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第五节 月经周期的建立和子宫内膜的周期性变化
人类有月经周期,某些灵长类动物如狒狒、类人猿、猴等亦有月经周期,各周期出现的子宫出血即月经。月经周期是下丘脑、垂体、卵巢和子宫之间相互作用、精细调节的结果,故规律性月经周期的建立是女性生殖功能成熟的重要标志。人类月经周期的平均长度为29.5天,与月球运转周期的长度巧合,也许是某种因素使妇女的月经周期与月球周期相联系。有一种称为“集体宿舍效应”,即多个妇女住在同集体宿舍一段时间后,月经周期趋向同步化,她们往往在相同时间来月经,说明社会因素也影响月经周期,这可能与外激素的作用有关。
一、正常月经周期
(一)月经及月经周期的临床表现
1.月经初潮(menarche)
月经来潮是青春期开始的一个重要标志,也是妇女有生殖能力的里程碑。青春早期各激素水平开始有规律性波动,直到雌激素水平达到一定高度而下降时,引起子宫撤退性出血即月经初潮。近百年来,初潮年龄有下降趋势,在19世纪,初潮年龄平均15岁左右,而目前平均约12岁。这可能与社会经济情况及女孩子营养状态的改善有关。在中国东南方,于1955~1985年出生的女孩子,平均初潮年龄有所下降,其中1966~1975年出生的女孩子下降最快。有假说认为,女孩身体的脂肪量对初潮启动很重要。研究表明,超重的女孩即体质指数(BMI)>25kg/m 2的女孩比低体重女孩(BMI<18.5kg/m 2)的初潮提前10个月。初潮年龄还与母亲初潮年龄、父母生活地区以及居住的纬度等因素有关,说明遗传、文化因素、气温、光照时间可影响初潮年龄。如今,大多数国家女孩子的初潮年龄在12~13岁。
2.月经周期(menstrual cycle)
出血第一天为月经周期的开始,两次月经第一天的间隔时间称一个月经周期。平均月经周期长度为28天,但成年妇女月经周期的正常范围较广,为21~35天。在初潮后的最初几年,青少年女性的月经周期常常不规则。约75%的青春期少女在第一个妇科年(初潮后一年)的平均月经周期长度为21~45天,到了第3个妇科年,60%~80%女孩的月经周期为21~35天,接近了成年妇女的月经周期。初潮后第一年,常出现月经不规则或异常子宫出血,这是由于下丘脑-垂体-卵巢轴发育不成熟,没有排卵所致。一般认为,在初潮后24个月才有规则的排卵周期出现。到第5个妇科年,约75%的周期有排卵。月经不规则的青春期妇女中,约有1/2的原因是神经内分泌系统未发育成熟,缺乏孕激素分泌或黄体期太短;另外半数妇女的月经不规则与雄激素水平增加有关,常见于多囊卵巢综合征患者。无排卵周期是无疼痛的,但可能伴有月经过多,这是因为在雌激素的单纯作用下,没有孕激素的对抗而使子宫内膜层不稳定,导致突破性出血过多。当规律性排卵周期出现后,月经周期长度变得规律,但却伴有痛经,这是由于循环中前列腺素水平增加所致。
3.月经持续时间及经量
正常妇女月经持续时间多数(80%)为3~7天,平均持续天数(4.6± 1.3)天。月经量多少很难统计,临床上常以每天换多少次卫生巾来粗略了解月经量的多少。曾有根据月经血中铁或血红蛋白的损失数来推算月经量,最少仅10ml,多者可达100ml,有人曾用放射性Fe 59或C 51放射性核素标记红细胞测定正常人月经血量,其数值分别为10~55ml及35~58ml,如每月失血量多于80ml,属于病理状态。
4.月经血的特征
月经血如静脉血,为暗红色,量过多时则呈鲜红色。血内含退变的内膜碎片、宫颈黏液、阴道上皮细胞、细菌及外阴皮脂腺分泌物。血液内含红细胞较少,而有大量白细胞。月经血的主要特点是不凝固,实际上最初是凝固的,以后因以下所述的纤溶机制而被液化,在流出子宫时像血浆。在正常情况下,偶尔亦存有一点小凝块。如有较大血块出现,是因出血速度过快而形成的,此时月经血可能超过正常量。月经血不能凝固的原因是由于纤维蛋白的溶解。已知子宫内膜含较多的活化质,当内膜间质出血时,混入经血内的纤溶酶原被激活为纤溶酶,纤维蛋白在纤溶酶的作用下,裂解为流动的分解产物。同时内膜组织含其他活性酶,还能破坏许多凝血因子(如凝血因子Ⅰ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅵ),宫颈黏液也含纤维蛋白溶解酶,这些因素均使月经血不凝固。月经血的特有气味是由细菌作用于月经血所造成的。
(二)月经周期的调节
月经周期可分为三个主要时期即月经期、卵泡期及黄体期。月经来的第1天为月经期的第1天,月经期持续1~6天,通常为4天或5天。若以卵巢周期来分,从周期第1天至第5天亦为早卵泡期。而晚卵泡期开始于月经期的最后1天,如果月经持续5天,那么第6天便是晚卵泡期开始。在卵泡期中,从月经期开始发育的卵泡继续生长,并分泌雌激素,雌激素使子宫内膜增生。卵泡期继续直至排卵,排卵发生于28天月经周期的第14天左右,或30天周期的第16天,也就是说,通常在下次月经开始前的14天排卵。黄体期是从排卵起至下次月经,在此期中,黄体分泌雌二醇和孕酮,准备好子宫以利胚胎植入。如果没有受孕,则月经来潮。
1.卵泡期
此期的特点是卵巢有快速生长的卵泡,故命名为卵泡期。实际上卵泡发育在上个周期晚期的黄体期便开始,在黄体-卵泡转换期继续进行。由于黄体萎缩,雌、孕激素下降,在月经开始前约2天,FSH开始上升。在FSH的影响下某些窦前卵泡发育为窦卵泡,在周期第10~12天直径达到14~21mm。到周期第13天,通常仅有一个卵巢存在一个排卵前卵泡,直径约20~25mm,其余卵泡均闭锁。
各卵泡,包括闭锁卵泡,分泌的雌激素增加,使子宫内膜在卵泡期变厚增殖,若按子宫周期来说,此期也称为增生期,在雌激素作用下,子宫腺体开始增大,内膜血供丰富,在细胞间液体积聚水肿,子宫平滑肌轻度节律收缩,而妇女通常感觉不到这种轻微的收缩。在整个卵泡期,雌二醇水平继续升高,在周期第12或13天达到顶峰。在雌激素顶峰后约24~48小时,血中LH明显而快速增加。此LH的快速增加使最大卵泡中的卵母细胞恢复减数分裂。LH波峰持续约36小时,在LH大波动增加达到顶峰值后约9~12小时发生排卵。在排卵前,卵泡期的孕酮及FSH水平仍处于低水平。恰在排卵之前,伴随最大的LH波峰,出现了低的FSH波峰,且孕酮水平轻度上升。此孕酮值是在LH波峰的影响下,由最大卵泡的卵泡壁分泌的,它与雌二醇一起,可能对调节LH波峰起重要作用。(图3-6)。
在卵泡期,精细的反馈机制起作用。先看雌二醇对下丘脑分泌的促性腺激素释放激素(GnRH)的作用。中度的雌二醇值对GnRH分泌起负反馈作用。在卵泡期开始时,雌二醇水平低,由于缺乏雌二醇对GnRH的负反馈作用,FSH值上升。在中卵泡期,雌二醇达适度高水平,对GnRH分泌起负反馈作用,于是FSH值开始下降。人卵泡颗粒细胞分泌抑制素(inhibin),它仅抑制FSH分泌而不抑制LH分泌,故也起负反馈作用。另一相关的卵巢多肽称为激活素(activin)可刺激FSH分泌,但卵巢产生的另一种称为卵泡抑素(follistatin)的糖蛋白多肽,通过与激活素结合而抑制FSH的分泌。在卵泡期的最后几天,卵泡分泌的雌二醇达到非常高的水平,对GnRH分泌起正反馈作用。增加的GnRH使LH波峰在周期第14天出现。GnRH(包括FSH与LH)脉冲在LH波峰期间,其幅度增加10倍,频率约每30分钟一次。
关于在卵泡期控制FSH和LH分泌方面,仍存在很多疑问。比如,为什么GnRH所控制的FSH和LH的分泌周期变化会不一样?答案尚不十分清楚,但一种可能的解释是:雌二醇水平的改变不仅影响下丘脑分泌GnRH,也改变垂体前叶对GnRH的敏感性。而且特定的雌二醇水平使垂体分泌FSH和LH的细胞出现不同的敏感方式。例如,晚卵泡期高水平的雌二醇对GnRH起正反馈作用,但分泌FSH的垂体细胞,对GnRH的敏感性却下降。在周期中,GnRH脉冲型是改变的,FSH和LH的分泌也不同程度受到影响。而且抑制素选择性抑制FSH而不抑制LH的分泌。此外,为什么在周期第14天,LH的高峰值却伴随FSH的低峰值?这可能因为垂体在释放强的LH脉冲时也释放了一些FSH。如果给妇女注射雌二醇,随后便出现LH峰,但如果在注射雌二醇后,紧跟着注射孕酮,那么血中会同时出现FSH和LH峰。而单独注射孕酮是不会造成任何一种促性腺激素分泌。雌二醇能使LH峰出现是直接作用于垂体而不是作用于下丘脑。对于临床科研工作者来说,类固醇激素如何引起促性激素释放而导致排卵,是一个非常有兴趣的课题,因为应用这种知识能帮助不孕妇女排卵。
图3-6 在28天月经周期中,平均血激素水平及卵巢和子宫内膜的改变
(引自:Richard E.Jones and Kristin H.Lopes.Human Reproductive Biology.4th Edition.Academic Press,2013)
雌二醇水平在排卵前急剧下降,最大卵泡分泌雌激素减少并在排卵前开始产生孕激素。此时下降的雌激素可引起排卵时轻度子宫出血,称为突破性出血,它不是月经,在临床上并不多见。
如果在卵泡早期,将那个要排卵的大些卵泡去除,另一卵泡会代替它的位置,使原来预定要死亡的卵泡存活下来并排卵,但我们不知道控制这种改变的机制。此外,如果妇女在某个月右侧卵巢排卵,那么下个月将会是左侧卵巢排卵。这种改变如何发生尚不清楚,但我们知道,如果妇女曾切除一侧卵巢,那么剩下来的那个卵巢会每个月排卵,而不是每2个月排卵。
2.黄体期
在黄体期,子宫内膜增厚呈海绵状,以准备胚胎植入。若按子宫周期来说,此期亦称分泌期,子宫平滑肌收缩要较卵泡期少。排卵后,黄体形成,它分泌雌二醇和孕酮。这两种激素水平在黄体中期升高。约月经开始前4天,黄体开始退化,此两种激素水平下降,子宫内膜脱落而来月经(见图3-6)。
在黄体期,由于存在雌、孕激素,对FSH和LH的分泌呈负反馈。因此,黄体期的FSH和LH水平相对低下,GnRH脉冲亦减少为每4小时一次。抑制了FSH的释放也限制了卵泡在黄体期的发育。问题是:为什么在排卵前,雌、孕激素联合造成FSH和LH释放,但在黄体期,雌、孕激素联合却通过负反馈抑制FSH和LH分泌?显然,在周期第13天,当孕酮水平比雌二醇水平相对低下时,GnRH被释放,而在黄体期,当孕酮水平比雌二醇水平相对增高时,GnRH分泌被抑制。口服避孕药含少量雌激素和大量孕激素就是模仿黄体期这两种激素的比率,从而抑制排卵。当雌、孕激素水平在黄体期末下降时,GnRH的分泌不再受抑制,新的周期便开始了。
在人类,LH对黄体期中黄体的形成及其分泌功能是必需的。换言之,虽然黄体期LH的水平不够高,它不足以引起卵泡排卵,但低水平的LH足以维持黄体功能。这和其他哺乳类不同,除LH外,泌乳素(PRL)也能维持黄体功能,而在人类,尚无证据表明PRL可维持黄体功能。
在月经前一周左右,乳房增大且更敏感,有些妇女感到疼痛,这是因在黄体期,雌、孕激素高水平引起乳房组织细胞分裂及水肿。
月经周期长度变化,主要由卵泡期长短决定。黄体期的长度约14天,是较恒定的,和卵泡期的长度无关。孕酮对维持14天正常黄体期的内膜是必需的。如果孕酮分泌不足或子宫内膜对孕酮无适当的反应,那么内膜可提前退化,月经提前开始。如果黄体期长度正常但孕酮水平低下,这两种情况都称之为黄体功能不足,也是早期流产的原因之一。这可能因不适当的LH峰造成的。
二、子宫内膜的组织结构及其周期性变化
(一)子宫内膜的组织结构
子宫内膜在形态上分为上2/3的功能层及下1/3的基底层。功能层是为胚囊的植入作准备的,因此它是内膜增生、分泌及退化的部位。基底层是在功能层脱落后,提供内膜再生。
子宫血管:子宫动脉来自髂内动脉。在子宫下部分,动脉分为下行的阴道动脉及上行支,上行支分出弓形动脉。弓形动脉的走行与子宫腔平行,并各自吻合,围绕子宫腔形成血管环。小的离中支离开弓形动脉呈直角向着子宫腔,给子宫肌层提供血供,称放射动脉。当放射动脉进入内膜,有小支的动脉向侧方扩张,供应内膜基底层,称基底动脉。此基底动脉对激素改变无反应。放射动脉继续伸向内膜表面,出现螺旋改变,称为螺旋动脉,为功能层提供血供。螺旋动脉对激素改变非常敏感。功能层之所以脆弱是因螺旋动脉无吻合支。内膜的腺体与间质的血供来自螺旋动脉的毛细血管。毛细血管回流进入静脉丛,最后进入子宫肌层的弓形静脉而入子宫静脉。以上血管结构对内膜生长及脱落的重复发生是很重要的。
(二)子宫内膜的周期性变化
Noyes等对灵长类排卵周期内膜改变作了深入地研究。基于对内膜腺体、血管及间质的解剖与功能的研究发展了月经生理学。这些改变分为五期即:月经期、增生期、分泌期、植入的准备、最后内膜突破。此五期是主观的分法,是内膜生长与退化的完整演化,在妇女一生中重复约400次。
1.增殖期
增殖期伴有卵泡生长及雌激素分泌增加。由于雌激素的作用,内膜重建并生长。腺体的反应最明显,最初腺体狭窄,呈管形,被覆低柱状上皮,可看到有丝分裂及假复层,腺上皮向周围扩张与邻近腺体联结。间质增殖,核较致密,其中有较直而壁薄的小动脉向内膜表层生长。腺体、间质细胞、上皮细胞均表现增殖,在周期第8~10天达顶峰,相当于血中雌二醇的高峰,此时内膜中雌激素受体的浓度最高。在增殖期,功能层的有丝分裂活跃,核DNA及胞质RNA合成增加。在增殖期的功能层,内膜从0.5mm长至3.5~5.0mm。虽此时组织已生长,但达到此高度,主要是间质的再膨胀。
2.分泌期
排卵后内膜所显示的,是对雌二醇及孕酮的联合反应。虽此时雌二醇继续起作用,但整个内膜的高度约固定在其排卵前的高度即5~6mm。在排卵后,上皮的增殖停止三天。此抑制是由孕酮引起,生长的限制伴有丝分裂及DNA合成下降。这是因为孕酮干扰雌激素受体的表达及孕激素刺激17β-羟类固醇脱氢酶(17β-hydroxysteroid dehydrogenase)及磺基转移酶(sulfotransferase),使雌二醇转为雌酮,雌酮很快从细胞排出。雌激素刺激很多肿瘤基因,这些基因可能介导由雌激素引起的内膜生长。孕激素通过抑制雌激素介导的肿瘤基因mRNA的转录,而拮抗雌激素的这个作用。内膜有些组织继续生长,但限制在使腺体逐渐屈曲,螺旋动脉更加成圈状。腺细胞的分泌活动发生于排卵后的7天中,此时空泡从细胞间移至细胞腔。分泌期结束时,腺体耗尽,屈曲的腔扩张,有些细胞表面呈锯齿状,间质水肿增加,螺旋动脉明显卷曲。发生排卵的第一个组织学表现是周期的第17~18天,在腺上皮出现核下细胞质的糖原空泡即核下空泡。在腺细胞中出现巨大的线粒体及“核仁腔系统”。“核仁腔系统”是由孕酮引起的独一无二的表现,是一种核膜的折叠。上皮细胞产生结合蛋白,通过它从循环中获取免疫球蛋白。在中期促性腺激素达峰后7天,内膜分泌改变达顶峰,与胚囊植入时间相一致。
3.植入期
在排卵后的第7~13天即周期的21~27天,内膜发生明显的改变。在此期开始,分泌腺的扩张屈曲非常明显,伴很少间质。排卵后的第13天,内膜分为三层,基底层占组织的1/4;中间层占整个内膜的50%,称海绵层;表面是致密层。在周期的21~22天,即植入期,明显的形态表现是间质水肿,此改变可能继发于雌激素及孕激素介导的内膜中前列腺素的增加。局部前列腺素增加使毛细血管通透性增加。性类固醇受体在内膜血管的肌壁存在,而合成前列腺素的酶系统在子宫内膜动脉的肌壁及内皮均存在。在周期的22天,首先见到内皮细胞的有丝分裂。由于对性类固醇、前列腺素、对因雌激素及孕激素而产生的自分泌与旁分泌因素的反应,血管的增生使螺旋动脉更卷曲。在排卵后的第二天,显微扫描电镜发现内膜腔上皮细胞呈椭圆形,长而厚的微绒毛突出,无数直径0.3~0.6µm的小滴被覆在这些细胞的表面。在周期第20~22天,出现大的细胞质突起物,它的出现与预期的植入期一致。这些突起物称为胞饮突(pinopods)。普遍认为胞饮突的出现是人内膜接受期的形态学指标。胞饮突的形成取决于孕酮,而雌激素使胞饮突退化。胞饮突可能涉及囊胚和上皮细胞间的信息传送。第26~27天,内膜间质由来自血管的多形核白细胞浸润。内膜的间质细胞对激素信号的反应合成前列腺素,使间质细胞转化为蜕膜细胞,且产生一系列物质,其中有泌乳素、松弛素、肾素、IGFs及IGFBPs。内膜间质细胞(蜕膜细胞的前身)最初认为来自骨髓,现在认为发源于原始的子宫间充质的干细胞。在孕激素的影响及自分泌、旁分泌作用下,黄体期开始蜕膜化过程。在周期的第22~23天,可认出蜕膜前细胞,它围绕血管周围,特点是细胞核增大,有丝分裂活跃,形成基底膜。来自间质细胞的蜕膜是妊娠的重要结构和生化组织。蜕膜细胞控制滋养细胞的侵袭,蜕膜产物在胎儿和母体组织中起重要的自分泌和旁分泌作用。
4.内膜突破
在周期第25天(月经前3天)前蜕膜细胞形成致密层。如未妊娠,黄体生命结束,雌、孕激素下降。雌、孕激素撤退开始了内膜的重要过程:血管舒缩反应,螺旋动脉出现节律性收缩与松弛,且痉挛越来越延长和加重,最终导致子宫内膜的苍白以及凋亡、组织丧失,最后月经来潮。
5.月经期
在月经前24小时内,上述反应导致内膜局部缺血、瘀滞。白细胞浸润至间质,红细胞进入间质腔。在月经期,分泌期内膜的前列腺素(PGF 2a及PGE 2)含量达最高水平。月经是由来自腺细胞的PGF 2a及来自间质蜕膜细胞的内皮素-1介导的。当雌、孕激素水平下降,溶酶体膜破裂,酶释放至上皮的细胞质、间质及内皮细胞,最后进入细胞间隙。活化酶消化细胞,导致前列腺素释放,红细胞排至血管外,组织坏死及血管血栓形成。内膜突破中的重要步骤是通过转膜蛋白-cadherins,使细胞与细胞间粘连溶解。内膜组织突破也涉及一组酶即基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases),它降解细胞外基质及基底膜成分,包括胶原(collagens)、明胶(gelatins)、纤维结合素(fibronectin)及层粘连蛋白(laminin)。金属蛋白酶活性由特殊的组织抑制物称为TIMP所抑制。孕激素撤退引起内膜的突破,不完全依赖血管过程(特别是局部缺血),而是涉及细胞因子(cytokines)。
孕激素从子宫内膜细胞撤退引起基质金属蛋白酶分泌,随后细胞膜破裂,细胞外基质溶解。早期妊娠时,孕激素继续分泌,蜕膜维持,金属蛋白酶表达受抑制。在非妊娠周期,金属蛋白酶的表达在月经后受抑制,可能由于雌激素水平增加之故。有相当多的证据支持肿瘤坏死因子(TNF-α)在月经期中起重要作用,它是转膜蛋白,其受体属于神经生长因子/TNF家族,是诱导凋亡的信号。在月经期,由内膜细胞分泌的TNF-α达峰,但它受体的含量无周期变化。TNF-α抑制内膜增殖,导致凋亡;此细胞因子使黏附蛋白丧失,并引起细胞与细胞间的溶解。除子宫内膜细胞外,TNF-α也使血管内皮受损。
血细胞渗出的结果是血液发生漏出,最后由于表面小动脉及毛细血管的破裂,发生间质出血。细胞间的出血排出至内膜腔。在内膜剥脱表面,新的凝血酶-血小板栓子形成,限制了血液流失。血流失增加是血小板数减少及血栓形成不足的结果。月经期出血是受血凝及纤维蛋白溶解活性影响。内膜间质细胞组织因子及纤维蛋白溶酶原活化物及抑制物在出血过程中达平衡。组织因子刺激凝血,开始时与凝血因子Ⅶ结合。组织因子与纤维蛋白溶酶活化抑制物(PAI-1)表达伴蜕膜化,这些因子水平可能控制出血量。PAI-1对纤维蛋白溶解与蛋白分解活性起限制作用。
随着组织进一步瓦解,内膜更皱缩,螺旋动脉弯曲,并有节段性阵发性痉挛及扩张,导致远端血管壁及内膜组织缺血坏死,遂剥脱而出血。此过程从宫底开始,扩张到整个宫腔。在13个小时内,内膜的高度从4mm皱缩至1.25mm。
出血停止是因血管收缩延长,组织萎缩,血管瘀滞及雌激素引起的内膜愈合。子宫收缩对控制月经出血不重要。基底内膜凝血酶的产生对止血是必要的。凝血酶促进纤维蛋白产生,活化血小板与凝血因子,使血管新生。
内膜日期的确定:假设一个28天月经周期,按照组织学改变,可算出日期。内膜的组织学改变由Noyes、Hertig及Rock描述,在1950年第一卷 Fertility and Sterility杂志发表。在月经前2~3天取内膜可正确得知内膜日期。
(叶碧绿 赵 涵)