 days before 
ovulation), this LH surge is accompanied to lesser extent by an increase of FSH 
secretion  also,  this  combination  of  gonadotropins  bring  about  the  final 
maturation of the of the ovarian follicles and ovulation . Ovulation in a woman 
who has a normal 28-day female sexual cycle occurs 14 days after the onset of 


background image

9

 

 

menstruation

.

  As  the  follicle  ruptures,  the  ovum  expelled  into  the  abdominal 

cavity  and  trapped  by  the  fimbrial  ends  of  the  fallopian  tubes,  where  the 
fertilization  occurs,  and  the  fertilized  ovum  will  be  transported  to  the  uterus 
where it becomes implanted.

 

 

After  ovulation,  the  granulose  and  theca  interna  cells  lining  the  follicles 
proliferate  and  replaced  by  luteal  cells  (filled  with  lipids  which  give  the 
yellowish  color)  forming  what  is  called  corpus  luteum  which  secrets  estrogen 
and  progesterone.  So  in  the  second  half  of  the  menstrual  cycle  the  rise  in 
estrogen is from the corpus luteum .This high level of estrogen and progesterone 
will  feedback  to  the  anterior  pituitary  and  inhibit  the  release  of  FSH  and  LH 
(negative feedback effect), and loss of these hormones finally causes the corpus 
luteum to degenerate completely,  So no more maintenance of the corpus luteum 
and  no  more  maintenance  of  the  lining  endometrium,  so  shedding  of  the 
endometrium  with  drops  of  blood      sudden  cessation  of  secretion  of  estrogen, 
progesterone,  by  the  corpus  luteum  removes  the  feedback  inhibition  of  the 
anterior  pituitary  gland,  allowing  it  to  begin  secreting  increasing  amounts  of 
FSH and LH again. FSH and LH initiate the growth of new follicles, beginning a 
new ovarian cycle. 

 

The period between the ovulation and the next cycle is usually 14 days, so any 
change in the period occurs in the first half of the cycle (i.e. the time between the 
start of the cycle and the ovulation is variable between women). 
If  the  pregnancy  occurs  the  corpus  luteum  persists  (it  persists  because  of  the 
action  of  human  chorionic  gonadotrophin  hCG  secreted  by  the  embryonic 
tissues) and continue to secret estrogen and progesterone, but after the 12

th

 week 

the fetoplacental unit takes the function.  
After  fertilization  the  fertilized  ovum  reaches  the  uterine  cavity  in  3-4  days 
.During  this  time  many  or  several  mitotic  divisions  occur 

(it  becomes  what  is 

called  blastocyt  about  100  cells),  but  not  reach  very  large  size  because  the 
opening of the fallopian tube is small but if it enlarges in the tube for any reason 
there  will  be  ectopic  pregnancy. 

But  in  normal  conditions  the  fertilized  ovum 


background image

11

 

 

implanted  in  the  uterine  cavity  in  the  7

th

  or  8

th

  day  after  fertilization. 

Implantation results from the action of  trophoblast cells that secrete proteolytic 
enzymes that digest the adjacent cells of the uterine endometrium. 
After implantation the ovulation and menstruation is prevented by the secretion 
of  human  chorionic  gonadotropin  by  the  newly  developing  embryonic  tissues, 
the secretion of this hormone can first be measured in the blood 8 to 9 days after 
ovulation 

or  6  days  after  fertilization    (or  in  urine  14  days  after  fertilization)

shortly  after  the  blastocyst  implants  in  the  endometrium.  Then  the  rate  of 
secretion rises rapidly to reach a maximum at about 10 to 12 weeks of pregnancy 
and decreases back to a lower value by 16 to 20 weeks. It continues at this level 
for the remainder of pregnancy

 

The  function  of  human  Chorionic  Gonadotropin  (hCG)  is  to  prevent 

involution of the  corpus luteum  at  the  end  of  the  monthly  female  sexual cycle. 
Instead,  it  causes  the  corpus  luteum  to  secrete  even  larger  quantities  of  its  sex 
hormones—progesterone and estrogens—for the next few months. 

 

Regarding  the  lining  of  the  uterus  (Uterine  cycle),  it  passes  through  the 
following stages: (1) proliferation of the uterine endometrium; (2) development 
of  secretory  changes  in  the  endometrium;  and  (3)  desquamation  of  the 
endometrium, which is known as menstruation.  
1-Proliferative Phase (Estrogen Phase) of the Endometrial Cycle, Occurring 
Before Ovulation 
Under the influence of estrogens, secreted in increasing quantities by the ovary 
during  the  first  part  of  the  monthly  ovarian  cycle,  the  stromal  cells  and  the 
epithelial  cells  proliferate  rapidly  the  endometrium  increases  greatly  in 
thickness,  owing  to  increasing  numbers  of  stromal  cells  and  to  progressive 
growth of the endometrial glands and new blood vessels into the endometrium.

 

The  cervical  canal  has  glands  that  secrete  a  thin  mucous  that  helps  deposited 
sperm. 
2-Secretory  Phase  (Progestational  Phase)  of  the  Endometrial  Cycle, 
Occurring After Ovulation 
Progesterone  causes  marked  swelling  and  secretory  development  of  the 
endometrium.  The  glands  increase  in  tortuosity.  Also,  the  cytoplasm  of  the 
stromal  cells  increases;  lipid  and  glycogen  deposits  increase  greatly  in  the 
stromal  cells;  and  the  blood  supply  to  the  endometrium  further  increases   

with 

the  blood  vessels  becoming  highly  tortuous.

  The  whole  purpose  of  these 

endometrial  changes  is  to  prepare  large  amounts  of  stored  nutrients  to  provide 
appropriate conditions for implantation of a fertilized ovum.  
3-Menstruation phase; If the ovum is not fertilized, about 2 days before the end 
of the monthly cycle, the corpus luteum in the ovary suddenly involutes, and the 
ovarian  hormones  (estrogens  and  progesterone)  decrease  to  low  levels  of 
secretion,  Menstruation  follows  which  lasts  usually  from  4-7  days  (necrosis  in 
the  endometrium,  especially  of  the  blood  vessels  →  bleeding  about  40  ml  of 


background image

11

 

 

blood). 
 
 
 
 
 

 

 
 
 
 
 
 
 


background image

12

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 12 عضواً و 119 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