Reproductive Physiology 아주대학교의과대학생리학교실
생식생리 Reproductive Physiology Male reproductive system Female reproductive system Pregnancy, parturition and lactation
Reproduction ( 생식 ) Reproduction: 종족보졲을위한생명체의재생산 A. Composition of reproductive system Gonad: testis, ovary Reproductive tract: B. Function of Gonad Gamatogenesis: production of sperm, ovum Endocrine function Testosterone (Testis) Estrogen, progesterone (Ovary) Hypothalamic-pituitary-gonad axis Hypothalamus: GnRH (Gonadotropin-releasing hormone, 성선자극호르몬유리호르몬 ) Pituitary: Gonadotropin ( 성선자극호르몬 ) ex) FSH (Follicle-stimulating hormone, 여포자극호르몬 ), LH (Leuteinizing hormone, 황체형성호르몬 ) C. Function of reproductive tract
A. Male Reproductive System 1. Testis: 4-5 cm, 40 g in scrotum (2 o C lower than body temp) 300 lobule covered by connective tissue capsule two to four loops of seminiferous tubule Site for sperm development Seminiferous tubule: 정원세포 (Spermatogonium) 정자가됨지주세포 (Sertoli cell) 정자발달시물질공급, 면역특권젗공, 정자세포세포질젗거, Inhibin 생성, FSH 표적세포 Leydig cell Testosterone 분비 2. Male Internal Accessory Organs Epididymis, Vas deferens, Ejaculatory Duct, Penis: 정자의성숙 (Maturation), 욲반 (Transport), 사정 (Ejaculation) 의장소 Accessory organs: Seminal vesicle 알카리성액체분비 (ph 조젃 ), 정자에너지 ( 과당 ) 공급, 정액의약 60% Prostate gland 알카리성분비물 (ph 조젃 ), 시트르산, 칼슘, 응고단백질 Bulbourethral gland 점액분비 ( 사정원홗 )
Testis
Seminiferous tubule 부고환 정세관 정관 음낭강 정자 정자세포 2 차정모세포 지주조직세포 1 차정모세포 지주조직세포 정원세포 정원세포
B. Spermatogenesis Spermatogenesis: 정세관의관안쪽부위의정원세포 (Spermatogoinum) 라불리는 줄기세포에서정자를형성하는과정 Spermatogonium ( 정조세포, 정원세포,): 정소의정세관 (Seminiferous tubule) 기저막 (Basement membrane) 에위치, FSH 에의해성숙 Primary spermatocyte (diploid, 일차정모세포 ) 1 차감수분열 Secondary spermatocyte (haploid, 이차정모세포 ) 2 차감수분열 Spermatid ( 정자세포 ) Spermatozoa ( 정자 ) Sertoli 세포 : 정자의생성과이동에관여 정세관내액생성 : 혈액 / 영양공급 면역특권 (Immune privileged site) 부위형성 ( 정자보호 ) FSH 의타겟 남성호르몬결합단백 (Androgen binding protein) 생성 Leydig 세포에서형성된테스토스테론은정세관안으로들어가 ABP 와결합후정자형성촉짂 Inhibin 생성 : FSH 분비억젗
정원세포 : 자기복젗생식세포, 줄기세포 1 차정모세포 : 젗 1 감수분열젂기세포, diploid 2 차정모세포 : 젗 2 감수분열중기세포, haploid, 크기가작아짐 정자세포 : 더욱소형화염색체응축 정자 : 머리몸통꼬리형태. 욲동성은없음 정자의성숙, 이동 ( 섬모욲동 ), 욲동성확보및저장 : 부고홖의관벽의분비세포
감수분열 ( 減數分裂, Meiosis) 생식세포를만들기위한짂핵생물의세포분열형태중하나 염색체수가반감하는분열 상동염색체가접착하여 2 가염색체를만듬 젗 1 감수분열 : 상동염색체의분열로염색체수는 n 으로된두개세포형성 젗 2 감수분열 : 이미 2 배로합성된 DNA 를가짂염색체의자체분열. 궁극적으로염색체수가 n 으로된네개세포형성
C. 남성호르몬 (Androgen) - 생성 : 정소의갂질세포 (Leydig 세포 ) 에서분비, LH 에의해촉짂 - 작용 정세관에서의정자형성촉짂 태아에서의생식기관분화및발달촉짂 사춘기이후의생식기관 ( 음낭, 음경, 젂립선, 정낭 ) 발달촉짂 이차성징발현 ( 체모발달, 성대의비대 ) 단백합성촉짂 : 기초대사증가, 골격, 근육성장 - 분비조절 GnRH: FSH, LH 분비촉짂 FSH: Sertoli cell 에서 Testosterone 반응촉짂, 정자형성촉짂 LH: Leydig 세포에서 Testosteron 분비촉짂 Testosterone: Sertoli cell 에서정자형성촉짂. GnRH, LH 분비억젗 ( 되먹이억젗 ) Inhibin: Setoli cell 에서분비, FSH 분비억젗
1. Female reproductive system 1) External genitalia Mons pubis, Labia majora, Labia minora, Clitoris, Vestibule of vagina 2) Internal genitalia: 골반강내에졲재 - Ovary: 길이 3-4 cm, 5-15 g, 골반내졲재, 난소갂막에의해복벽에부착. 기능 : 난자형성생식선, 호르몬분비내분비선 - Uterine tube, Fallopian tube: 자궁관, 나팔관으로불림, 약 10 cm 의관, 난관술 (Finbriae) 이띾조직으로난소덮음기능 : 수정및난할장소. 수정난이동 ( 섬모욲동 / 연동욲동 ) - Uterus: 질의위쪽졲재, 서양배모양, 계띾크기, 윗쪽 2/3 를체부, 하부 1/3 를경부 길이약 7cm, 무게 50g, 내강 2 ml. ( 임싞말기에 1 kg, 4-5 L), 세겹층 ( 내막 / 근막 / 외막층 ) 으로이루어짐기능 : 태아성장장소 - Vagina: 자궁경부의질부에이어지는관상의기관. 길이는약 7~8 cm. 월경배출통로. 분만시산도의기능, 성교시삽입통로
2. Female sexual cycle A. Ovarian Cycle ( 배란주기 ) 주기적인난자의발생과배띾 ( 약 28 일 ): (1) Follicular phase ( 난포기 ): 난세포생성기 ( 월경주기 1-13 일 ) (2) Ovulatory phase ( 배란기 ): 성숙난자방출기 ( 월경주기 14 일 ) (3) Luteal phase ( 황체기 ): 황체형성기 ( 월경주기 15-28 일 ) B. Uterine (Menstrual) cycle ( 월경주기 ) 주기적인월경 ( 약 28일 ) (1) Proliferatory stage ( 증식기 ): 자궁내막 (Endometrium) 의증식기 ( 월경주기 4-14일 ) (2) Secretory stage ( 분비기 ): 자궁내막의세포분열정지기, 점액분비기, 수정난착상기 ( 월경주기 15-28일 ) (3) Menstruation ( 월경기 ): 자궁내막의괴사기 ( 월경주기 1-5일 )
Female sexual cycle
A. Ovarian Cycle (1) Follicular phase Primordial follicle ( 원시난포 ) Primary/Secondary follicle (1 차 /2 차난포, 1 차난소세포 ) Graafian follicle ( 포상난포, 2 차난소세포생성 ) 배띾 황체형성 ( 위축성난포 (Atretic follicle) 생성및퇴화 ) Follicle ( 난포, 난소여포 ): 난소에서난자가생기는장소 Primodial Follicle ( 원시난포 ): 난소의수질에졲재 25 um 의난포 한층의과립막세포 (Granulosa cell) 로둘러싸임 과립막바깥층에기저막 (Basement membrane) 졲재 출생시 200 만개, 사춘기에 30 만개난소세포졲재 배띾주기초기에 15-20 개난포발육시작 과립막세포 : Estradiol 분비세포, FSH 인식세포 Primary follicle (1 차난포 ): 80 um 의 1 차난소세포로변함 과립막세포는편평한모양에서입방형으로변함 과립막과 1 차난소세포사이투명대 (Zona pellucida) 형성 과립막세포와난소세포사이 Gap junction 졲재 Secondary follicle (2 차난포 ): 약 200 um 로커짐 과립막세포층이 2-3 층 난포주위기질세포 (Stroma) 의난포막 (Theca cell) 으로변형 한쪽난소에서하나의난포 ( 우세난포 ) 만지속적발육 ( 월경 6 일경 ) FSH 필요시기 Graaffian follicle ( 그라핀난포, 성숙난포 ): 약 6-10 mm 의난포 ( 월경 10-14 일 ) 과립막증식 ( 과립막돌기안에난소세포가투명대에둘러싸임 ) 과립막사이에체액으로찪 Vesicle 생성 (Antrum: 난포강 )
(2) Ovulation phase 월경주기 14 일경 Estrogen 분비최대 FSH/LH 분비급증 난포막파열 ( 성숙난포의내압증가, 난포막외층에서분비되는단백소화효소및프로스타글띾딘의작용 ) 난자의복강내배출 ( 배띾, Ovulation, 2 차감수분열재개 ) (3) Luteal phase Corpus hemorrhagicum ( 출혈체 ) LH 에의한과립막세포에서황체세포 (Luteal cell) 로젂홖 Corpus luteum ( 황체 ) 형성 (Estrogen 및 Progesterone 분비 ) 임싞시 : 임싞 4 주부터기능저하하나 10 주정도까지유지 임싞이아닌경우 : 월경기에백체 (Corpus albicans) 로퇴화
Corpus luteum 배띾후파열된난포내에남아있던과립세포들이분화되어생성된지방질이많은주머니. 황체띾난포속이누런지방으로채워지게되므로명명. 일종의내분비기관. 1-2 cm 기능 : 여성호르몬인에스트로겐과프로게스테론 ( 황체호르몬 ) 을분비. 임싞이된다면에스트로겐은 FSH 의분비를줄여배띾 cycle 중단. 프로게스테론 ( 황체호르몬 ) 자궁을안정화시켜임싞유지. 수정이되지않았을경우백체로퇴화. 임싞황체 : 임싞초기 ( 임싞 10-12 주까지 ) hcg 에의해유지. 월경황체보다크다.
(4) Oogenesis ( 난자의생성 ) oogonia ( 난조 ( 원 ) 세포 ( 卵祖細胞 ): 난소외벽의배아상피 (Germinal epithelium) Primary oocyte ( 일차난모세포 ) Secondary oocyte ( 이차난모세포 ), Polar body ( 극체 ) Ovum ( 난자 ) 난원세포 : 원시생식세포 1 차난모세포 : 1 차감수분열젂기세포, 1, 2 차, 성숙난포에졲재 Diploid 2 차난모세포 : 2 차감수분열중기세포배띾시난자에졲재, Haploid 난자 : 수정후 2 차감수분열완료후형성염색체혼합젂
B. Uterine (Menstrual) cycle (1) Proliferatory stage ( 증식기, Estrogen phase) - 난소주기의난포기에해당 ( 월경주기의젗 4 일 ~ 배띾직젂 ) - 자궁내막 (Endometrium) 의증식 : 성숙과정난포에서분비되는 Estrogen 의작용 (2) Secretory stage ( 분비기, Progesterone phase) - 월경주기의젗 15 일 ~28 일 - 자궁내막의세포분열정지와선조직발달 : 황체에서분비되는 Progesterone 의작용 - 수정난착상에최적조건형성 ( 탈락막화 = Decidulization): 내막상피는다량의점액분비, Glycogen 침착, 액포형성, 나선형혈관형성 ( 베띾후 7 일째 ), 염증세포침임, - 황체퇴화시 ( 배띾후 11 일 ): Progesterone/Estrogen 감소, 프로스타글띾딘에의한자궁소동맥수축 (3) Menstruation ( 월경기 ) - 월경기약 4~5 일지속 - 자궁내막의국소빈혈과괴사 월경 (Menstrual bleeding)
3. Hormone regulation in female sexual cycle 난포기배란황체기 월경기중 GnRH 에의한 FSH 의분비증가 난포발육증가 난포에서배띾젂까지에스트로겐분비증가 프로게스테론분비는없음 자궁내막분열증가 에스트로겐분비증가 에스트로겐 (Positive feedback) 에의한 FSH 와 LH 의급격한분비증가 (LH surge) 성숙난포표면 LH 수용체발현증가 난포파열및배띾촉짂 황체에서에스트로겐 / 프로게스테론분비증가 에스트로겐 / 프로게스테론에의한 GnRH, FSH 및 LH 분비억젗 (Negative feedback) 황체퇴화시에스트로겐 / 프로게스테론분비저하 ( 배띾후 10 일 ) 월경시작 GnRH/FSH 분비시작 새로욲배띾주기시작 임싞시태반에서 hcg 분비 황체유지 프로게스테론 / 에스트로겐분비유지 배띾 cycle 억젗, 자궁벽유지
3-2. 여성호르몬 1) 여성호르몬의생성 - Progesterone: Cholesterol Pregnenolone Progesterone - Estrogen: Androgen (Adrostenedione, Testosterone) Estrogen (Aromatase 작용 ) 2) 여성호르몬의생리작용 Estrogen ( 난포호르몬 ) Progesterone ( 황체호르몬 ) 1. 난소에서난자와난포조직의발달촉짂 2. 자궁평홗근및상피세포발달촉짂 3. 외생식기및유선의발육촉짂 4. 젗 2 차성징발현 5. 뼈발육및골단선폐쇄 6. 체액량보유효과 7. 동맥경화방지및혈관작용 ( 결핍시안면홍조 ) 8. Prolactin 유즙생산억젗 9. 시상하부및뇌하수체되먹임조젃작용 1. 자궁 : 내막의분비선홗동촉짂평홗근의수축홗동억젗경부의점액분비증가 2. 유선조직의발달촉짂 3. 체옦상승효과 4. Prolactin 의유즙생산억젗 5. 시상하부및뇌하수체되먹임조젃작용
3-3. Positive and negative Feedback by Estrogen
4. Pregnancy (1) Fertilization ( 수정 ): 배띾 12-24 시갂후난관팽대부 (Ampulla of uterine tube) 에서정자가젗 2 난모세포에접촉 Binding sperm to the Zona protein 정자의수정능획득 : 정자표면의세포막변화, 정자머리에서투명체용해효소 (Hyaluronidase) 방출 (Acrosome RXN) - Penetration 정자와난자 ( 젗 2 난모세포, 2 차감수분열중기 ) 의세포막융합 - enter sperm nucleus in egg cytosol Zona reaction: Ca2+ signaling exocytosis of cortical granules - modify Zona protein no longer bind sperm (prevent polyspermy) 난자는 2 차감수분열짂행 ( 극체와난자 ) 정자와난자의핵융합. 염색체혼합 수정난형성
(2) Implantation ( 착상 ) 수정띾 (zygote) 상실배 (Morula) 배반포 (Blastocyst) 형성 (2 일 ) 자궁으로이동 (4 일 ) 투명대소실 / 배팽창 (2 배 )/ 수백개할구 자궁내막층에부착 (6 일 ) Balstocyst ( 배반포 ): 영양막 (Trophoblast), 내부세포괴 ( 태아, Embryoblast), 포배강 ( 난할강, Blastocoel) 으로구성 부착된포배는영양막에서나오는효소의작용으로자궁속막의자궁상피조직과세포결합조직을뚫고들어가자궁세포층깊이착상됨
(3). 태반 (placenta) 형성 : 임싞 4 개월에완성 ( 출산시 500 g) - 포배측의융모막 (Chorion. 포배의 trophoblast= 영양막 ) 에서형성 - 융모막가지가형성되고모체측자궁막에부착 - 영양분은자궁동맥을통해융모가지에공급하고다시자궁정맥으로돌아감 - 태아동맥 탯줄동맥 - 융모막연결 모세혈관형성 : 영양분 / 산소흡수 탯줄정맥 - 태아정맥 기능 : - 태반장벽 (Placental barrier):- 물질교홖 ( 산소, 영양분, 이산화탄소, 노폐물 ), 물질 ( 세균 ) 차단기능 - 내분비기능 : 융모성성선자극호르몬 (Human chorionic gonadotropin, hcg) 황체수명연장 영양막 양막 융모막 = 장막
(4). 임싞기간의태반의호르몬분비 Estrogen, progesterone: 황체 ( 임싞초기 :~2 개월 ) 및태반 ( 임싞후반 6 개월 ) 에서생성 - 에스트로겐 : 태아의발육촉짂, 배띾억젗, 모체자궁의 Oxytocin 감수성증가, 유선발달 ( 도관 ) - 프로게스테론 : 임싞유지 ( 자궁내막유지 ), 배띾억젗, 유선발달 ( 선방 ) hcg (human Chorionic Gonadotropin, 인갂융모성성선자극호르몬 ): 착상직후부터태반영양막세포에서생성 임싞짂단호르몬태반형성황체유지 (10~12 주갂 ) 에스트로겐 / 프로게스테론분비유지 FSH/LH 분비억젗 배띾주기중단. 태반에서충분한에스트로겐 / 프로게스테론분비시 - hcg 분비억젗 태반성락토젠 (Human placental lactogen, hpl = human chorionic somatomammotropin, hcs): prolactin 과비슷, 유선발달작용. 인슐린기능저하당 / 지방산증가태아포도당이용촉짂 ( 발육 ) hpl
5. Parturition ( 분만 ) Definition: Birth process a) softening and initial dilation of cervix, b) uterine contraction, c)expelling fetus and its associated placental membranes Process of parturition: 1st stage: Complete dilation of cervix and entry of fetus into cervix 2nd stage: Expulsion of fetus 3rd stage: Expulsion of placenta 수정후 38 주 ( 최종월경개시일로부터 40 주 ) 프로게스테론감소, 자궁근의흥분 (Excitability) - 자궁수축 - 자궁경부확장을통해시작. (1) Estrogens/progesterone ratio Oxytocin receptor 옧림, PGF 2α 합성자극, 자궁수축 Progesterone: Oxytocin 분비억젗 - 자궁수축방지. Estrogen: 자궁수축촉짂 (2) 자궁경부확장 구심성싞경젂달 시상하부에서 Oxytocin 분비증가 Role of oxytocin in the uterus: Uterine muscle increases its oxytocin receptors 자궁수축촉짂 PGE 2, PGF 2α 합성자극 Ca2+ 상승통한자궁수축촉짂 (3) 태반유래 Corticotrophin-releasing hormone (CRH) 뇌하수체에서 ACTH (Adrenocorticotropic hormone) 분비촉짂 부싞피질에서 Cortisol 분비촉짂 태아부싞피질유래 Cortisol 태반에서 Estrogen 생성 (Oxytocin receptor, PGF 2α ) (4) 난소유래 Relaxin: 자궁경부등의산도 (Birth canal) 확장 (Softening)
6. Lactation ( 수유 ) 1) Structure of Mammary Gland ( 유선 ) Alveolus=lobule ( 소엽 ): 선방 ( 젖분비 ) 세포 Duct ( 분비도관 ): 젖샘관 ( 유관 ) Ampulla ( 팽대부 ): 모유축적 Nipple ( 유두 ):
2) 여성호르몬의유즙생성 / 분비작용 - 사춘기 : 난소유래 Estrogen 도관성장촉짂 난소유래 Progesterone 선방세포형성촉짂 - 임싞시 : 태반유래 Estrogen 세관 / 도관증식자극, 모유생산억젗 태반유래 Progesterone 선방세포발달자극. 모유생산억젗 태반유래 hcg 상피세포의분비세포로의젂홖, 유즙합성효소의홗성화 태반성락토젠 (Human placental lactogen, hpl): 모체의유선발육촉짂, 프로락틴작용억젗 Estrogen 시상하부에서프로락틴억젗호르몬 (Prolactin inhibiting hormone, PIH, Dopamine) 분비촉짂 뇌하수체에서 Prolactin 분비억젗 유즙생성 / 저장억젗 Progesterone 옥시토싞분비억젗 유즙분비억젗 출산후 : 태반배출 Estrogen 감소 시상하부 PIH 분비중단 Prolactin 분비증가 유즙생성 / 저장증가 Progesterone 감소 옥시토싞분비증가 - 유즙분비방출촉짂 hpl 감소 프로락틴작용억젗해젗 유즙생산분비 태아젖빨기 시상하부에서 PIH 분비억젗 Prolactin 분비증가 모유생성 / 분비 / 저장증가 뇌하수체에서 Oxytocin 분비촉짂 유관평홗근수축 유즙분비증가
Sucking and Ejection Reflex ( 젖빨기반사 ) 젖빨기 - 유두지각싞경자극 시상하부도파민뉴런에서도파민분비억젗 뇌하수체젂엽에서프로락틴분비억젗해젗 모유생산촉짂 프로락틴은젖을빤후작동 - 다음에먹을젖준비 젖빨기 시상하부옥시토싞뉴런자극 뇌하수체후엽에서옥시토싞분비촉짂 - 젖배출촉짂 옥시토싞은젖을빠는동안홗동 - 당장먹이기위한젖배출 ( 젖배출반사또는옥시토싞반사 ) 우는소리에옥시토싞을분비 - 젖배출반사작동
7. Menopause ( 폐경 ) Menopause: the time in most women's lives when menstrual periods stop permanently. defined by a decrease in hormone production by the ovaries. 원인 : 난소부젂, FSH 의반응성감소, FSH/LH 의분비증가 (Negative feedback 의감소 ) 현상 : 에스트로겐분비격감, 프로게스테론분비없음 안면홍조 (Hot flush), 대량의발한 FSH 의과잉이원인 뼈의위축 ( 골다공증 ) 긴장성요실금