Женский половой цикл — механизм и этапы, важные для зачатия

Половой менструальный цикл — циклическое повторяющееся явление, готовящее женский организм к выполнению репродуктивной функции. Понимание механизмов регуляции полового цикла позволяет определять его отдельные фазы, влиять на них и использовать медикаментозные методы при лечении бесплодия. 

Этапы менструального цикла

Чтобы интерпретировать явления, сопровождающие физиологические репродуктивные процессы, и эффективно выявлять нарушения в репродуктивной системе, нужно понимать, как функционируют гипоталамус, гипофиз, яичники и матка в менструальном цикле.

Яичники — репродуктивные органы, выполняющие зародышевую и гормональную функцию. Патологическое состояние яичников, нарушающее любую из функций, приводит к бесплодию.

В цикле в яичнике происходит:

• образование яйцеклеток (зародышевая функция);
• секреция гормонов — (гормональная функция).

Развитие яйцеклеток в свою очередь связано с активностью гипофиза, секретирующего гормоны гонадотропины. Фолликулы развиваются в две фазы:

• независимо от гонадотропинов – под контролем местных факторов (до антральных пузырьков);
• под контролем гонадотропинов.

Гонадотропины отвечают за:

• развитие фолликула в гонадотропин-зависимой фазе;
• секрецию эстрадиола;
• завершение созревания яйцеклетки;
• овуляцию;
• образование желтого тела;
• поддержание выработки прогестерона и эстрадиола желтым телом.

В гонадотропинозависимой фазе цикла участвуют разные гормоны, производимые в гипоталамусе, гипофизе, яичниках (гипоталамо-гипофизарно-гонадная ось):

• гипоталамический гонадолиберин, регулирующий гонадотропин (ГнРГ) рилизинг-гормон;
• гонадотропины: лютеинизирующий гормон (ЛГ) и фолликулостимулирующий гормон (ФСГ);
• эстрадиол, отвечающий за разрастание слизистой оболочки матки;
• прогестерон, подготавливающий слизистую оболочку к имплантации плодного яйца.

Нарушения в гипоталамо-гипофизарно-гонадной оси приводят к нарушениям менструального цикла, плохому общему самочувствию и бесплодию.

Эмбриональное развитие гипоталамо-гипофизарно-яичниковой оси и женских половых органов

Развитие ГГЯ оси и женских половых органов — сложный и ответственный процесс, определяющий репродуктивные возможности женщины.

Эмбриология нейронов, секретирующих гонадолиберин. Нейроны, секретирующие гонадолиберин, поступают из клеток-предшественников из обонятельного эпителия. Мигрируя вместе с обонятельными нейронами, они проходят через решетчатую кость в передний мозг. Обонятельные нейроны образуют обонятельную луковицу, а нейроны, выделяющие ГнРГ, расположены в основном в дугообразном ядре и в поле предварительного зрения. 

За успешный ход миграции и развития нейронов отвечают адгезивные молекулы, регулирующие движение и удлинение нейронов. Миграция заканчивается примерно на 8-й неделе беременности.

Эмбриология яичников. В раннем периоде эмбрионального развития промежуточная мезодерма образует мочеполовую складку, из которой развиваются гонады, мюллеровские и вольфовские протоки.

Первичные половые клетки появляются в эмбриональном развитии уже около 3-х недель, в энтодерме фолликула желтка. Между 4 и 5 неделями 300-1000 клеток начинают мигрировать через брыжейку к половым складкам и становятся оогониями — незрелыми половыми клетками, способными к митозу. Органы выделения и половые протоки образуются из промежуточной мезодермы.

В течение этого времени в оогонии происходит процесс генетического импринтинга — метилирование CpG островков. Метилирование препятствует прикреплению белков транскрипционного аппарата. Результат процесса — отсутствие экспрессии одной из двух аллелей (формы одного гена) материнских или отцовских генов в клетках потомства. Изменения, происходящие в клетке, определяют здоровье будущего потомства.

В этот период гонада морфологически недифференцирована, но наличие половых клеток индуцирует ее развитие по хромосомному полу. В недифференцированных половых железах половые клетки интенсивно размножаются до 16-20 недель. В гонаде плода на 20 неделе беременности количество половых клеток достигает 7 млн. 

На 11-12 неделе гестации начинается первое редукционное деление ДНК в оогонии, но останавливается на профазной стадии до овуляции у взрослой женщины. Клетки в позднем диплотене окружены клетками, полученными из половых тяжей, и начинается образование фолликулов. В яичнике плода постоянно прогрессирует рост фолликулов до преантральной фазы и атрезия оогонии и фолликулов. Апоптоз (запрограммированный процесс гибели клеток) практически устраняет все оогонии к моменту родов, а количество фолликулов уменьшается до 2 млн.

Эмбриология матки, маточных труб и влагалища. Матка развивается из двух мюллеровых протоков, появляющихся у обоих полов на 6-7 неделе эмбрионального развития. 

• Плодная мужская гонада вырабатывает антимюллеров гормон (АМГ), вызывающий лизис (растворение клеток) протоков Мюллера. 
• Женская гонада начинает синтез АМГ только в период полового созревания. 

У плодов женского пола протоки Мюллера развиваются и образуют фаллопиевы трубы, матку и верхнюю часть влагалища. В промежуточной части протоков примерно на 9-й неделе беременности протоки сближаются и сливаются, образуя маточно-влагалищный канал.

Сбой на каждом из этапов ведет к определенным патологическим последствиям, включая бесплодие.

Функция яичников

Женщина вступает в период половой зрелости с примерно 400 тыс. яйцеклеток в яичниках. В репродуктивный период происходит 400-450 овуляторных циклов, то есть из всего пула фолликулов овулируют только 0,1% клеток.

Основная функциональная единица в яичнике — фолликул, выполняющий две тесно связанные функции:

• герминативная (зародышевая, относящаяся к зачатию) – выработка яйцеклетки, способной к оплодотворению и дальнейшему развитию;
• гормональная – выработка гормонов, необходимых для подготовки организма к репродуктивной функции.

Развитие фолликула в яичнике длится около 300 дней. За это время в нем образуются зернистые и др. клетки, яйцеклетка растет и созревает.

В развитии фолликула выделяют две фазы, регулируемые разными механизмами:

• длительная первая фаза, регулируемая местными механизмами;
• гонадотропотропно-зависимая фаза, в которой в итоге доминирует и овулирует один фолликул.

С репродуктивной точки зрения, в подготовке яйцеклетки к оплодотворению и эмбриональному развитию решающее значение имеет гонадотропно-зависимая фаза, в которой происходит окончательное созревание яйцеклетки и подготовка организма к выполнению репродуктивных функций.

Морфология яйцеклетки, зернистых клеток, наличие и параметры полости фолликула — основа для последующих стадий развития фолликулов:

• примордиальной;
• первичной (преантральная);
• вторичной (антральной);
• третичной (преовуляторной).

Первая фаза фолликулогенеза

Эта фаза объединяет этапы развития вплоть до малого антрального фолликула. В этот период рост фолликулов включает целый ряд процессов:

• увеличение объема яйцеклеток;
• образование прозрачной оболочки;
• пролиферацию зернистых клеток;
• развитие капиллярной васкуляризации и др.

В этот период преобладают процессы, приводящие к атрезии. Развитие фолликула идет независимо от гормональных факторов.

До полового созревания фолликулы не развиваются в гонадотроподической-зависимой фазе.

Развитие примордиальных фолликулов

В яичнике примордиальные фолликулы самые многочисленные. Их количество определяет репродуктивный потенциал женщины и уменьшается с возрастом. 

В центре фолликула находится небольшая яйцеклетка, при этом ядро расположено в центре и его окружают первичные клетки зернистого слоя, находящиеся в тесном контакте с яйцеклеткой. Доказано, что факторы, инициирующие развитие примордиальных фолликулов, исходят из яйцеклетки.

Каждый день начинает развиваться определенный пул фолликулов. Их количество зависит от возраста женщины. Рост фолликулов стартует во внутриутробном периоде и продолжается до менопаузы, но скорость снижается с возрастом. 

Инициация развития примордиального фолликула связана с морфологическими изменениями в:

• первичных клетках зернистого слоя – они меняют форму и размножаются;
• яйцеклетке – увеличивается объем ее клеточного ядра и цитоплазмы, появляется прозрачная оболочка.

В яичнике поддерживается баланс между факторами, ингибирующими (подавляющими) и стимулирующими рост фолликулов. Подавляющее большинство, начинающее рост, позже подвергается атрезии.

Развитие преантральных фолликулов

Фолликул, начинающий рост, называется первичным фолликулом. В этот период яйцеклетка синтезирует и секретирует гликопротеины, образующие прозрачную оболочку, играющую важную роль в оплодотворении и защищающую предимплантационный эмбрион. 

Белки, секретируемые яйцеклеткой: фактор дифференцировки роста 9 (GDF-9) и костный морфогенетический белок 15 (BMP-15) достигают окружающих клеток, стимулируя пролиферацию и дифференцировку зернистых и тека-лютеиновых клеток и активируя их специфические функции. Яйцеклетка в это время значительно увеличивается, что обусловлено расширением клеточных структур, накоплением белков и других веществ, необходимых для развития.

Ранние стадии фолликула крайне важны для дальнейшего развития, и до овуляции, и после оплодотворения.

Развитие вторичных фолликулов

Зернистые клетки, делясь, образуют несколько слоев вокруг яйцеклетки. В то же время стромальные клетки дифференцируются в сторону тека-лютеиновых клеток и перемещают фолликул из коркового слоя в строму. Зернистые клетки отделяются от тека-л клеток базальной мембраной. В слоях тека-л клеток развивается сеть капиллярных сосудов фолликула. Базальная мембрана обеспечивает селективный транспорт только определенных молекул из крови во вторичный фолликул. 

Значительная часть фолликулов, стимулированных к развитию, не достигает последующих стадий развития и подвергается атрезии.

Развитие антральных фолликулов

Когда фолликул превышает 200 мкм в диаметре, между зернистыми клетками появляются структуры, позже образующие центральную полость. В процессе образования полостей зернистые клетки делятся на две популяции, отличающиеся в дальнейшем по своей функции:

• стенки гранулированных клеток (участвуют в производстве эстрадиола);
• клетки, окружающие яйцеклетку (питают яйцеклетку и регулируют ее созревание).

Вторая гонадотропотропно-зависимая фаза фолликулогенеза

Начинается с окончанием лютеиновой фазы предшествующего цикла. На этом этапе происходит следующее:

• рекрутирование фолликулов для ФСГ-зависимого роста;
• выделение фолликулов;
• доминирование фолликула;
• овуляция;
• образование желтого тела;
• трансформация в гестационное желтое тело (в цикле, заканчивающемся беременностью);
• лютеолиз (в цикле без беременности).

Этап рекрутирования фолликулов для ФСГ-зависимого роста

В менструальном цикле наряду с прогрессирующим лютеолизом (лютеиновая регрессия) снижается концентрация гормонов — прогестерона, эстрадиола и ингибина А. Это приводит к увеличению частоты и амплитуд секреции ГнРГ, и гипофиз начинает выделять больше ФСГ. Когда концентрация ФСГ превышает порог чувствительности антральных фолликулов, они входят в ФСГ-зависимую фазу развития.

Крайне важный процесс в естественном менструальном цикле — отбор доминантного фолликула, в котором произойдет овуляция. Предполагается, что это фолликул, наиболее чувствительный к ФСГ с максимальным числом рецепторов. ФСГ усиливает экспрессию ароматазы и выработку эстрадиола, усиливает пролиферацию зернистых клеток, а также синтез белковых гормонов, вырабатываемых фолликулом. 

Вещества, секретируемые фолликулом (например, эстрадиол, ингибин В), подавляют секрецию ФСГ, и инициируют местные процессы, усиливающие эффект ФСГ. Таким образом, поддерживается развитие доминантного фолликула, на оставшиеся фолликулы эффекта не хватает. Из-за более низкой экспрессии ароматазы в оставшихся фолликулах, они подвергаются воздействию высоких концентраций андрогенов, что приводит к их атрезии. В доминантном фолликуле, с другой стороны, происходит синтез эстрадиола.

Доминантный фолликул

Доминантный фолликул включает:

• наружную часть, васкуляризированную, состоящую из ретикулярных клеток;
• внутреннюю, неваскуляризированную, состоящую из зернистых клеток, выстилающих полость фолликула.

Ретикулярные клетки отделены от зернистых клеток базальной мембраной.

Тека-лютеиновые клетки яичников имеют в клеточной мембране рецептор ЛГ, связанный с белком G. Активация этого рецептора стимулирует экспрессию генов белков и ферментов, регулирующих стероидогенез (белок StAR, цитохром Р450, отсекающий боковую цепь холестерина, 3β-гидроксистероиддегидрогеназа, Р450 17-гидроксилаза и Р450 17,20-лиаза). В тека-лютеиновых клетках под влиянием ЛГ вырабатываются андрогены (андростендион и тестостерон). Андрогены диффундируют (проникают) в зернистые клетки и фолликулярную жидкость. 

Рецептор ФСГ также связан с белком G. Активация ФСГ-зависимых путей в зернистых клетках приводит к увеличению экспрессии ароматазы Р450 и 17-гидроксистероиддегидрогеназы (превращая андростендион в тестостерон). Степень экспрессии ароматазы определяет интенсивность выработки эстрадиола доминирующим фолликулом.

В гранулярных клетках ФСГ также индуцирует экспрессию рецептора ЛГ и рецептора прогестерона. Индукция рецептора ЛГ означает, что в поздней фолликулярной фазе ЛГ потенциально усиливает влияние ФСГ на синтез эстрадиола. Рецепторы ЛГ и прогестерона играют важную роль в овуляции.

Предовуляторные изменения

Зернистые клетки предовуляторных фолликулов (до пика секреции ЛГ) характеризуются экспрессией различных факторов, стимулирующих клеточный цикл, в т. ч. 3β-гидроксистероиддегидрогеназа и ароматаза.

В ответ на увеличение амплитуды и частоты секреции ГнРГ секреция ЛГ увеличивается, и еще до овуляторного пика секреции гонадотропина фолликул начинает секретировать прогестерон, необходимый для инициирования овуляторного выброса гонадотропинов.

Овуляторный пик секреции гонадотропина

Лютеинизация зернистых и тека-лютеиновых клеток начинается с овуляторного пика секреции гонадотропина, изменяющего фенотип зернистых клеток и тормозящего их пролиферацию (разрастание путем деления). Высокие концентрации гонадотропинов стимулируют в зернистых и тека-лютеиновых клетках сигналы, зависящие от киназы А, кальция и диацилглицерина. 

Повышение концентрации ЛГ быстро интенсифицирует синтез прогестерона и 17-гидроксипрогестерона: оба стероида появляются в крови через 30 минут после повышения концентрации гонадотропинов. Скорость ответа на овуляторный пик секреции ЛГ говорит о том, что на этом этапе уже присутствуют все белки, необходимые для выработки прогестерона. 

Первоначально повышение сывороточных концентраций прогестерона и 17-гидроксипрогестерона  вызвано активацией ферментов стероидогенеза в тека-лютеиновых клетках. Начало синтеза прогестерона и 17-гидроксипрогестерона в зернистых клетках во многом зависит от наличия зернистых клеток к фракции ЛПНП из сыворотки и морфологических и молекулярных изменений в зернистых клетках.

Овуляция

Овуляция – это высвобождение яйцеклетки из фолликула. Овуляторный пик секреции гонадотропина активирует протеолитические ферменты в стенке фолликула, что вызывает (через 36-44 ч от начала повышения концентрации гонадотропинов) разрыв фолликула и выход яйцеклетки в маточную трубу. 

Повышение концентрации гонадотропинов вызывает морфологические и функциональные изменения в яичниках:

• Клетки начинают синтезировать и очень интенсивно секретировать гиалуроновую кислоту и мукополисахариды, что вызывает прерывание связей с яйцеклеткой и приостановку поставок факторов, препятствующих завершению первого восстановительного деления.
• В яйцеклетке исчезает ядерная мембрана, завершается первое восстановительное деление.

Формирование желтого тела

На месте лопнувшего фолликула Граафа появляется новая, периодически активная эндокринная железа – желтое тело — основной источник прогестерона. Прогестерон, выделяемый желтым телом, подготавливает эндометрий к имплантации бластоцисты и определяет развитие ранней беременности (до 8 недель ее продолжительности). 

Время беременности источниками прогестерона, необходимого для поддержания беременности, становятся трофобласт (внешний слой оболочки зародыша) и плацента. В лютеиновой фазе цикла и на ранних сроках беременности желтое тело вырабатывает до 50 мг прогестерона в сутки и значительное количество эстрадиола, андрогенов и некоторых белковых гормонов.

В лютеиновой фазе основной гормон, поддерживающий функцию желтого тела — ЛГ. Нормальная секреция ЛГ обеспечивает секрецию стероидов желтым телом. Стимуляция рецептора ЛГ активирует образование вторичного (внутриклеточного) мессенджера (сигнальная молекула), участвующего в регуляции экспрессии генов, необходимых для синтеза гормонов и развития желтого тела. 

Основные факторы, влияющие на функции желтого тела:

• число клеток, составляющих желтое тело;
• степень васкуляризации;
• активность факторов, ответственных за внутриклеточный синтез прогестерона;
• деятельность локальных механизмов, регулирующих функцию и развитие желтого тела.

Характерный этап трансформации фолликула Граафа в желтое тело — формирование в нем богатой сети сосудов, что с одной стороны обеспечивает доступ к источникам холестерина, а с другой стороны определяет эффективный транспорт синтезированных стероидов в кровообращение. Поэтому васкуляризация желтого тела играет ключевую роль в обеспечении гонадотропинами, субстратами для производства прогестерона и выделении продуктов секреции желтого тела в кровоток. 

Васкуляризация желтого тела контролируется факторами роста эндотелия сосудов (VEGF) и фибробластов (FGF), секретируемыми зернистыми клетками под влиянием высокой концентрации ЛГ. В развитом желтом теле эндотелий составляет около 40% клеток.

Виды и различия в функциях клеток желтого тела

Стероидогенные клетки желтого тела отличаются по структуре, функции и происхождению от крупных зернистых и от мелких тека-лютеиновых клеток. Крупные лютеиновые клетки синтезируют больше прогестерона, чем маленькие, и вырабатывают эстроген. Малые лютеиновые клетки продуцируют андрогены и являются основным источником 17α-гидроксипрогестерона. ЛГ и хорионический гонадотропин человека (ХГЧ) увеличивают выработку прогестерона в них в гораздо большей степени, чем в крупных лютеиновых клетках.

В желтом теле, которое естественным образом исчезает в цикле, увеличивается частота возникновения апоптоза, некроза и аутофагоцитоза. Механизмы, регулирующие эти явления, очень плохо изучены. Более того, не известно, может ли преждевременная активация этих процессов вызвать недостаточность лютеиновой фазы.

Желтое тело

В половых циклах наряду с развитием плодного яйца в сыворотке крови появляется фактор, поддерживающий функцию желтого тела – хорионический гонадотропин человека (ХГЧ), продуцируемый трофобластом развивающейся бластоцисты. 

Введение ХГЧ приводит к восстановлению нормальной экспрессии белка StAR в желтом теле, дальнейшему развитию васкуляризации и ингибированию апоптоза, некроза и аутофагии. 

Для поддержания функции желтого тела очень важна высокая концентрация прогестерона в желтом теле. Желтое тело обладает паракринным действием: прогестерон поддерживает его и предотвращает ретроградные изменения.

Функция матки в менструальном цикле

В эндометриальном слое матки происходят процессы, позволяющие имплантироваться и развиваться плодному яйцу. Эндометрий состоит из функционального и основного слоев и является уникальной тканью, поскольку его морфология периодически изменяется в менструальном цикле:

• При менструации эндометрий отслаивается до толщины <2 мм;
• При повышении концентрации эстрадиола, продуцируемого растущим фолликулом Граафа, начинается пролиферативная фаза роста эндометрия. Повреждённые ткани восстанавливаются. В ранней фазе железы узкие, прямые, трубчатые, клетки кубические, с круглым ядром. В поздней – из-за гиперплазии желез и накопления межклеточного матрикса в строме эндометрий становится толстым, железистые клетки перекрываются.
• После овуляции в эндометрии начинается фаза секреции. 

Эта фаза также делится на этапы с характерной морфологической картиной:

• В первые сутки железы сферические. 
• На второй день они становятся более овальными в поперечном сечении, присутствуют митозы, а гидроцеле встречается менее чем в половине желез. 
• На четвертый день митоз отсутствует, железистый эпителий высокий. 
• На шестой день обнаруживаются выделения в железах, железы нерегулярно расширяются, в строме имеются голые клеточные ядра.
• На седьмой день наблюдается отек стромы, в просвете желез еще есть секреция, железистые клетки становятся кубовидными.
• На 9-й день после овуляции начинается псевдодецидуализация.

Морфология эндометрия может помочь при диагностике нарушений менструального цикла, но сегодня биопсия эндометрия с этой целью не назначается.

Назначение эндометрия

При поиске причин бесплодия нужно учитывать восприимчивость эндометрия к имплантации плодного яйца. В 28-дневном цикле имплантационное окно (время, когда плодное яйцо может имплантироваться) находится между 19-м и 21-м днем цикла. Нарушение в восприимчивости эндометрия может быть причиной бесплодия и ранних выкидышей у женщин с нормальным менструальным циклом.

Молекулярные маркеры

Молекулярные маркеры (молекулы, обнаруженные в биообразце) точнее других методов информируют о подготовке эндометрия к имплантации плодного яйца, дифференцировке и готовности к взаимодействию с развивающимся плодным яйцом, механизмах, регулирующих функцию трофобласта и его взаимодействие с материнскими сосудами. 

В список таких маркеров можно включить: 

• гормоны интегрины, кальцитонин, лептин;
• клеточные рецепторы интерлейкины, стероидные рецепторы;
• эпидермальный фактор роста (EGF), CSF1 (колониестимулирующий фактор 1);
• муцины, гликоделины;
• HB-EGF (гепарин-связывающий EGF-подобный фактор роста);
• лингады селектина и др.

Клиническая оценка функции яичников — овариальный резерв

Репродуктивный потенциал яичников (биологический возраст) называют овариальным резервом. Этот термин описывает количество антральных фолликулов, готовых реагировать на экзогенные гонадотропины или пул фолликулов на антральной стадии в яичнике. 

Овариальный резерв генетически детерминирован и снижается по следующим причинам:

• с возрастом;
• в результате операций на яичнике;
• в результате патологий яичников. 

Оценка овариального резерва позволяет спрогнозировать реакцию яичника на гонадотропную стимуляцию, определить метод стимуляции и дает возможность понять, насколько вероятна беременность. Прогрессирующее снижение овариального резерва с возрастом сопровождается снижением качества яйцеклеток, выраженным, в том числе, увеличением хромосомных нарушений.

Для клинической оценки овариального резерва применяются следующие методы диагностики:

Оценка качества полового цикла

Диагностика качества цикла заключается в подтверждении произошедшей овуляции и других необходимых для беременности явлений. 

Для этого используются следующие методы диагностики:

• Оценка цервикальной слизи. В фазе роста фолликула слизь скудная, липкая. В периовуляторном периоде слизь обильная, водянистая, прозрачная. В лютеиновой — снова скудная, мутная, липкая.
• Измерение базальной температуры тела. В фолликулярной фазе температура тела колеблется от 36,1 до 36,6°С, а в лютеиновой увеличивается на 0,4-0,8°С. Причина повышения температуры — термогенное действие метаболитов прогестерона. Самая высокая фертильность наблюдается за 7 дней до повышения температуры тела.
• Измерение концентрации прогестерона за 7 дней до ожидаемой менструации. Концентрация >5 нг/мл свидетельствует об овуляции. Но нужно понимать, что на основании результатов анализа на концентрацию прогестерона нельзя оценить эффективность желтого тела.
• Фолликулометрия и УЗИ матки. УЗИ размеров фолликула Граафа и толщины эндометрия, проводят в комплексе с оценкой концентрации эстрадиола. В периовуляторном периоде фолликул достигает 16-20 мм, а концентрация эстрадиола — 150-350 пг/мл.

Выводы

Половой цикл – это циклическая подготовка женского организма к выполнению репродуктивной функции.

Принципиальное значение в цикле имеют:

• развитие яйцеклетки, способной к оплодотворению и дальнейшему развитию;
• выработка гормонов – эстрадиола и прогестерона.

Чтобы подтвердить овуляторность цикла, нужно проверить концентрацию прогестерона за 7 дней до ожидаемой менструации.