Введение
Естественные изменения в женской репродуктивной системе человека: биологические аспекты репродуктивного цикла у человека.
biological aspects of the reproductive cycle in humans
Менструальный цикл – это серия естественных изменений в выработке гормонов и структуре матки и яичников женской репродуктивной системы, обеспечивающих возможность наступления беременности. Овариальный цикл контролирует производство и высвобождение яйцеклеток, а также цикличное выделение эстрогена и прогестерона. Утробный цикл регулирует подготовку и поддержание слизистой оболочки матки (эндометрия) для имплантации эмбриона. Эти циклы происходят одновременно и скоординированно, обычно длятся от 21 до 35 дней, в среднем – 28 дней, и продолжаются около 30–45 лет. Циклами управляют естественные гормоны; циклический подъём и спад фолликулостимулирующего гормона стимулируют производство и рост ооцитов (незрелых яйцеклеток). Гормон эстроген стимулирует утолщение слизистой оболочки матки (эндометрия) для принятия эмбриона в случае оплодотворения. Кровоснабжение утолщенной слизистой оболочки обеспечивает питательными веществами успешно имплантированный эмбрион. Если имплантация не происходит, слизистая оболочка разрушается, и происходит кровотечение. Менструация (в обиходе – "месячные"), вызванная снижением уровня прогестерона, – это циклическое отторжение слизистой оболочки, являющееся признаком того, что беременность не наступила. Каждый цикл состоит из фаз, основанных на событиях, происходящих в яичнике (овариальный цикл) или в матке (утробный цикл). Овариальный цикл включает в себя фолликулярную фазу, овуляцию и лютеиновую фазу; утробный цикл – менструальную, пролиферативную и секреторную фазы. Первый день менструального цикла – это первый день менструации, которая длится около пяти дней. Примерно на четырнадцатый день из яичника обычно высвобождается яйцеклетка. Менархе (начало первой менструации) обычно наступает в возрасте около 12 лет. Менструальный цикл может вызывать у некоторых женщин предменструальный синдром с симптомами, такими как болезненность груди и усталость. Более серьезные симптомы, влияющие на повседневную жизнь, классифицируются как предменструальное дисфорическое расстройство и встречаются у 3–8% женщин. В первые дни менструации у некоторых женщин возникают менструальные боли, которые могут распространяться от живота на спину и верхнюю часть бедер. Менструальный цикл может быть изменен гормональной контрацепцией.
Циклы и фазы
Менструальный цикл включает в себя циклы яичников и матки. Цикл яичников описывает изменения, происходящие в фолликулах яичника, в то время как цикл матки описывает изменения в эндометриальной оболочке матки. Оба цикла можно разделить на фазы. Цикл яичников состоит из чередующихся фолликулярной и лютеиновой фаз, а цикл матки состоит из менструации, пролиферативной фазы и секреторной фазы. Менструальный цикл контролируется гипоталамусом в головном мозге и передней долей гипофиза у основания мозга. Гипоталамус высвобождает гормон, высвобождающий гонадотропины (GnRH), который стимулирует расположенную рядом переднюю долю гипофиза к высвобождению фолликулостимулирующего гормона (FSH) и лютеинизирующего гормона (LH). До полового созревания GnRH высвобождается в небольших, стабильных количествах и с постоянной скоростью. После полового созревания GnRH высвобождается большими импульсами, а частота и амплитуда этих импульсов определяют количество FSH и LH, вырабатываемых гипофизом. Если измерять продолжительность менструального цикла от первого дня одной менструации до первого дня следующей, то его длина варьируется, но в среднем составляет 28 дней. Менструальные циклы прекращаются в период менопаузы, которая обычно наступает в возрасте от 45 до 55 лет. Доминирующий фолликул высвобождает яйцеклетку в процессе, называемом овуляцией. После овуляции яйцеклетка жизнеспособна в течение 24 часов или меньше без оплодотворения, а остатки доминирующего фолликула в яичнике превращаются в желтое тело – структуру, основной функцией которой является выработка большого количества гормона прогестерона. Под влиянием прогестерона слизистая оболочка матки изменяется, чтобы подготовиться к возможному внедрению эмбриона и наступлению беременности. Толщина эндометрия продолжает увеличиваться в ответ на повышение уровня эстрогена, который выделяется антральным фолликулом (зрелым яичниковым фолликулом) в кровоток. Пиковый уровень эстрогена достигается примерно на тринадцатый день цикла и совпадает с овуляцией. Если имплантация не происходит в течение примерно двух недель, желтое тело дегенерирует в белое тело, которое не производит гормоны, что приводит к резкому снижению уровня как прогестерона, так и эстрогена. Это снижение вызывает отторжение слизистой оболочки матки во время менструации; именно в это время достигается самый низкий уровень эстрогена. В овуляторном менструальном цикле циклы яичников и матки происходят одновременно и координированно и длятся от 21 до 35 дней, в среднем 27–29 дней. Хотя средняя продолжительность менструального цикла человека схожа с продолжительностью лунного цикла, между ними нет причинно-следственной связи.
Фолликулярная фаза
Яичники содержат конечное количество стволовых клеток яйцеклеток, гранулезных клеток и тека-клеток, которые вместе формируют примордиальные фолликулы. Примерно к 20-й неделе беременности в яичнике уже сформировалось около 7 миллионов незрелых яйцеклеток. К моменту рождения девочки их количество уменьшается примерно до 2 миллионов, а к моменту первой менструации – до 300 тысяч. В среднем, одна яйцеклетка созревает и высвобождается во время овуляции каждый месяц после менархе. Начиная с полового созревания, они созревают в первичные фолликулы независимо от менструального цикла. Развитие яйцеклетки называется оогенезом, и только одна клетка переживает деление, чтобы дождаться оплодотворения. Остальные клетки отбрасываются в виде полярных телец, которые не могут быть оплодотворены. Фолликулярная фаза – первая часть овариального цикла и завершается формированием антральных фолликулов. Мейоз (деление клеток) остается неполным в яйцеклетках до тех пор, пока не сформируется антральный фолликул. В течение этой фазы обычно только один яичниковый фолликул полностью созревает и готовится к высвобождению яйцеклетки. Фолликулярная фаза значительно сокращается с возрастом, составляя около 14 дней у женщин в возрасте 18–24 лет по сравнению с 10 днями у женщин в возрасте 40–44 лет. Под влиянием повышения уровня фолликулостимулирующего гормона (ФСГ) в первые дни цикла стимулируется несколько яичниковых фолликулов. Эти фолликулы, которые развиваются в течение большей части года в процессе, известном как фолликулогенез, конкурируют друг с другом за доминирование. Все, кроме одного из этих фолликулов, прекращают расти, в то время как один доминирующий фолликул – тот, который имеет наибольшее количество рецепторов ФСГ, – продолжает созревать. Оставшиеся фолликулы погибают в процессе, называемом фолликулярной атрезией. Лютеинизирующий гормон (ЛГ) стимулирует дальнейшее развитие яичникового фолликула. Фолликул, достигший зрелости, называется антральным фолликулом и содержит ооцит (яйцеклетку). Тека-клетки развивают рецепторы, связывающие ЛГ, и в ответ секретируют большое количество андростендиона. Одновременно гранулезные клетки, окружающие созревающий фолликул, развивают рецепторы, связывающие ФСГ, и в ответ начинают секретировать андростендион, который под действием фермента ароматазы превращается в эстроген. Эстроген подавляет дальнейшую выработку ФСГ и ЛГ гипофизом. Эта отрицательная обратная связь регулирует уровни ФСГ и ЛГ. Доминирующий фолликул продолжает секретировать эстроген, а повышение уровня эстрогена делает гипофиз более чувствительным к ГнРГ из гипоталамуса. По мере увеличения концентрации эстрогена это становится положительным сигналом обратной связи, который стимулирует гипофиз к секреции большего количества ФСГ и ЛГ. Этот всплеск ФСГ и ЛГ обычно происходит за один-два дня до овуляции и отвечает за стимуляцию разрыва антрального фолликула и высвобождение ооцита.
Овуляция
Примерно на четырнадцатый день яйцеклетка выходит из яичника. Это называется овуляцией и происходит, когда зрелая яйцеклетка высвобождается из фолликулов яичника в фаллопиеву трубу примерно через 10–12 часов после пика ЛГ-всплеска. Яйцеклетка – самая крупная клетка в организме человека. Какой из двух яичников – левый или правый – овулирует, кажется, определяется случайным образом; никакого координирующего процесса между ними не известно. Иногда оба яичника могут высвободить яйцеклетку; если обе яйцеклетки оплодотворятся, результатом будут дизиготные (двуяйцевые) близнецы. После выхода из яичника яйцеклетка захватывается фимбриями – бахромчатым краем ткани на конце каждой фаллопиевой трубы – и направляется в фаллопиеву трубу. Примерно через сутки неоплодотворенная яйцеклетка распадается или растворяется в фаллопиевой трубе, а оплодотворенная яйцеклетка достигает матки через три-пять дней. Оплодотворение обычно происходит в ампуле – самом широком участке фаллопиевой трубы. Оплодотворенная яйцеклетка немедленно начинает процесс эмбрионального развития. Развивающемуся эмбриону требуется около трех дней, чтобы достичь матки, и еще три дня для имплантации в эндометрий. К моменту имплантации он достигает стадии бластоцисты – именно тогда начинается беременность. Оплодотворение яйцеклетки предотвращает распад желтого тела. Синцитиотрофобласт (внешний слой развивающегося эмбриона, содержащий бластоцисту, который впоследствии становится внешним слоем плаценты) вырабатывает хорионический гонадотропин человека (ХГЧ), который очень похож на ЛГ и поддерживает функцию желтого тела. В течение первых нескольких месяцев беременности желтое тело продолжает секретировать прогестерон и эстрогены в несколько более высоких концентрациях, чем во время овуляции. После этого и на протяжении всей беременности плацента секретирует высокие уровни этих гормонов, а также хорионический гонадотропин человека (ХГЧ), который стимулирует желтое тело к выработке большего количества прогестерона и эстрогенов, блокируя менструальный цикл. Эти гормоны также готовят молочные железы к выработке молока.
Лютеальная фаза
Продолжается около 14 дней, при этом повышение уровня прогестерона начинает стимулировать выработку эстрогена. Гормоны, производимые желтым телом, также подавляют выработку ФСГ и ЛГ, необходимых для его поддержания. Уровень ФСГ и ЛГ быстро снижается, и желтое тело атрофируется. Снижение уровня прогестерона вызывает менструацию и начало следующего цикла. От момента овуляции до момента, когда снижение уровня прогестерона вызывает начало менструации, процесс обычно занимает около двух недель. У каждой женщины фолликулярная фаза часто варьируется по продолжительности от цикла к циклу, в то время как продолжительность лютеиновой фазы обычно остается достаточно стабильной от цикла к циклу, составляя от 10 до 16 дней (в среднем 14 дней).
Цикл матки
Цикл матки состоит из трех фаз: менструация, пролиферативная и секреторная.
Менструация
Менструация (также называемая менструальным кровотечением, менструацией или периодом) — это первая и наиболее очевидная фаза маточного цикла, которая впервые возникает в период полового созревания. Первая менструация, называемая менархе, обычно наступает в возрасте около двенадцати или тринадцати лет. Средний возраст, как правило, позже в развивающихся странах и раньше в развитых странах. При преждевременном половом созревании она может начаться уже в возрасте восьми лет, и это все еще может быть нормой. Менструация инициируется каждый месяц снижением уровня эстрогена и прогестерона и высвобождением простагландинов, которые сужают спиральные артерии. Это вызывает их спазм, сокращение и разрушение. Кровоснабжение эндометрия прекращается, и клетки верхнего слоя эндометрия (функционального слоя) лишаются кислорода и погибают. Впоследствии весь слой отторгается, и остается только нижний слой — базальный слой. Фермент плазмин разрушает сгустки крови в менструальной жидкости, что облегчает отток крови и отслоившейся слизистой оболочки из матки. Кровотечение продолжается 2–6 дней, теряется около 30–60 миллилитров крови, что является признаком отсутствия беременности. Обычно кровотечение служит признаком того, что женщина не забеременела, однако это нельзя считать абсолютной уверенностью, так как некоторые факторы могут вызвать кровотечение во время беременности. Менструация происходит в среднем раз в месяц от менархе до менопаузы, что соответствует репродуктивному периоду женщины. Средний возраст наступления менопаузы у женщин составляет 52 года, обычно она наступает в возрасте от 45 до 55 лет. Менопаузе предшествует период гормональных изменений, называемый перименопаузой. Эвменорея обозначает нормальную, регулярную менструацию, которая длится примерно первые 5 дней цикла. Женщины, страдающие меноррагией (обильным менструальным кровотечением), более подвержены дефициту железа, чем в среднем.
Пролиферативная фаза
Пролиферативная фаза – это вторая фаза менструального цикла, когда эстроген вызывает рост и пролиферацию слизистой оболочки матки. Последняя часть фолликулярной фазы перекрывается с пролиферативной фазой менструального цикла. По мере созревания, фолликулы яичников секретируют возрастающие количества эстрадиола, являющегося эстрогеном. Эстрогены инициируют формирование нового слоя эндометрия в матке, включающего спиральные артериолы. С повышением уровня эстрогена, клетки шейки матки производят цервикальную слизь с более высоким pH и пониженной вязкостью по сравнению с обычной, что делает её более благоприятной для сперматозоидов. Это повышает вероятность оплодотворения, которое происходит примерно с 11-го по 14-й день цикла. Эту цервикальную слизь можно обнаружить в виде обильных влагалищных выделений, напоминающих сырой яичный белок, однако это не гарантирует наступление овуляции.
Секретарная фаза
Секреторная фаза – это заключительная фаза маточного цикла, соответствующая лютеиновой фазе яичникового цикла. В течение секреторной фазы желтое тело вырабатывает прогестерон, который играет жизненно важную роль в подготовке эндометрия к имплантации бластоцисты (оплодотворенного яйца, начавшего развитие). В матку секретируются гликоген, липиды и белки, а цервикальная слизь становится более густой. В ранней беременности прогестерон также усиливает кровоток, снижает сократимость гладкой мускулатуры матки и повышает базальную температуру тела. Если беременность не наступает, яичниковый и маточный циклы начинаются снова.
Ановуляторные циклы и короткие лютеиновые фазы
Только две трети явно нормальных менструальных циклов являются овуляторными, то есть циклами, в которых происходит овуляция. В другой трети отсутствует овуляция или наблюдается короткая лютеиновая фаза (менее десяти дней), при которой выработки прогестерона недостаточно для нормальной физиологии и фертильности. Циклы, в которых не происходит овуляция (ановуляция), распространены у девочек, только начавших менструировать, и у женщин в период менопаузы. В течение первых двух лет после менархе овуляция отсутствует примерно в половине циклов. Через пять лет после менархе овуляция происходит примерно в 75% циклов, а в последующие годы этот показатель достигает 80%. Ановуляторные циклы часто неотличимы от нормальных овуляторных циклов. Любое нарушение гормонального баланса может привести к ановуляции. Стресс, тревога и расстройства пищевого поведения могут вызвать снижение уровня ГнРГ и нарушение менструального цикла. Хроническая ановуляция встречается у 6–15% женщин в репродуктивном возрасте. В период менопаузы нарушение регуляции гормональной обратной связи приводит к ановуляторным циклам. Хотя ановуляция не считается заболеванием, она может быть признаком основного заболевания, такого как синдром поликистозных яичников. Ановуляторные циклы или короткие лютеиновые фазы являются нормальными у женщин, находящихся в состоянии стресса, или у спортсменок, увеличивающих интенсивность тренировок. Эти изменения обратимы по мере уменьшения стрессовых факторов или, в случае спортсменки, по мере ее адаптации к тренировкам. Более серьезные симптомы, влияющие на повседневную жизнь, классифицируются как предменструальное дисфорическое расстройство и встречаются у 3–8% женщин. Дисменорея (менструальные судороги или боли во время менструации) ощущается как болезненные спазмы в животе, которые могут распространяться на спину и верхнюю часть бедер в первые несколько дней менструации. Изнуряющие боли во время менструации не являются нормальными и могут быть признаком серьезного заболевания, такого как эндометриоз. Эти проблемы могут существенно повлиять на здоровье и качество жизни женщины, и своевременное вмешательство может улучшить ее жизнь. Существуют распространенные культурные заблуждения о том, что менструальный цикл влияет на настроение женщины, вызывает депрессию или раздражительность, или что менструация – болезненный, постыдный или нечистый процесс. Часто нормальные колебания настроения женщины ошибочно приписываются менструальному циклу. Большинство исследований имеют низкое качество, но, по-видимому, наблюдается незначительное увеличение колебаний настроения в лютеиновую и менструальную фазы и соответствующее снижение в остальную часть цикла. Изменение уровня эстрогена и прогестерона в течение менструального цикла оказывает системное воздействие на различные аспекты физиологии, включая мозг, метаболизм и опорно-двигательную систему. Это может привести к тонким физиологическим и наблюдаемым изменениям в спортивных показателях женщин, включая силу, аэробную и анаэробную производительность. Изменения в мозге также наблюдаются в течение менструального цикла, но не приводят к измеримым изменениям в интеллектуальных способностях, включая успеваемость, решение проблем и память. Улучшение пространственного мышления в менструальную фазу цикла, вероятно, вызвано снижением уровня эстрогена и прогестерона. У некоторых женщин овуляция сопровождается характерной болью, называемой миттельшмерц (немецкий термин, означающий «боль в середине»). Причина боли связана с разрывом фолликула, вызывающим небольшую кровопотерю. Даже при нормальном течении, изменения уровня гормонов во время менструального цикла могут увеличить частоту возникновения таких заболеваний, как аутоиммунные заболевания, которые могут быть вызваны усилением иммунной системы под воздействием эстрогена.
Гормональная контрацепция
Гормональные контрацептивы предотвращают беременность, подавляя секрецию гормонов ФСГ, ЛГ и ГнРГ. Гормональные контрацептивы, содержащие эстроген, такие как комбинированные оральные контрацептивы (КОК), останавливают развитие доминантного фолликула и пик ЛГ в середине цикла и, таким образом, овуляцию. Последовательное применение и прекращение приема КОК могут имитировать менструальный цикл и вызывать кровотечение, похожее на менструацию. В некоторых случаях это кровотечение может быть менее обильным. Методы гормональной контрацепции, содержащие только прогестин, не всегда предотвращают овуляцию, но вместо этого действуют, препятствуя изменению цервикальной слизи, делая ее благоприятной для проникновения сперматозоидов. Гормональная контрацепция доступна в различных формах, таких как таблетки, пластыри, подкожные имплантаты и гормональные внутриматочные спирали (ВМС).
Эволюция и другие виды
У большинства самок млекопитающих есть эструсный цикл, но менструальный цикл наблюдается только у десяти видов приматов, четырех видов летучих мышей, слоновых землероек и каирской колючей мыши (Acomys cahirinus). Циклы аналогичны человеческим, за исключением длительности, которая варьируется от 9 до 37 дней. Контроль над патогенами, переносимыми спермой. Эта гипотеза предполагала, что менструация защищает матку от патогенов, попадающих с спермой. Гипотеза 1 не учитывает, что половой акт может происходить за несколько недель до менструации и что потенциально инфекционная сперма не контролируется менструацией у других видов. Также утверждалось, что восстановление слизистой оболочки матки требует меньше энергии, чем ее поддержание в случае отсутствия беременности. Гипотеза 2 не объясняет существование других видов, которые также не поддерживают слизистую оболочку матки, но не менструируют. Формирование нового кровоснабжения, гормональные изменения и дифференциация тканей. У млекопитающих, не имеющих менструации, децидуализацию инициирует эмбрион, а не мать. Эта гипотеза утверждает, что ежемесячная предварительная подготовка матки необходима у видов, таких как люди, у которых плаценты глубоко инвазивны (глубоко врастают). В процессе формирования плаценты происходит вторжение материнских тканей. Эта гипотеза предполагает, что менструация не является результатом эволюции, а скорее случайной предварительной подготовкой матки для защиты маточной ткани от глубоко врастающей плаценты, что приводит к развитию более толстого эндометрия. Гипотеза 4 не объясняет менструацию у неприматов.